淺談房屋建筑結構設計中如何應用優化技術

摘要：房屋建筑結構設計的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性，同時能夠在規定的使用年限內滿足各種功能的要求，同時做到最大限度的節約資金。隨著社會的發展，人們節能環保意識不斷加強，在房屋建設中采用綠色建筑也成為了一種趨勢，因此進一步加強房屋建筑結構設計優化技術的研究非常有必要，從而進一步促進建筑行業的發展。基于此本文從房屋建筑結構設計優化設計準則、方法以及應用方面對其進行了研究，以期提供一些借鑒。

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；優化技術

1.房屋建筑結構設計優化的意義

房屋建筑結構優化設計意義重大，一是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利于抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能。二是結構優化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互相協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。

2、房屋結構設計中的建筑結構設計優化措施

建筑物結構設計優化可以分為三個階段：第一階段是變量的選擇。一般情況下，那些對設計人員決定最終設計方案起到重要參考作用的數值，都可以作為變量供設計師進行抉擇。比如：工程的目標參數包括預期產生的損失參數和房屋價格參數；工程的約束與控制參數包括表示房屋架構可靠性能的參數等。第二階段是函數的確定。設計者要在多組相似的函數中，選取最符合事先設定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數，分析這組函數的各種性質，從而最大限度地降低房屋建造的成本費用；第三階段就是條件的衡量。為了增強房屋結構耐用性和穩定性，房屋設計的約束指標應該包含房屋尺寸、架構剛性、架構穩定性、變形限度和受力限度、架構體系規格、單元組件規格、結構可塑程度、墻體裂隙限度、結構確定程度等。在實際的設計中，設計師應當結合房屋建造工程的實際情況，比較分析目標確定的約束性條件和施工實際中的約束性條件，保障各種條件都符合相關規定，實現設計結果的最優化。

3、工程案例

3.1、工程概況

本工程為辦公樓，初步方案為框架結構，但是為了減少造價改為砌體結構。根據建筑抗震規范規定該建筑所在的城市抗震設防烈度為 7度，設計基本地震加速度為 0.159，設計地震分組為第一組，設計使用年限51年。建設場地為II類，基本風壓為0.35KN/m2，基本雪壓為0.35KN/m2。結構層數為4層，結構形式采用框架結構，基礎采用條形基礎。

3.2、設計優化

3.2.1、建筑結構形式設計戶型選擇

建筑結構主要由建筑類型與功能決定，而建筑設計方案決定建筑類型與功能。在建筑結構形式優化沒計中，砌體結構與底部框架剪力墻結構是設計的主要部分。根據本次案例的實際情況，文章做一下具體設計：

（1）加強砌體結構設計。磚砌體是建筑承重與抗側移的結構部分，可以靈活的布置建筑平面，但不適于做躍層結構與受力大的突兀構。為了有效減少建筑構造柱的配筋，可在保證建筑安全性的基礎上，建至少道縱向墻體，而且門窗開洞寬度不超過2.1m。（2）加強底部框架剪力墻結構設計。在該設計中，如果底部框架剪力墻豎向抗側力構件不連續，極易出現受力不平衡問題，所以必須嚴格要求建筑平面。設計底部框架剪力墻結構時，應盡可能將承重墻設計在框架梁上，若將墻體設于次梁上，則需加大建筑部分結構的配筋，如該次梁、主梁、框架梁，并加厚該次梁樓板。下圖1為優化后的梁布置圖。

