房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨
张瑶+冷超群
摘 要：随着人民的生活水平也在日益提高，人们对于住房的需求不仅仅再停留在技术表面上，而且是开始更多的关注房屋的质量以及美观性。需求的增大势必刺激房地产商越来越关注房屋建筑结构设计的技术应用的优化。在房屋建筑设计中要尽量保证房屋结构设计的美观和经济性。建筑企业对房屋建筑结构设计的技术应用进行优化，不仅能满足消费者在房屋外观美观以及房屋使用经济等方面的多样化需求，还能在今后的房屋建筑结构设计领域中不断创新施工技术。本文简述了房屋建筑结构设计的基本内容，说明了结构优化设计现实意义，阐述了房屋建筑结构设计中的技术应用优化的必要性以及有效措施。
关键词：房屋建筑结构；设计；技术
随着国民经济的快速发展，不断提高的现代化生产和人民生活水平促使房屋建筑结构设计者不断优化设计水平。在新的时期，建筑施工企业首先就要从其施工质量入手，而建筑結构的稳定性需要根据施工地点的实际情况以及施工的各种要求对建筑结构进行科学合理的设计，这样才能为人们的生命安全提供必要的保障。随着人们生活水平的不断提高，建筑物的质量也要随之提高，这样才能够与人们的要求以及市场需求相适应。在满足各种规范和某些特定要求的条件下，功能强、造价低、安全可靠成了房屋建筑结构设计师追求的目标，该目标的实质就是深入研究房屋结构设计方法，不断优化建筑质量结构。
1 房屋建筑结构优化设计内容
1.1 优化结构设计选型
房屋工程分基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计和围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。在实施过程中，还应该结合具体工程的实际情况，围绕综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足平面布置规则下缩小刚度和质量中心的差异，控制了建筑物的水平荷载。竖直方向上应减少应力集中现象。
1.2 优化输入荷载
风荷载受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响，与房屋建筑结构的几何外形相关，对具有显著非线性特征的结构可能产生流固耦合效应。风荷载需要考虑静力和动力的双重特点。
2 房屋建筑结构优化设计的实际意义
2.1 有助于降低总造价
在房屋建筑结构设计中，合理应用建筑结构优化设计方案，不仅 能够提高建筑物的使用价值，还有利于环保，促进可持续发展，有助于实现建筑物的经济价值。进行结构优化设计中，高层住宅的层数越多总建筑面积增大，占用土地面积就越小，从而节约了用地成本。但建筑层数的增多，建筑物间距也要加大，这时占用的土地节约量与建筑层数增加就无法用比例计算了。另如屋盖并不会因为层数的增加而有所改变。对于基础部分来说，虽然是层数增加但是传给基础的荷载将会增大，单位面积的造价有所降低但却没有屋盖的效果那样明显。选择好的结构设计方案可以最大限度降低建设成本，保护施工现场的生态环境与经济利益 完美融合。开发建筑物的原则就是以最少的建设使用年限较长的建筑物，建筑结构优化设计正好满足了建设单位这一需求。优化设计方案除了能在保证建筑物耐用的基础上，还满足更多人不同的要求。
2.2 提高建筑结构经济性
建筑层高增加，其墙体面积和柱体积增加，结构的承载力相应增加。与传统的结构设计相比，采用结构设计优化可以使得建筑工程造价降低5%-30%。技术性的合理利用材料性能能使结构内部各单元得到最好的协调，实现造价方面有较大的节省，通过使用优化设计手段可符合市场可持续发展的需求。在建筑施工中，混凝土是建筑施工中作为主要的建筑材料，选择这种材料的时候应该尽量选择等级较高的混凝土产品，一般来说，混凝土强度每提高一级单价就会提高4%一6%；采用高强度混凝土可以从建筑部件的横截面入手，最大限度的提高房屋的实际使用面积，例如：梁构件可通过减小混凝土强度等级，且有利于提高梁的抗裂性能。其次可以通过采用高强度的钢筋减小了截面的有效高度，在不影响使用下合理增大梁截面宽度。
3 房屋建筑结构设计中优化技术的应用
3.1 设计方案的技术优化
房屋建筑结构设计的优化在动工之后在开始是不现实，所以对房屋建筑结构进行优化 设计必须始终贯穿在房屋建筑的始末。结构设计优化设计属于一个非线性的优化问题，设定中常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案后只需编制相应适用的运算程序即可。在结构方案设计前期形成一个参考的框架，对房屋建筑主体结构以及各个子结构的具结构设计要进行优化。
3.2 构建优化建筑结构设计的模型
结构设计优化是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设计，首先是设计变量的合理选择，通常的设计变量将所涉及的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。其次是目标函数的确定。使用函数可以保证各约束条件符合规范要求。
