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摘要：随着人们生活水平不断提高，对于房屋建筑结构设计工作的有效开展而言，相应结构设计优化可以说是比较重要的一个方面，其能够有效提升房屋建筑结构的实效性，促使其能够在后续施工建设中得到有序落实，并且也能够在长期应用中发挥出较强功能，值得进行高度关注。本文将对建筑结构设计优化方法在房屋结构中的应用进行相关的阐述，希望对建筑设计工作者具有一定的指导作用。
关键词：建筑结构；设计；优化；作用
1、建筑结构设计优化方法的应用现状
1.1结构设计优化方式的理论
在建筑结构设计过程中，除了要考虑建筑结构的安全性、基本功能健全性等可靠性因素，我们还需要对其建筑本身的艺术美感进行考虑，这便是建筑结构设计优化的体现。对建筑结构进行设计时，在满足基本设计要求的前提下，应尽可能减小建筑物的质量中心和刚度中心之间的差异，保持平面结构的规则以及对称性性，以避免在水平荷载作用下建筑物产生较大的扭转效应。与此同时，在进行竖向设计时，应尽可能保证其同方向的承重构件上下贯通，使竖向刚度不发生突变，否则一旦发生刚度突变，建筑物会在水平荷载作用下产生严重的应力集中现象，对抵抗水平方向的动力荷载作用大大减小。此外，为了降低结构设计和分析方面的难度，我们可以尽量减少使用转换层结构。总而言之，在建筑结构设计过程中具体问题具体分析，综合多方面因素设计出最令人满意的建筑体系。
1.2化建筑结构设计方法的重要意义
在房屋建造过程中，充分考虑建筑结构的优化设计不仅可以提高建筑工程的施工质量，而且还可以提升一定的经济效益和社会效益。我国一直倡导的是节能环保的可持续发展道路和发展理念。要想在市场竞争中获取更多的市场份额，那么建筑企业在建设过程中，不仅要满足房屋建筑的长远利益，而且要尽可能的节省建设投入成本，减少建设优化设计的建设投资。
现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高见着结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。随着我国城市化水平的不断加快，人们对建设结构的优化设计更加重视，对建筑工程的施工管理既可以增加建筑房屋的美感，又可以减少建筑的投资成本。建筑房屋的结构一旦得到优化，就可以使得房屋的各个单元和元素都可以实现有机结合，提高建筑工程的施工质量，而且也可以改善人们的生活环境和居住环境。
像我国传统的建筑房屋可能比较注重的是建筑本身的安全性和经济实用性，要保证建筑工程的工程质量，一般在建筑工程结构优化设计上做的还不够，对建筑工程的成本控制还没有很严格把控，工程的预期成本花费太高，且设计结构存在一定的缺陷，房屋的设计也不是非常美观，这在很大程度上无法满足人们对住房品质的追求和需求。而目前将建筑结构优化设计方法应用到建筑住房工程上来，既可以把房屋的经济实用性和房屋的美观度结合起来，还可以起到一定的生态效益和审美价值，更可以降低施工工程建筑成本，节省建筑工程施工材料，保证建筑施工工程的安全质量，提高房屋整体的综合效益和艺术性。
2、建筑结构优化方式在房屋建设应用上的具体步骤
2.1创建建筑结构的优化模型
2.1.1合理化、科学化选择设计的变量
通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数和约束控制相关参数等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
2.1.2确定相应的目标函数
对建筑结构进行优化设计时，必须找到一组符合预定条件的相应尺寸的钢筋截面面积，以及已经失效的概率函数，这样能使建筑工程的整体造价达到最少。
2.1.3科学化的确定约束条件
对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
2.2对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powcll法等。
2.3进行程序的相关设计
