房屋建筑結構設計優化及實例

【摘要】通過對建筑工程的結構進行優化設計處理，可以更好的實現建筑結構設計的整體優化，從而達到經濟、科學及合理的設計要求。

【關鍵詞】房屋建筑；結構設計；實踐

引言：房屋結構優化設計對于整個工程建設的貢獻是不容忽視的。每個工程建筑想要達到的目標就是用最少的資金投入提高整個工程結構的堅固性和可靠性，以至達到最大最長遠的經濟效益。

1、房屋建筑工程中的結構優化設計技術內容

在現代房屋建筑項工程項目中，進行結構設計活動時首先就要按照市場設計的規定標準，結合使用者提出的要求特點來進行。同時，在設計過程中也要格外注意其設計施工技術的可操作性和經濟效益性。為了實現這一目標，對工程師提出了更高的要求，即需要結構工程師對結構和構件受力特征有充分的把握，能根據構件設計的合理經驗和規范的深刻理解，采用合理優化方法進行有效設計。

2、房屋建筑結構設計優化的必要性與經濟性

2.1房屋建筑結構優化設計的必要性

為了達到結構優化設計的目的，工程設計人員必須在保證結構安全的前提下，通過對建筑結構的理性分析，采用合理的優化設計理念和方法進行優化設計，使得能有效地控制工程造價，滿足投資方的經濟要求。通過以往的優化設計經驗來看，相比于傳統的設計方法，優化設計通常可以達到降低工程造價5%～30%的目的。但是在實際的工程設計中，很多因素都制約了優化設計的開展和實施。比如，工程的設計進度的要求，使得設計人員根本無暇顧及到結構的優化設計要求；再者，由于知識水平的限制，傻瓜化的設計軟件使得年輕設計人員對優化設計的理解缺乏，更談不上有效合理的優化設計，大部分設計人員在所謂優化設計中總著眼于局部部位而忽略了結構總體方案的設計，沒有從總體布局上考慮造價的控制。為此，為了降低工程造價的成本，提高設計人員在工程建設過程中對優化設計的設計把握非常必要，只有加強技術和經濟效益的有效結合，通過合理的優化設計方案，達到降低工程造價的目的，創造更大的社會效益。

2.2房屋建筑工程結構優化設計的經濟性

2.2.1設計師首先就要充分考慮其建筑物結構的高度層數和用地面積，一般來說建筑物越高，其相鄰建筑物之間安全距離就越大，這就會使得建筑物小區的總面積增大，因此在設計其結構造型和高度層時就要合理規劃。

2.2.2在某一棟建筑物機構的占地面積相同的情況下，根據數學知識可以發現方形、圓形和矩形的結構的穩定性最強，其構件的受力情況也比較均勻，也就是說其結構的安全性就越高。再加上這種建筑結構形狀的周長也比較大，那么其墻體消耗面積就較小，使用者花費的裝修面積和費用都會隨之降低，因此，建筑結構設計時就要充分考慮方形或者是圓形結構形狀。

2.2.3房屋建筑結構功能齊全是建立在相關電氣設備、電梯設備、排水排氣管道設備等等基礎上的，房屋結構層越多，要用到的設備和資金投入也就越多，因此，建筑設計師就必須要自己綜合權衡，確保功能齊全的基礎傻上，盡最大可能降低成本。第四，房屋結構基礎結構的要求隨著高度層數的增加而提高，尤其是其基礎結構的承載力。另外對于其結構的梁體、墻體、柱體等承載力也會隨著結構層增多而增大，因此，建筑設計師也要合理考慮這些因素。

3、房屋結構設計優化技術的幾大實踐應用

3.1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，計算式難免與現實有較大的差異，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。

3.2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。

獨立基礎設計荷載取值的優化。鋼筋混凝土多層框架房屋多采用柱下獨立基礎，當地基主要受力層范圍內不存在軟弱粘性土層時，不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷載相當的多層框架，一房，可不必進行地基和基礎的抗震承載力驗算。但這些房屋在基礎設計時應考慮風荷載的影響。因此，在鋼筋混凝土多層框架房屋的整體計算分析中，必須輸入風荷載，不能因為在地震區高層建筑以外的一般建筑風荷載不起控制作用就不輸入：另一種情況是.在設計獨立基礎時，作用在基礎頂面上的外荷載柱腳內力設計值，只取軸力設計值和彎矩設計值，無剪力設計值，或者甚至只取軸力設計值。以上兩種情況都會導致基礎設計尺寸偏小，配筋偏少，影響基礎和上部結構的安全。

3.3框架梁、柱箍筋間距的優化。對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規定。根據這些規定.工程習慣上常取梁、柱箍筋加密區最大問距為]00mm.非加密區箍筋最大問距為200ram。電算程序總信息中通常也內定梁、柱箍筋加密區問距為100mm，并以此為依據計算出加密區箍筋面積.由設計人員要據規范確定箍筋直徑和肢數。但是.在程序內定的條件下.當框架梁的跨中部位有次梁或有較大的其他集中荷載作用卻僅配兩肢箍筋，此時可適當增加箍筋直徑或加密箍筋間距。對于框架柱，當框架內定柱加密區箍筋間距為100mm時。在某些情況下.亦可能因非加密區箍筋問距采用200mm引起配箍不足。

因此.我們也應適當增加箍筋直徑或加密箍筋間距。這里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密區配箍驗算時可不考慮強剪弱彎的要求，即剪力設計值取加密區終點處外側的組合剪力設計值.并且不乘以剪力增大系數。

3.4 地下室層數輸入的優化。多層框架結構房屋也有設置地下室的。由于隔墻少，常采用筏板式基礎。在電算時，應將地下室層數和上部結構一起輸入，并在總信息中按實際的地下室層數填寫。這樣.計算地基和基礎底板的豎向荷載可以一次形成，并且在抗震計算時，程序會自動對框架底層柱底截面的彎矩設計值乘以增大系數。同時通過對層間側移剛度比的分析比較.還可以正確判斷和調整房屋的嵌固位置.并采取相應的抗震構造措施，保證樓板有必要的厚度和最小配筋率等 當結構表現為豎向不規則時.不僅要驗算薄弱層.而且還要對薄弱層的地震剪力乘以1.5的增大系數。如果在結構總體計算中.總信息填寫的地下室層數少于實際輸入的層數，彎矩設計值增大系數將會乘錯位置，從而在發生地震時，會使極易發生震害的底層柱底部位因抗震能力降低而破壞。

4、結束語

隨著人們對于居住條件及生活環境的要求不斷提高，相應建筑產品的品質要求也就不斷提高，為了降低項目工程造價，這就需要我們利用結構設計優化設計技術方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發揮，實現經濟化、實用性和適用性的良好目標。

參考文獻

[1]孫國正. 優化設計及應用[M]. 北京： 人民交通出版社，2004.

[2]江歡成. 優化設計的探索和實踐[J]建筑結構，2006，36（6） ： 1 -24.

[3]羅福年，張慧英，楊軍. 建筑結構概念設計及案例[M]. 北京： 清華大學出版社，2003.