3.3 建筑地基结构设计
地基是整个结构设计里的主要部分，房屋的承载力以及水文地质条件以及抗震性等都要去进行综合的协调还有处理。因此，对于 房屋的建筑结构设计来讲，首先要考虑的就是刚性非常强的基础类型；在建筑的基础宽度处于3米之上的时候就要运用一些柔性比较强的基础类型。。
4 框架设计的分部优化技术
4.1 分布优化的设计
首先是通过整体内力分析得到各梁和各柱的弯矩、剪力和轴力，其次是在求得内力分布状态下进行各梁、各柱优化截面和配筋选择下得到新的设计方案，这样使得连续两次得到的方案足够的接近。分部优化可能出现在两个或几个近似的即使收敛。结果方案是根据工程经验选用其中的某个近似最优方案。最后对得到的结果方案再进行一次整体内力分析，检验方案的可用性。
4.2 框架梁的最优截面尺寸
框架梁的内力是由框架结构整体内力分析确定的，在考虑荷载效应组合和活荷载的最不利布置下画出弯矩包络图，以便使工程技术人员根据自己的经验在25-35%的幅位范围内随意设置梁端弯矩，从而大大地加速迭代收敛。
4.3 弯矩最优刚度分配
最优刚度与跨内最大剪力和最大挠度系数有关，可通过每一梁段的固端弯矩求出相应的数值。将判定后的最优刚度作为初始值。按此刚度求得新的最大弯矩、最大剪力和最大挠度系数，再计算出支座弯矩，据此可形成所谓的弯矩最优刚度分配法。其具体应用步骤为：一是计算每跨梁在荷载作用下的包括端点在内的跨内最大弯矩 、最大剪力 ，及最大挠度系数。二是分配各结点之不平衡弯矩，从左到右逐个传递分配弯矩，将左结点传来的弯矩与该结点分配的弯矩按照顺序传递，同时仍需对原来的不平衡弯矩进行分配，直到最优刚度趋于稳定止。
总的来说，结构设计优化不仅能够提高建筑的整体性能，而且能够在满足建筑使用功能的前提下提高经济效益。尽管结构优化设计应用上困难很多，但是作为一个房建结构设计工作者，应该勇于进行工程实践，为推动房建结构优化设计的学科发展做出应有的贡献。
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中心中的应用[J]. 建筑结构，2009（4）.
[4]结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用[J].科技 创新与应用，2014，05：215.
[5]房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].建筑 设计管理，2013（12）：73-75.2013（05）：193-194.
[6]建筑结构设计中安全性问题的分析[J].黑龙江科技信 息.2014（15）.
摘 要：随着人民的生活水平也在日益提高，人们对于住房的需求不仅仅再停留在技术表面上，而且是开始更多的关注房屋的质量以及美观性。需求的增大势必刺激房地产商越来越关注房屋建筑结构设计的技术应用的优化。在房屋建筑设计中要尽量保证房屋结构设计的美观和经济性。建筑企业对房屋建筑结构设计的技术应用进行优化，不仅能满足消费者在房屋外观美观以及房屋使用经济等方面的多样化需求，还能在今后的房屋建筑结构设计领域中不断创新施工技术。本文简述了房屋建筑结构设计的基本内容，说明了结构优化设计现实意义，阐述了房屋建筑结构设计中的技术应用优化的必要性以及有效措施。
关键词：房屋建筑结构；设计；技术
随着国民经济的快速发展，不断提高的现代化生产和人民生活水平促使房屋建筑结构设计者不断优化设计水平。在新的时期，建筑施工企业首先就要从其施工质量入手，而建筑結构的稳定性需要根据施工地点的实际情况以及施工的各种要求对建筑结构进行科学合理的设计，这样才能为人们的生命安全提供必要的保障。随着人们生活水平的不断提高，建筑物的质量也要随之提高，这样才能够与人们的要求以及市场需求相适应。在满足各种规范和某些特定要求的条件下，功能强、造价低、安全可靠成了房屋建筑结构设计师追求的目标，该目标的实质就是深入研究房屋结构设计方法，不断优化建筑质量结构。
1 房屋建筑结构优化设计内容
1.1 优化结构设计选型
房屋工程分基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计和围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。在实施过程中，还应该结合具体工程的实际情况，围绕综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足平面布置规则下缩小刚度和质量中心的差异，控制了建筑物的水平荷载。竖直方向上应减少应力集中现象。
1.2 优化输入荷载
风荷载受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响，与房屋建筑结构的几何外形相关，对具有显著非线性特征的结构可能产生流固耦合效应。风荷载需要考虑静力和动力的双重特点。
2 房屋建筑结构优化设计的实际意义
2.1 有助于降低总造价
