結構優化方法在建筑工程中的應用探究

高繼昌

摘要：隨著我國建筑行業的不斷發展，人們對建筑質量和舒適度的要求越來越高，因此就必須對民用建筑結構進行合理設計優化，這樣不僅能增加建筑的穩定性和舒適度，還能有效地降低民用建筑的建設成本，實現民用建筑的經濟效益和社會效益，實現利益的最大化。本文在此從結構優化的重要性出發，對結構優化方法在工程中的應用做了一定的研究。

關鍵詞：結構；重要性；應用

一、建筑結構優化方法在房屋建筑中的重要性

從我國現階段的國情與發展趨勢來看，房屋建筑在不久的將來，主要表現為高層或者超高層住房?；谶@種客觀實際，如何盡可能地減少投入的資金，并對房屋建筑的結構設計與時代發展的需求相符合予以保證，便成為了很多建筑企業與投資人員越來越關注的問題[1]。

要想優化房屋的結構，施工人員一定要將保障建筑質量安全作為前提與基礎，細致分析設計方案中的各個細節，并采用較為先進的設計理念與技術，控制好工程造價。從相關的數據反映情況來看，與沒有經過設計優化的建筑相比較而言，對房屋結構進行設計優化之后，經費可以縮減8%-22%。然而，在實際的操作過程中，因為被多方面的條件限制住了，要真正地施展起來，需面臨非常多的困難，而且也無法將其優越性充分地發揮出來。

在優化房屋建筑結構設計的時候，可以將建材的性能與機械設備的性能充分地發揮出來，這樣，與之前的建筑結構設計相比較而言，則更加具有優勢。而且，優化建筑結構的設計之后，工程造價的資金投入便能得到有效地降低，從而讓企業能夠贏得更高的經濟效益。此外，優化建筑結構的設計之后，可以實現房屋結構中各個單元的有機整合，從而提升了建筑的質量，對人們的居住安全給予了重要保障。因此，要想對房屋結構具有更強的適用性與更好的經濟性，優化房屋的結構設計，是一條行之有效且非常重要的途徑。

二、建筑結構的設計優化理念

在對房屋結構設計中的建筑結構設計優化的長期探討中，建筑結構的設計優化也有自己的理念。其中優化設計理念包含四個方面。第一個方面是房屋建筑具有安全性能，建筑能夠反映人類的進步文明程度，能夠保障人們各種工作的順利進行，因此，對于建筑的安全性能有很高的要求。建筑結構的設計無論優化到什么程度，都是需要建立在安全性能的前提之下，一旦一個建筑優化的連安全性都保證不了，那么這個建筑就失去了存在的意義，甚至帶來很大的災難。第二個方面是可用性，建筑在表現美觀的同時，設計優化的主打理念還是建筑的可用性，功能要滿足使用者的要求，帶來舒適的感覺。第三個方面是建筑結構的優化需要保護環境，我國在長期的發展中，人們對于保護環境的意識不高，造成我國目前環境的嚴重污染，因此，在建筑結構的設計優化的時候，設計合理，采用環保的建筑材料，排水等具有污染性的系統要做好環保的防護工作。第四個方面是可用價值性，在建筑結構的設計優化中，不能只顧眼前的利益，為了節約成本，而偷工減料，降低建筑的實際可用價值。建筑結構的設計優化理念的真正目標是用最少的錢卻能打造出最有價值性的建筑。

三、房屋結構優化設計要點

1、選擇節能指標較高的結構類型。房屋結構形式的選擇，意味著選擇不同工程造價的建設模式，常見的結構設計模式有如下三種。（1）短肢剪力墻結構，這種結構形式常見于高層建筑，以混凝土結構技術規程為依托，這種結構形式相對于剪力墻的抗震級別要高，比起剪力墻，構造鋼筋使用數量不多。（2）框架結構，具有大開間、布局靈活性強和造價成本低的優點，但這種結構抗震能力弱，柱截面較大，形成的柱角凸出部位會妨礙家具的布置。（3）框架—剪力墻結構，即在框架結構中合理進行一定數量剪力墻的布置，這種結構合理，適用能力強，而且能夠應對各種不同的變形壓力，是一種抗側力較好的結構。以上的三種結構模式各具優缺點，但我們在選擇結構模式的時候，不能片面認為造價最低的方案就是最科學合理的方案，而是我們要結合房屋業主的功能需求，以及建設單位的投資水平和施工能力等方面的因素進行結構類型的綜合分析，將投資與收益進行平衡優化，根據工程條件的客觀實際情況選擇最為合適的結構模式。

