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摘要：房屋结构设计中建筑结构设计的优化就是利用最少的造价和有限的资源、空间，实现房屋安全、适用、经济、美观的综合最优化。本文通过建筑结构设计优化的方法及意义，建筑结构设计优化的技术，建筑结构设计优化的步骤及建筑结构设计的经济性四个方面对房屋结构设计中建筑结构设计的优化进行分析。
关键词：房屋；结构设计；优化分析
Abstract: the design of building structure design of the building structure optimization is the use of the least cost and limited resources, space, realize building security, is applicability, economy, and beautiful integrated optimization. This article through the building structure design optimization method and significance, building structure design optimization technology, building structure optimization design of building structural design steps and the economy of the four aspects to building structural design of the optimization design of the building structure is analyzed.
Keywords: houses; Structure design; Optimization analysis
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
房屋结构设计中建筑结构设计的优化就是最大程度上利用有限的资源和空间，以最低的工程造价，实现房屋安全性、经济性、适用性和美观性等的综合最优化[1]。采用结构设计优化方法，在使房屋内部功能结构协调的同时，有效降低工程的造价。房屋建设是一项投资巨大的工程，因此，房屋结构设计必须要全方位且多角度地考虑各方面的因素，正确处理房屋经济性与技术功能的对立统一关系。建筑结构优化设计要尽量避免以下两种情况：一是过分强调经济性，重视资金节约和减低造价，忽略房屋设计的技术、功能要求。二是过分强调房屋的技术和功能，忽略房屋的造价，造成资金的浪费。
一、建筑结构设计优化的方法及意义
1. 建筑结构设计优化的方法
建筑结构设计优化的方法分为对房屋的分部结构设计的优化方法和对房屋总体结构设计的优化方法[2]。房屋结构设计中建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对房屋基础结构的设计进行优化；对房屋顶部结构的设计进行优化；对房屋的护围支撑结构进行优化以及对房屋总体设计结构及细节部分进行优化；最重要的是在房屋设计要求及设计规范内，在满足房屋功能及技术要求的前提下，合理降低工程造价，即对房屋的造价进行最优化设计。
2. 建筑结构设计优化的意义
建筑结构设计优化的意义在于可以最大程度地充分利用资源与空间，高效利用材料与设备，使房屋结构功能合理、协调，安全可靠。实现房屋结构设计的“安全性、适用性、经济性、美观性”的最优化设计。
二、房屋设计中建筑结构设计优化的技术
1.概念设计优化技术与房屋结构设计优化相结合
概念设计优化技术就是设计人员根据设计的一般规律和实践经验，对房屋建筑结构设计的多种方案进行分析并择优选择方案的过程。建筑物的结构布置，房屋细节部位的处理，载荷的确定及仪器设备参数的选取等都需要设计人员进行概念设计。概念设计需要设计人员对方案进行全面的、综合的分析，从而选择出最佳方案。
2. 概念设计优化技术与实际建筑的设计问题相结合
