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0 前言

眼下，我國正處于科技和經濟飛速發展的時期，人們對居住條件及生活環境要求越來越高，而對建筑房屋進行優化設計，使其結構與美觀相互協調、同時適用、安全、經濟以及便利是提高人們生活環境的關鍵因素。房屋結構設計優化技術注重實際，以工程建設的基本狀況為出發點，以計劃成本為控制為中心來進行的結構優化設計，其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統的結構方案以及圍護系統結構方案等環節，建立起一種關于結構優化設計的模型，通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學計算，來制定建筑工程結構設計方案。

1 房屋結構設計優化的意義

1.1結構優化設計可以降低總造價。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。

1.2結構優化設計可以提高建筑結構經濟性。與傳統的結構設計相比，采用結構設計優化方法可以使建筑工程造價降低 6%- 34%。優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段，達到上述五個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續發展的需求。

2 房屋結構設計中結構設計優化技術的問題2.1從現在的建筑結構設計工作來看，普遍缺少詳細的勘察地質資料，只是簡單的依據相臨建筑的情況進行圖紙設計。勘察施工場地的作用是保證科學的進行地基基礎工作，并且達到最基本的安全保障。往往房屋設計工作人員只是把耐力數值控制到最小，就簡單認為房屋建筑結構沒有問題了，這種技術問題為房屋埋下了安全隱患。在對較軟地基進行處理時，忽略了墊層換土設計，只是根據經驗判斷處理。房屋結構設計過程中，對于較軟地基存在的安全隱患沒有足夠認識，單純依據個人經驗使用砂墊層強化承載力，對于其寬厚度缺乏精確計算，也造成了費用的浪費。

2.2在抗震房屋結構設計中，施工設計人員普遍認為六度設防可以看成是沒有設防。為了方便受力分析，施工設計人員往往把柱體橫截面較小設計，增加梁線的剛度，將梁設計成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設計成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結構的受力，但是針對整體的房屋結構安全帶來了危險。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個房屋結構一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現裂縫。2.3房屋結構設計承重能力時主要是通過樓板設計完成的，在房屋建筑時經常將一些沒有承重能力的墻體安置在樓板山，之后還會這部分算在同等效果的荷載力范圍內，樓板的配筋也會依據這個數據進行計算。除此之外，設計人員將立磚斜砌隔墻頂位置，造成樓板頂部出現裂縫。兩個方向同時產生彎矩的雙向板中的鋼筋是要疊放并且要保持縱橫方向，計算時應該依據雙方向的高度。

3 結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用房屋建筑結構設計優化技術實踐應用是當前建筑業非常關注的一個課題，目的在通過結構優化設計技術逐步改善房屋建筑的使用性能的基礎上，提高經濟性，大力降低工程成本造價。主要應用可以體現在以下幾個方面：

3.1房屋建筑結構在設計中應遵循結構設計規范。房屋建筑結構優化設計的目的是追求適用、安全、經濟、美觀以及便利施工，因此，房屋建筑結構優化設計不但要求結構設計工程師有豐富的設計經驗，也同時也要要對房屋建筑結構規范的條文有較為詳細的了解，在房屋建筑結構設計規范的基礎上，能夠把自身的結構設計方案科學的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中，某些條文規定不可避免的的偏于保守，同時，也有些條文對一些特殊、復雜工程的設計工程條文安全性不足。因此，房屋建筑結構工程師在優化設計中，應該充分利用扎實專業知識與豐富的經驗，對上述問題做出科學與正確的判斷，從而能夠把握設計，使設計成果逐步優化，不斷創新。

3.2房屋結構工程師要積極主動參前期工程規劃。房屋建筑結構工程師要積極主動參前期工程規劃是實施結構優化技術的重點內容。因為，在在實際施工中，房屋建筑結構工程建筑師難以把握對結構體系的受力的正確分析，相關房屋建筑結構工程師要積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構思與逐步創新，使整個建筑的優化功能能夠全部體現出來。

3.3涉及到房屋結構設計的各個專業應該相互協調與合作房屋建筑結構優化是一個復雜性的系統工程，涉及到的專業也很廣，各個專業必須相互協調與配合。依據建筑學發展角度出發，現代建筑是綜合性產品，包括建筑、結構以及設備等要素。因此，房屋建筑工程在工程實施中，應該大力加強分工與合作，將各個構成要素進行充分有機結合，為打造出完美的作品夯實基礎。在房屋建筑工程項目設計中，最重要的環節是建筑設計與結構設計，只有將這兩個環節充分結合，房屋建筑工程的實用美觀大方效果才能充分體現，同時，房屋的建造結構受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡化了施工。但在建筑設計中，一些許建筑設計人員不遵循建筑的基本力學規律，過于注重設計方案創作的新奇性，導致這房屋建筑結構出現一些后遺癥，因此，房屋建筑結構優化必須通過強化各個專業的合作與協調，才能夠實現結構合理，成本降低。3.4房屋結構優化設計要將概念設計結合細部結構進行設計優化。概念設計即是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法，是通過設計概念將設計者繁復的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維從而完成整個設計。但是概念設計應用于沒有具體數值量化的狀況時，計算式不可避免與實際出現較大的差異，譬如在地震設防烈度就沒與不確定性，計算式與實際差別較大，因此，房屋建筑結構在優化設計中，通過采用概念設計的方法，將數值作為輔助和參考的依據，同時設計人員在設計過程中還需靈活運用結構設計優化的方法。在整個設計過程中貫穿一種抗震設防的思想且以概念設計作為重點指導設計。同時在設計的過程中，注重優化細部的結構設計，譬如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。在選擇鋼筋型號時，充分考慮其極限抗拉力等。

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隨著人們物質生活的不斷豐富，物質享受質量標準的不斷提高，對于房屋質量及結構設計的要求也越來越高。這就導致房屋建筑工程作業難度不斷加大，同時也對房屋結構設計工作提出了更高的要求，因而為了確保房屋結構設計滿足人們的要求，作為新時期背景下的房建設計企業必須加強對房屋結構設計進行不斷優化，從而實現企業追求經濟效益最大化的目標，達到提高企業市場適應力與競爭力的目的。基于此，本文正式結合這一背景和自身工作實踐提出了的以下幾點看法。

1.房屋結構設計的優化重要性

現階段，我國社會經濟急速發展，人們的物質生活不斷豐富，物質享受質量標準也在不斷提高，對于房屋質量及結構設計的要求也越來越高。對房屋結構設計進行不斷優化，能讓房屋結構更美觀、適用、經濟以及安全，這已經成為當前改善人們房屋居住條件的重要手段。房屋結構設計優化主要就是根據工程實際情況，通過將工程成本的合理計劃作為重點進行結構優化設計，主要就是利用建筑結構與系統的結構方案及系統結構維護方案等階段，以此做出工程相關的結構優化設計模型，而后通過對各種不同變量參數及各種不同影響因素的綜合考慮，從而確定出最佳房屋結構設計優化方案[1]。

房屋結構設計的優化重要性主要體現在以下幾方面：第一，增強了建筑經濟性，有利于抗震，節省裝修成本，增強了荷載能力，提高了企業經濟性能。第二，降低了工程總開發成本，節約了占地面積，根據相關數據表明，進行房屋結構設計優化能有效降低工程總開發成本的四分之一左右，還能更加合理利用建筑施工材料，能讓建筑內部結構及不同建筑單元之間更協調，極大增強建筑結構設計的經濟性。

2.房屋結構設計的優化的內涵

房屋結構設計的優化的內涵就是通過對結構設計的調整讓其與建筑美觀相互協調配合，從而建造出賞心悅目的建筑。當前人們對建筑結構設計的要求就是美觀、適用、經濟以及安全，而進行建筑結構設計優化就能很好的滿足這一要求，讓建筑更形態更美觀、造型更優美、結構更安全、合理、經濟，創造出最符合人們心中居住的房屋。房屋建筑結構設計優化主要包括房屋分部結構設計優化和房屋結構總體設計優化兩方面。其中房屋分部結構設計優化又主要有：基礎結構設計方案的優化、結構細部設計的優化、屋蓋系統設計方案的優化、圍護結構設計方案的優化。在實際進行房屋結構設計優化時，必須做到實事求是，結合房屋自身具有的特點及建筑工程實際情況，對其整體利益進行全面綜合的考慮，從而制定出最佳結構設計方案。房建設計人員進行房屋結構設計時，應選擇最優設計方案，以此滿足設計目標，并且確保設計的房屋平面布局是合理的、規則的，以便降低剛度與質量之間的差異，從而最大程度降低房屋的水平荷載。與此同時，在進行房屋結構設計時。必須盡可能避免房屋縱向空間中出現轉換層，從而有效確保房屋的應力不會集合在一起[2]。

2.1結構設計優化模型

結構設計優化就是利用建筑結構與系統的結構方案及系統結構維護方案等階段，通過對各種不同變量參數及各種不同影響因素的綜合考慮，選擇主要參數，以此建立工程相關的結構優化設計模型，最后采用有效的方法確定最優結構設計方案。進行結構總體設計優化時的大致流程有：第一，合理選擇設計變量。一般情況下設計變量的選擇，主要是選擇對設計要求產生極大影響的參數，而后把涉及參數根據具體作用進行針對性地區分，對設計變量影響較低的參數一般作為預定參數，采取該方法能有效降低計算編程工作量。第二，科學確定目標函數。通過對函數的應用找出符合條件的最佳結構設計優化方案。第三，正確確定約束條件。設計時，必須確保確定的約束條件均達到相應的規范要求。

2.2結構優化計算方案

結構設計優化受較多因素影響和限制，所以計算方法也具有特殊性。這種特殊性使得設計人員在計算時，常常將其限制因素轉變成無限制因素。一般情況下，主要采用符合型算法、乘子算法、Powell優化算法等計算方法。采用這些計算方法不僅方便而且精準性高，只需利用計算機對這些計算方法進行編程，就能得到最科學合理的最佳結論[3]。

3.房屋結構設計優化技術應用

3.1概念設計在房屋結構設計優化的應用

當下的建筑設計中，能充分展示設計思想的重要因素就是概念設計，因而作為設計人員，在一個特定的空間內，利用整體概念進行總體設計方案的確定是設計工作中最為重要、關鍵的事情，并正確處理建筑中結構與構件、結構與結構間的關系。設計人員開展概念設計工作時，必須具備豐富的建筑經驗基礎，且經驗越豐富，設計作品就會更成功，這樣才能為概念設計工作的順利開展與完成奠定堅實的基礎。由于建筑結構組成的復雜性，即使在一樣的設計方案中，其結構組成設計也會具有較多變化，就算是已通過內部結構設計確定的建筑，其不同的分析方法也會出現不同的結果。且上述問題無法利用計算機進行解決、完成，這就對相關工作人員提出了更高要求，要求其自行進行判斷及處理。但是工作人員作出的判斷及處理必須基于遵循相關的規律為前提，而后結合自身工作實踐經驗及工程實際，得出最后的結果，這就是所謂的概念設計。

