房屋结构优化设计方法与问题

房屋结构优化设计方法与问题

　　屋结构优化技术是实现房屋结构的安全、经济、适用、美观的基本保障。

　　房屋结构优化设计方法与问题【1】

　　摘 要：房屋结构优化技术是实现房屋结构的安全、经济、适用、美观的基本保障。

　　采用优化结构设计方法，在有限的空间内实现资源的最大化利用，不仅降低工程成本，也提高了房屋的安全与质量。

　　本文主要结合当今我国房屋结构设计现状以及优化设计理念，讨论了实施优化设计的原因，阐述了房屋优化设计的具体体现以及优化技术应该遵循的基本原则。

　　关键字：房屋;结构设计;优化技术

　　引言

　　目前，随着社会经济水平的不断提高，土地价格也在不断上涨。

　　同时，人民对住房条件的需求也在不断上升，因此，对开发商带来的压力也在不断加大。

　　为了实现房屋建筑经济效益的最大化，就需要采用结构优化技术，在有限的空间内实现资源的最大利用。

　　房屋结构优化设计是指，采取科学合理的设计理念和技术方法来设计房屋结构，以最小的工程报价来最大化整体的建筑收益，提高房屋的质量水平，使得企业也获得较高的利润等。

　　一、我国目前房屋结构设计现状以及实施优化设计的原因

　　随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对住房建设要求也越来越高。

　　同时，根据我国目前的基本国情，人口数量日益增长，住房面积需求量不断加大。

　　因此，我国现阶段住房建设主要以高层为主。

　　房屋的结构设计优化不仅能够满足当今大众的需求，更能为投资者减少建筑成本。

　　房屋建设结构优化必须以建筑的安全性为首要原则，然后再进一步分析建筑方案，配合科学合理的设计理念，从而有效控制建筑工程造价，实现经济效益的最大化。

　　根据近些年的数据资料显示，优化建筑结构设计可以为整项建筑工程节省30%-50%的费用。

　　但是，在实际的设计过程中，方案设计受自然因素的影响很大，很难发挥出其本身的优越性。

　　例如，工程设计阶段，施工方过多的缩短建筑设计时间，从而使设计效果达不到理想的要求，在缩短工程工期的同时也降低了工程设计质量;建筑设计时，设计人员的经验不足，专业知识不完备，对一些设计软件掌握的不够精通;一些设计者在设计建筑时过度的关注部分结构而忽视了整体方案等等，这些因素都会导致建筑结构设计的不够优化。

　　因此，房屋建筑设计者必须科学合理的分析整体建筑方案，并设计出最优的结构，才能实现经济利益的最大化。

　　二、房屋结构设计优化主要体现在哪些方面

　　房屋结构设计优化主要是采取合适的方法以及科学的设计理念来最大化的达到房屋设计标准，如：房屋结构的合理布局、构件大小、结构框架等。

　　钢筋混凝土结构的优化设计的基本理念是将建筑的具体部件以及整体布局进行分析，而顶柱、体形、层高以及拉力构件等等都会影响建筑物的整体布局。

　　建筑构件的布局、强度等级以及配筋构造都是建筑物具体构件的体现。

　　综合以上因素，建筑方案结构需要专业知识丰富且熟知设计规范的工程技术人员设计，而且在设计时必须充分考虑各构件直接的受力特性，从而选取最优的设计方案。

　　三、房屋结构优化设计技术

　　(一)优化技术的基本原则

　　在工程设计优化过程中，必须以工程设计和工程价值为基本原则。

　　优化结构设计的最终目标是充分利用建筑材料，实现建筑构件利用的最大化。

　　优化结构设计不仅遵守建筑设计规范，更实现了当今建筑的审美学和价值学。

　　通过深化改善房屋结构设计，从而实现建筑功能更加协调完善，降低建筑成本，提高经济效益。

　　房屋结构的优化必须从实际工程施工出发，结合房屋结构的具体情况，实现房屋建筑的结构的最优化设计。

　　在进行结构优化时，必须依据设计意图，采用平面设计布局，降低构件质量和刚度之间的差异，减小水平负载造成的房屋扭曲，在竖直方向上采用转换层技术，有效地降低构件的集中用力。

