同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司200092
摘要：本文首先简要分析了建筑结构设计优化的理论，然后提出了设计优化方法在房屋建筑结构设计中的具体应用策略，最后阐述了优化方法在应用过程中的注意事项。希望能以此为相关设计人员提供参考，促进房屋建筑结构设计的质量提升。
关键词：建筑结构；优化方法；房屋建筑；结构设计
当前人们的生活水准逐步提升，对于房屋建筑的外观、经济性、实用性等方面都提出了更多要求。对建筑结构设计进行优化处理，并把相应的措施运用于房屋建筑结构设计过程中，具有十分重要的意义，可以改善人民的居住条件，并提升房屋建筑的安全性和实用功能。
一、建筑结构设计优化的理论分析
在实施建筑结构设计和工程项目的有关规划时，不但需要充分考虑到设计目标的安全性及稳定性，同时还应对其基础运用功效展开全面思考。要在设计中尽量彰显出建筑结构的美观性，并且又要保证其经济性和实用性。这便是建筑结构设计优化的理论基础。也就是说，在设计过程中需要利用到各种数学方面的策略，对设计方案进行对比分析，从中筛选出最为适合的方案，进而达成预期设计目标。据分析可知，建筑工程中，房屋结构的优化设计需要从多个方面着手进行，比如屋盖系统、结构细部以及围护结构等，此外还需结合造价、选型、受力、布置等多项因素展开分析。总体而言，必须要结合建筑工程的具体情况，在保证经济性的前提下对房屋建筑结构实施优化设计。
在设计过程中，设计师也必须要进行一定的创新，要紧跟时代的发展脚步。除了保证建筑的安全适用性外，也要设计出更为新颖的结构形态。设计师要尽可能缩减质量中心和刚度中心之间的差距，使建筑呈现出对称和规则的外观特点，同时还要确保建筑在水平负载的影响下不至于产生过大的扭曲效应。对于竖直方向的布置，要尽量使其与对应的承重部件保持上下连通，且需要避免采用转换层结构。此外，竖直方向的刚度变化也应当呈现出渐变的形态，不能有突变的情况产生。以免在刚度突变的位置引发应力集中问题，从而影响到建筑结构的水平方向动力负载功能。
二、该优化方法在房屋建筑结构设计中的具体应用策略
（一）构建模型
在实施房屋建筑结构的总体优化设计时，应当分为三个步骤进行。首先，要科学选择设计变量。在该环节中，需要将建筑结构中的关键参数作为设计变量，比如目标控制参数以及约束控制参数等。前者指的是损失期望C2与结构造价C1，后者则指的是结构的可靠度PS。此外，还有一些参数也会对设计造成影响，但变化区间较为有限，只需要具备局部性或结构的有关要求就可符合设计规范。对此，可以采用预定参数进行表示，如此便能够确保设计量、运算量和编制程序的工作量得到适当减少。
其次就是要确定好目标函数。在对房屋建筑结构设计进行优化时，目标函数的确立也是相当重要的一环，可以对工程造价产生很大影响。所以，在运用优化方法的过程中，相关人员应当积极寻求到一组可以符合有关预定条件的函数。比如与截面相对应的几何尺寸，失效的概率函数，或是钢筋的截面积等。找准这些目标函数之后，房屋建筑的施工造价就能够得到良好控制。
最后，在设计优化过程中，还应当制定明确的约束条件，以此保障房屋建筑结构的稳定性与可靠度。具体的约束条件主要包含了尺寸约束、应力约束、缝隙大小约束、构造强度约束、结构体系约束、构件单元约束等。其中还包括了从可靠指标的约束到确定性约束，以及从常规运用极限状态的弹性约束到最终极限状态的弹性约束等。所以，在实施房建结构设计的同时，应当要针对目标约束条件和实际约束条件展开科学对比及研究，以保证每项约束条件都能切合有关标准和需求，从而达到理想设计效果。
（二）制定计算方案，设计相关程序
房屋建筑结构的优化设计关系到许多复杂的变量，且还会涉及到具备多约束的非线性优化问题。所以，在具体的计算过程中，可以将带有约束性的问题转化为不具备约束性的问题再进行求解。通常采用的方法有复合形法、Powell法、拉氏乘子法等。在计算方案确定过后，就需要开展程序的设计工作。要依照其可靠程度，设计出房屋建筑结构的基础优化模型，并采用制定好的设计运算方法，编写出计算速度快且功效全面的综合性运用程序。
（三）分析结果
在运算完成后，还需要对其相应的运算结果实施科学的分析与对比，最终挑选出适合的优化设计方案。在此环节当中，一定要深入并全面地思考问题，从多个角度对问题进行探索，确保结果的合理性。该环节在建筑结构设计优化过程中十分关键，如果可以正确地选出设计优化方案，那么不但能保障建筑结构的安全性、美观性以及适用性，同时还能达到节省资金投入的目的。以往的工作人员在建筑结构设计优化过程中，往往只重视节约成本，却忽视了对于技术的高要求，这也是不科学的。所以，在实际操作中应当针对经济和技术这两大方面进行科学配置，如此才能确保优化设计符合现实需求。
三、优化方法应用过程中的注意事项
首先，在优化过程中要注重前期工作的处理。因为前期方案的制定会对工程造价产生直接影响，但不少工作人员在设计过程中都忽视了这一点。所以，要在前期的方案制定过程中就仔细挑选出科学的结构形式，并以此确立合理的设计方案，从而达到控制造价的目标。
其次，可以采用概念设计的方法，并针对建筑细部结构进行优化处理。概念设计适合运用于没有具体数值量化的情况，可以为设计提供可靠依据。比如，在对地震的强度实施预防设计时，由于其存在较多不确定因素，因此很难寻找到与之相适应的计算方法。对此，在具体的优化过程中可以采用概念设计这一方式，将对应的数据当作参考和辅助的根据。另外，在建筑结构优化设计阶段，有关工作人员还应当正确、灵活地运用优化设计方法，结合现实情况展开调整，以便获得理想的设计成果。除了概念设计法外，对细部结构的处理也是十分重要的工作。比如，对于现浇混凝土异形板料，其拐弯的位置容易裂开，因此可以将其简化为矩形板，再挑选出合适的钢筋进行运用。这样就能在满足其结构基本需求的前提下，实现经济与安全的建设。
最后，还要注意的是对下部地基基础结构的优化处理。在此过程中，应当先选择出适当的方案，比如结合施工场地的地质条件进行桩基种类的选取，同时尽可能压缩施工造价。此外，还可依据桩端持力层的厚度，科学选定灌注桩的所需长度。并将多种设计方案进行对比和研究，最终挑选出最优设计方案。
结束语
由上述分析可见，建筑结构的设计优化方法对于房屋建筑而言十分关键，不但可以满足相关技术需求，还能在很大程度上节约建设成本。因此，相关人员要加大力度展开对设计优化方法的探究，构建好设计模型，制定出科学的计算方案，设计相关程序并分析设计结果。同时还要注意在优化过程中可能出现的种种问题，采用适当的方式进行处理，以此提高房屋建筑优化设计的成效。
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