建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究
摘要：本文主要针对房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的概念、房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的意义、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤以及如何合理优化房屋结构设计进行简要分析。
关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；
中图分类号：TU3 文献标识码： A
一、房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的概念
建筑结构优化设计方法的具体内容为：
1、建立优化分析模型
在建筑结构的优化设计过程中，分析模型在其中可以发挥巨大作用，因此，通过建立一个科学合理的优化分析模型可以实现对原有的设计进行分析的目的，从而可以使设计结果更加优化。
2、满足建筑质量安全
一般来说，建筑结构优化的目的是满足房屋建筑的基本功能需求和舒适度要求、满足建筑质量安全和美观度要求、对房屋建筑结构造价进行控制。根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则方式，在满足建筑相应的功能条件下，尽量使竖向承重构件保持上下贯通。
3、选取最科学的优化数学算法
当在第一步已经建立优化的分析模型之后的情况下，这时就需要最科学合理的优化数学算法和优化迭代控制来解决接下来所遇到的问题。在第二步的过程中，设计者会面临着重要的选择，那就是要在多种优化数学方法中能够及时有效地选取最科学的优化数学算法，从而实现最优化的设计效果。
二、房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的意义
1、优化设计，保证结构功能性
结构优化设计能够根据工程的需求对结构选型、受力性能、结构材料等进行优化配置。比如选择圆形、矩形的形式进行结构平面设计能够增加结构的受力性能。因此，工程结构的优化设计，是工程实现既经济又安全，既美观又实用的途径。
2、节约造价
建筑工程造价控制是保证企业经济利润的关键因素。结构优化设计能够降低 15%到 30%的工程造价，具有实际的经济效益。房屋建筑大多是多层、甚至很多都是高层建筑，层数的增加会因为建筑面积的增加而增加投资。层数增加对结构承载力的要求也随之增加，为了保证结构的安全性，墙、梁、柱的抗震等级和抗震性能都要随之增加，因而提高了房屋的造价。合理的结构设计能够根据建筑结构的空间和平面，增强结构的各种性能，不仅可以减少结构所需材料，还能减少基础和装修材料，达到统一协调的目的，实现了结构的经济安全。
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的实施步骤
工程结构设计优化通常包括以下几个方面：抗侧力体系方案的优化设计、基础结构方案的优化设计、 楼屋盖系统方案的优化设计、 维护结构方案的优化设计以及结构细部设计的优化设计。这些方面的设计优化内容还包括选型、 受力分析、造价分析等， 在实际的施工中密切的结合实际的施工情况， 追求优化的实际应用性， 围绕提升房屋的综合价值进行优化设计。使设计出来的房屋造型美观同时还能够满足人们对于安全、 经济的要求， 设计出真正的经济适用的建筑。
1、建立结构优化模型
结构优化设计计算分析阶段通常情况下分为两部分内容， 一部分是结构优化设计模型， 另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数， 然后根据数据分析建立起函数模型， 运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步：
一、 选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义， 设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择， 进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算的工作量；
二、 确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解， 然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件， 其中有：应力约束、 裂缝宽度约束、 结构强度约束、 尺寸约束、 弹塑性约束等， 在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内， 能够满足设计规范， 即在规范条件内满足约束条件。
