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【摘要】建筑结构设计能够确保建筑的结构安全及稳定，通过优化结构设计，不仅能满足基本结构设计的功能，还能更好的体现建筑物的经济效益。基于此，笔者重点论述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的具体应用，以期作为参考。
【关键词】建筑结构；房屋结构；结构设计；应用
随着我国经济的不断发展，人们生活水平不断提高，人们对于居住环境的要求也越来越高。在进行建筑设计的时候，不仅要求建筑结构能够满足安全及稳定的性能，还要满足经济、实用和美观的要求，因此就需要对建筑结构进行合理的优化设计。房屋结构优化设计首先应考虑到结构的实用性能，确保房屋的各个方位能够满足人们的基本生活需求；其次在满足了人们的基本生活需求之后，应该综合考虑安全、经济和美观等问题，确保用最少的投资实现最大的效用。
一、建筑结构设计优化概述
（一）建筑結构设计优化的基本理论
建筑结构设计优化，指的是在设计建筑结构时，要改变设计理念，应用科学、先进的设计方案筛选方式，选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑物内部的结构十分复杂，要将建筑物的各个部分完美组合在一起，使建筑物发挥最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑结构设计优化，具体包括建筑物中各个部分结构设计的优化，以及建筑物整体设计结构的优化。在这两个部分中，建筑物整体结构的优化显得更为重要，因为整体是各个部分的综合，在完善房屋功能方面发挥着更大的作用。具体来说，建筑物整体结构的优化包括房屋顶部设计的优化、房屋外围设计的优化，以及房屋细节结构设计的优化。在这三个大部分中，还可以细分出型号选择、布局设置、受力研究、价格衡量等较小的设计项目。在实际的结构设计中，设计者还要紧密结合建筑工程的实际情况，努力实现房屋建造的经济效益、社会效益和环境效益。
（二）建筑结构设计优化的重要性
在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化技术，不仅能够实现建筑物的美学价值与实际使用价值，还能够节约建筑成本、保护建筑物施工现场附近的生态环境。因此，恰当地运用这种结构设计技术，可以实现房屋建筑的综合效益。与旧式的建筑结构设计方式相比，建筑结构设计优化方案可以使房屋建造的成本降低30%左右。采用优化的设计技巧，可以合理配置各种资源，充分利用建筑原料，并协调好房屋内部各个独立的单元，使这些独立的部分互相配合，共同发挥作用；采用优化的设计技巧，可以在创新设计方式的同时，确保建筑物的安全性能达到既定标准，保护人民的生命健康和财产安全；采用优化的设计技巧，还可以帮助建筑物结构的设计者认真规划建筑设计方案，选择最科学、最合理的设计方式，实现建筑结构设计的最终目标。
二、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
（一）建立结构优化的模型
第一，合理选择设计变量 通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS等）；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
第二，确定目标函数 我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。
第三，确定约束条件 对于房屋结构的设计优化来说，必须在确保结构可靠度的条件下，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定。设计优化的约束条件主要包括结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、裂缝宽度约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
（二）对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。
（三）进行程序的相关设计
根据可靠度进行的房屋结构优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。
（四）结果分析
这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全、合理以及实用，还影响着资金的投入。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相应要求。
三、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用
（一）局部优化与整体优化
复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两个特点。从复杂性方面来看，其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看，其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等，而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计房屋建筑的时候，设计人员应该优化各个下属的系统，冲破各个布局间的横向关联，对工程进行叠加。因此，在设计任何建筑结构的时候，优化的着眼点都应该是整体而非局部。只有这样，才能达到真正设计优化的目的。
（二）优化上部结构
在一般的高层建筑中，其结构体系主要是采用框架、剪力墙、筒体及框架—剪力墙、框架—筒体、筒中筒等结构体系。例如，小高层、中高层剪力墙住宅结构剪力墙的优化空间较大。剪力墙的布置，根据建筑功能要求和内部隔墙的分布，并按照“均匀、分散、对称、周边”的原则，以使结构整体有较好的抗侧移和抗扭转能力。合理调整结构构件截面，使抗震结构体系刚度和承载力沿竖向变化均匀，且受力明确，以提高结构的抗震性能。在满足规范及计算的前提下尽量减少剪力墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁的刚度，平面能布置成大空间的尽量布置成大空间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。尽量少用短肢剪力墙，限制一字墙。
（三）协调优化结构与建筑
对房屋结构进行设计的时候，应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证，使得结构合理、造型美观的效果可以有效的体现出来。对建筑墙与柱进行布置的时候，应该和房间平面的功能需求一样，每个房间的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统，不可以让柱与墙之间出现错位的情况，而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。
总之，建筑结构优化设计是一个复杂的综合性课题，其基本原则是确保建筑的适用、安全、美观与经济，且要有利于工程实施。这五个方面在建筑结构优化设计中各有所重，并且之间存在着矛盾。因此设计者只有在实践中不断的探索，积累丰富工程设计经验，才有可能设计出优秀的结构方案。
【参考文献】
[1]闫新红，王雄飞.浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].房地产导刊，2014 （02）
