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【摘 要】 现代化的建筑项目讲究的是整体效益，如何在建筑结构设计当中尽可能的节省开支，在确保美观耐用的基础上，满足不同类型客户的功能需求，是所有建筑企业所共同追求的目标。本文着重分析了房屋建筑结构设计优化的重要性、阐述了结构设计优化的概念和基本原则，提出了优化设计所面临的一些问题以及解决对策、在此基础上进一步论述了结构优化设计的实践价值和应用价值。
【关键词】 建筑结构；优化；设计；应用
引言：
在经济大好发展的前提下，国民生产总值稳步提高，人们的生活水平向高质量、高品味的方向发展。这些因素促使我国的建筑行业在建筑方案阶段，要求高品质的同时不断进行方案比对，追求性价比，即生产满足高品质，低投入的建筑。通过利用结构优化设计技术方法，将资源优化组合，发挥其最大的功效，节省建设投资，实现建筑的美学价值和经济价值升值，从而为居住者创建了一个优美和温馨的家园。
一、房屋建筑结构设计优化的重要性
对于现代化的房屋建筑，结构设计优化重要性不言而喻。建筑结构的优化设计是指设计的建筑结构在满足约束需求条件下，按预定目标设计出最优化方案的设计方法。有利于缓解不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来的压力；有利于在现有技术基础上，用最经济、最优化的手段来获得预定条件下满足设计所预期的耐久性、安全性和实用性等要求。房屋结构设计优化和房屋建筑成本控制是紧密相关的，对企业来说，成本控制能力是核心竞争力，不仅仅影响的是排名的问题，还关系到企业几年后能否继续存在的问题。所以，房屋结构设计优化对于现代化的建筑企业来讲，必不可少、势在必行。
二、房屋建筑结构设计优化的基本慨念与原则
传统的结构优化设计，即结构分析，目的是要选择一个合理的方案，只属分析的范畴；结构优化则要求首先判断设计方案是否满足各种给定的条件，若不满足，则按某种规则进行修改，以求逐步达到预定的最优指标。对于已知的给定参数，求出满足全部约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。其中，可以作为设计变量的有：构件截面尺寸、面積、惯性矩等；目标函数：结构重量、体积、造价；约束条件可以是：工字型截面的腹板和翼缘的最小厚度、构件的强度、稳定约束以及结构整体的刚度和自振频率等限制。建立合理的数学模型以后，建筑结构应按照相关的原则进行设计。比如，通过调节墙肢的长短与墙柱的布局令不规则建筑的平面布置出现规则结构的效应原则；优化设计建筑的结构、装饰装修以及电气的安装等各个方面进而提升建筑居住的舒适度原则；全面考虑整体建筑的每个构件，确保建筑经抗震设防后能够减轻破坏，避免人员伤亡，从而减少经济损失；坚持建筑结构整体安全度原则；此外，还应该坚持不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则和建筑结构造价尽量减少的原则。
三、建筑结构设计优化方法的实践价值及应用
（一）结构设计优化方法的实践价值
在进行结构设计优化的过程中，必须从其长远的利益出发，在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。不能只顾眼前的建筑结构设计所产生的经济效益，否则很容易在使用中，随着时间的累积而导致严重的经济失衡。采用结构设计优化可以使建筑工程造价的成本降低至5%～30%左右。利用材料的性能可以有效的使结构优化的各个部门得到很好的协调，在满足建筑规范的前提下，达到“适用、安全、经济”的目的。对于结构设计来说，低造价和省材料是设计师所要面临的重要问题之一，这就要求设计师在进行结构设计优化的过程中，从长远的利益出发，利用辩证思维的方法来实施优化，保证房屋具有一定的可靠性。
（二）结构设计优化方法的应用
结构设计优化主要体现在房屋工程总体优化设计以及局部优化设计当中。其中，房屋建筑局部优化设计包括：结构基础方案的优化、房屋屋盖系统的优化、围护方案的优化以及结构细部的优化等。结构优化的总体优化设计表现在：优化过程中，结合具体的工程情况进行分析与总结，在满足相关规定的前提下，进行经济效益的结构设计优化，进而达到节约经济的目的，如尽量使平面布置规则，刚度和质量中心相近，避开使用转换层等，不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理。