在地震等不可预期的自然灾害中，房屋一旦倒塌或损坏，将会对人们的生命财产造成严重的损失。因此，房屋结构设计必须考虑抗震结构设计的优化。对房屋的抗震设计而言，概念设计优化技术尤为重要。因为地震发生的复杂性和强度的不确定性，使得计算设计很难进行。而概念设计是综合考虑决定抗震性能的各种因素和造价因素，选择抗震性和经济性最强的方案[3]。房屋抗震结构设计中概念设计的指导思想是小震不坏、中震可修、大震不倒的分类设防抗震思想和多道设防思想。多道设防思想是指在发生大地震时，先破坏房屋次要的结构，消耗地震能量，尽量保证房屋的主体结构不遭到破坏。通过概念设计优化技术，结合房屋建筑的实际情况，使房屋在各种不确定的外部灾害的作用下避免坍塌和损坏，尽量将损坏程度及经济损失减小到最低。
三、房屋设计中建筑结构设计优化的步骤
1.构造结构设计优化模型。
设计优化模型的构造一般分为三步进行。第一步是选择合适的设计变量。一般选择对建筑结构影响较大的参数变，这样可以有效简化设计工作和减少计算量。第二步是确定目标函数。在满足设计要求及规范的条件下，使房屋设计的造价最小。第三步是确定约束条件。约束条件包括各个方面，比如应力约束条件、强度约束条件等。
2.选定结构设计优化方案。
房屋建筑结构的设计优化问题是多变量、多约束条件的非线性优化问题。在计算过程中，需要先将问题转化为无约束条件的线性优化问题。[4]一般来说，房屋设计优化问题的求解过程比较复杂，需要通过计算机编程来实现。
3.进行计算机编程
根据建立的模型及优化方案，进行计算机編程。计算机编程应选择运算速度快且功能较全的编程软件。在编程时要选择合适的方法，需考虑的因素有：编写及形成程序所需花费的工作量及其他代价；解出所要求的最优化问题，计算机执行程序所花费的时间和费用；程序预期的可靠性，即是否有把握达到所期望的结果；程序的通用性，即是否可以用它来解决其他问题。总之，应从经济效益出发，选择合适的方法，使程序达到最优的预期结果。
4.结果分析
通过结果分析，选出最佳的优化设计方案。建筑结构设计的优化应综合考虑各种因素，以期达到安全、经济与实用的综合最优化。
四、房屋设计中建筑结构设计的经济性
1.房屋结构设计中用地面积方面的经济性
随着时代的发展，我国大中型城市出现了大批高层甚至超高层建筑结构。此类房屋建筑的总面积是各层建筑的面积之和。因此，房屋层数越多，单位面积的房屋占用的建筑土地面积越小。但是随着房屋层数的增多，房屋设计的总高度也会增加，这导致相邻建筑的日照距离增加，使一定建筑面积房屋的总数目减少。此外，房屋层数越高，需要的投资越高，抗震设计难度及造价也显著增大。综上，单位房屋用地面积并不总是随着房屋层数的增大而提高。因此，通过优化设计，综合考虑安全性和经济性等各个方面问题，选出最佳的房屋建筑层数。
2.房屋结构设计中造价方面的经济性
由于房屋的建筑层数直接影响单位面积房屋占用的建筑土地面积，则房屋建筑层数也会直接影响房屋单位面积的造价，进而影响整个建筑的经济性。随着房屋设计的层数增加，房屋建筑的墙、柱的等承重结构的载荷增大，抗震设计方面的造价会显著增大，导致房屋建筑单位面积的造价升高[5]。此外，无论建筑物层数是多少，建筑物顶部的面积不会改变。因此，随着房屋层数的增高，建筑物顶部单位面积的造价会降低。房屋的公共基础部分是建筑结构的重要组成部分。房屋层数增大，基础承受的载荷也会相应增大，导致造价的升高，同时，房屋建筑的总面积也显著增大。一般来讲，房屋建筑基础单位面积的造价会随着层数的增加呈现先减少后增加的趋势。综上所述，需要采用设计优化技术，选取最适的建筑设计层数。
3.高层住宅结构设计的经济性
由上面的分析可知，随着建筑层数的增加，住宅的墙体及柱体等支持结构的面积会增加。这会使住宅的水、电、天然气等的管线长度增加，增加造价。相反，降低建筑物层数，一方面可以节约材料，有利于抗震设计，另一方面，可以减少房屋建筑的总高度，进而减少相邻建筑物之间的日照距离，使有限建筑面积可建设的房屋总数目增加。
五、结束语
房屋结构设计中建筑结构设计的优化需要全方位、多角度地考虑各种因素，以达到安全性、适用性、经济性和美观性的综合最优化。这几个方面是矛盾统一的关系，结构设计的优化就是找到其最佳组合方式。房屋结构设计中建筑结构设计的优化要求我们在实践中善于思考、敢于探索，努力实现用最低的造价实现最大的经济效益的优化目标。
参考文献：
[1] 饶远文. 结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J], 价值工程.2009.
[2] 邹俊. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J], 应用技术, 2010.
[3] 辛海虹. 结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用[J]. 价值工程,2010.
