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房屋結構優化設計方法與問題
屋結構優化技術是實現房屋結構的安全、經濟、適用、美觀的基本保障。
房屋結構優化設計方法與問題【1】
摘 要：房屋結構優化技術是實現房屋結構的安全、經濟、適用、美觀的基本保障。
采用優化結構設計方法，在有限的空間內實現資源的最大化利用，不僅降低工程成本，也提高了房屋的安全與質量。
本文主要結合當今我國房屋結構設計現狀以及優化設計理念，討論了實施優化設計的原因，闡述了房屋優化設計的具體體現以及優化技術應該遵循的基本原則。
關鍵字：房屋;結構設計;優化技術
引言
目前，隨著社會經濟水平的不斷提高，土地價格也在不斷上漲。
同時，人民對住房條件的需求也在不斷上升，因此，對開發商帶來的壓力也在不斷加大。
為了實現房屋建筑經濟效益的最大化，就需要采用結構優化技術，在有限的空間內實現資源的最大利用。
房屋結構優化設計是指，采取科學合理的設計理念和技術方法來設計房屋結構，以最小的工程報價來最大化整體的建筑收益，提高房屋的質量水平，使得企業也獲得較高的利潤等。
一、我國目前房屋結構設計現狀以及實施優化設計的原因
隨著我國經濟的飛速發展，人民生活水平的不斷提高，對住房建設要求也越來越高。
同時，根據我國目前的基本國情，人口數量日益增長，住房面積需求量不斷加大。
因此，我國現階段住房建設主要以高層為主。
房屋的結構設計優化不僅能夠滿足當今大眾的需求，更能為投資者減少建筑成本。
房屋建設結構優化必須以建筑的安全性為首要原則，然后再進一步分析建筑方案，配合科學合理的設計理念，從而有效控制建筑工程造價，實現經濟效益的最大化。
根據近些年的數據資料顯示，優化建筑結構設計可以為整項建筑工程節省30%-50%的費用。
但是，在實際的設計過程中，方案設計受自然因素的影響很大，很難發揮出其本身的優越性。
例如，工程設計階段，施工方過多的縮短建筑設計時間，從而使設計效果達不到理想的要求，在縮短工程工期的同時也降低了工程設計質量;建筑設計時，設計人員的經驗不足，專業知識不完備，對一些設計軟件掌握的不夠精通;一些設計者在設計建筑時過度的關注部分結構而忽視了整體方案等等，這些因素都會導致建筑結構設計的不夠優化。
因此，房屋建筑設計者必須科學合理的分析整體建筑方案，并設計出最優的結構，才能實現經濟利益的最大化。
二、房屋結構設計優化主要體現在哪些方面
房屋結構設計優化主要是采取合適的方法以及科學的設計理念來最大化的達到房屋設計標準，如：房屋結構的合理布局、構件大小、結構框架等。
鋼筋混凝土結構的優化設計的基本理念是將建筑的具體部件以及整體布局進行分析，而頂柱、體形、層高以及拉力構件等等都會影響建筑物的整體布局。
建筑構件的布局、強度等級以及配筋構造都是建筑物具體構件的體現。
綜合以上因素，建筑方案結構需要專業知識豐富且熟知設計規范的工程技術人員設計，而且在設計時必須充分考慮各構件直接的受力特性，從而選取最優的設計方案。
三、房屋結構優化設計技術
(一)優化技術的基本原則
在工程設計優化過程中，必須以工程設計和工程價值為基本原則。
優化結構設計的最終目標是充分利用建筑材料，實現建筑構件利用的最大化。
優化結構設計不僅遵守建筑設計規范，更實現了當今建筑的審美學和價值學。
通過深化改善房屋結構設計，從而實現建筑功能更加協調完善，降低建筑成本，提高經濟效益。
房屋結構的優化必須從實際工程施工出發，結合房屋結構的具體情況，實現房屋建筑的結構的最優化設計。
在進行結構優化時，必須依據設計意圖，采用平面設計布局，降低構件質量和剛度之間的差異，減小水平負載造成的房屋扭曲，在豎直方向上采用轉換層技術，有效地降低構件的集中用力。
(二)優化設計的基本的要點
1.依據設計規范
工程師在設計建筑結構時必須具備豐富的建筑設計經驗以及熟知設計規范。
即依據科學的設計理念，將自身的優化方案融于整個工程項目設計中去。
建筑結構設計規范更多是對于工程較大的項目，因而會造成某些規定過于保守。
另外，在工程設計比較特殊或復雜時，依據某些規定將會造成建筑物的不安全。
因此，這就要求設計師在建筑設計過程中必須具備良好的專業素質以及清醒的思路、正確的判斷力，爭取將建筑結構設計做到最優。
優化房屋結構設計過程中，應注重建筑構件的細節優化，如：建筑構件的受力鋼筋，在滿足塑性的條件下盡可能的選擇性價比較高的產品，從而實現房屋結構的經濟、安全。
2.結構師主動參與建筑設計
在工程施工前期以及施工過程中，建筑結構師的主動參與對整個房屋結構優化起到關鍵性作用。
在實際的工程施工過程中，建筑設計師往往不能夠對整個結構體系進行很好的受力分析，即建筑結構師的設計理念以及其自身具備的經驗不能完全代替設計師的設計思想，同時，建筑與結構上專業知識的隔閡也無法彌補。
建筑結構設計師其豐富的工程設計經驗以及專業設計理論，積極主動的為設計師出謀劃策，只有兩者的順利合作才能設計出更加優秀的方案。
目前，我國的房屋建筑設計總是先從建筑的結構布局開始，根據結構承載負荷的不同分析所需的材料、參數等，往往這種分析方法是計算機所不能計算出的，它需要建筑結構設計師充分論證整個建筑設計方案之后做出的判斷。