依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化基本模型，以及在设计时运用的相应的计算方式，為了可以更好地实现其效果，能够将这些编纂成一个运算速度较快而且功能全面的综合性、科学性的应用程序。这样能使整个优化设计更加全面地、有效率地进行实施。
2.4结果分析
我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的。同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。
3、目前房屋结构设计中存在的常见问题
3.1房屋结构设计不利于低碳环保
目前很多建筑商在设计建筑的房间朝向、楼间距或者自然采光等方面都缺乏优化合理的设计方法。如果自然采光条件差，在我国北方城市，冬季就会增加一些散热的电气设备的使用。绿色低碳建筑本身的特点以及性能决定其自身涉及的绿色低碳的建筑理念，使得它的整个建筑系统都尽量采用科学合理的设计方案，将自然界的力量和能源应用到建筑的设计中，例如优化的设计结构应该是：在房屋室内设计的时候，会结合实际利用当地自然风的走向、自然采光的布局、以及新型能源等，在整个建筑物的系统中，都会体现出绿色、环保、低碳的设计理念。在施工材料的选择上，尽可能的选择符合国家建筑行业标准的建筑材料，甲醛的含量降低在不会或尽可能不对人体造成伤害的范围，在周围小区的环境、绿化的设计、自然通风等，都能够对使用者带来环保、低碳的健康体验。
3.2设计结构千篇一律，不具备针对性
目前很多开发商认为已有的经验非常丰富，盲目的自信就导致没有对实际的地质环境进行勘探，就进行施工，这样的设计结构必然是不够完美的。建筑的设计应该根据当地的自然气候条件和人们喜好进行设计。南方和北方的气候条件差异较大，要根据实际的需求进行合理的施工。与此同时，要根据建筑物周围的地形、周围的建筑物等合理地考虑采光度来进行施工。
4、建筑结构抗震优化方法探讨
根据影响建筑物抗震能力的影响因素以及建筑结构设计的原则，进行建筑结构抗震优化研究，提出相关方法和措施。
4.1能力设计法
受到地震作用的超静定性结构会出现延性破坏，基于此进行建筑结构抗震能力设计法的应用可以在保证满足抗震要求的同时实现经济性。能力设计法的本质是将控制理念与结构抗震设计相结合，加强应对结构破坏机制的能力。能力设计法对结构抗震性能与能力有着较好的控制力，使建筑抗震设计难度大大降低。
4.2基于损伤与能量设计方法
建筑结构抗震优化设计中，从能量角度出发进行抗震设计的进行，主要是考虑到建筑结构承受地震影响时能够更好地承受其破坏能量，并将能量以有效的形式传导入建筑结构内部以进行分化消散。在发生地震时，建筑结构非弹性变形超过自身非弹性变形时，其建筑结构会受到一定程度的损伤，在建筑结构抗震设计过程中要将能量理念与非弹性变形相结合研究，对结构构件损伤纳入研究范围以最终提高建筑结构抗震能力。
4.3基于位移设计方法，降低地震影响力输入
地震过程中，由于地震强度的不同建筑物会进行不同程度的位移，以结构位移为参照基础的结构设计方法能够在满足结构设计要求的同时有效控制建筑物位移情况。建筑抗震结构位移设计方法的应用，能够有效满足各种预定性能的目标要求。基于位移的设计方法应用能够使地震强度与结构自身形成关联性，并在地震时做出相应的反应，降低地震影响力输入。
基于位移的结构抗震方法，设计时要对设计方案进行综合定量分析，首先要保证建筑结构在收到地震影响时产生的形变在接受范围内。设计时要针对地震影响力情况确定位移限值和变形值，要研究透彻建筑构件变形与位移的关联。同时，在确定建筑构件构造时要考虑建筑界面应变分布情况的影响。根据位移设计方法，有效降低地震影响力输入，保证建筑结构安全性。
4.4加强抗震结构设计
建筑建设选择的结构一般包括三种，即框-筒、筒-中筒以及框架-支撑体系，现在逐渐有更多的钢铁结构被应用到建筑工程中。基于现状尽量选择钢骨混凝土结构、钢结构以及钢管混凝土结构等，可以有效减小柱断面尺寸，对提高结构抗震性能具有重要意义。对于建筑结构抗震设计，需要从传统硬性为主的抗震模式逐渐向柔性为主的抗震模式转变，降低地震产生的影响力。另外，在确定抗震结构后，还需要做好对建筑材料的选择，应根据施工需要对建筑材料性能进行全面分析，综合考虑承载力、延性以及强度等方面要求。