3.2概念設計的重要性

設計勘察是工程的核心，質量的根源。只有優秀的設計，才會有優質的工程。專業的結構設計人員必須具備豐富的工作實踐經驗和專業的設計理論，以便在進行概念設計工作時，能更為迅速、有效的選擇與確定結構體系，同時還應與建筑工程人員相互交流、配合，共同確定建筑總體結構體系，以便使設計方案概念更清晰、定性更正確，以從而為設計方案的最優化及工程施工的順利進行奠定堅實的基礎。

概念設計能幫助建筑結構降低受自然和人為因素的影響程度。為了實現這一目標概念設計將面臨極多的問題，因此，設計人員就必須充分考慮外力因素的影響，并將其納入設計內容。外力因素中，地震是較為常見的，地震發生沒有規律，且破壞性極強，因而在設計時必須充分考慮地震的破壞性帶來的影響，并將其納入設計內容中，從而采取針對性地抗震措施，并盡可能清除對抗震措施的實施帶來的不利因素[4]。

4.結語

總之，本文通過提出的幾點看法對房屋結構設計的優化進行了分析與探討，具有非常重要的意義。優化房屋結構設計是當前房建設計企業實現經濟效益最大化，提高企業市場競爭力的有效手段，因此，作為新時期背景下的房建設計人員必須努力提高自身的綜合能力與素質涵養，以便為房屋結構設計優化工作的順利進行奠定堅實的基礎，從而促進企業升級和轉型，促進建筑行業的可持續發展，

【參考文獻】

[1]鄭智垚，樂肖軍.結構設計優化設計技術與其在房屋結構設計中的應用[J].中國新技術新產品，2011，04：98.

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【 keywords 】 housing structure; Optimization design; Project; Application;

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：

1、房屋結構設計的優化方法的現實價值及應用

1.1 傳統的房屋結構設計無法適應現代建筑設計的經濟性、合理性

房屋結構的設計不僅要保證房屋建筑的長期使用質量，而且在此基礎上應盡量的降低房屋結構的成本，同時還要提高房屋結構設計的合理性和可靠性。傳統的設計無法滿足房屋結構設計中的合理性及經濟性，而合理利用現代優化設計理念不但可以滿足造型美觀和安全性的有關規定，而且使建筑材料更為合理的利用，更為經濟劃算，房屋工程造價將大大的降低。與此同時，優化結構設計理論是否能合理運用將對房屋的整天建設方案產生巨大地影響。優化理論的合理運用是使房屋設計“經濟、安全和適用”的最佳途徑。

1.2 房屋結構優化設計方案的運用

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房屋的整體設計、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。房屋結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工5種效果,這就需要應用到建筑結構設計優化方法,來提高有限空間、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。由于結構優化的房屋建筑對象不同，其優化的細節不同，結構設計包含了很多內容，計者或者工程師應該在達到使用要求和設計規范的前提下，然后結合工程的實際情況，綜合考慮其經濟效益后再對房屋的設計工作進行相應的結構設計優化。

2、具體的設計優化方案

2.1 房屋結構的抗震性設計

2.1.1房屋結構抗震等級設計

在工程圖紙設計的過程中，房屋結構按其抗震設防分類，房屋的抗震等級可以根據房屋高度、烈度和結構類型按照國家《抗震規范》附表確定。

2.1.2地震震力振型組合數據

地震震力的振型組合數據對高層的建筑應當不考慮耦聯扭轉進行計算；當房屋振型數大于3 的時后，應該取 3的整數倍進行計算，但是該數據不可大于建筑物的層數；當房屋的層數小于等于2時，振型數則可以取房屋層數。對于那些不規則房屋的結構，應當考慮扭耦聯轉，對于高層的房屋建筑來說，振型數應當取大于等于9 的數；房屋結構的層數多或者房屋結構的剛度突變系數較大的話，其振型數則應該多取，例如房屋結構中含有多塔結構、頂部有小塔樓、轉換層等，其振型數應盡量取大于等于12的數，例如房屋結構中含有多塔結構、頂部有小塔樓、轉換層等，其振型數應盡量取大于等于12的數2.2 房屋結構的周期性折減系數房屋的框架結構、頂蓋等結構設計中，因為填充墻體的存在使得其結構實際表現的剛度會大于設計計算的剛度，計算的周期也會大于實際的周期，所以，當算出結構的剪力偏小時，會使房屋某些結構不太安全，因而應該對結構的房屋結構的計算周期適當進行折減，這樣會達到很好的效果，但是對于房屋的框架結構來說，計算周期不宜折減或者將折減系數取小。對于框架結構來說，采取砌填充墻，計算周期的折減系數可取大約0.6～0.7之間；砌體的填充墻采取輕質砌塊或墻體較少時，可取0.7～0.8之間；完全采取輕質性的墻體板時，則可以取到0.9。除非無墻的純框架，否則計算周期盡量適當折減。

2.3 框架梁、柱箍筋間距

房屋柱箍筋、框架梁等的加密區最大箍筋和最小箍筋的直徑間距要符合國家規定。依據這些規定，房屋工程上習慣取柱箍筋和梁的加密區的最大間距100mm 左右，而非加密區的箍筋的最大間距約為200mm左右。計算程序的總信息通常也在柱箍筋、內定梁加密區間距100mm

左右，以此為計算的依據算出加密區的箍筋面積，設計人員要依據規范最終確定肢數和箍筋的直徑。但在程序內定條件下，當房屋框架梁跨中部有較大其他荷載或者有次梁存在而又僅有兩肢箍筋的情況下，其非加密區的箍筋間距應該采取200mm 左右，以使房屋梁非加密區配箍充足，所以建議內定的梁箍筋改為梁的非加密區取200mm。其既可保證梁箍筋加密區（箍筋間距100mm） 的抗剪切能力，同時又適當增加了梁非加密區抗剪承載能力，使梁的強抗剪性能更充分的體現出來。

2.4 地下室層數的輸入處理

多層性的房屋框架結構房屋一般都設置了地下室結構。由于隔墻較少，所以常采用板筏基礎。設計計算時應將上部結構和地下室層數結合在一起考慮，并于圖紙中按實際地下室層數計算。這樣，計算的基礎底板和地基的縱向荷載可以一次設計完成。同時，通過對側層移剛度性系數的比較分析，可以正確地調整和判斷房屋的相應嵌固位置，并適當采取加固構造措施，以保證樓板的最小配筋率和必要厚度；然而當房屋結構表現縱向不規則時，要著重驗算最薄弱層。

3、結構優化設計理論在房屋結構設計中的合理性評估

3.1優化理念要和房屋結構設計要面對同樣的建筑設計方案

同一建筑的設計方案可以有很多種不同的結構設計與布置，即使在相同的荷載情況下如果確定了房屋的結構布置，也會存在很多不同類型的分析方案。在分析過程中對于設計的一些數值的取值也是在不斷發生變化的。房屋建筑物的細部處理也是不盡相同的，對于這些問題是靠計算機優化設計無法完全解決的，必須要設計人員親自對各項設計以及數據取值作出合理性的評估。而判斷評估也只能是在結構優化設計的通常規律指導下完成，更有效的方法是依據據工程設計施工經驗有目的有創建地進行判斷。所以，概念優化設計是設計師對多種的備選方案的選擇以及對單一方案完美化的過程，其存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

3.2 運用概念優化設計處理實際房屋設計問題

運用概念優化設計處理的問題是多種多樣的。但是，可以肯定的說，通過概念優化設計房屋結構是能在各種各樣可能出現的環境情況作用下使房屋破壞程度最小或者不受到破壞。所以，研究分析如何應對房屋可能遭受到的多種不確定因素是檢測設計合理性的重要途徑。地震作為最難預測，破壞性最大的事件是考慮建筑優化設計的重要因素之一。所以就要考證當前設計對地震等突發事件的抵抗性和合理性。剛度的對稱均勻是降低地震破壞性的重要手段之一；延展性的設計是能有效防止房屋結構的脆性破壞的最佳選擇等等。這些常用的抗震設計思想在整個房屋優化設計過程中都應該引起足夠的重視，并用于理論上檢測房屋設計是否合理。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。

結語

傳統的結構設計已無法滿足現代建設的需要，優化結構設計技術是適應當前房屋建設的必然選擇，在現代房屋建設中實行優化結構設計，不僅滿足了房屋建設外觀美觀的基本要求，而且設計人員以“經濟、適用、合理”為設計原則，大大降低了房屋建筑中的造價成本，取得了較大的經濟效益，廣泛應用于我國房屋結構設計中。

參考文獻：

［1］[1]張炳華.土建結構優化設計[M].上海：同濟大學出版社，2008：34-36.

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房屋建筑結構的設計涉及六種建筑結構，按梁、柱、墻等承重構件的建筑材料進行劃分，是房屋設計可靠性的重要因素。在工程施工結束后要對房屋的結構進行檢測，評定施工的質量，確保房屋結構設計中不存在安全隱患和漏洞，能夠滿足業主的功能需求。同時，在特定的環境或者時期也需要對房屋結構進行工程檢測，以確保房屋結構能夠滿足某項功能的需要或者能夠適應特定的環境、條件，保證已經使用一段時期的房屋的結構完好無缺陷，并對房屋的結構進行詳細的檢測，系統地驗證房屋的功能性和安全性是否適應新的需要。一旦在房屋結構檢測中發現整體結構或者局部結構中存在安全隱患，就需要對其進行加固處理，在加固處理無效或者成本過高的情況下，再對其進行拆除。

房屋結構的檢測不僅僅關系著施工質量的高低，同時也關系著房屋主體的安全系數。只有對房屋結構進行詳細的檢測，才能排除安全隱患，防患于未然。同時，也確保房屋能夠滿足新的需求。

2 房屋結構檢測的對象

由于過去一段時期內建造的房屋數量較少，質量標準較為統一，因此以前檢測的對象多是已經有一定使用年限的舊樓，檢測的目的多數只是為了預測拆除的時間。隨著經濟的迅速發展，房屋建筑建設量增長很快，在建筑體制方面的弊端很快表現出來了，建筑材料種類越來越多，雖然種類豐富了，但是制造標準不一，質量參差不齊。同時，迅速發展的房屋建設領域也需要較多的施工人員和技術人員，需求的迫切導致在選擇施工人員和技術人員的時候放低的門檻、降低了要求，導致了施工人員技術水平差異較大。因此大量不符合建筑標準和安全要求的房屋涌現出來，面對這樣的新形勢，對新建造的房屋進行檢測勢在必行。同時，隨著建筑施工水平的不斷提高，對舊樓的修復、加固技術也得到了發展，因此，對舊樓進行檢測，可以及時發現安全隱患，對其進行加固、修復，以延長房屋的設計壽命。目前，重點檢測的對象主要有以下幾種：