圖1 優化后的梁布置

（3）此外，結構樓板應在填輕質材料的基礎上，才能進行錯層。在建筑戶型設計中，為便于布置臨街面柱網，應在臨街面布置大房間，而背面則布置小房間，如衛生間、廚房等。

3.2.2、建筑剪力墻設計

剪力墻設計過程中，連梁設計是其中的關鍵部分。連梁連接建筑各墻肢形成聯肢墻，增加了制約墻肢的條件。建筑結構的地震作用隨著連梁剮度的增大而增大，而連梁與墻肢的分配內力也隨之而增大，因此需適當增加構件配筋量，才能保證建筑的安全性，但會浪費建筑材料。所以，設計建筑結構時，經驗豐富的設計師通常不采用剛度大的衡下墻作為連梁，而是將連梁設計為弱連梁，減小截面與剛度。此外，建筑結構設計不儀要符合剛度和變形條件，還必須綜合考慮建筑抗力、變形、經濟等方面，盡可能合理布置建筑抗側力構件。所以在進行布置剪力墻時，要把周邊弄的更加均勻，可以運用對稱、分散等原則，在設計的時候一定要以建筑規定的水平位移限值為標準，適當的控制剪力墻數量。

3.2.3、建筑細節設計

建筑結構設計優化中主要體現以下幾個方面：加強建筑結構局部構件精細設計，如設計現澆板時，盡可能將異形板劃為矩形板，從而使建筑合理受力，并避免拐角出現裂縫；選擇冷軋帶肋鋼筋作為建筑底部框架抗震墻的底框梁箍筋，減少箍筋量，達到降低造價和便于施工目的；結合結構優化設計理念與計算機技術，使計算仿真優化設計思路廣泛應用于建筑工程結構設計。利用計算機建立建筑結構優化設計模型，并利用計算機高效的優化設計方法，使建筑結構設計達到優化目的。

3.3、建議

現代建筑行業為了滿足市場大眾多元化、高技術化、經濟化以及高質量安全化，就必須在其房屋的結構中廣泛運用優化設計技術，這樣能夠節省大筆成本，因此，現代建筑企業對于結構優化技術的應用就具備了高度的現實意義，需要我們重視，主要可以從以下的幾個方面進行：

3.3.1、房屋建筑結構優化技術的應用應注重建筑方案設計的參與

房屋建筑方案設計直接影響建筑項目的成本，但是很多方案設計確定中缺少結構優化設計技術，以致建筑設計人員對方案設計時，常常忽略建筑結構的合理性和可行性，這樣不但增加了結構設計的難度，而且使房屋建筑結構的設計成本也相應增加。因此，結構設計人員在建筑方案設計時要充分的融入。

3.3.2、設計人員要注重細部優化

設計人員在注重整體設計的同時，還要加強對結構基本構建的精細設計。如盡量劃分矩形板塊的現澆板設計，增加現澆板的受力程度和避免出現拐角裂縫。隨著計算機技術和優化設計理論的相互結合，優化設計已經從工程實踐問題逐漸向數學問題過渡，因此，工程設計人員還要加強自身基于計算機技術的優化設計分析，使自身的設計更為合理和科學。在實際的設計過程中，設計者應當結合房屋建造工程的具體情況，對施工實際中的約束性條件和目標確定的約束性條件進行比較和分析，確保各種條件都符合相關的建筑規定要求，從而實現優化設計的目的。另外，在對房屋建筑結構進行優化設計時，要充分的考慮到鋼結構在建筑中的應用。

3.3.3、提高房屋建筑框架結構設計的質量

在房屋建筑結構設計中，對于框架結構設計，堅決不運行設置鋼筋混凝土樓電梯小井筒。同時，在選擇框架結構參數時，既要考慮樓層地震剪力系數、樓層的側向剛度比等因素，還要考慮其他指標對點算結果的驗算。另外，在結構配筋的設計上，對配筋率的最大或最小限值也必須進行充分考慮。嚴格按照相關規范要求，以確保在各個部位的鋼筋都能滿足延伸、長度、強度及搭接等方面的要求，以使建筑設計滿足強度要求，尤其是在發生地震時，建筑物就會出現一定的延性，有利于提高建筑的安全性。對于房屋頂層部分，也必須要根據規范標準進行設計，避免因屋面溫度應力問題而導致墻體出現裂縫問題。

參考文獻：

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