摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展，人們在追求物質享受的同時也將精神文明建設上升到一種標準與習慣 。人們在選擇安全舒適的住宅環境的同時也將建筑整體的結構美、外觀美放在一個很高的位置，這些都是優化設計在結構設計中應用反饋回來的良好反應。簡單來說結構優化設計就是在基于建筑物舒適性、安全性、經濟性美觀性的前提下采用一定的優化設計方法在更深層次更為合理的一種建筑結構設計，是建筑物在結構安全、經濟試用等方面的一個很好地體現，實現服務于人民的最終目的。

　　關鍵字：建筑設計評職論文,核心期刊論文發表,房屋建筑,結構優化設計,應用

　　一.房屋結構設計優化技術的現實價值和應用

　　1.1房屋結構設計優化技術的現實價值

　　設計人員在進行房屋結構設計時，首先要考慮的就是要滿足房屋結構效益的長遠化，在這個前提下，要最大限度的減少投資商的投資成本同時保證結構上的科學合理。與傳統的房屋結構設計理念相比，現代房屋結構設計優化技術應用之后，能夠有效的降低工程成本，大約可以維持在10%—35%之間。結構設計優化技術的運用，不僅能夠將建材的利用率和性能發揮到最大值，同時也使房屋內部的各個空間之間的結構實現協調規劃，并且符合我國相關的安全質量規定。此外，房屋結構設計優化技術的運用還能夠對房屋的最初設計提供幫助，因此，優化技術對房屋整體設計的安全、合理、舒適起著重要的作用。

　　1.2房屋結構設計技術方案和理論的應用

　　房屋結構設計方案和理論在現實中的應用主要表現在兩個方面，即房屋總體工程結構設計的優化和房屋各個組成部分的設計優化。在這其中，房屋各個組成部分的設計優化包括很多方面，如：相關細節結構部分的優化設計、相關基礎結構方面的優化設計、房屋護圍結構方面的優化設計和房屋屋頂方面的設計優化等，對于這些方面的設計優化還包含很多更加細化的設計，如布置、選型、造價、受力等方面的設計優化。相關的設計工作者應該在滿足房屋建造的相關規定前提下，而后充分考慮造價方面的因素進行相關的結構設計優化。

　　二、房屋結構設計優化的經濟性分析

　　2.1房屋結構設計占地方面的經濟性

　　在當前，房屋的建造形式主要以高層和超高層為主，而房屋建造的總面積是由隔層面積之和而得，所以說，房屋的建造層數越多，相應的總的建筑面積就會越多，由此房屋的單位建筑面積需要占用的土地面積越小。與此同時，隨著建筑層數的不斷增加，房屋高度也會隨之不斷增加，而房屋與房屋之間的間距也會隨之增加，由此可見，在房屋建造時，占地面積與房屋高度并不是按照一定比例進行增加的。

　　2.2房屋結構設計在造價方面的經濟性

　　在進行房屋結構設計時，結構設計方法以及所使用的建材的不同可能使整個工程的造價產生巨大的變化，因此在進行結構設計時有必要對各種方面如結構類型的選擇和建筑材料的選用等進行必要的經濟性的考慮。在相同建筑面積時,住宅建筑平面形狀不同,住宅的外墻周長系數也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形,外墻周長系數越小,外墻砌體、基礎、內外表面裝修等也隨之減少,并且受力性能好,造價會降低�？紤]到住宅的使用功能和方便性,通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。根據相關的統計顯示，采用科學合理的設計方案能夠使整個工程的造價下降10%左右，甚至有的可以達到20%。房屋結構大多是由基礎、柱、梁、樓板等組成，而這些部分所需的成本造價也存在很大的差異，不同的結構類型的工程造價是不同的。如在剪力墻結構中，在進行高層建筑抗震設計時短支剪力墻的抗震等級應比相應的剪力墻的抗震等級高一級，所以在平面設計上要盡量減少短支剪力墻的數量這樣也會相應的減少構造鋼筋的使用量從而減少工程造價。因此，在實際工程施工過程中，應該根據實際情況有針對性的進行結構類型選擇。