2.1建筑結構設計有問題的房屋。建筑設計人員在設計之初就考慮不周，或者出現明顯的錯誤。典型的考慮不周就如對工程水質情況了解不夠全面，在計算建筑結構上的荷載的過程中少算、漏算了一部分荷載，或者過高地估計了地基的承載能力，同時建筑設計人員也有可能出現失誤，對工程的受力分析錯誤。

2.2施工質量存在嚴重問題的房屋。施工質量較低甚至是出現嚴重問題的房屋，導致房屋結構出現強度不足的現象。這樣的房屋施工質量不符合標準，在很多方面短斤缺兩、粗制濫造。采用的混凝土材料、構建強度等級低于設計要求，構件存在孔洞、縫隙等結構缺陷，力學性能不符合設計要求，或者砌體砌筑方法不得當，造成通縫。再有空心砌塊不按設計要求灌筑混凝土芯柱，或者鋼結構的焊接質量或焊縫高度達不到設計標準等。

2.3存在使用、改造不當問題的房屋。使用過程中因為改造或使用的原因長期超過設計荷載致使房屋結構處于超負荷使用狀態，第一有可能因為改造而造成結構的承載能力下降，特別是在改造過程中隨意拆除承重墻或者打洞。第二有可能會因為超荷載使用而導致房屋結構出現變形、缺陷等安全隱患。

2.4使用環境的惡劣的房屋。房屋周圍的環境條件對房屋結構不利，比如處在高溫、溫差較大、化學腐蝕、物理振動等條件下的房屋，結構容易腐蝕、變形。

2.5缺少維護和保養的房屋。房屋建好后沒有得到定期的維護和保養，引起房屋的結構出現損傷或者破壞，降低房屋的安全系數，同時也影響房屋的功能。

2.6遭受意外事故破壞的房屋。由于各種意外事故比如地震、火災等對房屋結構的損壞。

3 設計結構檢測的一般方法

隨著房屋結構檢測水平的發展，檢測的內容不僅包括了建筑材料強度、構件尺寸和破損狀況、結構變形和位移等，也擴展到了房屋結構的更多方面，材料、構件與結構的力學、電化學特性等都包括在內，通過測量鋼筋導電能力，已經能判斷鋼筋的銹蝕狀態；檢測混凝土內部的鋼筋的位置等。這些檢測的內容大大擴展了房屋結構檢測的作用，能夠幫助人們更全面更深入的了解房屋的狀況，確保了房屋的安全性和功能性，使得房屋的壽命更為持久、更加耐用。結構檢測工作包括的內容比較多，一般有結構材料的力學性能檢測、結構的構造措施檢測、結構構件尺寸檢測、鋼筋位置及直徑檢測、結構及構件的開裂和變形情況檢測及結構性能實荷檢測等。一般按照建筑結構類型的劃分來分類待檢測結構，主要的檢測結構類型有混凝土結構檢測、砌體結構檢測、鋼結構檢測和鋼一混凝土組合結構檢測。

3.1 混凝土結構檢測

l、超聲脈沖法。利用超聲脈沖通過混凝土時的反射、繞射和衍射的特定，來檢測混凝土內部缺陷。這是檢測混凝土最普遍的方法。向待檢測結構混凝土發射超聲脈沖，混凝土中一旦存在缺陷，就會使超聲波發生繞射，通過測量傳播的聲速以及接受到的信號的波形，可發現結構混凝土中較小的缺陷。超聲波在有缺陷的結構混凝土中傳播，速度會慢于在正常結構混凝土傳播的速度，同時波形中的波幅、頻率也會發生相應的變化。通過對比標準結構混凝土的波形、波速，就可以參考得出測量的結構混凝土存在的缺陷以及缺陷的嚴重程度。這種方法由于其無損、方便、準確可靠等特性，在房屋結構檢測中應用廣泛，為房屋的加固與修復提供了可靠的證據。

2、回彈法。混凝土的抗壓強度和表面硬度存在一定的相關關系，因此利用回彈儀大忌混凝土，通過回彈儀讀出的回彈高度，就能反映混凝土的表面硬度。通過表面硬度與抗壓強度對應的關系，就能間接計算出混凝土的抗壓強度。雖然檢測精度不高，但是方法的優勢明顯：設備簡單、操作方便、測試迅速，以及檢測費用低廉，且不破壞混凝土的正常使用，故在現場直接測定中使用較多。但是該法也有其局限性，表層及內部質量有明顯差異的混凝土構件，或內部存在缺陷的混凝土構件以及特種成型工藝制作的混凝土，都不能適用。這使其檢測范圍大大縮小。

3.2 鋼結構檢測

l、表面硬度法。對已經建成的鋼結構，一般采用表面硬度法來間接檢測其強度、屈服強度。測定時，錘擊硬度計縱軸頂部，由硬度計端部的鋼珠受壓時在鋼材表面和已知硬度標準試樣上的凹痕直徑，測得鋼材的硬度，并由鋼材硬度與強度的相關關系，經換算得到鋼材的強度。測定鋼材的極限強度后，可依據同種材料的屈強比計算得到鋼材的屈服強度。

2、超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷。超聲波脈沖經換能器發射進入被測材料傳播時，當通過材料不同界面(構件材料表面、內部缺陷和構件底面)時，會產生部分反射。在超聲波探傷儀的示波屏幕上分別顯示出各界面的反射波及其相對的位置。由缺陷反射波與起始脈沖和底脈沖的相對距離可確定缺陷在構件內的相對位置。如材料完好內部無缺陷時，則顯示屏上只有起始脈沖和底脈沖，不出現缺陷反射波。

3.3 砌體結構檢測法

使用無損檢測試驗方法來檢測砌體結構，能夠最大程度地還原切體結構的真實狀況，取得較為準確、科學的數據，避免在取樣過程中對樣品造成的損傷和破壞。因此，在現場檢測中，取樣進行抗壓強度試驗的方法已經逐步淡出了房屋結構檢測的領域，而無損、半破損的方法逐漸成為砌體結構檢測的主流，在實際房屋檢測中受到檢測人員的青睞，在工程應用中日益廣泛。砌體結構的檢測方法可分為直接檢測法和間接檢測法兩種。

3.3.1直接檢測法

(1)取樣檢測法。可利用切割法或者取芯法取得砌體結構中的樣品，切割法取得的樣品過于龐大，一般不適用于普通的房屋結構檢測，多用于事故現場的檢測。而取芯法對樣品的破壞較大，造成測量的誤差較大。兩者缺點都很明顯，因此房屋檢測中較少應用。

(2)原位檢測法。這種檢測方法有扁頂法、原位軸壓法和原位剪切法等。原位軸壓法是用原位壓力機在燒結普通磚墻體上進行抗壓測試，檢測砌體抗壓強度的方法。

(3)動測法。動測綜合法是振動反演理論在工程上的應用。在脈動、起振機共振、自由釋放或沖擊等激振方式的作用下，通過測量砌體結構的頻率和振型等參數，根據系統識別理論得到層間剛度，推算出各層砌體軸心抗壓強度，此法從房屋整體出發，不僅能得到砌體的強度，鑒定房屋的質量，便于對房屋進行安全性評定，隨著檢測儀器技術的改進，算法的優選，結果的精度不斷提高，很有發展前途。與靜載測試相比，動力測試具有簡便、對結構不造成新的傷害等優點，特別當有可供對比數據利用時其優勢十分明顯。

3.3.2 間接檢測法

(1)沖擊法。根據經驗可推導出單位功表面積增量和抗壓強度的關系公式，在應用中測量破碎所需要做的功，以及新產生表面積，即可求得砂漿或磚塊試樣的強度。

(2)推出法。只測量單磚一個面，其余面的砂漿都清除干凈，用千斤頂將其頂出，極限狀態下可測得磚與砂漿的粘接抗剪強度，根據一定的對應關系，可得抗壓強度。

引用：

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Keywords: structure design; Optimization technology; Housing design; Discusses application

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A 文章編號：

結構設計是個系統、全面的工作。作為結構設計人員，需要扎實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。加深對當前房屋建筑結構設計中常見問題的認識與研究，以不斷提高自身的結構設計水平，使設計的作品比現階段的其它建筑具有更高的水準、更合理和更經濟的結構形式。隨著經濟快速發展，結構設計在當今房屋建筑工程中，是一項責任繁重、具有影響力的項目，房屋設計的優化性比較重要，其設計的水平直接影響著建筑物的經濟性、適用性和安全性。

1、房屋優化設計的主要內容

通常房屋結構的設計主要是利用適宜的方法和設計理念來滿足房屋建筑設計的需求，比如確定合理的布置、結構形勢、構件尺寸等。尤其是優化設計基本的鋼筋混凝土房屋結構體系，往往自整體布局與具體構件兩個角度進行分析、考慮。影響整體布局的關鍵因素是建筑

物的柱網尺寸、層高、體型、抗側力構件位置等。具體構件主要是指結構構件的幾面、布局、

鋼筋及混凝土的配筋構造、強度等級。對于這兩大方面的因素，需要有專業的工程設計人員，

熟知構件設計規范并具有豐富設計經驗，而且善于分析與把握構件受力特性及結構，進而選

取最相適宜的方法展開優化設計工作。

2、房屋優化設計的必要性

依據我國的國情以及發展形勢，我國今后主要以建設高層住房為主。與此同時，投資者們也日益關注建設成本如何最低化，使用結構設計優化技術能夠實現建筑成本的最低化。若想實現結構優化的目的，工程設計人員首先以建筑的安全性為基礎，然后理性分析建筑方案，

融合與之相適宜的設計理念以及方法，實現對工程造價的有效控制，以符合投資者的經濟要求。根據統計資料表明，建筑結構經過優化設計比未進行優化的建筑節省了5%至30%的費用。然而，在很多實際優化設計中，其因為受到較多因素的制約而難以施展、發揮出其優越性。比如，過度追求工程設計進度，就會影響工程設計人員的設計效果，一味地以滿足工程進度為目標；年輕的工程設計人員常受其專業素質限制，難以理解其設計軟件，無法實現優化技術；也有一些工程設計人員過于關注建筑部分，忽視了建筑的整體方案，未能實現控制整體造價。由此可見，工程設計人員要將其技術與經濟效益進行有機結合，只有合理的設計方案才能確保實現最大經濟效益。