2、各種功能結構的優化設計

結構抗震的經濟化設計，主要針對高層的房屋建筑，高層建筑的水平荷載結構造價占所有結構的絕大部分造價，在抗震結構設計中，抗側力結構是造價控制的重點內容。尤其是在建筑物層高增加之后，抗側力結構的造價也會隨之增加。因此，抗側力的結構必須進行合理選用，以便形成造價優勢。上文已經對常見結構形式進行了一定闡述，雖然每種結構形式都具備一定的抗震性能，但所達成的經濟效果確是各不相同的，因此設計人員對房屋結構的設計要充分了解各種結構模式的抗震性能和經濟指標，把握好房屋的體型、結構的體系以及剛度的分布等，針對抗震的薄弱環節通過抗震構造措施進行改善，將抗震結構設計的成本降到最低。

四、建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

1、鋼結構設計

1.1選擇合適的鋼材

在鋼結構建筑中，鋼材的選擇非常關鍵，直接關系到整個結構的各項性能標準，所以鋼材要具有較好的延伸性，在抗拉強度、屈服強度方面符合標準。為了保證焊接的質量，要符合含碳量指標。如果在地震區的鋼結構建筑，還要充分考慮抗震性的需求，要對鋼材進行沖擊實驗，保證具有良好的韌性。為保證鋼材的各項性能都符合標準，一定要進行相關的實驗，檢測合格后準予使用。對于有其他性能需求的，要按照建筑的規范標準操作，確保鋼材的質量符合標準要求。

1.2樓面結構設計

在樓面結構設計中，比較常見的問題是裂縫，如果設計不當將直接影響樓面的施工質量。在樓面設計中，應該根據施工材料的不同設計不同的方案，因為材料的性質不同，伸縮縫的設計長度也不相同。所以在鋼結構建筑中，對于樓面的設計可以使用現澆混凝土的方法，伸縮縫的長度可以按照混凝土結構預留，以避免施工中樓面出現裂縫。

1.3網架結構的計算

在實際的建筑工作中，建筑設計人員通常會將網架同下部結構分開進行計算。在計算當中，設定網架支座的剛度是無限大的，并且各個支座剛度相等，將支座反力與下部結構相加就可以得出網架結構的設計值。下部結構可能為梁，也可能是其他的形式，其剛度差異很大。

2、地基結構設計

2.1基礎設計

地基是整個建筑的基礎，地基的結構設計水平直接影響到上層建筑的質量。因為地基的基礎不僅要承受來自上層建筑的荷載，同時還會受到地下各種應力的影響?；A的結構設計需要考慮的因素較多，在設計之前，需要對基礎的地質條件、水文狀況、荷載的分布情況、周圍建筑的基礎、抗震等級等各項要素進行詳細的調查分析，然后根據建筑的整體需求，設計出高水平的結構方案。在砌體結構設計中，條形基礎較為常見，基礎的結構形式主要取決于地基的荷載力、防水要求等因素，有針對性的選擇基礎類型。

2.2樁基深度

在樁基設計方面，要選擇硬巖石為樁端的持力層。在樁端進入到持力層時，應對其深度進行控制：以樁徑（d）為標準，如果是粘性土，應大于2d；如果是強風化軟質巖或砂土，應大于1.5d；如果是強風化硬質巖和碎石土，應大于1d，且應大于0.5m。在樁基進入到持力層時，樁斷面進入到巖層的深度應大于0.5m，如果持力層為未風化的硬質巖或灰巖時，可適當減少其嵌巖深度，但也應在0.2m以上。

五、結語

綜上，我們應嚴格遵“安全、經濟、合理”的設計理念，努力探索更合理的結構設計方案，保證建筑工程取得良好的經濟效益和質量效益。引進先進的設計技術，創新設計理念，根據房屋所處的實際地理環境，選擇合適的設計優化方案，爭取采用最低的造價來換取最大的經濟效果。