四、建筑设计优化的问题及主要对策
建筑的结构优化设计包含了项目整个的设计和改造。在设计模型和具体项目优化的过程中我们也需要注意一些问题，比如前期的设计问题，旧房的改造问题和一些抗震问题等。具体描述如下：
1）前期的参与。建筑师在设计方案的时候如果不考虑方案的合理性、安全性和可行性，将会增加施工的难度和投资的整体压力。比如，一旦采用具有平面或立面不规则、单元尺寸超长、较大的长宽比或高宽比的结构方案，不仅将大大增加结构单位面积用钢量，还使房屋自身的抗震性能大打折扣。通过控制规范最低指标来控制结构刚度，提高竖向构件的强度，优化材料，必要时可以选择做型钢混凝土结构。柱网的大小疏密也是影响建筑经济性的重要因素之一，而且柱网尺寸是否均匀还直接影响结构楼盖梁板的布置；结构刚心与质心的位置关系到结构的抗扭效应与抗侧力构件的布置，也会对用钢量产生很大的影响。所以，结构工程师在前期设计的时候主动参与工程的建设，主动与建筑师沟通协调，对建筑造价的控制是必不可少、不可或缺的。2）细节的优化。在项目刚开始的设计时，由于没有具体的数据和资料做为设计的依据，所以设计人员只能从宏观上把握，在进行项目具体设计时，再灵活运用不同的建筑结构的技巧与方法完成设计。从结构布置和构件的配筋构造入手，比如合理控制墙柱截面面积和柱子种类，使得二者配筋多半是由构造配筋；筒体内部的剪力墙不宜布置又多又厚又零碎；墙柱截面收级变化不宜过于频繁；梁、板有条件时可以采用高强钢筋来降低最小配筋率，提高抗裂性能。通过配筋上的优化，提高钢筋、混凝土的材料等级，普通部位选择规范低值，同时不忘遵循重点部位局部加强的原则。3）基础和地下室的优化，在对地基进行设计的时候，要根据具体的情况选择最佳的设计方案。比如，根据当地的地质情况选择合适的桩基的类型，控制工程桩数目；考虑消防车对基础的影响；对地下室层高的进行适当的控制。又如，合理利用高强度材料优化构件的截面积，减轻建筑物的自重，降低结构在地震作用下的荷载，减低基础施工难度，从而提高建筑物的安全性。
五、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（一）概念设计与结构优化设计
对于建筑结构来说，很多外在因素是难以控制的，尤其是像地震这种自然灾害，破坏性是不可估计的。在进行建筑结构设计时，要充分考虑抗震性能的重要性，分析各种危险因素，采取合理的技术手段，在设计中注意刚度均匀、对称的重要性，采取延性设计原则，有效防止建筑结构在地震发生时所产生的突发性破坏力，同时还能有效的耗散地震力，减小地震带来的破坏。
（二）概念设计在结构优化设计中的应用
对于同一个建筑方案，可以有许多不同的结构布置；同一结构布置的建筑物，也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的，建筑物细部的处理更是不尽相同。这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。结构优化不应是单纯意义上的节省钢筋就行了，应是寻找最优的解决办法的结果，比如地下室外墙，可选择的材料有：混凝土、砖砌块、石砌块和土坯。如果纯粹从造价上考虑，就选用土坯外墙，但如果是监狱半地下室外墙，这样恐怕行不通吧。因此，在结构设计优化技术的应用过程中，始终不应忘记从工程具体实际出发的原则，不要忘记把安全性、可靠性摆在第一位。
六、结束语
综上所述，房屋建筑的结构设计是一项专业性要求较高的工作，需要有严格的技术保障。最终的决策会受到多方面因素的影响，而在实践当中，美观性、舒适性、实惠性、耐用性和安全性是最为基本的设计原则，也是最为重要的设计指标，设计人员应当结合现有资源，合理的对结构设计方案进行优化，提升建筑效益。
参考文献：
[1]张润为.浅析建筑结构设计优化以及设计中的节能措施应用[J].民营科技，2012.6
[2]王光远.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：35-37.