[4] 蒋启平. 工程结构优化设计的新方法[J].工业建筑， 2008： 15-16.
[5] 翁维素. 运用系统思想. 优化工程结构设计.实现节约目标[J]. 河北建筑工程学院学报,2008.
关键词：房屋；结构设计；优化分析
Abstract: the design of building structure design of the building structure optimization is the use of the least cost and limited resources, space, realize building security, is applicability, economy, and beautiful integrated optimization. This article through the building structure design optimization method and significance, building structure design optimization technology, building structure optimization design of building structural design steps and the economy of the four aspects to building structural design of the optimization design of the building structure is analyzed.
Keywords: houses; Structure design; Optimization analysis
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
房屋结构设计中建筑结构设计的优化就是最大程度上利用有限的资源和空间，以最低的工程造价，实现房屋安全性、经济性、适用性和美观性等的综合最优化[1]。采用结构设计优化方法，在使房屋内部功能结构协调的同时，有效降低工程的造价。房屋建设是一项投资巨大的工程，因此，房屋结构设计必须要全方位且多角度地考虑各方面的因素，正确处理房屋经济性与技术功能的对立统一关系。建筑结构优化设计要尽量避免以下两种情况：一是过分强调经济性，重视资金节约和减低造价，忽略房屋设计的技术、功能要求。二是过分强调房屋的技术和功能，忽略房屋的造价，造成资金的浪费。
一、建筑结构设计优化的方法及意义
1. 建筑结构设计优化的方法
建筑结构设计优化的方法分为对房屋的分部结构设计的优化方法和对房屋总体结构设计的优化方法[2]。房屋结构设计中建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对房屋基础结构的设计进行优化；对房屋顶部结构的设计进行优化；对房屋的护围支撑结构进行优化以及对房屋总体设计结构及细节部分进行优化；最重要的是在房屋设计要求及设计规范内，在满足房屋功能及技术要求的前提下，合理降低工程造价，即对房屋的造价进行最优化设计。
2. 建筑结构设计优化的意义
建筑结构设计优化的意义在于可以最大程度地充分利用资源与空间，高效利用材料与设备，使房屋结构功能合理、协调，安全可靠。实现房屋结构设计的“安全性、适用性、经济性、美观性”的最优化设计。
二、房屋设计中建筑结构设计优化的技术
1.概念设计优化技术与房屋结构设计优化相结合
概念设计优化技术就是设计人员根据设计的一般规律和实践经验，对房屋建筑结构设计的多种方案进行分析并择优选择方案的过程。建筑物的结构布置，房屋细节部位的处理，载荷的确定及仪器设备参数的选取等都需要设计人员进行概念设计。概念设计需要设计人员对方案进行全面的、综合的分析，从而选择出最佳方案。
2. 概念设计优化技术与实际建筑的设计问题相结合
在地震等不可预期的自然灾害中，房屋一旦倒塌或损坏，将会对人们的生命财产造成严重的损失。因此，房屋结构设计必须考虑抗震结构设计的优化。对房屋的抗震设计而言，概念设计优化技术尤为重要。因为地震发生的复杂性和强度的不确定性，使得计算设计很难进行。而概念设计是综合考虑决定抗震性能的各种因素和造价因素，选择抗震性和经济性最强的方案[3]。房屋抗震结构设计中概念设计的指导思想是小震不坏、中震可修、大震不倒的分类设防抗震思想和多道设防思想。多道设防思想是指在发生大地震时，先破坏房屋次要的结构，消耗地震能量，尽量保证房屋的主体结构不遭到破坏。通过概念设计优化技术，结合房屋建筑的实际情况，使房屋在各种不确定的外部灾害的作用下避免坍塌和损坏，尽量将损坏程度及经济损失减小到最低。