3、關于優化設計技術中存在的問題

3.1重視結構尺寸，忽略結構整體設計人員優化建筑方案時，通常根據已給的幾何形狀、

材料、拓補等來規劃，以符合條件的構件截面要求，而忽略了整體結構的優化性。其實形狀的優化設計要比尺寸的優化重要得多，單純的尺寸優化不能滿足優化結構的需求。不少設計人員片面的認為結構方案和布置規劃經過計算機軟件對分析上部結構，一旦構件截面符合計算結構的規定，那么對于地基部分，特別是軟地基部分，上部結構重要性就變低了。所以設計人員時常對上部結構的構件截面沒有足夠的重視。

3.2優化目標不能完全符合工程的需求在實際優化設計過程中，時常伴隨著很多難題，因為工程設計工作中的約束條件較多、建筑功能的限制性較多、變量也多等一系列不確定因素，致使目標函數僅能獲取相對的最優解。當今利用計算機軟件來優化截面，幾次間的試驗根本無法實現預期效果。因此設計的進度與時機都限制了優化方法的實現。雖然當今不少建筑的結構設計及布置是較為合理的，而且它的構件截面也適合常規尺寸，但是計算機軟件的分析工作依然是設計工作中薄弱一節。即使利用增大構件截面的手段也無法得到有效改善，

相反地還增大了耗材的成本。

3.3離散變量問題建筑物尺寸、型鋼規則型號、鋼筋等都是變量，傳統的梯度算法、對偶算法已經不能滿足當今的工程設計需要。當前隨著問題日益增多，引發了計算量劇增的組合性爆炸難題。

4、結構優化技術在房屋結構設計中的應用

4.1概念設計優化與建筑結構的設計每一個建筑結構的設計方案，都具有多種結構及布局設計，即使建筑物的結構布局已經被確定，并且處于相同的荷載狀況，也依然有很多種分

析方法。建筑分析中的材料、設計參數、荷載取值等都不是固定不變的，處理建筑物的細節問題也是要隨機應變的，尤其是計算機軟件不能解決的問題，更需要設計人員親自來做出分析判斷。概念設計意指設計者遵守房屋結構設計的普遍規律，同時結合工程的實際經驗來進行研究設計，概念設計是設計者對多個備選設計方案進行篩選的工作環節。

4.2概念設計處理實際房屋結構設計問題處理概念設計問題具有多種形式，但是所追求的共同目的是在任何外來影響下，建筑結構都可以穩固應對或者僅是受到很低損害，這也是概念設計中要處理的基本實際狀況。由此可見，概念設計的主要內容即為將建筑物所可能遭到的各種破壞因素以及相應的預防措施。比如地震災害是最難以預防和解決的破壞性因素，

其嚴重的破壞性，已經作為了概念設計中的重要課題。所以房屋結構在設計之時便要提前著手，做好房屋的抗震性能，以提升抗震性能為基礎，降低地震對建筑結構危害的主要措施是確保建筑材料的剛度對稱且均勻，為了更好地防止地震引發房屋結構的脆性破壞，可以實行延性設計進行減緩；此外房屋結構可以實行多道防御系統，幫助房屋建筑在遭受地震當中分解地震的能量，減少損害度，以上這些抗震設計的思路均為概念設計的主要指導思想。

4.3結構設計中的實用性與藝術性結合建筑物其實就是建筑師的藝術品，建筑師在設計建筑物的時候，始終期望將自己的意圖表達得淋漓盡致，追求藝術性與實用性的最佳融合。

結構設計人員首先要保證所涉及房屋建筑的安全性，然后對于建筑的結構形式進行改善，不斷完美，以全面體現建筑設計師的美學意圖。在房屋結構設計當中，滿足設計師的設計意圖是基本標準，平面布局須要精確對稱，有規則性，最大限度縮減質量與剛度兩者之間的差異，

以避免建筑物因荷載作用發生扭轉問題。豎向布局應以滿足房屋的功能為基礎，確保豎向承重構件上下貫通，使用轉換層來降低設計或結構分析的難度與成本。此外，豎向布局剛度須要實行漸變，以避免應力的過度集中現象，增強房屋結構抵抗水平動力的荷載。

5、結語

工程造價在工程項目占有很大比例，具有重要的經濟效益，所以優化設計房屋結構能夠卓有成效地減少工程造價成本。與此同時，優化設計房屋結構要保障建筑的安全級別，合理化等，協調好技術和經濟兩者之間的關系，切勿因重視節省成本，而忽視質量或技術。為了實現整體目標最優，結構設計人員與工程師要分析房屋結構設計，充分發揮其優勢，利用精細高效的工作標準及要求來實現最優化的房屋結構。結構設計的構造措施，主要還是通過結構設計理論與計算理論對存在許多缺陷或者不可計算性下手。 通過結構方案的分析、模型參數的控制及施工圖中細節的把握。

【參考文獻】

［1］辛海虹 結構設計優化技術與其在房屋結構設計中的應用[J].價值工程.2010(27).

［2］饒遠文 結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用[J].價值工程.2010(9).

［3］王光遠 工程結構與系統抗震優化設計的實用方法[M].北京：中國建筑工業出版社.2007.

［4］王磊 張伯林 鋼筋混凝土多層框架房屋結構設計中應當注意的幾個問題[J].煤炭工程

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Keywords: structure design; Optimization technology; Structure design application

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

􀀁結構設計優化是近年發展起來的一門新型技術，它能夠使設計者從被動的分析、核驗轉而進入主動的設計角色，是結構設計領域新的發展。與傳統設計相比，結構設計優化能夠更合理地利用材料的性能和局部空間，使結構內部得到最好的協調，并達到設計要求的安全規范。

一、結構設計優化技術

（一）結構設計優化技術的原則

結構設計優化要求我們從工程的設計和價值角度去思考方案。結構設計優化是追求最合理地利用材料的性能，使各構件或各設計專業得到最好的協調。它不僅具備了傳統設計方案所要求的規范以及規范所要求的安全度，而且也具備了現今價值學和審美學的成分。結構設計優化是對結構設計進行深化、調整、改善與提高，也就是對結構進行高質量再加工的過程。結構設計優化不是以犧牲結構安全度與抗震性能為代價，而是經過結構設計優化的過程，使建筑功能更協調，成本更低，結構更安全。

（二）實施結構設計優化技術所遵循的要點

1、科學地遵循結構設計規范

建筑結構設計工作要求結構設計工程師們不僅要具備豐富的設計經驗，也要對結構規范的條文熟知，即在結構設計規范的要求下，將自身的結構設計方案貫穿于項目設計中。規范更多的是針對量大面廣的工程，因而某些條文的規定會偏于保守；此外，用于一些特殊、復雜工程的設計時，有些條文則不夠安全。所以，結構工程師在設計中應運用良好的專業知識與正確的判斷力把握設計，做到設計成果不斷優化與創新。

2、結構工程師前期參與和主動參與的重要性

強調結構工程前期參與和主動參與是實施結構優化技術的重中之重。在實際施工期間，建筑師很難對結構體系的受力做到正確的分析，既建筑師的結構思想不能完全替代結構工程師的設計理念、經驗和判斷，也無法彌補結構與建筑專業技術共識的空白與隔閡。既具有扎實的結構設計理論功底，又具有豐富工程實踐經驗的結構工程師，積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構思與創新，才能創作出優秀的設計作品，更好使整個建筑的功能得到徹底的體現。

3、加強各專業之間的協調與合作

結構優化是一個系統的工作，需其它專業的協調與配合。從建筑學發展角度分析，現代建筑是建筑、結構、設備三大要素構成的綜合產品，所以在實施中要強化分工與合作，強化專業之間的協調與合作，這樣才能創作出各構成要素有機結合的完美作品。在整個項目開展中，建筑設計與結構設計是整個設計過程中最重要的兩個環節，二者的結合不僅能夠達到實用美觀大方的效果，而且可以使結構受力更趨于合理進而降低成本和簡化施工。在建筑設計中，許多建筑設計人員只強調方案創作的新奇，不遵循建筑的基本力學規律，這樣的方案往往會造成結構設計困難。還有一些建筑師在設計過程中往往忽視力學的基本規律，如將抗震設防區的高層建筑電梯或樓梯偏置在建筑一側，使得剛度中心與質量中心之間的偏心距過大，在水平荷載作用下產生大的扭轉效應。從以上的例子可以分析出，加強專業的合作與協調是實現結構合理、成本降低的重要途徑。

二、結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用

（一）結構優化技術的基本應用

結構設計優化方法的應用具體體現在房屋工程結構總體的優化設計和房屋工程分部結構的優化設計兩方面。其中房屋工程分部結構的優化設計包括：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，并應在滿足設計規范和使用的前提下，結合具體工程的實際要求，來實現規范要求和經濟要求的最大化。

（二）結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用

1、結構設計優化技術與建筑結構設計的結合

一般建筑物的設計方式總是從結構布置開始，確定了結構布置后根據不同的荷載情況來分析過程中的參數、材料等要求，然而這些數據的分析往往是計算機不能達到的，需要結構設計人員對整個方案進行充分的例證，才能做出判斷。而這些判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是結構概念設計。因此，結構概念設計是開展施工的必要前提。

2、結構設計優化處理的建筑抗震缺陷問題

結構優化技術不僅能在降低成本、簡化施工方面得到體現，而且在建筑物的抗震方面也是頗有作為的。結構設計能夠使建筑物在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析建筑物可能遭受的各種不確定因素成為結構優化設計的重要內容。實際中，地震破壞最為難以預測，且破壞性最大。所以，建筑設計過程中應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施。例如：剛度均勻、對稱是減小地震對建筑物產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生的脆性破壞；多道設防思想能使建筑物在特大地震作用下次要的構建先破壞，從而使整個建筑物得到局部的緩沖。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為結構優化設計的重要指導理念。

三、結語：

結構優化是系統工程，要求結構工程師與其他工種的設計人員密切配合，通過正確地使用結構分析軟件、選擇最佳結構體系、充分挖掘基礎設計的內在潛力，運用科學的方法與手段，讓結構優化貫穿設計的全過程，充分體現結構優化的價值，使建筑功能更為合理甚至得到提升，使結構安全度和抗震性能提高，減少和避免設計差錯，降低工程建設造價，縮短建設工期。

參考文獻：

[1] 蔣啟平.工程結構優化設計的新方法[J].工業建筑,2008.