而這些判斷需依據實際工程實踐經驗以及結構設計所遵循的一般規律進行。
3.加強設計團隊之間的合作
優化房屋結構是一項整體而系統的工作，它需要團隊之間的協調合作。
現代建筑主要由結構、設備、建筑三大要素組成。
因此，在工程施工過程中要明細團隊內部分工，并做好團隊合作，只有這樣才能有機的結合各個構件創造出更加完美的作品。
在建筑工程設計階段，房屋的結構設計和建筑設計是不可分割的，只有協調好兩者之間的關系，才能設計出更加美觀大方的建筑方案，同時，又降低了建筑成本，簡化施工過程，達到既美觀又實用的建筑效果。
通常建筑設計師在設計建筑時，只是一味的要求設計方案的新奇，而忽略了建筑學中基本的力學關系，這樣設計出的方案往往在結構設計上造成困難。
因此，團隊之間的協調合作是房屋結構優化的重要保障。
4.優化房屋建筑結構，解決房屋抗震問題
房屋結構的優化不僅僅能降低建筑成本、增加建筑美觀、簡化施工過程，更能加強房屋的抗震作用。
通過房屋結構優化技術，可以增加房屋抵抗外部作用的破壞，有效地降低房屋破壞程度。
因此，在房屋結構優化設計過程中，抵抗外界各種不良因素的影響成為結構優化設計工作的主要內容。
在日常的外界不良因素中，地震是最難以預測且對房屋建筑物破壞最強的，所以在房屋計算及構造上必須加強抗震措施。
如：房屋構件剛度的對稱性以及均勻性都可以有效的緩解地震對建筑物的破壞;多道防設設計理念可以有效緩沖特大地震對房屋主構件的破壞。
以上這些設計思想都是房屋結構設計的重要內容。
四、總結
工程造價對整個工程項目的經濟效益起著關鍵性作用，因此優化房屋結構設計，不僅可以降低整個工程的造價成本，更能提升整體房屋的安全級別。
結構設計與建筑設計的協調配合，充分發揮其自身的優勢，設計出最優的房屋結構。
在平面設計過程中，應遵循對稱、均勻的原則，縮小房屋構建質量與剛度之間的差異。
在豎直布置上，保證上下承重件負載的上下貫通。
建筑是藝術的表現，在保證房屋安全的前提下，結構師應敢于創新，將房屋的實用性與藝術性完美的結合在一起。
參考文獻：
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房屋結構優化設計應用研究【2】
【摘要】人們物質需求及市場價格變化使得建筑的成本攀升，利用結構設計優化的方法對建筑結構進行優化設計是實現資源最大化的重要手段，本文建立了結構設計優化設計方法的模型及計算方法，同時強調了其在房屋結構設計應用中的注意事項，在建筑實踐中具有極強的可操作性，同時結構設計優化也給建筑市場的發展帶來了深遠的意義。
【關鍵詞】結構設計優化設計技術 房屋結構設計 應用
近年來，由于土地價格市場的變化，不斷上漲的土地價格給開發商的建筑總成本控制帶來了極大的壓力，同時，人們對于居住條件及生活環境的要求不斷提高，相應建筑產品的品質要求也就不斷提高，這就讓開發商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價就成為開發商追求的直接目標，這就需要我們利用結構設計優化設計技術方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發揮，實現經濟化、實用性和適用性的良好目標。
一、結構設計優化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。
建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的"經濟適用"房。
從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。
房屋工程分部結構優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。
對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。
進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。
豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。
(1)結構優化設計模型
結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。
結構總體的優化建立模型的大致步驟如下：一是設計變量的合理選擇。
通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。
二、目標函數的確定。
使用函數找出滿足既定條件的最優解。
最后，約束條件的確定。
房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。
設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。
(2)結構優化計算方案
結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算。