　　(二)优化设计的基本的要点

　　1.依据设计规范

　　工程师在设计建筑结构时必须具备丰富的建筑设计经验以及熟知设计规范。

　　即依据科学的设计理念，将自身的优化方案融于整个工程项目设计中去。

　　建筑结构设计规范更多是对于工程较大的项目，因而会造成某些规定过于保守。

　　另外，在工程设计比较特殊或复杂时，依据某些规定将会造成建筑物的不安全。

　　因此，这就要求设计师在建筑设计过程中必须具备良好的专业素质以及清醒的思路、正确的判断力，争取将建筑结构设计做到最优。

　　优化房屋结构设计过程中，应注重建筑构件的细节优化，如：建筑构件的受力钢筋，在满足塑性的条件下尽可能的选择性价比较高的产品，从而实现房屋结构的经济、安全。

　　2.结构师主动参与建筑设计

　　在工程施工前期以及施工过程中，建筑结构师的主动参与对整个房屋结构优化起到关键性作用。

　　在实际的工程施工过程中，建筑设计师往往不能够对整个结构体系进行很好的受力分析，即建筑结构师的设计理念以及其自身具备的经验不能完全代替设计师的设计思想，同时，建筑与结构上专业知识的隔阂也无法弥补。

　　建筑结构设计师其丰富的工程设计经验以及专业设计理论，积极主动的为设计师出谋划策，只有两者的顺利合作才能设计出更加优秀的方案。

　　目前，我国的房屋建筑设计总是先从建筑的结构布局开始，根据结构承载负荷的不同分析所需的材料、参数等，往往这种分析方法是计算机所不能计算出的，它需要建筑结构设计师充分论证整个建筑设计方案之后做出的判断。

　　而这些判断需依据实际工程实践经验以及结构设计所遵循的一般规律进行。

　　3.加强设计团队之间的合作

　　优化房屋结构是一项整体而系统的工作，它需要团队之间的协调合作。

　　现代建筑主要由结构、设备、建筑三大要素组成。

　　因此，在工程施工过程中要明细团队内部分工，并做好团队合作，只有这样才能有机的结合各个构件创造出更加完美的作品。

　　在建筑工程设计阶段，房屋的结构设计和建筑设计是不可分割的，只有协调好两者之间的关系，才能设计出更加美观大方的建筑方案，同时，又降低了建筑成本，简化施工过程，达到既美观又实用的建筑效果。

　　通常建筑设计师在设计建筑时，只是一味的要求设计方案的新奇，而忽略了建筑学中基本的力学关系，这样设计出的方案往往在结构设计上造成困难。

　　因此，团队之间的协调合作是房屋结构优化的重要保障。

　　4.优化房屋建筑结构，解决房屋抗震问题

　　房屋结构的优化不仅仅能降低建筑成本、增加建筑美观、简化施工过程，更能加强房屋的抗震作用。

　　通过房屋结构优化技术，可以增加房屋抵抗外部作用的破坏，有效地降低房屋破坏程度。

　　因此，在房屋结构优化设计过程中，抵抗外界各种不良因素的影响成为结构优化设计工作的主要内容。

　　在日常的外界不良因素中，地震是最难以预测且对房屋建筑物破坏最强的，所以在房屋计算及构造上必须加强抗震措施。

　　如：房屋构件刚度的对称性以及均匀性都可以有效的缓解地震对建筑物的破坏;多道防设设计理念可以有效缓冲特大地震对房屋主构件的破坏。

　　以上这些设计思想都是房屋结构设计的重要内容。

　　四、总结

　　工程造价对整个工程项目的经济效益起着关键性作用，因此优化房屋结构设计，不仅可以降低整个工程的造价成本，更能提升整体房屋的安全级别。

　　结构设计与建筑设计的协调配合，充分发挥其自身的优势，设计出最优的房屋结构。

　　在平面设计过程中，应遵循对称、均匀的原则，缩小房屋构建质量与刚度之间的差异。

　　在竖直布置上，保证上下承重件负载的上下贯通。

　　建筑是艺术的表现，在保证房屋安全的前提下，结构师应敢于创新，将房屋的实用性与艺术性完美的结合在一起。

　　参考文献：

　　[1]侯贯泽，刘树堂.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，2(8)：148-150.

　　[2]阳维.房屋结构优化设计方法与问题分析[J].城市建设理论研究(电子版)，2012，2(12)：72-74.

　　[3]牛海燕.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用 [J].建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用，2012，9(22)：84-86.

　　[4]赖建民.关于轻型房屋钢结构优化设计[J].四川建材，2008，6(3)：131-132.