4.5增加抗震防线
通过增加抗震防线，在第一道防线遭到破坏后，还可以通过其他防线降低地震冲击力对建筑結构造成的影响，可以有效提高建筑抗震性能，例如可以选择用多个肢节与壁式框架的“框架剪力墙”结构来提高结构抗震性能。在框架剪力墙结构中，以剪力墙作为第一道抗震防线，因此为有效提高抗震性能应设置足够多的剪力墙。减小地震能量的输入和设置消能减震构件。强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。
5、结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用
5.1在整体和局部上的优化
对于建筑项目设计而言，通常都包含两类特点，即复杂性与层次性特征。其中，复杂性特征包括：在零部件选取、建筑原料选取与结构类型选取等几个方面；层次性特征主要在建筑设计体系、建筑结构体系与安装设计体系这几个方面有着充分的体现。在这之中，每个独立的前提下都包含较多的、具有差异性特征的下属体系，将横向关联冲破，来达到工程叠加的目标。房屋建筑需要实施局部优化操作，在此期间必须注重整体全面优化工作实施，只有这样，才能够确保实现房屋结构设计优化等方面的目标。
5.2分阶段优化和寿命优化
在实际施工过程中，每一个项目工程均在限定的建设期限中，每一项技术环节都有很多相关的操作计划及方案，在各阶段施工过程中均能进行实际的改造和开发。建筑企业中，每一位施工技术人员都需秉持认真负责的态度，对建筑设计中的各环节进行严格筛选和匹配，要求其技术类型满足相关的标准和实际规划。对整体工程的寿命进行优化，可保证建筑的施工质量和安全性，从而提升企业经济收益和社会效益。
5.3在桩基础方面实施优化
桩基础设计优化是建筑结构设计优化中的重点环节，大致可分为预制柱及灌注粧两种类型。但灌注粧在进行实际的施工过程中，技术人员难以对其进行实际的技术掌控，且操作时间过长，具有反复的周期性，因此一旦沉降符合既定标准，
技术施工人员应利用预制桩，并采取相关的手段进行施工和管理。一般情况下，桩基在深入和完善的过程中，当地皮与基桩之间的摩擦力增加时，技术人员可选择长度不同的基桩以配合施工的顺利实施。
5.4对结构与建筑保持协调优化
在建筑结构设计期间，必须要尽最大努力来确保建筑整体平面与整体结构可以紧密配合，从而确保能够达到结构合理与造型美观的目标。在建筑结构设计中，需尽量确保建筑系统能够保持简洁特征，不能發生墙和柱错位等问题，同时还需要保证每一层的截面与高度保持相同的状态。在对建筑内部电梯与楼梯设计期间，需选择具有高强特征的建材作为相应的承重构件，以达到降低自重的目标。对于建筑的整体布局，其重心、质量和刚心须尽量确保能够交叠，以此来有效的避免出现扭转问题。
5.5上部结构的优化设计
例如剪力墙建筑的设计中，建筑设计人员在进行实际建立模型计算时，需对建筑上部结构进行模型的构建和优化，采取科学合理的剪力墙结构，提升建筑的抗震和抗风的能力。如条件允许，结构设计人员可通过最大程度地应用大开间剪力墙结构，增加整个墙体的肢长，这样不仅能够减少墙肢的使用数量，也能在保证建筑整体风格和质量的前提下，节约成本，减少支出。但若建筑所处环境条件和地质情况不乐观，而且建筑对抗震性能的要求又较高时，结构设计人员则需换一种设计理念，不采用大开间的剪力墙构造，采取其他结构构造。
6、结束语
综上所述，建筑结构设计方案的合理选择，不仅可以使建筑结构设计达到应有的技术要求，还可以减少不必要的经济损耗。建筑结构设计优化在房屋结构设计中是一个综合性比较强且极为复杂的系统性问题，这需要我们对其进行深入研究。本人结合自身的工作经验，阐述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用，希望此文对相关研究人员有所帮助。
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