常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。
完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。
二、結構設計優化技術的實踐應用
結構設計優化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。
結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益。
在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。
(1)結構設計優化應注意前期參與
因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。
如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。
(2)概念設計結合細部結構設計優化
概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實有較大的差異，在進行設計的時候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據。
設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。
與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。
注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。
在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規范要求即可，達到既安全又經濟的目的。
(3)下部地基基礎結構設計優化
地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。
樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。
三、結構設計優化的現實意義
(1)結構優化設計降低總造價
進行結構優化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。
另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。
對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。
(2)進行結構設計優化提高建筑結構經濟性
建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線會加長;相反降低層高，可節省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節約了用地。
建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。
參考文獻：
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房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的應用【3】
摘要：建筑是力與巧的結合，精美的建筑源于設計師把建筑的結構設計和美觀設計相互配合的結果。
房屋的結構設計追求安全、適用、經濟、美觀和施工便于操作五種效果，這就需要探討我們的建筑結構設計優化方法，并運用到實踐中來，用來節約總體工程的造價，用最小的資源創造最大的效果，實現建筑經濟性、實用性、安全性的最終目標。
關鍵詞：結構設計、設計優化、探討、應用
在房屋建筑結構設計過程中，在滿足建筑設計師設計意圖的基礎下，平面布置應當盡量保持對稱和規則，盡可能的縮小剛度中心和質量中心之間的差異，從而使建筑物在水平荷載下不至于發生太大扭轉。
在豎向布置上，在滿足功能的前提下，應盡可能的使豎向承重構件上下保持貫通，可以不使用轉換層則盡量不使用，避免造成結構分析和設計上的困難。
豎向剛度盡量不要突變，應采取漸變的方式，避免應水平荷載作用產生嚴重的應力集中現象。
在工程項目和結構設計時，除了考慮設計對象基本的使用功能和可靠性外，還要考慮把設計對象盡可能設計的更完善一些，這就是研究結構設計優化技術的主要目的。
它用科學的計算選取更合適本項目滿意的結構方案。
一、房屋建筑結構優化設計模型與方案
房屋建筑工程分部結構優化設計包括以下幾個方面：房屋基礎結構優化設計、房屋屋蓋系統方案優化設計、圍護結構方案設計優化與結構細部設計優化。
針對以上幾個方面的優化設計，還包括了選型、布置、造價、受力等內容進行分析。
在實際實施中，還應該根據實際情況出發，再結合具體工程實施情況，圍繞房屋建筑綜合經濟效益目標進行結構優化設計。
(一)系統結構優化設計模型。
結構設計優化是在各種影響變量中選取主要的參數建立函數模型，運用科學的計算方法得出最好的優化方案。