三、房屋设计中建筑结构设计优化的步骤
1.构造结构设计优化模型。
设计优化模型的构造一般分为三步进行。第一步是选择合适的设计变量。一般选择对建筑结构影响较大的参数变，这样可以有效简化设计工作和减少计算量。第二步是确定目标函数。在满足设计要求及规范的条件下，使房屋设计的造价最小。第三步是确定约束条件。约束条件包括各个方面，比如应力约束条件、强度约束条件等。
2.选定结构设计优化方案。
房屋建筑结构的设计优化问题是多变量、多约束条件的非线性优化问题。在计算过程中，需要先将问题转化为无约束条件的线性优化问题。[4]一般来说，房屋设计优化问题的求解过程比较复杂，需要通过计算机编程来实现。
3.进行计算机编程
根据建立的模型及优化方案，进行计算机編程。计算机编程应选择运算速度快且功能较全的编程软件。在编程时要选择合适的方法，需考虑的因素有：编写及形成程序所需花费的工作量及其他代价；解出所要求的最优化问题，计算机执行程序所花费的时间和费用；程序预期的可靠性，即是否有把握达到所期望的结果；程序的通用性，即是否可以用它来解决其他问题。总之，应从经济效益出发，选择合适的方法，使程序达到最优的预期结果。
4.结果分析
通过结果分析，选出最佳的优化设计方案。建筑结构设计的优化应综合考虑各种因素，以期达到安全、经济与实用的综合最优化。
四、房屋设计中建筑结构设计的经济性
1.房屋结构设计中用地面积方面的经济性
随着时代的发展，我国大中型城市出现了大批高层甚至超高层建筑结构。此类房屋建筑的总面积是各层建筑的面积之和。因此，房屋层数越多，单位面积的房屋占用的建筑土地面积越小。但是随着房屋层数的增多，房屋设计的总高度也会增加，这导致相邻建筑的日照距离增加，使一定建筑面积房屋的总数目减少。此外，房屋层数越高，需要的投资越高，抗震设计难度及造价也显著增大。综上，单位房屋用地面积并不总是随着房屋层数的增大而提高。因此，通过优化设计，综合考虑安全性和经济性等各个方面问题，选出最佳的房屋建筑层数。
2.房屋结构设计中造价方面的经济性
由于房屋的建筑层数直接影响单位面积房屋占用的建筑土地面积，则房屋建筑层数也会直接影响房屋单位面积的造价，进而影响整个建筑的经济性。随着房屋设计的层数增加，房屋建筑的墙、柱的等承重结构的载荷增大，抗震设计方面的造价会显著增大，导致房屋建筑单位面积的造价升高[5]。此外，无论建筑物层数是多少，建筑物顶部的面积不会改变。因此，随着房屋层数的增高，建筑物顶部单位面积的造价会降低。房屋的公共基础部分是建筑结构的重要组成部分。房屋层数增大，基础承受的载荷也会相应增大，导致造价的升高，同时，房屋建筑的总面积也显著增大。一般来讲，房屋建筑基础单位面积的造价会随着层数的增加呈现先减少后增加的趋势。综上所述，需要采用设计优化技术，选取最适的建筑设计层数。
3.高层住宅结构设计的经济性
由上面的分析可知，随着建筑层数的增加，住宅的墙体及柱体等支持结构的面积会增加。这会使住宅的水、电、天然气等的管线长度增加，增加造价。相反，降低建筑物层数，一方面可以节约材料，有利于抗震设计，另一方面，可以减少房屋建筑的总高度，进而减少相邻建筑物之间的日照距离，使有限建筑面积可建设的房屋总数目增加。
五、结束语
房屋结构设计中建筑结构设计的优化需要全方位、多角度地考虑各种因素，以达到安全性、适用性、经济性和美观性的综合最优化。这几个方面是矛盾统一的关系，结构设计的优化就是找到其最佳组合方式。房屋结构设计中建筑结构设计的优化要求我们在实践中善于思考、敢于探索，努力实现用最低的造价实现最大的经济效益的优化目标。
参考文献：
[1] 饶远文. 结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J], 价值工程.2009.
[2] 邹俊. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J], 应用技术, 2010.
[3] 辛海虹. 结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用[J]. 价值工程,2010.
[4] 蒋启平. 工程结构优化设计的新方法[J].工业建筑， 2008： 15-16.
[5] 翁维素. 运用系统思想. 优化工程结构设计.实现节约目标[J]. 河北建筑工程学院学报,2008.