　　房屋结构优化设计应用研究【2】

　　【摘要】人们物质需求及市场价格变化使得建筑的成本攀升，利用结构设计优化的方法对建筑结构进行优化设计是实现资源最大化的重要手段，本文建立了结构设计优化设计方法的模型及计算方法，同时强调了其在房屋结构设计应用中的注意事项，在建筑实践中具有极强的可操作性，同时结构设计优化也给建筑市场的发展带来了深远的意义。

　　【关键词】结构设计优化设计技术 房屋结构设计 应用

　　近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。

　　一、结构设计优化方法

　　赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。

　　建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用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，成为实际意义上的"经济适用"房。

　　从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。

　　房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。

　　对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。

　　进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。

　　竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。

　　(1)结构优化设计模型

　　结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。

　　结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：一是设计变量的合理选择。

　　通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。

　　二、目标函数的确定。

　　使用函数找出满足既定条件的最优解。

　　最后，约束条件的确定。

　　房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。

　　设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

　　(2)结构优化计算方案

　　结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。

　　常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。

　　完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

　　二、结构设计优化技术的实践应用

　　结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。

　　结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。

　　在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。

　　(1)结构设计优化应注意前期参与

　　因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。

　　如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

　　(2)概念设计结合细部结构设计优化

　　概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。

　　设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。

　　与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。

　　注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。

　　在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。

　　(3)下部地基基础结构设计优化

　　地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。

　　桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

　　三、结构设计优化的现实意义

　　(1)结构优化设计降低总造价

　　进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。

　　另如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显。

　　对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

　　(2)进行结构设计优化提高建筑结构经济性

　　建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长;相反降低层高，可节省材料，有利用抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。

　　建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能。

　　参考文献：

　　[1]谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009(4).

　　[2]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J]. 陕西建筑，2008(11).

　　[3]马臣杰，张良平，范重.优化技术在深圳京基金融中心中的应用[J]. 建筑结构，2009(4).

　　房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用【3】

　　摘要：建筑是力与巧的结合，精美的建筑源于设计师把建筑的结构设计和美观设计相互配合的结果。

　　房屋的结构设计追求安全、适用、经济、美观和施工便于操作五种效果，这就需要探讨我们的建筑结构设计优化方法，并运用到实践中来，用来节约总体工程的造价，用最小的资源创造最大的效果，实现建筑经济性、实用性、安全性的最终目标。

　　关键词：结构设计、设计优化、探讨、应用

　　在房屋建筑结构设计过程中，在满足建筑设计师设计意图的基础下，平面布置应当尽量保持对称和规则，尽可能的缩小刚度中心和质量中心之间的差异，从而使建筑物在水平荷载下不至于发生太大扭转。

　　在竖向布置上，在满足功能的前提下，应尽可能的使竖向承重构件上下保持贯通，可以不使用转换层则尽量不使用，避免造成结构分析和设计上的困难。

　　竖向刚度尽量不要突变，应采取渐变的方式，避免应水平荷载作用产生严重的应力集中现象。

　　在工程项目和结构设计时，除了考虑设计对象基本的使用功能和可靠性外，还要考虑把设计对象尽可能设计的更完善一些，这就是研究结构设计优化技术的主要目的。

　　它用科学的计算选取更合适本项目满意的结构方案。

　　一、房屋建筑结构优化设计模型与方案

　　房屋建筑工程分部结构优化设计包括以下几个方面：房屋基础结构优化设计、房屋屋盖系统方案优化设计、围护结构方案设计优化与结构细部设计优化。

　　针对以上几个方面的优化设计，还包括了选型、布置、造价、受力等内容进行分析。

　　在实际实施中，还应该根据实际情况出发，再结合具体工程实施情况，围绕房屋建筑综合经济效益目标进行结构优化设计。

　　(一)系统结构优化设计模型。

　　结构设计优化是在各种影响变量中选取主要的参数建立函数模型，运用科学的计算方法得出最好的优化方案。

　　结构优化建立模型大概分为以下几个步骤：设计变量中主要参数的合理选择，通常的变量选择主要选择对于总体结构影响较大的参数，将所有的参数按各自的影响属性划分分类，将影响不大的参数定为预定参数，这样可以减少函数模型中大量的计算。

　　目标函数一旦确定，使用函数找出符合条件的最优解。

　　最后是约束条件的确定，房屋建筑结构可靠性优化设计的约束条件包括了应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束、尺寸约束。

　　在优化设计中，确定各种约束条件务必符合现行规范要求。

　　(二)系统结构优化设计方案。

　　在结构设计中应设计多个变量和多个约束条件，设定计算方案时，常常将由约束条件转换为无约束条件计算，常用的方法包含有符合型法和拉式乘子法。

　　在完成计算方案设定时只需要编制相适应的运算程序即可得到最优化的结果。

　　二、结构设计中优化技术应用所面临的几个问题

　　将结构优化设计应用到实践中，是比较广泛的一项措施，利用结构优化设计方法可以不改变使用性能下达到降低工程造价的目的，结构优化设计应用于整体设计、前期设计、抗震设计、旧房改造等各分部环节都能发挥巨大的效益。