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在進行房屋建筑結構設計的過程中，與施工場地的地理條件有很大的關系，地質條件決定了建筑基礎的穩定性與持久性，對于建筑建成以后的使用質量具有很大的影響。根據不同的地質條件，應該對建筑的柱梁間的結構搭配以及磚混結構等的應用進行不同的設計，使其保持一定的協調性，并且在搭配上符合審美需求。

1地基與基礎方面

1.1建筑的基礎質量直接關系到整個建筑的質量，因為地基承載了整個建筑的荷載，所以需要在設計上符合建筑的標準要求。那么，在進行地基施工設計之前要對施工場地的地質情況進行勘察，了解地質情況，得出參數，然后根據參數要求設計出符合標準的設計方案。但是在實際的施工中，很多的施工單位沒有進行詳細勘察，只是通過別人的口頭復述以及以前資料的翻閱就開始設計，在數據的準確性上失真，所以設計出來的方案不符合建筑設計規范，對于建筑的質量存在很大的安全隱患，因而威脅到居住者的人身安全。所以說在對建筑地基進行設計之前，要充分的調查清楚，在有充分的數據之后再進行設計，這樣的設計方案才是規范的，合理的。

1.2由于建筑的地基承載了整個建筑的荷載，所以地基的穩定性十分重要，只有打好地基，才能夠保證整個建筑結構的穩定性。所以對于地基的土質有嚴格的要求，如果地基中有軟土層的話，應該對軟土層進行換填，使其滿足地基的承載能力。但是在實際運行中，設計者并沒有對軟土層的實際狀況進行勘察，僅是憑借自己的經驗就直接進行砂墊層處理，這種做法對于地基的穩定性存在很大的安全隱患，嚴重的威脅到住戶的人身安全。所以在進行地基設計之前，要對軟土層進行充分的調查，該換填的一定要換填，保證地基的穩定性。

1.3在民用建筑設計中，對于梁、柱以及基礎的負荷一定要按照規定的要求進行折減系數操作，保證后期的使用質量。但是在實際運行中，設計人員并沒有按照規范執行，沒有進行折減操作，致使建筑在后期使用中，柱、梁以及地基的負荷無法達到規定的使用標準，影響到建筑的結構質量。

2磚混結構房屋中構造柱兼作承重柱用

在磚混結構中，構造柱不但能夠提高墻體的抗震能力，而且構造柱與圈梁聯結在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫，維持豎向承載力，提高結構的抗震性能有著重要的作用。在當前結構設計中，構造柱常被作為承重柱使用，這種做法將引起以下幾個問題。

構造柱有其自身的作用，構造柱應該具有對墻體的拉結和約束作用，遭遇地震時，應該承重柱首先承受重力，不不該由構造柱來承擔，如果構造柱的作用偏移了，發揮了承重柱的作用后，勢必造成危險發生。一旦有外界壓力施加，首先受重的是構造柱，他承受了不該承受的壓力，成為整個房屋構造的負擔，產生負面作用，所以構造柱應該發揮其自身的作用，才能保障整個建筑的安全。

3承重柱截面高度設計過小

這種情況多發生于六度抗震設防區。一些結構設計者誤認為六度設防就是不設防，圖受力分析方便，他們故意把柱子的截面高度設計得過小，使梁柱的線剛度比加大，把梁簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種做法雖然易于進行結構受力分析，但卻給房屋結構埋下了隱患。因為這樣做忽略了梁柱間的剛結作用，即忽略了柱的約束彎矩，加之以柱截面的配筋都較小，結構一旦受力后，柱頂抗彎強度必然不足，從而使柱子與梁底附近將會出現一條或多條水平裂縫，形成塑性鉸。這樣在正常使用情況下，柱子已開始帶鉸工作。影響了房屋的耐久性，這樣的結構遭遇地震時，將會倒塌，這違背了現行抗震規范中“強柱弱梁”的設計原則。

4在框架結構設計中，只注意了橫向框架的設計而忽視了縱向框架的設計

現行建筑抗震設計規范要求，水平地震作用應按兩個主軸方向分別計算，各方面的地震作用應由該方向的抗側力構件來承擔。就是說，在框架結構設計中，縱向框架與橫向框架有同等的重要性。一些結構設計者對以上非抗震設計，只按縱向的普通的連續梁進行設計，梁柱的節點和框架中的縱筋、箍筋的配置無法滿足框架的構造要求。由于沒有考慮地震的縱向作用，在實際設計中經常出現梁的支座負筋，跨中縱筋及箍筋的配筋置均不足的現象。

5懸挑梁的梁高選用過小

設計者往往只注意了對梁的強度和傾覆進行驗算，而忽略了對梁撓度的驗算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區應力過高，在正常使用狀態下，梁截面受壓區產生非線性徐變，梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁板出現裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的加大而加寬，影響了房屋的正常使用。挑梁的截面過小對結構的抗震也很不利。懸挑結構對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時，截面的相對受壓區高度較大，梁的延性減小，在豎向地震作用下易發生脆性破壞，失去承載力。

結語

隨著城市化進程的加快和人們物質生活水平的提高，對于建筑的標準提出了更高的要求。建筑的結構在整體建筑中發揮著重要的作用，承載著整個建筑的荷載，所以對于建筑結構的穩定性有嚴格的要求。在進行建筑結構設計的過程中，要全方位的考慮，做好前期的準備工作，獲取準確的數據信息。在工作的過程中，要秉持認真嚴謹的工作態度，設計出完美的設計圖，確保建筑結構的協調與搭配符合標準，為建筑的質量奠定堅實的基礎。

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2.1創建優化建筑結構設計的模型

首先需要科學、合理地設計變量。一般情況下，主要的變量是對建筑本身結構造成影響的重要參數。對于部分由局部性有關要素就可以使設計要求得到滿足或者變化范圍很小、影響也較小的參數，通常可采用預定參數加以表示，不僅可以使計算數量與設計數量減少，而且有關的編程工作量也會減少，有助于工作效率的提升。其次，要確定目標函數。在優化設計建筑結構時，為減少整體的工程造價，需要找到失效的概率函數與尺寸符合預定條件的鋼筋截面積。最后，要合理確定約束條件。

2.2合理優化設計有關的方案

將可靠度作為優化房屋結構設計的依據時，一般約束條件較多，還可能出現非有關的非線性問題，因此在計算過程中，需要學會適當轉換，將有約束的優化向無約束轉化，可采用拉氏乘子法等計算。

2.3相關應用程序的設計

無論是將可靠度作為優化房屋結構設計的基本依據，還是運用有關的計算方式進行設計，為了有效達到相應的效果，都要將這些因素編纂為具有科學性、綜合性、功能全面、運算速度較快的應用程度，從而高效、全面地實施整個優化設計方案。

2.4綜合分析結果

得到相關計算結果后，需要分析與比較其必要性，進而選出最適合的設計方案。進行分析時，應當對有關問題進行全面考慮，多角度分析相應的問題，確保所選設計方案的合理性，增強房屋建筑整體的實用性、安全性和美觀性，與此同時還不會導致工程的資金投入增加。優化設計建筑結構要求我們同時兼顧經濟節約與施工技術要求，做到全面考慮，科學配置，實現預期的建設目標。

3建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的具體應用

3.1房屋建筑的局部性和整體性優化

建筑結構通常都具有復雜性與層次性的特點，在設計時需要分別考慮建筑的安裝體系。結構相關體系和整體設計體系等，其中每一個體系又會延伸出若干個下屬體系，設計者在設計房屋時需要優化下屬系統，將橫向關聯性沖破，達到疊加工程的效果；在復雜性方面，涉及到建筑零部件、材料等的選擇，需要從整體著手，實現設計優化的目的。

3.2階段性優化、建筑壽命與樁基礎的優化

當建筑工程未超過使用年限時，房屋設計者需要根據不同階段特點，結合實際情況確定優化方式，實施階段性優化，延長建筑的整體壽命，在確保建筑質量的同時還能增加經濟效益。預制樁與灌注樁都屬于建筑樁基礎，在整體施工時，后者的操作技巧復雜，質量控制難度較大，耗時較長，所以在滿足沉降標準的情況下，可與預制樁施工相結合，使工序減少。需要注意的是，在樁基逐漸加深會增大土壤對樁基的摩擦力，所以一定要采用長度足夠的預制樁。

3.3良好協調建筑優化和結構優化

在優化設計建筑結構時，需要實現建筑整體平面和整體結構緊密配合的效果。打造簡潔的建筑系統，支柱和墻體不可發生錯位等情況，截面面積和高度要相同。設計樓體時，由于轉角區域自身受力較多，所以需要將承重材料選為高強建材，起到降低自重的效果。確保建筑整體的質心、剛心和重心正確交疊，避免發生扭轉。

3.4良好協調排水系統和結構優化

專門用來管理排水系統的房間中機械設備很多，有較大的荷載強度與荷載能力。因此最好在地下室放置這些設備，確保管道預留深度，預留尺寸和相應標準相符合，加固樓板的鉆孔位置。注意避免梁或柱被水平方向的管線貫穿，妥善加固有管道穿過的墻體，協調好管道網與結構設置，避免管道繞梁或繞柱。

3.5良好協調電氣優化與結構優化

在樓板、墻體等地方或金屬管體外部以導線的形式安裝電器管線，會增加預制結構施工的難度。因此，若想在梁體中穿過管線，需要提前將相應的孔洞預留在梁體上，確保梁體寬度等于有關墻體的[3]寬度。設計者需要單獨分析和計算電梯部分的建筑，提高設計的安全性及合理性，保證施工質量。

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Keywords: structure design, structure, optimization method

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

1房屋結構設計中的建筑結構設計優化方法的理論概述

1.1房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的理念及意義

在進行工程項目的結構設計過程中，除了要考慮設計對象的基本使用功能和兼顧其安全適用性以外，還應盡可能將設計對象設計的更加完美，這就是結構設計優化問題。定義為工程結構在滿足約束條件下按預定目標求出最優方案的設計方法。隨著我國社會精神文明建設的不斷發展，人們對于居住環境精神領域的追求已然形成一種時尚。對于人居環境的改善，其根本主要體現為美觀與結構之間的協調、配合，使得建筑工程滿足美觀的同時也能實現在經濟規劃方面的實際意義。

房屋結構設計中建筑結構設計優化的內容主要是通過對基礎結構、屋蓋系統結構方案、維護系統結構方案等其他結構綜合進行設計的過程。在整個過程之中強調的是一切從實際出發，緊貼工程進度、發展的實際情況，以控制工程造價成本為中心的結構優化設計理念。

1.2建筑結構設計優化方法的實踐價值

與傳統的設計相比，在設計中采用優化方法可以使建筑工程造價降低5%~30%，可以盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度。結構設計優化方法的應用能充分利用材料性能，對結構內部的各個單元進行協調，規范建筑結構安全度，為建筑整體布局提供合理決策。

2結構設計優化方法在建筑結構設計中的步驟

(1)整體優化模型

房屋結構設計優化方法一般從三個方面展開。第一，選擇設計變量。在設計過程中將所要選擇的描述結構特性的參數確立為設計變量，比如目標控制參數和約束控制參數。而將那些變化范圍不是很大或者對設計要求而言局部設計考慮就能滿足設計要求的參數確立為預定參數，這樣做可以大大減少計算、編排、設計的工作量。第二，確定目標函數。尋求一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面幾何尺寸以及是小概率，已達到總費用最小。第三，確定約束條件。房屋結構設計的約束條件包括強度和穩定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態下的變量從上限到下限的約束條件等。在設計時，若要使結構設計優化方法應用于實際房屋工程，則必須通過建筑結構設計中實際約束條件與目標約束條件相比較，保證每項約束條件都能符合規范，實現最優。