【关键词】 建筑结构；优化；设计；应用
引言：
在经济大好发展的前提下，国民生产总值稳步提高，人们的生活水平向高质量、高品味的方向发展。这些因素促使我国的建筑行业在建筑方案阶段，要求高品质的同时不断进行方案比对，追求性价比，即生产满足高品质，低投入的建筑。通过利用结构优化设计技术方法，将资源优化组合，发挥其最大的功效，节省建设投资，实现建筑的美学价值和经济价值升值，从而为居住者创建了一个优美和温馨的家园。
一、房屋建筑结构设计优化的重要性
对于现代化的房屋建筑，结构设计优化重要性不言而喻。建筑结构的优化设计是指设计的建筑结构在满足约束需求条件下，按预定目标设计出最优化方案的设计方法。有利于缓解不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来的压力；有利于在现有技术基础上，用最经济、最优化的手段来获得预定条件下满足设计所预期的耐久性、安全性和实用性等要求。房屋结构设计优化和房屋建筑成本控制是紧密相关的，对企业来说，成本控制能力是核心竞争力，不仅仅影响的是排名的问题，还关系到企业几年后能否继续存在的问题。所以，房屋结构设计优化对于现代化的建筑企业来讲，必不可少、势在必行。
二、房屋建筑结构设计优化的基本慨念与原则
传统的结构优化设计，即结构分析，目的是要选择一个合理的方案，只属分析的范畴；结构优化则要求首先判断设计方案是否满足各种给定的条件，若不满足，则按某种规则进行修改，以求逐步达到预定的最优指标。对于已知的给定参数，求出满足全部约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。其中，可以作为设计变量的有：构件截面尺寸、面積、惯性矩等；目标函数：结构重量、体积、造价；约束条件可以是：工字型截面的腹板和翼缘的最小厚度、构件的强度、稳定约束以及结构整体的刚度和自振频率等限制。建立合理的数学模型以后，建筑结构应按照相关的原则进行设计。比如，通过调节墙肢的长短与墙柱的布局令不规则建筑的平面布置出现规则结构的效应原则；优化设计建筑的结构、装饰装修以及电气的安装等各个方面进而提升建筑居住的舒适度原则；全面考虑整体建筑的每个构件，确保建筑经抗震设防后能够减轻破坏，避免人员伤亡，从而减少经济损失；坚持建筑结构整体安全度原则；此外，还应该坚持不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则和建筑结构造价尽量减少的原则。
三、建筑结构设计优化方法的实践价值及应用
（一）结构设计优化方法的实践价值
在进行结构设计优化的过程中，必须从其长远的利益出发，在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。不能只顾眼前的建筑结构设计所产生的经济效益，否则很容易在使用中，随着时间的累积而导致严重的经济失衡。采用结构设计优化可以使建筑工程造价的成本降低至5%～30%左右。利用材料的性能可以有效的使结构优化的各个部门得到很好的协调，在满足建筑规范的前提下，达到“适用、安全、经济”的目的。对于结构设计来说，低造价和省材料是设计师所要面临的重要问题之一，这就要求设计师在进行结构设计优化的过程中，从长远的利益出发，利用辩证思维的方法来实施优化，保证房屋具有一定的可靠性。
（二）结构设计优化方法的应用
结构设计优化主要体现在房屋工程总体优化设计以及局部优化设计当中。其中，房屋建筑局部优化设计包括：结构基础方案的优化、房屋屋盖系统的优化、围护方案的优化以及结构细部的优化等。结构优化的总体优化设计表现在：优化过程中，结合具体的工程情况进行分析与总结，在满足相关规定的前提下，进行经济效益的结构设计优化，进而达到节约经济的目的，如尽量使平面布置规则，刚度和质量中心相近，避开使用转换层等，不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理。
四、建筑设计优化的问题及主要对策