結構優化建立模型大概分為以下幾個步驟：設計變量中主要參數的合理選擇，通常的變量選擇主要選擇對于總體結構影響較大的參數，將所有的參數按各自的影響屬性劃分分類，將影響不大的參數定為預定參數，這樣可以減少函數模型中大量的計算。
目標函數一旦確定，使用函數找出符合條件的最優解。
最后是約束條件的確定，房屋建筑結構可靠性優化設計的約束條件包括了應力約束、結構強度約束、裂縫寬度約束、尺寸約束。
在優化設計中，確定各種約束條件務必符合現行規范要求。
(二)系統結構優化設計方案。
在結構設計中應設計多個變量和多個約束條件，設定計算方案時，常常將由約束條件轉換為無約束條件計算，常用的方法包含有符合型法和拉式乘子法。
在完成計算方案設定時只需要編制相適應的運算程序即可得到最優化的結果。
二、結構設計中優化技術應用所面臨的幾個問題
將結構優化設計應用到實踐中，是比較廣泛的一項措施，利用結構優化設計方法可以不改變使用性能下達到降低工程造價的目的，結構優化設計應用于整體設計、前期設計、抗震設計、舊房改造等各分部環節都能發揮巨大的效益。
在時間應用中，應當注意幾個問題。
(一)前期參與。
前期方案的確定將直接影響到整體建筑的總投資，前期方案階段結構設計并不參與是現在所面臨的一個問題，建筑設計師在建筑設計時對于建筑結構的合理性和可行性大多沒有考慮，但建筑設計結果會直接影響結構設計，有些方案有可能造成建筑總投資增加和結構設計的難度提升。
假如我們在方案的初期，就選擇合理的結構優化設計，那么我們就可以根據不同的建筑類型，選擇合適的結構形式和合理的設計方案，打好一個良好的基礎。
(二)細部結構設計優化。
概念設計運用于沒有具體化數值情況下，需要設計人員在設計過程中靈活運用結構設計優化方法，從而達到最好的效果。
在細部結構設計優化中，注意各細節部分的設計，比如現澆板中異形板拐角處易出現裂縫，可把異形板劃分成矩形運用。
(三)地基基礎結構設計。
地基基礎結構設計優化首先應選擇合理的方案，如果是樁基礎，則要根據現場的地質條件選擇合適的樁基類型，樁端持力層對灌注樁樁長選擇有很大影響，應多比較選擇合適方案。
三、結構設計優化的作用
(一)降低建筑總造價。
在結構優化設計中，建筑層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用土地面積將越小，這樣節約了土地占用面積，但隨著建筑層數的提高，總建筑高端提升，樓與樓之間間距也在提升，傳給基礎結構的荷載也會增加，我們則要增大基礎，又會擴大土地占用面積。
雖然這樣單位面積會有所降低，但是還是沒有屋蓋效果那么明顯。
(二)提高建筑結構經濟性。
隨著建筑層數提高，墻體面積和柱體積也會增加，導致結構自重增加，基礎結構的承載力相應增加，水、電氣管線相應加長，如果層數降低，可節約材料、利于抗震等，當建筑高度減少，兩建筑間的日照距離也相應減少，間接節約了用地。
如果建筑面積相同，選擇的不同的平面形狀，建筑外側外墻的周長也會不同，合理的平面模型使外墻周長減少，外墻砌體、基礎設施。
內外表面裝修都會減少，與此同時還提高了受力性能，增強建筑經濟性。
優化方法的運用，協調了建筑各部分單元，使建筑在更加美觀的同時增強了建筑的可實用性，還減少了總體建筑的工程造價，這符合了現建筑結構的效益需求。
當前，隨著我國經濟快速發展，人們對于居住條件和生活環境要求越來越高，利用結構設計優化技術對建筑房屋進行優化設計，使其結構和美觀相互協調，同時安全、經濟、適用和便利是改善人們居住環境的重要手段。
房屋結構設計優化理念注重以實際情況為準則，根據工程建設的基本情況，以控制造價成本為中心來進行結構優化設計，其內容就是利用對建筑的基礎結構、屋蓋系統結構方案和圍護系統結構方案等環節，建立起一種關于結構優化設計模型，通過對各種不同的影響變量參數中的關鍵參數進行科學的計算，確立最終的建筑工程結構設計的優化方案。
房屋建筑結構優化設計意義重大，一方面是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利用抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能。
二是結構優化設計大大降低了建筑工程的成本造價。
節約用地，大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。
房屋建筑結構設計優化技術在現實的運用中，可以達到物美價廉的效果，不僅實現了房屋的美觀和實用性，而且突出的節約了工程造價。
在每個投資者眼中，在保證建筑結構可靠性和科學性的前提下，同時在建筑長遠效益下，最大程度的節約工程成本，是首先考慮的因素，這樣才能實現可持續性發展，用最低的投資成本獲取最大的經濟效益。
五、結論
房屋建筑結構造價在工程中是考慮因素較大的一個方面，結構設計優化技術的運用產生了巨大的經濟效益。
所以建筑部門和建筑設計人員應當遵守經濟性、適用性和合理性的設計原則，再運用現代高科技手段，選擇運用合適的建筑結構設計方案，用以實現降低建筑總工程造價并獲取更大的經濟效益。
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