(2)設定優化設計計算方案

由于房屋結構設計中適用性優化問題較為復雜，屬于多變量、多約束非線性優化問題，所以在計算當中，通常是將有約束優化問題轉化為無約束來求解。其中可以利用的結構優化設計計算方法有拉式乘子法、復合形法等。

(3)進行程序設計

根據在以上整體優化模型和選擇優化設計計算方案的基礎上進行編制，做出功能齊全、運算快速的綜合程序。

(4)結果分析

在得出計算結果后，對結果進行分析，最終確定理想的優化設計方案。

筆者以上敘述了結構設計優化方法在建筑結構設計中的步驟，考慮到建筑工程投資數額巨大，涉及范圍較廣，所以在具體執行過程中應當從多角度全方位的考慮問題。正確處理技術與經濟之間的關系，不能僅僅為了節約資金就忽視建筑結構設計優化技術、方法。在設計中不但要保證技術上的合理要求，還應控制投資不被浪費。

3結構設計優化方法在房屋建筑結構設計中的應用

結構設計優化方法在實際應用中主要是在不改變房屋建筑使用性能的前提下，利用結構優化設計技術達到降低工程成本、提高經濟性的目的。一般應用在建筑的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個階段，在以下筆者分為三方面逐一進行論述。

3.1結構優化設計方法應注重前期參與

房屋建筑項目屬于長期的投資計劃過程，所以說在實際當中非常容易受到影響，故而前期方案就顯得尤為重要。目前存在的主要問題就是設計人員在前期方案階段忽視結構設計優化方法，在設計中不考慮建筑結構的合理性，這樣持續下去在后期必然會因為增加結構設計困難而加大成本投入。要知道前期方案的確定的好會會直接影響到總投資成本的高低，所以在前期方案階段使優化設計參與其中，能夠有效避免投資過多所造成的浪費。

3.2概念設計優化方法在建筑結構設計中的作用

對于同一建筑工程結構設計方案在結構優化設計方法的布置上均會出現多種不同的情況，即就是幾經確定了建筑物的結構設計布置，在不同種荷載情況下也存在著不同的分析方法。而且在分析的過程中，設計的參數、材料、荷載、承載能力的取值都不是唯一的。尤其是建筑物細部結構問題的處理更是復雜多變。應對以上問題要想單純利用計算機是無法實現的，作為工程設計人員就必須根據自己的判斷展開設計，但是這種判斷只適用于一般規律指導下進行，所以說概念設計優化方法在沒有具體數值量化的情況下作為輔依據，可以避免設計偏差，從而達到最佳效果。

3.3概念設計處理的實際建筑工程結構設計問題

在這一問題上我們所希望的是通過概念設計，能使房屋建筑工程結構在遭遇各種外力作用下不受破壞會將破壞程度降到最低，因此對可能遭遇的破壞因素進行分析就顯得尤為重要，這里必須提到的一個因素就是地震，因為地震無法預測而且破壞力極強，所以在對房屋結構的設計中就應當考慮到工程區域在歷史上的地震活動情況和自然災害發生情況，根據這些未雨綢繆，從計算及構造等各個方面入手采取一些提高抗震、抗災害的措施辦法。若要構建這樣的結構優化設防思想，就必須把概念設計作為重點。

4結束語

綜上所述，可以說對房屋結構設計中的建筑結構設計優化方法的研究是一項非常復雜的綜合性問題。我前邊增提到，安全、適用、經濟、美觀、便與施工等五種效果是房屋設計優化的原則，但是這五種效果之間又相互獨立、相互矛盾。所以盡管在結構優化技術已經廣泛應用的今天，如何使這五種因素更好的融合仍然需要我們在以后的應用實踐中多探索、多積累，達到一種用最低造價實現最佳效益，既美觀又合理，魚和熊掌兼得的設計效果。

參考文獻：

[1]張炳華.土建結構優化設計[M].上海.同濟大學出版社.2008，34-36.

篇10

Keywords: houses; Structure design; Optimization analysis

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

房屋結構設計中建筑結構設計的優化就是最大程度上利用有限的資源和空間，以最低的工程造價，實現房屋安全性、經濟性、適用性和美觀性等的綜合最優化[1]。采用結構設計優化方法，在使房屋內部功能結構協調的同時，有效降低工程的造價。房屋建設是一項投資巨大的工程，因此，房屋結構設計必須要全方位且多角度地考慮各方面的因素，正確處理房屋經濟性與技術功能的對立統一關系。建筑結構優化設計要盡量避免以下兩種情況：一是過分強調經濟性，重視資金節約和減低造價，忽略房屋設計的技術、功能要求。二是過分強調房屋的技術和功能，忽略房屋的造價，造成資金的浪費。

一、建筑結構設計優化的方法及意義

1. 建筑結構設計優化的方法

建筑結構設計優化的方法分為對房屋的分部結構設計的優化方法和對房屋總體結構設計的優化方法[2]。房屋結構設計中建筑結構設計的優化一般包含以下幾個方面的內容：對房屋基礎結構的設計進行優化；對房屋頂部結構的設計進行優化；對房屋的護圍支撐結構進行優化以及對房屋總體設計結構及細節部分進行優化；最重要的是在房屋設計要求及設計規范內，在滿足房屋功能及技術要求的前提下，合理降低工程造價，即對房屋的造價進行最優化設計。

2. 建筑結構設計優化的意義

建筑結構設計優化的意義在于可以最大程度地充分利用資源與空間，高效利用材料與設備，使房屋結構功能合理、協調，安全可靠。實現房屋結構設計的“安全性、適用性、經濟性、美觀性”的最優化設計。

二、房屋設計中建筑結構設計優化的技術

1.概念設計優化技術與房屋結構設計優化相結合

概念設計優化技術就是設計人員根據設計的一般規律和實踐經驗，對房屋建筑結構設計的多種方案進行分析并擇優選擇方案的過程。建筑物的結構布置，房屋細節部位的處理，載荷的確定及儀器設備參數的選取等都需要設計人員進行概念設計。概念設計需要設計人員對方案進行全面的、綜合的分析，從而選擇出最佳方案。

2. 概念設計優化技術與實際建筑的設計問題相結合

在地震等不可預期的自然災害中，房屋一旦倒塌或損壞，將會對人們的生命財產造成嚴重的損失。因此，房屋結構設計必須考慮抗震結構設計的優化。對房屋的抗震設計而言，概念設計優化技術尤為重要。因為地震發生的復雜性和強度的不確定性，使得計算設計很難進行。而概念設計是綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經濟性最強的方案[3]。房屋抗震結構設計中概念設計的指導思想是小震不壞、中震可修、大震不倒的分類設防抗震思想和多道設防思想。多道設防思想是指在發生大地震時，先破壞房屋次要的結構，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結構不遭到破壞。通過概念設計優化技術，結合房屋建筑的實際情況，使房屋在各種不確定的外部災害的作用下避免坍塌和損壞，盡量將損壞程度及經濟損失減小到最低。

三、房屋設計中建筑結構設計優化的步驟

1.構造結構設計優化模型。

設計優化模型的構造一般分為三步進行。第一步是選擇合適的設計變量。一般選擇對建筑結構影響較大的參數變，這樣可以有效簡化設計工作和減少計算量。第二步是確定目標函數。在滿足設計要求及規范的條件下，使房屋設計的造價最小。第三步是確定約束條件。約束條件包括各個方面，比如應力約束條件、強度約束條件等。

2.選定結構設計優化方案。

房屋建筑結構的設計優化問題是多變量、多約束條件的非線性優化問題。在計算過程中，需要先將問題轉化為無約束條件的線性優化問題。[4]一般來說，房屋設計優化問題的求解過程比較復雜，需要通過計算機編程來實現。

3.進行計算機編程

根據建立的模型及優化方案，進行計算機編程。計算機編程應選擇運算速度快且功能較全的編程軟件。在編程時要選擇合適的方法，需考慮的因素有：編寫及形成程序所需花費的工作量及其他代價；解出所要求的最優化問題，計算機執行程序所花費的時間和費用；程序預期的可靠性，即是否有把握達到所期望的結果；程序的通用性，即是否可以用它來解決其他問題。總之，應從經濟效益出發，選擇合適的方法，使程序達到最優的預期結果。

4.結果分析

通過結果分析，選出最佳的優化設計方案。建筑結構設計的優化應綜合考慮各種因素，以期達到安全、經濟與實用的綜合最優化。

四、房屋設計中建筑結構設計的經濟性

1.房屋結構設計中用地面積方面的經濟性

隨著時代的發展，我國大中型城市出現了大批高層甚至超高層建筑結構。此類房屋建筑的總面積是各層建筑的面積之和。因此，房屋層數越多，單位面積的房屋占用的建筑土地面積越小。但是隨著房屋層數的增多，房屋設計的總高度也會增加，這導致相鄰建筑的日照距離增加，使一定建筑面積房屋的總數目減少。此外，房屋層數越高，需要的投資越高，抗震設計難度及造價也顯著增大。綜上，單位房屋用地面積并不總是隨著房屋層數的增大而提高。因此，通過優化設計，綜合考慮安全性和經濟性等各個方面問題，選出最佳的房屋建筑層數。

2.房屋結構設計中造價方面的經濟性

由于房屋的建筑層數直接影響單位面積房屋占用的建筑土地面積，則房屋建筑層數也會直接影響房屋單位面積的造價，進而影響整個建筑的經濟性。隨著房屋設計的層數增加，房屋建筑的墻、柱的等承重結構的載荷增大，抗震設計方面的造價會顯著增大，導致房屋建筑單位面積的造價升高[5]。此外，無論建筑物層數是多少，建筑物頂部的面積不會改變。因此，隨著房屋層數的增高，建筑物頂部單位面積的造價會降低。房屋的公共基礎部分是建筑結構的重要組成部分。房屋層數增大，基礎承受的載荷也會相應增大，導致造價的升高，同時，房屋建筑的總面積也顯著增大。一般來講，房屋建筑基礎單位面積的造價會隨著層數的增加呈現先減少后增加的趨勢。綜上所述，需要采用設計優化技術，選取最適的建筑設計層數。

3.高層住宅結構設計的經濟性

由上面的分析可知，隨著建筑層數的增加，住宅的墻體及柱體等支持結構的面積會增加。這會使住宅的水、電、天然氣等的管線長度增加，增加造價。相反，降低建筑物層數，一方面可以節約材料，有利于抗震設計，另一方面，可以減少房屋建筑的總高度，進而減少相鄰建筑物之間的日照距離，使有限建筑面積可建設的房屋總數目增加。

五、結束語

房屋結構設計中建筑結構設計的優化需要全方位、多角度地考慮各種因素，以達到安全性、適用性、經濟性和美觀性的綜合最優化。這幾個方面是矛盾統一的關系，結構設計的優化就是找到其最佳組合方式。房屋結構設計中建筑結構設計的優化要求我們在實踐中善于思考、敢于探索，努力實現用最低的造價實現最大的經濟效益的優化目標。

參考文獻：

[1] 饒遠文. 結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用[J], 價值工程.2009.