　　2.3高層住宅結構設計的經濟性

　　對于高層住宅而言，其層數直接與成本造價產生聯系，隨著層數的不斷增加，建筑中，墻體面積、柱體面積等都會隨之增加，建筑的整體自重、基礎的承載能力、各種管線的長度同樣也會增加。因此設計一個合適的層數，不僅可以使得建筑材料大大節約，而且有利于抗 震性能的提升，同時，一個合適的建筑物高度還能夠使得相鄰建筑物之間的距離縮短，節約建筑用地。

　　三、結構優化設計技術在房屋建筑中的應用

　　3.1結構設計優化應注意前期參與

　　房屋建設的投資計劃在實際的過程中受很多因素的影響，影響最大的當屬前期方案的確定，

　　前期方案的確定將直接影響整個建設項目的總投資成本，對目前而言在進行結構設計時存在問題最大的也是前期方案的確定問題。在進行房屋結構設計時具體的施工人員并不將優化設計使用在前期方案的設計之中，往往忽略考慮建筑物結構的和理性和可行性，這樣設計出來的結構設計結果將會對整體結構造成很大影響，不僅增加了后期結構設計的困難度而且在項目總投資上增加了一定的成本，這些都是得不嘗試的結果。如果我們在前期方案確定是就加入結構優化設計，那么我們就能從容的針對不同的建筑類別要求，優化選擇合理的結構形式和設計方案，在避免上述情況發生的同時保證了工程的進度也減少了投資商的投資資本，這是一舉兩得的最佳選擇。

　　3.2結構設計優化方法

　　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計量。對于房屋工程分部結構優化設計主要包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、結構細部設計的優化設計和維護結構方案的優化設計四個大的方面，同時還包括對結構設計中選型、空間布置、受力分析和造價等幾個小的方面。在實際的優化設計中要一切從實際出發結合具體的工程實際情況滿足設計圖的整體規劃要求，最大限度的使平面布置規則同時減少剛度和質量中心的差異，要著重注意減少應力集中的現象。在構建結構優化設計模型時要合理選擇主要參數以創建函數模型，運用合理科學的結構優化計算方案和計算方法將有約束條件轉換成無約束條件進行計算最后編制相應的運算程序以得出最終的優化結果。具體步驟如下：首先是對設計變量的合理選擇，要選取對設計要求影響較大的參數，并將影響較小的參數作為預定參數，采用此方法將會達到減少計算編程的工作量的效果：其次其確定目標函數，是函數滿足設計要求的最優解;最后進行約束條件的確定，這里的約束條件包括應力約束、結構強度約束、尺寸約束等，在保證個約束條件滿足現行規范要求的同時采用優化設計合理進行優化是建筑物達到最完美的設計效果。

　　3.3概念設計優化技術

　　在現代建筑設計中越來越多的因素被考慮在之中，不同于傳統的結構設計概念設計的理念的引入是一場思想的革新。用概念思想來進行建筑結構設計就是設計師在設計的方案階段根據其自身的工作經驗和專業的理論知識，在沒有確定具體方案的情況下運用概念設計方法在腦海中進行整體結構的優化。概念設計主要針對設計工程中對于不同的建筑結構采用何種設計施工方法無法確定時，這時設計人員就要根據自身經驗并考慮和遵循一般設計規律在不依靠計算機的情況下得到我們想要的最終結果。概念設計的引用較傳統設計思想而言可以迅速的、有效的對結構體系進行構思、比較和選擇，保證了工作的高效進行的同時也幫助了建筑師確定整體結構體系，使結構體系和受力分析以一種清晰明朗的形式顯示出來，避免了后期設計的不必要的計算具有很高的安全可靠性。將概念設計得到的數據與計算機計算得到的數據進行比較可以大大的提高運算的準確性。在實際設計中概念設計還表現在對一些外力的不確定因素堤建筑物的影響，其中影響最大的就是地震對建筑物產生的影響，因此在設計中就要首先將防震思想考慮其中，要多道設防思想是建筑物在地震發生時次要構件先破壞以消耗部分地震能量，此外進行延性設計也能有效的防止結構發生脆性破壞，這些抗震設防思想在整個設計工程中都將作為概念設計的重要指導思想。概念設計是結構設計的靈魂和核心，它貫穿于設計工程師的知識水平和設計水平也統領結構設計的全部過程。運用結構概念設計從整體上把握結構的的各項性能，只有這樣才能對計算分析結果進行更為科學、更為合理的采用，保證了工程師在設計之中的主導地位。

