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摘要：尽管建筑行业发展迅速，但问题也不断出现，很大一部分原因归结于前期的设计没能进行优化，漏洞百出，这种损失是可以避免的，对建筑结构进行优化设计是减少损失，减少问题的法宝。本文将对住宅建筑结构设计的优化分析进一步探究，希望弥补缺陷，帮助建筑行业持续发展。
关键词：住宅；结构设计；优化
中图分类号：TU318 文献标识码： A
引言
要想建筑物符合现代化的需求，那么，该建筑不仅要具有一定的使用价值，而且还需要一定的美学价值。我们在设计房屋结构的时候，一定要将五大基本问题考虑清楚，分别是施工便利、安全、经济、美观与实用。这也就要求我们在设计建筑结构，应该尽可能地让房屋的结构安全、合理与可靠。
一、结构设计的三个阶段
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。
结构方案阶段的内容为：根据建筑的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑场地的类别、建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式。 例如，砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体结构、混合结构等以及由这些结构来组合而成的结构形式。 确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为：1）荷载的计算。荷载包括外部荷载（如风荷载、雪荷载、施工荷载、地下水的荷载、地震荷载、人防荷载等）和内部荷载（如结构自重荷载、使用荷载、装修荷载等）。 荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定，采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。2）构件的试算。根据计算出的荷载值、构造措施要求、使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。 3）内力的计算。 根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩、剪力、扭矩、轴心压力及拉力等。 4）构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（如轴压比、剪跨比、跨高比、裂缝和挠度等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。 如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为: 根据上述计算结果最终确定构件布置、构件配筋，根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
二、结构设计优化方法概念
结构优化的目的是满足住宅建筑的基本功能需求和舒适度要求，满足建筑质量安全和美观度要求，对住宅建筑结构造价进行控制。建筑房屋结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5% —33% 的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的方法出发，结合现场实际情况，一切从实际出发，提高工程的经济效益。
根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则方式，在满足建筑相应的功能条件下，使竖直方向上相应的承重构件保持上下贯通。为了保证结构的简洁性和设计的简单性，尽量减少转换层的使用。竖向刚度采取渐变的方式，避免水平荷载作用产生应力集中，产生刚度突变。
三、住宅建筑结构设计优化的方法
（一）结构优化模型的建立
系统结构优化设计模型是选择结构中影响变量的主要参数来建立相应的函数模型。这种模型的建立能够运用科学、合理的计算方法得出较好的优化方案。建立模型需要划分为三个步骤。
1、确立设计变量参数
变量的选择对最终设计方案的确定有着重要的数据参考意义。建立模型首先要对设计中变量的参数进行筛选，选择对总体结构有较大影响，变化幅度小，考虑因素少的参数错位参考指标，降低结构设计、计算的工作难度。
2、确定相关目标函数
然后对工程中各种参数进行按照重要性进行属性划分，将影响不大的参数定为预定参数，减少函数模型中的计算量。
确定目标函数后，找出符合条件的最优解。然后根据房屋结构的应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等一系列约束条件进行优化设计，保证结构的合理性。
3、衡量条件
系统结构优化设计方案涉及到多个变量和多个约束条件，可变性较大。约束条件包括房屋尺寸、架构稳定性、受力限度、变形限度结构可塑性程度等，设计者要根据房屋建造规条把施工中的约束条件和目标确定的约束条件进行比较和分析，保证各种条件符合相关规定，实现优化设计。
在设计优化的过成中要化繁为简，将约束条件转换成约束条件进行计算。计算方法常有符合型法、以及 Powell 法等。计算的过程中编制相应的运算程序进行辅助优化，最终得到最优化的结果。
（二）结构优化设计的计算方法
对于设计优化的计算部分，应在实际经验的基础上，考虑到未来种种可能性变化。比较通用的一种做法是将问题的约束性分解后进行计算，也就是利用无约束条件计算。通常，用的比较广泛的方法有“拉氏乘子法”，“复合形法”。另外，对建筑抗震能力的优化也必须在考虑之中，计算“振型组合数”，这与结构密不可分，结构的层数，结构的灵活性都与之相关。根据规定，“振型数不宜小于 15． ”通过测算得到最优解，确立最佳方案。
四、住宅建筑结构设计优化的应用分析
（一）整体优化和局部优化