在房屋建筑结构设计中，合理应用建筑结构优化设计方案，不仅 能够提高建筑物的使用价值，还有利于环保，促进可持续发展，有助于实现建筑物的经济价值。进行结构优化设计中，高层住宅的层数越多总建筑面积增大，占用土地面积就越小，从而节约了用地成本。但建筑层数的增多，建筑物间距也要加大，这时占用的土地节约量与建筑层数增加就无法用比例计算了。另如屋盖并不会因为层数的增加而有所改变。对于基础部分来说，虽然是层数增加但是传给基础的荷载将会增大，单位面积的造价有所降低但却没有屋盖的效果那样明显。选择好的结构设计方案可以最大限度降低建设成本，保护施工现场的生态环境与经济利益 完美融合。开发建筑物的原则就是以最少的建设使用年限较长的建筑物，建筑结构优化设计正好满足了建设单位这一需求。优化设计方案除了能在保证建筑物耐用的基础上，还满足更多人不同的要求。
2.2 提高建筑结构经济性
建筑层高增加，其墙体面积和柱体积增加，结构的承载力相应增加。与传统的结构设计相比，采用结构设计优化可以使得建筑工程造价降低5%-30%。技术性的合理利用材料性能能使结构内部各单元得到最好的协调，实现造价方面有较大的节省，通过使用优化设计手段可符合市场可持续发展的需求。在建筑施工中，混凝土是建筑施工中作为主要的建筑材料，选择这种材料的时候应该尽量选择等级较高的混凝土产品，一般来说，混凝土强度每提高一级单价就会提高4%一6%；采用高强度混凝土可以从建筑部件的横截面入手，最大限度的提高房屋的实际使用面积，例如：梁构件可通过减小混凝土强度等级，且有利于提高梁的抗裂性能。其次可以通过采用高强度的钢筋减小了截面的有效高度，在不影响使用下合理增大梁截面宽度。
3 房屋建筑结构设计中优化技术的应用
3.1 设计方案的技术优化
房屋建筑结构设计的优化在动工之后在开始是不现实，所以对房屋建筑结构进行优化 设计必须始终贯穿在房屋建筑的始末。结构设计优化设计属于一个非线性的优化问题，设定中常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案后只需编制相应适用的运算程序即可。在结构方案设计前期形成一个参考的框架，对房屋建筑主体结构以及各个子结构的具结构设计要进行优化。
3.2 构建优化建筑结构设计的模型
结构设计优化是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设计，首先是设计变量的合理选择，通常的设计变量将所涉及的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。其次是目标函数的确定。使用函数可以保证各约束条件符合规范要求。
3.3 建筑地基结构设计
地基是整个结构设计里的主要部分，房屋的承载力以及水文地质条件以及抗震性等都要去进行综合的协调还有处理。因此，对于 房屋的建筑结构设计来讲，首先要考虑的就是刚性非常强的基础类型；在建筑的基础宽度处于3米之上的时候就要运用一些柔性比较强的基础类型。。
4 框架设计的分部优化技术
4.1 分布优化的设计
首先是通过整体内力分析得到各梁和各柱的弯矩、剪力和轴力，其次是在求得内力分布状态下进行各梁、各柱优化截面和配筋选择下得到新的设计方案，这样使得连续两次得到的方案足够的接近。分部优化可能出现在两个或几个近似的即使收敛。结果方案是根据工程经验选用其中的某个近似最优方案。最后对得到的结果方案再进行一次整体内力分析，检验方案的可用性。
4.2 框架梁的最优截面尺寸
框架梁的内力是由框架结构整体内力分析确定的，在考虑荷载效应组合和活荷载的最不利布置下画出弯矩包络图，以便使工程技术人员根据自己的经验在25-35%的幅位范围内随意设置梁端弯矩，从而大大地加速迭代收敛。
4.3 弯矩最优刚度分配
最优刚度与跨内最大剪力和最大挠度系数有关，可通过每一梁段的固端弯矩求出相应的数值。将判定后的最优刚度作为初始值。按此刚度求得新的最大弯矩、最大剪力和最大挠度系数，再计算出支座弯矩，据此可形成所谓的弯矩最优刚度分配法。其具体应用步骤为：一是计算每跨梁在荷载作用下的包括端点在内的跨内最大弯矩 、最大剪力 ，及最大挠度系数。二是分配各结点之不平衡弯矩，从左到右逐个传递分配弯矩，将左结点传来的弯矩与该结点分配的弯矩按照顺序传递，同时仍需对原来的不平衡弯矩进行分配，直到最优刚度趋于稳定止。
总的来说，结构设计优化不仅能够提高建筑的整体性能，而且能够在满足建筑使用功能的前提下提高经济效益。尽管结构优化设计应用上困难很多，但是作为一个房建结构设计工作者，应该勇于进行工程实践，为推动房建结构优化设计的学科发展做出应有的贡献。
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中心中的应用[J]. 建筑结构，2009（4）.
[4]结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用[J].科技 创新与应用，2014，05：215.
[5]房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].建筑 设计管理，2013（12）：73-75.2013（05）：193-194.
[6]建筑结构设计中安全性问题的分析[J].黑龙江科技信 息.2014（15）.