　　3.31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，計算式難免與現實之間有很大的差異，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。

　　3.4 ANSYS在優化設計中的應用

　　傳統的結構設計先是憑借經驗和判斷做出結構的初始方案，包括空間總體布置、材料選擇、結構尺寸和制造工藝等幾個方面然后在進行結構分析，最后在力學的基礎上校驗其方案的可行性，必要時需要進行多次方案修改。在傳統的結構設計中結構分析只是僅僅起到了校驗可行性的校驗功能。而利用ANSYS進行優化設計分析不僅只進行一次計算就可以完成結構的應力和尋優計算而且能夠滿足設計規定的約束條件實現目標最優。ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析已預提的大型通用有限元分析軟件，自開發以來不斷汲取新的計算技術和方法，在進行高級分析時將有限元分析與優化設計方法合理有效的結合在一起，從而構成了基于有限元分析技術的優化設計。作為工程設計人員而言并不需要具備完善的理論基礎只需要掌握就工程所涉及的相關背景能夠將工程實際問題轉換成優化模型，這樣就可以通過使用ANSYS軟件完成工程的優化設計，ANSYS軟件的應用不僅大大提高了優化設計的工作效率減少了設計過程中繁瑣的編程操作而且也大大的提高了工程計算的準確性，保證了工程的整體質量。

　　3.41 ANSYS結構優化實例

　　根據上述優化過程的思路，使用ANSYS對常用的三桿桁架進行優化設計。三桿桁架結構模型如圖2所示，桁架由三根桿組成，承受縱向和橫向載荷作用。優化的目標是使桁架的重量最小，其中三根桿的橫截面面積和基本尺寸B在指定范圍內變化，每根桿的在最大應力不超過400MPa。已知條件如下：

　　(1)桁架的材料特性 彈性模量：E=2.06×105MPa，密度：ρ=7.5×10-3g/mm3，泊松比：ν=0.3，最大許用應力：σmax=400 MPa。

　　(2)幾何條件 桿的橫截面面積變化范圍：10~10000mm2，基本尺寸B的變化范圍：1000~10000mm。

　　(3)集中載荷 FX=5×105N，FY=5×105N。

　　優化設計模型是要在滿足給定的工況條件下，追求三桿桁架機構重量的最小值。根據該問題的情況，選擇三根桿的橫截面積A1，A2，A3以及基本尺寸B為設計變量，目標函數為桁架的重量最小，約束條件為三根桿的內應力在許用應力范圍之內以及幾何條件。所以，可以根據式(1)將該問題用優化數學模型表示。 按照ANSYS的優化設計過程，采用一階方法，共進行了10次迭代，得到了優化結果。從結果中可以看出，當A1=2091.5mm，A2=10000mm，A3=477.6mm，B=6062.8mm時，桁架的重量為0.2261t，在滿足給定條件下三桿桁架結構的重量達到最小。圖2給出了目標函數(重量)的變化規律，從圖中也能直觀地看到目標函數的整個優化過程以及最終的結果。

　　3.5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。

　　結語：結構優化設計技術在房屋建筑中的應用，隨著我國社會經濟的快速發展、生產技術水平和人們生活水平的的提高以及人們對于居用建筑功能要求的不斷改變，優化結構設計目前已經得到了極大的推廣與發展。建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構優化設計工作同樣是一項事無巨細的工作，只有在今后更多的實踐中不斷積累經驗，發現問題和解決問題才能夠在未來的房屋建筑工程結構設計競爭中占得先機。對于專業設計人員來說要把提高自身職業技能和設計質量作為終身奮斗的目標，為國家建設行業貢獻自己的力量。

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