　　在时间应用中，应当注意几个问题。

　　(一)前期参与。

　　前期方案的确定将直接影响到整体建筑的总投资，前期方案阶段结构设计并不参与是现在所面临的一个问题，建筑设计师在建筑设计时对于建筑结构的合理性和可行性大多没有考虑，但建筑设计结果会直接影响结构设计，有些方案有可能造成建筑总投资增加和结构设计的难度提升。

　　假如我们在方案的初期，就选择合理的结构优化设计，那么我们就可以根据不同的建筑类型，选择合适的结构形式和合理的设计方案，打好一个良好的基础。

　　(二)细部结构设计优化。

　　概念设计运用于没有具体化数值情况下，需要设计人员在设计过程中灵活运用结构设计优化方法，从而达到最好的效果。

　　在细部结构设计优化中，注意各细节部分的设计，比如现浇板中异形板拐角处易出现裂缝，可把异形板划分成矩形运用。

　　(三)地基基础结构设计。

　　地基基础结构设计优化首先应选择合理的方案，如果是桩基础，则要根据现场的地质条件选择合适的桩基类型，桩端持力层对灌注桩桩长选择有很大影响，应多比较选择合适方案。

　　三、结构设计优化的作用

　　(一)降低建筑总造价。

　　在结构优化设计中，建筑层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用土地面积将越小，这样节约了土地占用面积，但随着建筑层数的提高，总建筑高端提升，楼与楼之间间距也在提升，传给基础结构的荷载也会增加，我们则要增大基础，又会扩大土地占用面积。

　　虽然这样单位面积会有所降低，但是还是没有屋盖效果那么明显。

　　(二)提高建筑结构经济性。

　　随着建筑层数提高，墙体面积和柱体积也会增加，导致结构自重增加，基础结构的承载力相应增加，水、电气管线相应加长，如果层数降低，可节约材料、利于抗震等，当建筑高度减少，两建筑间的日照距离也相应减少，间接节约了用地。

　　如果建筑面积相同，选择的不同的平面形状，建筑外侧外墙的周长也会不同，合理的平面模型使外墙周长减少，外墙砌体、基础设施。

　　内外表面装修都会减少，与此同时还提高了受力性能，增强建筑经济性。

　　优化方法的运用，协调了建筑各部分单元，使建筑在更加美观的同时增强了建筑的可实用性，还减少了总体建筑的工程造价，这符合了现建筑结构的效益需求。

　　当前，随着我国经济快速发展，人们对于居住条件和生活环境要求越来越高，利用结构设计优化技术对建筑房屋进行优化设计，使其结构和美观相互协调，同时安全、经济、适用和便利是改善人们居住环境的重要手段。

　　房屋结构设计优化理念注重以实际情况为准则，根据工程建设的基本情况，以控制造价成本为中心来进行结构优化设计，其内容就是利用对建筑的基础结构、屋盖系统结构方案和围护系统结构方案等环节，建立起一种关于结构优化设计模型，通过对各种不同的影响变量参数中的关键参数进行科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化方案。

　　房屋建筑结构优化设计意义重大，一方面是大大提高建筑结构经济性，房屋建筑进行结构设计优化可节省材料，有利用抗震，减少内外表面装修，提高了其受力性能，增强了建筑的经济性能。

　　二是结构优化设计大大降低了建筑工程的成本造价。

　　节约用地，大量资料表明，房屋建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右，同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化，能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分互协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。

　　房屋建筑结构设计优化技术在现实的运用中，可以达到物美价廉的效果，不仅实现了房屋的美观和实用性，而且突出的节约了工程造价。

　　在每个投资者眼中，在保证建筑结构可靠性和科学性的前提下，同时在建筑长远效益下，最大程度的节约工程成本，是首先考虑的因素，这样才能实现可持续性发展，用最低的投资成本获取最大的经济效益。

　　五、结论

　　房屋建筑结构造价在工程中是考虑因素较大的一个方面，结构设计优化技术的运用产生了巨大的经济效益。

　　所以建筑部门和建筑设计人员应当遵守经济性、适用性和合理性的设计原则，再运用现代高科技手段，选择运用合适的建筑结构设计方案，用以实现降低建筑总工程造价并获取更大的经济效益。

　　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，2010，(09)：160.

　　[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].科技传播，2010，(19)：139+132.

　　[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，(27)：121.

　　[4]唐京华.基于实用与效果的建筑结构设计优化方法应用[J].中外建筑，2012，(08)：89-90.

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