浅论房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法

摘要：建筑是凝固的艺术，建筑要体现出精美就必须将结构设计与美观设计合理搭配。房屋
结构设计一直追求的是安全、适用、经济、美观、便与施工等五种效果。这就需要设计部门或者
设计人员严格遵守这五种效果原则，制定合理的建筑结构设计方案，应用现代科技优化方
法，实现有限资源的最有效发挥，完成降低工程造价并取得人们对物质精神需求的目标。当
前，房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法已经开始广泛的运用到实际项目当中，本文
从结构设计优化方法的理论体现出发，对建筑结构设计优化方法的应用与实践进行分析和
讨论。

 

　　关键词：结构设计，

 建筑结构 ，优化方法 

　　

1 房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的理论概述 

　　

1.1 房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的理念及意义 

　　

 在进行工程项目的结构设计过程中，除了要考虑设计对象的基本使用功能和兼顾其安

全适用性以外，还应尽可能将设计对象设计的更加完美，这就是结构设计优化问题。定义为
工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。随着我国社会精神文明建
设的不断发展，人们对于居住环境精神领域的追求已然形成一种时尚。对于人居环境的改善，
其根本主要体现为美观与结构之间的协调、配合，使得建筑工程满足美观的同时也能实现在
经济规划方面的实际意义。

 

　　

 房屋结构设计中建筑结构设计优化的内容主要是通过对基础结构、屋盖系统结构方案、

维护系统结构方案等其他结构综合进行设计的过程。在整个过程之中强调的是一切从实际出
发，紧贴工程进度、发展的实际情况，以控制工程造价成本为中心的结构优化设计理念。

 

　　

1.2 建筑结构设计优化方法的实践价值 

　　

 与传统的设计相比，在设计中采用优化方法可以使建筑工程造价降低 5%~30%，可以

尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度。结构设计优化方法的应用能充分利
用材料性能，对结构内部的各个单元进行协调，规范建筑结构安全度，为建筑整体布局提
供合理决策。

 

　　

2 结构设计优化方法在建筑结构设计中的步骤 

　　

(1)整体优化模型 

　　

 房屋结构设计优化方法一般从三个方面展开。第一，选择设计变量。在设计过程中将所

要选择的描述结构特性的参数确立为设计变量，比如目标控制参数和约束控制参数。而将那
些变化范围不是很大或者对设计要求而言局部设计考虑就能满足设计要求的参数确立为预
定参数，这样做可以大大减少计算、编排、设计的工作量。第二，确定目标函数。寻求一组可
以满足预定条件的钢筋截面积和截面几何尺寸以及是小概率，已达到总费用最小。第三，确
定约束条件。房屋结构设计的约束条件包括强度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、
构建单元约束、正常使用状态下的变量从上限到下限的约束条件等。在设计时，若要使结构
设计优化方法应用于实际房屋工程，则必须通过建筑结构设计中实际约束条件与目标约束
条件相比较，保证每项约束条件都能符合规范，实现最优。

 

　　

(2)设定优化设计计算方案 

　　

 由于房屋结构设计中适用性优化问题较为复杂，属于多变量、多约束非线性优化问题，

所以在计算当中，通常是将有约束优化问题转化为无约束来求解。其中可以利用的结构优化
设计计算方法有拉式乘子法、复合形法等。