任何一项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行住宅建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一住宅建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。
（二）分阶段优化与寿命优化
在限定时间内，每一个项目工程都有使用的期限，而且在每一个环节中，都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说，在每个阶段，都可以对方案进行优化。因此，住宅建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候，可以将各个阶段的性质作为依据，从而优化整体工程的寿命，并对建筑的施工质量予以保障，使得企业的经济收益能够有所增加。
（三）桩基础优化
桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。
（四）优化上部结构
要想模型建立与优化住宅建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。此外，因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材，通过大开间的剪力墙构造应用，是可以有效缩减钢筋的使用数量。
（五）结构同建筑的协调优化
在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的構建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。
五、结构设计优化注意事项
选择合适的结构类型。不同的住宅建筑工程由不同的结构形式。常见的类型主要包括短肢剪力墙结构、框架结构、框架—剪力墙结构。这三种类型各具特色、各具优缺点，在选择类型的过程中要充分结合房屋功能需求以及工程的经济能力，在保证质量的前提下平衡投资和收益，保证工程利益的最大化。短肢剪力墙结构大多运用于高层建筑中，主要特点是以混凝土结构技术规程为依据，对钢筋数量要求不高，对剪力墙抗震要求较高; 框架结构对空间的优化效果最为显著，空间大、不仅灵活、造价低。但是抗震能力较低，柱截面较大，形成的柱角凸出部位会影响家具的摆放; 框架—剪力墙结构是合理布置一定数量的剪力强，有较好的抗侧力，还能增强适用性和合理性。
结语
建筑工程结构设计是一项系统而复杂的工作, 它需要深厚的理论基础以及灵活的创新思维和严谨认真的工作态度。在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。这就要求设计人员从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，密切配合其他专业来进行设计。 在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献：
[1]王媛.浅析住宅建筑结构设计的优化分析[J].城市建筑,2013,12:45.
[2]杨宏刚.有关建筑结构设计的优化设计的分析[J].企业导报,2013,23:265-266.
[3]张洁.建筑结构设计的优化设计研究[J].江西建材,2014,07:24.
关键词：住宅；结构设计；优化
中图分类号：TU318 文献标识码： A
引言
要想建筑物符合现代化的需求，那么，该建筑不仅要具有一定的使用价值，而且还需要一定的美学价值。我们在设计房屋结构的时候，一定要将五大基本问题考虑清楚，分别是施工便利、安全、经济、美观与实用。这也就要求我们在设计建筑结构，应该尽可能地让房屋的结构安全、合理与可靠。
一、结构设计的三个阶段
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。
结构方案阶段的内容为：根据建筑的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑场地的类别、建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式。 例如，砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体结构、混合结构等以及由这些结构来组合而成的结构形式。 确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为：1）荷载的计算。荷载包括外部荷载（如风荷载、雪荷载、施工荷载、地下水的荷载、地震荷载、人防荷载等）和内部荷载（如结构自重荷载、使用荷载、装修荷载等）。 荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定，采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。2）构件的试算。根据计算出的荷载值、构造措施要求、使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。 3）内力的计算。 根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩、剪力、扭矩、轴心压力及拉力等。 4）构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（如轴压比、剪跨比、跨高比、裂缝和挠度等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。 如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为: 根据上述计算结果最终确定构件布置、构件配筋，根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
二、结构设计优化方法概念