[2]肖伟.通过房屋结构优化设计提高房屋抗震性能[J].福建建筑，2008（11）
[3]潘云，于大伟.优化建筑结构设计的措施[J].科技经济市场，2015（01）
【关键词】建筑结构；房屋结构；结构设计；应用
随着我国经济的不断发展，人们生活水平不断提高，人们对于居住环境的要求也越来越高。在进行建筑设计的时候，不仅要求建筑结构能够满足安全及稳定的性能，还要满足经济、实用和美观的要求，因此就需要对建筑结构进行合理的优化设计。房屋结构优化设计首先应考虑到结构的实用性能，确保房屋的各个方位能够满足人们的基本生活需求；其次在满足了人们的基本生活需求之后，应该综合考虑安全、经济和美观等问题，确保用最少的投资实现最大的效用。
一、建筑结构设计优化概述
（一）建筑結构设计优化的基本理论
建筑结构设计优化，指的是在设计建筑结构时，要改变设计理念，应用科学、先进的设计方案筛选方式，选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑物内部的结构十分复杂，要将建筑物的各个部分完美组合在一起，使建筑物发挥最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑结构设计优化，具体包括建筑物中各个部分结构设计的优化，以及建筑物整体设计结构的优化。在这两个部分中，建筑物整体结构的优化显得更为重要，因为整体是各个部分的综合，在完善房屋功能方面发挥着更大的作用。具体来说，建筑物整体结构的优化包括房屋顶部设计的优化、房屋外围设计的优化，以及房屋细节结构设计的优化。在这三个大部分中，还可以细分出型号选择、布局设置、受力研究、价格衡量等较小的设计项目。在实际的结构设计中，设计者还要紧密结合建筑工程的实际情况，努力实现房屋建造的经济效益、社会效益和环境效益。
（二）建筑结构设计优化的重要性
在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化技术，不仅能够实现建筑物的美学价值与实际使用价值，还能够节约建筑成本、保护建筑物施工现场附近的生态环境。因此，恰当地运用这种结构设计技术，可以实现房屋建筑的综合效益。与旧式的建筑结构设计方式相比，建筑结构设计优化方案可以使房屋建造的成本降低30%左右。采用优化的设计技巧，可以合理配置各种资源，充分利用建筑原料，并协调好房屋内部各个独立的单元，使这些独立的部分互相配合，共同发挥作用；采用优化的设计技巧，可以在创新设计方式的同时，确保建筑物的安全性能达到既定标准，保护人民的生命健康和财产安全；采用优化的设计技巧，还可以帮助建筑物结构的设计者认真规划建筑设计方案，选择最科学、最合理的设计方式，实现建筑结构设计的最终目标。
二、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
（一）建立结构优化的模型
第一，合理选择设计变量 通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS等）；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
第二，确定目标函数 我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。
第三，确定约束条件 对于房屋结构的设计优化来说，必须在确保结构可靠度的条件下，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定。设计优化的约束条件主要包括结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、裂缝宽度约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
（二）对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。
（三）进行程序的相关设计
根据可靠度进行的房屋结构优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。
（四）结果分析
这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全、合理以及实用，还影响着资金的投入。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相应要求。
三、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用
（一）局部优化与整体优化
复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两个特点。从复杂性方面来看，其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看，其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等，而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计房屋建筑的时候，设计人员应该优化各个下属的系统，冲破各个布局间的横向关联，对工程进行叠加。因此，在设计任何建筑结构的时候，优化的着眼点都应该是整体而非局部。只有这样，才能达到真正设计优化的目的。
（二）优化上部结构
在一般的高层建筑中，其结构体系主要是采用框架、剪力墙、筒体及框架—剪力墙、框架—筒体、筒中筒等结构体系。例如，小高层、中高层剪力墙住宅结构剪力墙的优化空间较大。剪力墙的布置，根据建筑功能要求和内部隔墙的分布，并按照“均匀、分散、对称、周边”的原则，以使结构整体有较好的抗侧移和抗扭转能力。合理调整结构构件截面，使抗震结构体系刚度和承载力沿竖向变化均匀，且受力明确，以提高结构的抗震性能。在满足规范及计算的前提下尽量减少剪力墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁的刚度，平面能布置成大空间的尽量布置成大空间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。尽量少用短肢剪力墙，限制一字墙。
（三）协调优化结构与建筑
对房屋结构进行设计的时候，应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证，使得结构合理、造型美观的效果可以有效的体现出来。对建筑墙与柱进行布置的时候，应该和房间平面的功能需求一样，每个房间的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统，不可以让柱与墙之间出现错位的情况，而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。
总之，建筑结构优化设计是一个复杂的综合性课题，其基本原则是确保建筑的适用、安全、美观与经济，且要有利于工程实施。这五个方面在建筑结构优化设计中各有所重，并且之间存在着矛盾。因此设计者只有在实践中不断的探索，积累丰富工程设计经验，才有可能设计出优秀的结构方案。
【参考文献】
[1]闫新红，王雄飞.浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].房地产导刊，2014 （02）
[2]肖伟.通过房屋结构优化设计提高房屋抗震性能[J].福建建筑，2008（11）
[3]潘云，于大伟.优化建筑结构设计的措施[J].科技经济市场，2015（01）