[2] 鄒俊. 建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的現實應用[J], 應用技術, 2010.

篇11

針對建筑進行評價的指標比較多，同樣的，針對建筑性能評價的指標也多種多樣。一般的來講合格的、高質量的建筑，外觀應當是美觀且大氣，同時整個房屋建筑的基本結構完整、質量上乘，所使用的材料也相當考究。針對房屋結構設計的質量好壞、水平高低進行評價，對于整個建筑功能性的發揮以及整個建筑的后期使用均有著巨大的意義。所以，有必要針對房屋建筑的結構設計理念進行分析，對傳統的設計理論進行優化和改良，以現代化的審美標準來提高房屋結構設計的水準，促進我國建筑事業和相關設計行業的不斷發展。

二、建筑結構設計優化的基本理論

房屋結構設計，是一項技術含量很高的專業性活動。設計人員在進行具體房屋結構的設計時，應當兼顧建筑物的各種性能指標，包括使用價值指標、美學價值指標等。建筑物的功能價值，指的是建筑物作為人們的日常住所必須具有的遮擋風雨、抗溫度變化等基本功能；建筑物的審美價值，指的是建筑物的外形要美觀、結構搭配要協調，從而給人以美的享受。設計者不僅要考慮到房屋的基本性能，還要考慮到房屋的結構搭配以及美學價值的大小。在這樣的設計理念指引下，設計者就要從擬定的多種方案中選擇一種最佳方案，以實現房屋結構設計的綜合目標。我們可以將這個方案篩選過程用科學化方式加以表達，運用建筑學和相關的數學知識，在許多種設計方案中，選擇一種與設計目標最相符的、最能體現居住著需要的設計方案。

建筑結構設計優化，指的是在設計建筑結構時，要改革設計理念，應用科學、先進的設計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達到最佳效果的設計方法。建筑物內部的結構十分復雜，要將建筑物的各個部分完美組合在一起，使建筑物發揮最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑結構設計優化，具體包括建筑區中各個部分結構設計的優化，以及建筑物整體設計結構的優化。在這兩個部分中，建筑區整體結構的優化顯得更為重要，因為整體是各個部分的綜合，在完善房屋高性能方面發揮著更大的作用。具體來說，建筑物整體結構的優化包括房屋頂部設計的優化、房屋設計的優化，以及房屋細節結構設計的優化。在這三個大部分中，還可以細分出型號選擇、布局設置、受力研究、價格衡量等較小的設計項目。在實際的結構設計中，設計者還要緊密結合建筑工程的實際情況，努力實現房屋建造的經濟效益、社會效益和環境效益。

在確保房屋結構性能穩定的前提下，設計者要大膽創新，敢于探索新型的結構優化方案。在進行建筑結構設計的過程中，設計者要平衡房屋使用者和建造者的利益，充分考慮房屋建筑工作者的意見；在滿足建筑物建造者需求的基礎上，尋求新式的房屋結構布局方法。

具體而言，房屋的平面結構應當憑證，體現出建筑物的對稱美，并盡量減小平面建造質量與房屋剛性結構要求之間的差異，使得房屋在承受較大的水平方向作用力時，不至于發生結構性的扭曲；在滿足居住著使用要求的基礎上，設計者應將房屋的承重結構設計成豎直貫通的形式，以便增強房屋對豎直方向壓力的承受能力；盡量不更換房屋原有的轉換結構。因為一旦更換這些結構，就會消耗大量的建筑原料，不符合房屋建設的經濟性的要求，還不比較容易造成外來壓力集中于某一個承受點上的現象；豎直方向的剛性程度設計要遵循漸變規律，避免剛性結構角度的突然改變。否則，角度突變的部位在受到強烈的水平壓力時，不容易轉移壓力，這對于房屋整體抗壓性能的提升是很不利的。

三、房屋結構設計優化方法概述

在建筑結構設計工作中，造價是極為關鍵的一個環節，也是整個工程中比例極為重大的問題。結構設計優化技術的選用對于造價控制極為關鍵，可以產生客觀的經濟效益。為此，建筑設計部門和有關工作人員在工作中必須要遵守經濟、適用、合理、科學的設計原則，精心設計，采取科學的現代化技術手段制定出能夠滿足建設設計、工作要求的設計方案，從而實現降低工程造價、取得工程最大經濟效益的目的。

1.結構設計優化技術分析

在剛從事建筑工程項目結構設計的時候，除了考慮到設計對象的基本使用功能以及安全可靠性之外，還應當在工作中考慮到將它作為設計對象來進行分析，使得其盡可能的達到完美。這就是工程和結構的最優化問題，是一個用科學的語言來描述的問題。對于利用確定的數學方法，在所能的設計方案的集合中搜索出可以讓人滿足、達到預計標準的方案。

結構設計優化方法從建筑理論上進行分析，主要是體現房屋工程分布結構的優化設計和整體結構優化設計兩個不同的方面。其中房屋結構整體優化設計則是一個涵蓋了房屋系統的設計、房屋圍護結構設計、房屋選型設計、房屋布置、房屋受力分析以及地面工程等多個環節的復雜工作。而局部設計主要是指對房屋某一部位和分項工程進行優化和改進的結果。

2.房屋結構優化設計的意義

就一個建筑工程項目而言，結構設計優化技術的應用不僅可以達到降低工程造價、提高工程效率的效果，而且對于實現房屋的美觀性、實用性以及室內空間的個性化布置有著重要的意義。在建筑市場上，每一個單位和企業都希望工程在滿足建筑結構長遠效益的基礎上，最大限度的減少和降低建筑結構的近期投資，同時保證建筑物的節后可靠性、科學性，也只有這樣，才能夠在工作中實現持續發展、可持續發展以及更多的市場經濟效益。

四、結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

結構設計優化方法和技術使用于實踐之中的一個廣泛課題，是建筑工程項目的整體設計、前期設計、抗震設計等多個部分環節組成，利用結構優化的方法不改變使用性能的前提降低工程造價，已取得巨大的經濟效益。

1.結構設計優化前注重事項

結構設計過程中，前提方案時明確設計方案目標的前提，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機構設計并不進行參與，設計者進行建筑設計時大多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.直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計

直覺設計用于沒有具體數量的情況下，由于不確定性和計算難度大等差異，在對于統一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是唯一的；建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一半規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

3.概念設計處理的實際建筑設計問題

概念設計所要處理的問題是不確定的，多種多樣的，例如一些抗震能力。但可以肯定的是希望通過概念設計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或是破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的做法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞。

五、結束語

綜上所述，只有合理地選擇建筑結構設計方案，不但可以滿足相應的技術要求，還能節約工程成本，因此在建筑結構優化設計時，合理的設計方案極其重要。但是建筑的結構優化設計非常復雜，且具有很強的綜合性，因此必須深入研究對建筑結構設計的優化方法。

參考文獻：

篇12

Keywords: structural design optimization techniques; Structural Design; application strategy.

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

隨著我國房屋建筑事業的不斷發展，更多的高層房屋建筑拔地而起，這就為房屋結構的設計人員提出了艱巨的挑戰，如何有效提高房屋結構的可靠性、降低房屋結構設計施工的成本，成為相關工作人員積極思考的問題。另外，建筑市場的發展同樣帶動著建筑材料市場的發展，更多的新型建筑材料被廣泛地應用于房屋結構設計中，起到重要的作用。在此背景下，傳統的房屋結構設計技術以及不能滿足房屋結構的發展，需要設計人員積極優化房屋結構設計技術，以促進房屋結構設計有效性的提高。

一、房屋結構設計優化技術應用中存在的問題

一般來說，房屋結構設計人員在進行房屋設計過程中，需要利用適宜的設計理念與設計方法，對房屋結構的形勢、構件尺寸、布局等進行科學地設計，從而滿足房屋結構的設計需求。在建筑方案階段結構設計就要進入配合，結構設計的經濟性是否合理在方案階段就決定了大部分。經濟性不是“抽”鋼筋，不是為省鋼筋而省鋼筋，也不是犧牲結構的安全性和耐久性，是在保證結構的安全，合理受力的前提下，并滿足規范要求的“低值”配筋。隨著設計技術的發展，房屋結構設計優化技術的應用越來越廣泛，但是卻存在著一些問題需要設計人員提高重視。

第一，房屋結構設計受到多重因素的影響，致使設計人員在設計過程中，所優化的目標只能夠滿足一個或者幾個方面的要求，不能同時滿足整個工程的需求。設計人員利用計算機軟件來優化房屋結構設計，同樣受到設計進度、建筑功能等因素的制約，使房屋結構設計優化目標無法達到最佳。

第二，一些房屋結構設計人員在進行技術優化過程中，通常是從小處著眼，即對房屋結構的尺寸與構件截面進行優化，從而忽視了結構尺寸與構件截面在結構整體中的作用。因此，在房屋結構設計優化技術應用中，不能僅僅優化結構的尺寸與構件截面，還要考慮結構的整體性，比如房屋周邊的梁柱截面有時候不是單純的為了滿足計算配筋的要求，而是保證結構整體更好的抗扭能力，以保證房屋建筑整體的穩定性與可靠性。

第三，隨著人們對房屋結構設計要求的不斷提高，房屋結構設計中的變量也在不斷增加。因此，房屋結構設計人員必須提高重視，以提高優化設計技術應用的效率。但是，傳統的設計算法已經不能滿足房屋優化設計的要求，需要設計人員針對問題，提出創新的設計算法，以提高房屋結構設計優化技術應用的有效性。

二、結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用策略

在房屋結構設計中，設計者不僅要考慮房屋結構的穩定性與安全性，同時還要考慮其經濟性與合理性，盡量創新設計理念與方法，合理地選用新型的輕質建筑材料，盡量降低結構的自重，由F=ma可知，質量越大，吸收的地震力越大，所以采用輕質材料對抗震有利。努力地將結構設計做到最合理、最經濟、最科學、最可靠，從而最大限度地滿足使用者對房屋結構安全、經濟等的要求。因此，筆者基于多年的理論研究與設計經驗，對結構設計優化技術與其在房屋結構設計中的應用策略進行探討，希望能夠與同行共同提高。