建筑的结构优化设计包含了项目整个的设计和改造。在设计模型和具体项目优化的过程中我们也需要注意一些问题，比如前期的设计问题，旧房的改造问题和一些抗震问题等。具体描述如下：
1）前期的参与。建筑师在设计方案的时候如果不考虑方案的合理性、安全性和可行性，将会增加施工的难度和投资的整体压力。比如，一旦采用具有平面或立面不规则、单元尺寸超长、较大的长宽比或高宽比的结构方案，不仅将大大增加结构单位面积用钢量，还使房屋自身的抗震性能大打折扣。通过控制规范最低指标来控制结构刚度，提高竖向构件的强度，优化材料，必要时可以选择做型钢混凝土结构。柱网的大小疏密也是影响建筑经济性的重要因素之一，而且柱网尺寸是否均匀还直接影响结构楼盖梁板的布置；结构刚心与质心的位置关系到结构的抗扭效应与抗侧力构件的布置，也会对用钢量产生很大的影响。所以，结构工程师在前期设计的时候主动参与工程的建设，主动与建筑师沟通协调，对建筑造价的控制是必不可少、不可或缺的。2）细节的优化。在项目刚开始的设计时，由于没有具体的数据和资料做为设计的依据，所以设计人员只能从宏观上把握，在进行项目具体设计时，再灵活运用不同的建筑结构的技巧与方法完成设计。从结构布置和构件的配筋构造入手，比如合理控制墙柱截面面积和柱子种类，使得二者配筋多半是由构造配筋；筒体内部的剪力墙不宜布置又多又厚又零碎；墙柱截面收级变化不宜过于频繁；梁、板有条件时可以采用高强钢筋来降低最小配筋率，提高抗裂性能。通过配筋上的优化，提高钢筋、混凝土的材料等级，普通部位选择规范低值，同时不忘遵循重点部位局部加强的原则。3）基础和地下室的优化，在对地基进行设计的时候，要根据具体的情况选择最佳的设计方案。比如，根据当地的地质情况选择合适的桩基的类型，控制工程桩数目；考虑消防车对基础的影响；对地下室层高的进行适当的控制。又如，合理利用高强度材料优化构件的截面积，减轻建筑物的自重，降低结构在地震作用下的荷载，减低基础施工难度，从而提高建筑物的安全性。
五、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（一）概念设计与结构优化设计
对于建筑结构来说，很多外在因素是难以控制的，尤其是像地震这种自然灾害，破坏性是不可估计的。在进行建筑结构设计时，要充分考虑抗震性能的重要性，分析各种危险因素，采取合理的技术手段，在设计中注意刚度均匀、对称的重要性，采取延性设计原则，有效防止建筑结构在地震发生时所产生的突发性破坏力，同时还能有效的耗散地震力，减小地震带来的破坏。
（二）概念设计在结构优化设计中的应用
对于同一个建筑方案，可以有许多不同的结构布置；同一结构布置的建筑物，也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的，建筑物细部的处理更是不尽相同。这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。结构优化不应是单纯意义上的节省钢筋就行了，应是寻找最优的解决办法的结果，比如地下室外墙，可选择的材料有：混凝土、砖砌块、石砌块和土坯。如果纯粹从造价上考虑，就选用土坯外墙，但如果是监狱半地下室外墙，这样恐怕行不通吧。因此，在结构设计优化技术的应用过程中，始终不应忘记从工程具体实际出发的原则，不要忘记把安全性、可靠性摆在第一位。
六、结束语
综上所述，房屋建筑的结构设计是一项专业性要求较高的工作，需要有严格的技术保障。最终的决策会受到多方面因素的影响，而在实践当中，美观性、舒适性、实惠性、耐用性和安全性是最为基本的设计原则，也是最为重要的设计指标，设计人员应当结合现有资源，合理的对结构设计方案进行优化，提升建筑效益。
参考文献：
[1]张润为.浅析建筑结构设计优化以及设计中的节能措施应用[J].民营科技，2012.6
[2]王光远.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：35-37.