探析房屋建筑的結構設計優化

桑志奇

【摘要】隨著社會經濟的不斷發展，人們熱衷追求更高質量的生活，對房屋建筑的功能需求也逐步加大，房屋建筑的結構設計面臨著重大挑戰。為滿足人們日益增長的建筑功能需求，設計人員應重視房屋建筑的結構設計優化，創新設計理念與方法，為建筑用戶提供一個舒適實用、美觀安全的住宅建筑環境。本文主要深入探究關于房屋建筑結構設計優化的相關問題。

【關鍵詞】房屋建筑，結構設計，優化

1. 引言

隨著社會經濟發展步伐的不斷加快，人們的生活水平日益提高，人們在追求高質量生活的同時對房屋建筑居住環境的要求也日益提高。事實上，建筑面積大、外形美觀且建設質量高的建筑結構一般較為完善，所采用的施工材料質量也很好，這樣就會加大了工程投資。對房屋建筑結構設計進行優化，不僅可以全面提高房屋建筑結構的安全性和可靠性的同時，還能滿足住宅用戶的舒適性和經濟性需求，節約工程建設投資成本，提高房屋建筑建設項目的社會效益和經濟效益。

因此，房屋建筑結構設計人員應積極探索房屋建筑結構設計的優化策略，真正實現建筑資源的優化配置，最大限度提高工程資金的利用率，增強房屋建筑結構的安全可靠度，為人們提供一個舒適優質的居住環境。

2. 房屋建筑的結構設計優化對策

在房屋建筑設計過程中，房屋建筑結構設計的任務是根據工程建設總體要求和目標，采用最先進科學的方法，對房屋建筑結構的整體形式、結構構件布置和各個建筑構件進行科學設計。而房屋建筑結構優化設計主要是指設計人員轉變設計理念，綜合設計建筑基礎結構、屋蓋系統結構、圍護系統結構及其他細部結構，真正實現建筑結構的設計優化，全面提高工程建設的經濟效益。

2.1 構建結構優化設計模型

房屋建筑結構優化設計的實質是在設計人員在各種設計變量參數中，選取主要影響因素，并為其構建結構優化設計模型，結合科學先進的計算方法獲得最優設計變量參數。構建房屋建筑結構優化設計模型主要步驟為：

（1） 選取合理設計變量

設計變量的合理選取對房屋建筑結構設計的影響是至關重要的，因此，在設計建筑結構時，設計人員應根據不同變量對設計結果的影響程度將各種變量進行合理分類，將一些對設計結果影響不大的參數作為預定參數，以減少該項工作的計算和工作量，節省人力物力。

（2） 科學確定目標函數

事實上，房屋建筑結構可靠度優化設計的約束條件主要包括應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束等。因此，設計人員要在優化設計建筑結構時，確保各種約束條件必須滿足設計要求，通過科學確定各個設計目標函數，獲得滿足設計要求的最優解。

2.2 優化建筑結構計算參數

通過計算機得出建筑結構計算參數后，設計人員要對計算結果進行分析判斷，確認計算參數合理有效后，方可應用到工程設計中。一般情況下，計算機計算的參數主要包括結構的自振周期、樓層地震剪力系數、樓層彈性層間位移、樓層的側向剛度比、墻和柱的軸壓比、柱底內力設計值等。此外，為進一步提高計算結果的合理性，不僅要保證結構方案、結構計算簡圖合理，還需要正確填寫建筑的抗震設防烈度和場地類別，保證電算程序總信息中的各項計算參數合理可靠，全面提高建筑結構設計的合理性。

2.3 建筑結構的整體優化方法

（1） 建筑地基結構設計優化

地基結構是決定整個建筑物穩定性、安全性的關鍵，因此，設計人員在設計建筑地基結構時，應以因地制宜為設計原則，以建筑周邊情況為設計基礎條件。優化建筑地基結構設計，先要確定合理的優化設計方案，如建筑基礎較深時，就要對擬建工程施工現場的水文地質情況進行全面勘察分析，同時結合施工場地各種建設條件科學確定基礎選型及埋深。

（2） 建筑砌體結構設計優化

磚砌體是房屋建筑中的受力結構，主要發揮著抵抗側向位移和承受重力的重要作用，由于磚砌體布置形式多樣，但不適用于躍層結構或表現出過大受力的建筑結構中。對建筑砌體結構設計進行優化，就是優化磚砌體的平立面結構，提高建筑形體的規劃性，保證抗側力構件平面布置能夠對稱規則，而側向剛度則能沿著豎向均勻變化。在建筑整體結構中，必須保證至少三條的縱向抗震墻體，同時要求對磚砌墻體的門窗位置、開口規格進行合理規劃，一般要求將門窗寬度不超過2 m，以保證建筑結構具有良好穩固性。

（3） 建筑底部剪力墻設計優化

框架剪力墻主要位于房屋建筑的底部位置，由于它具有豎直方向抵抗側力部件的不連續性特點，不僅增加了結構受力不平衡出現的情況，還提高了對建筑結構平面設計的要求。因此，在進行建筑底部剪力墻結構設計優化時，應盡量將承重墻放置于框架梁上，若設計條件受限只能將承重墻置于次梁上，此時要適當增大主梁與框架梁的鋼筋配置，加大放置承重墻的樓板厚度。另外，在設計過程中若需要設置錯層樓板時，必須要選用質量輕的板層填充材料。

（4） 建筑剪力墻設計優化

對建筑剪力墻結構進行設計優化，其中的關鍵環節就是對連梁的優化設計。在設計過程中增加連梁剮度時，除了會增加建筑結構地震作用，還會大大增加連梁與墻肢的內部受力分配，從而導致該部位構件的鋼筋配置適度增加，浪費了建筑材料。因此，在優化設計房屋建筑結構時，盡量不要在大剛度窗下墻當做連梁的優化設計，而應將連梁設計成剛度與截面都相對較小的弱連梁，當剪力墻結構的設計剛度與變形程度滿足設計要求后，還要全面考慮結構設計的經濟性條件，合理布置構件。

（5） 建筑結構細部設計優化

對房屋建筑結構設計進行優化，除了要重視整體結構的設計，還要充分重視建筑各個細部結構部件的優化設計，例如優化設計現澆板時，為實現去除拐角裂縫與結構的受力均勻，應將異形板劃分為矩形板。一般來說，建筑結構底部框架抗震墻的鋼筋配置會較大，而在建筑材料選擇上應當選用冷軋帶肋鋼筋，以求減少鋼筋配置數量，便于施工，進一步實現資源節省的目的，有效控制工程造價。

目前，計算機仿真設計優化技術已廣泛應用于建筑工程設計行業中，這種基于計算機模擬技術對建筑結構設計思路進行模型化的仿真分析，結果直觀且準確。因此，基于人工設計配合計算機分析技術的運用進行房屋建筑結構的優化設計，應被大力推廣，全面推進建筑行業的可持續發展。

3. 結束語

就房屋建筑而言，結構設計是房屋建設的關鍵環節，優化房屋建筑結構設計除了能有效節省房屋建設成本，還能提高房屋建設專業技術的質量指標，加快房屋建設效率，滿足建筑住戶的使用功能需求，全面推動我國建筑行業朝著可持續的方向健康發展。因此，設計人員在進行房屋建筑結構優化設計時，要全面考慮建筑周邊環境因素，嚴格遵循建筑結構設計原則，利用科學的控制方法，使建筑結構設計各個方面優化整合，最大限度提高建筑結構優化設計的可行性、合理性與安全性。

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