（一）概念設計優化技術

在工作人員對房屋結構設計進行分析過程中，往往需要根據設計中所使用的建筑材料、結構荷載、設計因數等進行分析，同時考慮離散變量的作用，以保證設計技術應用的有效性。因此，房屋結構設計人員可以利用概念設計優化技術，在遵循房屋結構設計普遍規律的基礎上，結合多種設計方案與設計經驗，調整房屋結構設計中不足的部分，創新設計方法，從而提供概念設計優化技術的應用效率。

（二）具體結構設計應用

第一，房屋結構設計中，采用何種鋼筋強度對結構的經濟性有很大影響，比如在剪力墻約束邊緣構件區箍筋的強度等級直接決定著鋼筋的用量，由于采用三級鋼，規范要求的體積配箍率較小。三級鋼比一級鋼節省。但在剪力墻強身配筋不一定采用三級鋼就比一級鋼省，原因在于剪力墻墻身基本上是構造配筋，只要滿足規范要求的最小配筋率要求即可。這時采用一級鋼或者二級鋼要比三級鋼省。再來談談樓板（懸挑板除外）鋼筋等級的選擇，根據《混凝土結構設計規范GB50010-2010》8.5.1條的注2的規定，當采用HRB400其最小配筋百分率允許采用0.15和45ft/fy中的較大值。通常樓板的混凝土強度等級不大于C35，筆者現在以混凝土強度等級為C30，鋼筋強度為HRB400，板厚100mm舉例說明，45*1.43/360=0.178%,要小于普通的受彎配筋率0.2%，由此可見樓板鋼筋采用三級鋼筋或者更高級別的鋼筋更加經濟。

第二，在抗震區房屋的結構設計，體型規則與否，直接影響到結構的經濟性，如房屋的高寬比較大，平面的凹凸不規則，是否轉換等等。另一方面，目前結構設計軟件對填充墻給結構帶來的剛度貢獻考慮的不夠完善。通常都是采用周期折減系數來模擬填充墻的多少。填的數值大小直接影響到地震力的大小，這勢必會給經濟性帶來一定影響。軟件采用全樓統一的周期折減系數不盡合理。這就需要結構設計人員從結構抗震概念上給予適當的加強（如首層架空層等）。

三、結構設計優化技術在房屋結構設計中應用的重要性

結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用，是我國房屋結構設計發展的表現，也是建筑事業發展的需要。在房屋結構設計中應用結構設計優化技術，可以有效地提高房屋結構的可靠性、合理性與經濟性。（1）隨著房屋建筑層數的增加，對房屋地基承載力的要求也將相應提高，在應用結構設計優化技術后，將有效增加房屋結構基礎與柱的承載力，使其結構設計變得更加合理，房屋結構的可靠性也隨之提高；（2）合理的房屋結構設計將提高設計的經濟性，主要表現在房屋建筑之間的日照間距減少，節約了土地資源；創新的結構設計也可以提高建筑材料的應用效率，降低房屋建筑的成本，提高房屋結構設計的經濟性。

結語：

總而言之，房屋結構作為房屋建筑的重要組成部分，在房屋建筑中起到支撐、保護的作用，房屋結構的設計質量直接影響到房屋建筑的質量。因此，房屋結構設計人員必須改革設計理念與方法，積極進行房屋結構設計技術的優化，從不同角度、多個層面對房屋結構進行優化設計，以彌補傳統設計中房屋結構的不足，從而有效地提高房屋結構設計的有效性，促進房屋結構向著經濟化、科學化、多樣化等方向發展。

參考文獻：

[1] 鄭智垚,樂肖軍. 結構設計優化設計技術與其在房屋結構設計中的應用[J]. 中國新技術新產品, 2011，3(04)：36-37 .

[2] 隋國龍. 優化技術及在房屋結構設計中的應用[J]. 中國新技術新產品, 2011，15(03)：32-34 .

篇13

1結構設計優化方法內容及其原則

1.1概述。在房屋建筑結構設計時，如果要對設計方法進行優化，這就勢必給工作人員帶來更多的問題，例如成本問題和建筑材料問題。這種情況下，就要求工作人員用最低的資金投入，進行房屋建筑設計的優化。對優化房屋建筑設計時，其優化的內容主要包括兩個內容：①優化整體的房屋建筑結構；②優化局部的房屋建筑結構。而局部房屋建筑結構主要就是對主體結構、房頂結構和下部基礎結構等分別進行優化設計。1.2原則。（1）使建筑具有安全性能。房屋結構優化不是簡單的進行材料的節約，而是首先要確保房屋建筑結構安全，然后利用專業知識，結合實際的房屋建筑情況，對房屋建筑結構進行科學合理的優化，從而使得房屋建筑的設計趨于完善。（2）使建筑具有實用性能。對于房屋建筑優化設計的另一個原則就是要確保建筑物的實用性，使得房屋建筑通過優化設計具備更多的功能，滿足人們的實用與使用需求。（3）保證建筑結構優化的同時保護環境。房屋建筑結構優化設計的另一個原則就是要尊重環境，也就是說要注意環保，例如，可以采用綠色環保材料。（4）確保建筑具有可用價值。這個原則也是非常重要的一點，要求在進行房屋建筑優化設計時，不能一味追求利益，忽視質量，而是要在保證建筑質量的基礎上降低資金投入。根據以上原則，不難看出，在進行房屋建筑結構優化設計時必須保證其科學、安全、質量要求。首先，充分重視結構優化模型，科學合理的結構設計變量得到解決。主要針對相關的參數值和約束來控制參數值的選擇應注意，而較小的將實現一個預定義的類型參數，可以有效地減少編程，提高效率，提高整體水平；然后是目標函數的確定，這將對建筑作為一個整體的成本情況來理解。可以科學地確定約束條件，為結構的優化設計奠定基礎。

2建筑結構設計優化方法的具體應用

2.1整體和局部優化。房屋建筑結構設計具有復雜層次性。首先要求在進行設計時要考慮設計、結構、安裝等不同子系統及其下屬體系。在進行優化設計時，綜合考慮各個子系統和下屬體系并且進行優化；其次，由于在房屋建筑結構設計時設計到施工材料、構建、配件等內容，這就要求進行房屋建筑設計時，進行整體優化。建筑結構的優化計算模型和優化計算方案屬于建筑結構優化設計的重要組成部分。建筑結構的優化設計的本質就是在變量中提取重要的參數，根據上述所說參數建立函數模型，從而得到比較好的方案。一般來說，建立模型主要從以下方面入手：①合理選擇設計變量，這屬于重要內容，而且在選擇變量設計會影響參數的選擇，因此合理計算變量就能將降低計算編程的工作量；②確定目標函數，首先要在符合函數的基礎上找到最優解，才能確定目標函數；其次，將約束條件確定下來，主要包含彈塑性、強度、應力及尺寸等方面，在優化建筑結構的同時，必須確保約束條件的范圍在規定的要求之內，滿足設計的需求。2.2建筑主體上部結構的科學性優化。建筑主體上部結構的科學性優化，是在建立模型，優化系統設計，保證科學合理性的基礎上，對建筑剪力墻進行優化設計。首先，建立合理的剪力墻數量；其次，保。證剪力墻的整體質量的統一性，保證其整體結構的重心，減少地震等災害對房屋建筑的破壞；最后，如果要保證剪力墻的高抗剪能力，在滿足質量的要求上減少墻的數量。2.3概念設計結合細部結構設計優化概念設計的應用表明沒有具體的量化數據，例如，抗震防裂度，這種情況下沒有具體的量化的標準進行優化設計，因此需要用到概念設計。但是在設計過程中，要求工作人員必須會合理且靈活運用建筑結構設計的優化方法。例如，在進行抗震設計時，可以根據房屋建筑的實際情況，選擇合理的抗震方法進行設計，方法不同，但是達到了相同的優化目的。2.4結構設計中注重協調性設計。應用結構設計的優化方法，可以充分體現在協調方面。將建筑與整個平面之間的關系應得到有效的加強，可以在結構設計中加以保護，以及結構設計的外觀也應體現。在設計過程中，墻、柱的結構布置，建筑平面功能需要得到有效保證，建筑空間和深度，充分保證房子的整體結構來反映系統的簡單性，在各部門的高度可以充分的保護。2.5對計算結果進行分析，確定最優設計方案。作為優化結構設計中比較重要的部分，結果分析的意義不言而喻。在此過程中，要將計算數據結果進行詳細的分析，然后以數據中得到的信息為依據，制定優化設計方案。另外，在優化設計的過程中需要多方面考慮，尤其是各種阻礙因素，要對其進行控制，使得建筑結構優化設計能夠順利完成。此外，由于在施工建設過程中，涉及的人力、物理、財力較多，因此結構優化的主要目的就是合理降低上述指標，從而保證建筑指標不會受到影響。因此，在建筑結構設計中必須注意：①找到建筑技術和經濟之間的平衡點，降低二者矛盾，使用高新技術，降低費用成本；②充分理解技術所帶來的經濟價值，充分意識到技術的進步和發展有利于降低經濟損耗，因此這就要求必須加強技術發展。

3建筑結構設計優化的現實意義

3.1有利于降低工程總成本。現階段，高層建筑不斷增加，與普通多層建筑比較，主要的區別就是占據的土地面積比較小，占據的空間面積比較大，減少用地費用。但是建筑物的高度的增加，層數的增多，就容易造成樓與樓之間的不協調問題，占地節約量和建筑的層數不成比例。因此，不可以單純的追求建筑的高度而忽視土地節約量，要將占地面積、造價進行統一協調。另外，高層建筑并不會因為層數的增多增加樓頂，這就明顯的降低了成本，只是會增加樓層的基礎造價。3.2有利于加強建筑物的整體經濟性能。隨著層數的不斷增加，建筑物必會影響整體框架梁與柱的承載能力，使之承載力增加，這就造成墻體的面積和梁柱的體積的增加，增加結構自重，電線、水管等管道等房屋配置會有所延長。相對來說，普通的多層建筑物能夠節省建材但不會影響抗震性能。此外，建筑物高度的不同勢必會影響墻面的范圍，這時候一般會選擇圓形建筑或者是接近方形的建筑，這樣外墻的周長系數就會相對減少，而且內外裝修面積也會隨之減少，而且以上形狀有利于其受力的提高，在保證安全穩定的基礎上增加了建筑的整體經濟效益。

4結束語

綜上所述，參考實際情況，從多個方面，研究對房屋結構設計中的建筑結構設計優化方法的應用，利用結構理念和方法的不斷優化，有效的提高建筑整體的結構設計質量。希望本次的相關研究，可以對房屋建筑結構設計優化起到一定指導作用。

作者:胡必偉 單位:伊犁鼎軒建筑設計院有限公司

參考文獻：