结构优化的目的是满足住宅建筑的基本功能需求和舒适度要求，满足建筑质量安全和美观度要求，对住宅建筑结构造价进行控制。建筑房屋结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5% —33% 的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的方法出发，结合现场实际情况，一切从实际出发，提高工程的经济效益。
根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则方式，在满足建筑相应的功能条件下，使竖直方向上相应的承重构件保持上下贯通。为了保证结构的简洁性和设计的简单性，尽量减少转换层的使用。竖向刚度采取渐变的方式，避免水平荷载作用产生应力集中，产生刚度突变。
三、住宅建筑结构设计优化的方法
（一）结构优化模型的建立
系统结构优化设计模型是选择结构中影响变量的主要参数来建立相应的函数模型。这种模型的建立能够运用科学、合理的计算方法得出较好的优化方案。建立模型需要划分为三个步骤。
1、确立设计变量参数
变量的选择对最终设计方案的确定有着重要的数据参考意义。建立模型首先要对设计中变量的参数进行筛选，选择对总体结构有较大影响，变化幅度小，考虑因素少的参数错位参考指标，降低结构设计、计算的工作难度。
2、确定相关目标函数
然后对工程中各种参数进行按照重要性进行属性划分，将影响不大的参数定为预定参数，减少函数模型中的计算量。
确定目标函数后，找出符合条件的最优解。然后根据房屋结构的应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等一系列约束条件进行优化设计，保证结构的合理性。
3、衡量条件
系统结构优化设计方案涉及到多个变量和多个约束条件，可变性较大。约束条件包括房屋尺寸、架构稳定性、受力限度、变形限度结构可塑性程度等，设计者要根据房屋建造规条把施工中的约束条件和目标确定的约束条件进行比较和分析，保证各种条件符合相关规定，实现优化设计。
在设计优化的过成中要化繁为简，将约束条件转换成约束条件进行计算。计算方法常有符合型法、以及 Powell 法等。计算的过程中编制相应的运算程序进行辅助优化，最终得到最优化的结果。
（二）结构优化设计的计算方法
对于设计优化的计算部分，应在实际经验的基础上，考虑到未来种种可能性变化。比较通用的一种做法是将问题的约束性分解后进行计算，也就是利用无约束条件计算。通常，用的比较广泛的方法有“拉氏乘子法”，“复合形法”。另外，对建筑抗震能力的优化也必须在考虑之中，计算“振型组合数”，这与结构密不可分，结构的层数，结构的灵活性都与之相关。根据规定，“振型数不宜小于 15． ”通过测算得到最优解，确立最佳方案。
四、住宅建筑结构设计优化的应用分析
（一）整体优化和局部优化
任何一项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行住宅建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一住宅建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。
（二）分阶段优化与寿命优化
在限定时间内，每一个项目工程都有使用的期限，而且在每一个环节中，都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说，在每个阶段，都可以对方案进行优化。因此，住宅建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候，可以将各个阶段的性质作为依据，从而优化整体工程的寿命，并对建筑的施工质量予以保障，使得企业的经济收益能够有所增加。
（三）桩基础优化
桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。
（四）优化上部结构
要想模型建立与优化住宅建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。此外，因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材，通过大开间的剪力墙构造应用，是可以有效缩减钢筋的使用数量。
（五）结构同建筑的协调优化
在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的構建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。
五、结构设计优化注意事项
选择合适的结构类型。不同的住宅建筑工程由不同的结构形式。常见的类型主要包括短肢剪力墙结构、框架结构、框架—剪力墙结构。这三种类型各具特色、各具优缺点，在选择类型的过程中要充分结合房屋功能需求以及工程的经济能力，在保证质量的前提下平衡投资和收益，保证工程利益的最大化。短肢剪力墙结构大多运用于高层建筑中，主要特点是以混凝土结构技术规程为依据，对钢筋数量要求不高，对剪力墙抗震要求较高; 框架结构对空间的优化效果最为显著，空间大、不仅灵活、造价低。但是抗震能力较低，柱截面较大，形成的柱角凸出部位会影响家具的摆放; 框架—剪力墙结构是合理布置一定数量的剪力强，有较好的抗侧力，还能增强适用性和合理性。
结语
建筑工程结构设计是一项系统而复杂的工作, 它需要深厚的理论基础以及灵活的创新思维和严谨认真的工作态度。在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。这就要求设计人员从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，密切配合其他专业来进行设计。 在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献：
[1]王媛.浅析住宅建筑结构设计的优化分析[J].城市建筑,2013,12:45.
[2]杨宏刚.有关建筑结构设计的优化设计的分析[J].企业导报,2013,23:265-266.
[3]张洁.建筑结构设计的优化设计研究[J].江西建材,2014,07:24.