2、设定优化设计计算方案
结构的优化涉及到很多的约束条件以及变量， 因此在进行计算时需要将所有的约束条件转化成非约束条件， 充分的考虑变量因素， 运用各种数学计算方法做好计算方案的设计工作。
3、程序过程设计
在构建好结构优化模型、 设定好优化设计计算方案后就可以在以上基础上将构思好的结构模型方案导入相应的结构计算软件中， 在进行计算时只需要将相关的数据输入计算软件， 通过计算机程序的自行计算便能得出相关的结果。
4、结果分析
在得出计算结果后， 对其进行分析， 进而确定出最佳的方案。在实施结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤时， 要注意各方面的因素， 要能从多方面进行考虑， 保证所有的问题的难度降到最低。房屋的建设本身就是一项花费资金较多、 耗费人力较大的工程， 实施结构设计优化技术的主要目的就是为了将相关的成本降到最低， 同时保证房屋的质量以及美观。因此在设计时要注意处理好经济与技术之间的矛盾。在进行优化设计时， 肯定会涉及到经济的问题， 并且优化技术在一定的程度上与经济也会存在着矛盾，优化技术的引用和实施必然会涉及到经济因素， 但是业主应对此有充分的认识， 能够认识到经济与技术之间矛盾存在的必然性， 能够理解到使用优化技术所带来的经济方面的节约量将会远远超过耗费量， 要大力的使用优化技术。
5.结构设计优化技术的实践应用中要注意的问题
结构设计优化技术的实践应用能够带来巨大的经济效益， 但是要注意的是实践应用的过程中有很多的问题是不能够忽略的， 作为设计人员和业主对于这些问题应该要投入一定的关注。
（1）前期的参与
前期方案的制定将会直接的关系到建筑的总投资问题， 但是， 当前房屋建设工程中存在的问题就是结构设计优化技术并没有参与到前期方案的确定中， 这种情况下， 前期设计人员往往会忽略其方案的实际应用性和经济性， 在最后的实践过程中得以证实的是结构设计优化技术根本就没有发挥到节约建造成本的目的。 导致这个问题的主要原因就是缺乏前期的参与， 因此一定要注意结构设计优化在方案制定时的前期参与。
（2）概念设计结合细部结构设计优化
概念设计与结合实际情况进行设计具有重要的区别。一般概念设计都是脱离实际数据的， 不具有精确性， 因此在进行计算时难免会出现较大的差异。在进行概念设计时， 作为设计人员要充分的认识到数据的重要性， 将相关的数值运用到设计中， 作为辅助依据。在设计时，设计人员既要在宏观上把握结构整体的设计， 与此同时在细节方面也要注意， 做好细部结构的设计优化工作， 保证细部工作的无误， 从而保证整体的效果。比如：材料强度、 抗拉能力等多方面细部因素的考虑能够在很大的程度上保证结构优化设计技术的实践应用。
四、如何合理优化房屋结构设计
1、加强概念设计优化技术
每一座建筑物都是经过很多结构布置方案的筛选及多种分析比较才设计而成的。 不同的地理位置的建筑物， 不同的建筑风格， 设计人员采取的设计参数与指标还有材质等都会不同。如今是信息化时代， 电脑取代了手工， 不少设计人员通过电脑软件就可以实现方案设计， 但软件出来的设计方案是笼统的， 千篇一律的， 这就需要设计人员根据经验及个人判断， 根据实际情况，对电脑软件产生的设计方案进行优化与深化， 让最终出来的方案与设计都能符合实际建筑情况。通常， 经验越丰富的设计人员，最终判断和分析的数据更为精确， 这就需要我们的设计人员平时加强概念设计的优化技术， 让设计更具备科学性及可行性。
2、建筑结构设计的实际性复杂问题对策
建筑结构设计的主要目的是为了实现房屋本身的安全问题以及房屋的使用功能， 同时也要求房屋具有一定的耐久性能。可以通过优化设计可以使建筑物在规定的时间内最大限度的减少成本并且实现建筑结构的安全性与使用功能。所谓的概念化设计， 主要指的是如何通过优化建筑物的结构， 从而提高建筑物抵抗外部荷载与地震作用的能力， 并且使建筑的结构耐久性和功能性即使受到外部因素影响的时候也不会有所改变。所以对于建筑物来说， 结构设计的最核心内容在于如何在复杂应力环境下实现优化设计， 如地震这样的复杂应力环境， 人类对于它的荷载以及作用的时间的长短都不能进行准确的预测， 无法掌握其规律， 因此地震一直被认为是人类毁灭性灾难的自然灾害。
结束语
社会经济的发展带来的是生活质量的提高， 及人们对高层次生活的追求向往， 由于我国人口众多的特性， 需要我国的建筑物不仅保证最基本的安全性和功能性， 且在满足人民对新环境要求的基础上， 充分利用土地， 充分节省建筑成本， 传统的设计原理也需要优化革新， 让新型建筑物符合新时代发展。