房屋建筑結構設計中優化技術應用之我見

廖海龍（九江市城市規劃市政設計院，江西九江332000）

房屋建筑結構設計中優化技術應用之我見

廖海龍（九江市城市規劃市政設計院，江西九江332000）

隨著國民經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，對居住品質、環境的要求越來越高，進而對住房的質量、適用性、美觀等都有更高的要求；同時，房屋開發商既關注于項目的技術質量，也開始重視項目的經濟質量。這些市場需求上的變化，直接對房地產商的房屋建筑結構設計提出了更高的要求，如何優化房屋建筑結構設計成為一項十分重要的研究課題。結構設計優化不僅能更好滿足用戶、開發商的需求，而且可以創新房屋建筑結構設計的思路，對于提高房屋建筑結構的質量也有著重要的參考價值。

房屋建筑結構；設計；優化；技術應用

隨著國民經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，對居住品質、環境的要求越來越高，進而對住房的質量、適用性、美觀等都有更高的要求。同時，房屋開發商既關注于項目的技術質量，也開始重視項目的經濟質量。大量統計數據和實踐表明，前期策劃和設計階段影響整個房地產項目投資在80%以上，而結構成本占到建安成本的40～60%，且結構成本還常常由于策劃及設計管理的好壞出現非常大的波動，因此結構成本的控制管理就成為整個設計階段成本管理的重中之重。故在滿足安全和規范的前提下，控制結構造價成為投資方對結構設計的一項重要的要求。基于以上市場需求的變化，對房地產商的房屋建筑結構設計提出了更高的要求。結構工程師需要以深厚的理論基礎、豐富的工程經驗為前提，以對設計規范實質內涵的理解和靈活運用為指導，以先進的結構分析設計方法為手段對結構設計進行深化、調整、改善與提高。

1　房屋建筑結構優化的內容

1.1方案階段的結構優化設計

在方案階段，結構優化設計的內容體現在：重視結構概念設計；對建筑結構體系選擇進行宏觀上的比較，進行優選。在這一過程中，應結合建筑工程的具體情況，充分考慮工程的整體經濟效益和社會效益，綜合考慮各種因素而得到一個科學的優化設計方案。在進行優化設計時，應當盡可能采用平面布置較規則的平面布局，結構構件布置較均勻，有利于縮小建筑的剛度中心和質量中心的距離，減少結構在地震中的扭轉效應；沿建筑物豎向，建筑體型和結構布置也應盡可能連續、均勻，避免剛度、承載力和傳力途徑的突變以限制在豎向某一樓層或幾個樓層出現敏感的薄弱部位，從而減少這些部位在地震和風荷載作用時產生過大的應力集中或過大的變形進而導致整個結構失效的可能性。

1.2初步設計階段的結構優化設計

在初步設計階段主要是進行結構布置，確定結構構件的截面尺寸和材料（主要是混凝土和鋼筋）的強度等，挑選符合結構實際受力狀態的結構分析軟件上機試算。除此之外，還應根據上部結構及場地地質水文條件的具體情況選擇合理的基礎形式，確定基礎的平面布置及基礎構件的尺寸。

在這一階段，結構的優化設計體現在：

（1）輸入合理的計算參數；

（2）按精細化的要求準確輸入荷載信息；

（3）判斷結構計算結果的合理有效性。

單位面積總荷載標準值是否合理，墻柱軸壓比是否接近規范上限值且又使大部分墻柱為構造配筋，樓層層間位移盡量接近規范上限值，使結構不致因剛度過大造成成本增加，墻、柱、梁、板計算結構有無超筋、普遍偏大或偏小。

（4）根據計算結果判斷構件幾何尺寸、材料參數（強度、彈性模量）的選取是否合理，反復調整，直至趨于合理，確保結構的經濟合理性。

1.3施工圖階段的結構優化設計

施工圖階段建筑和設備專業往往會在初步設計的基礎上進行局部修改。結構專業應在此修改的基礎上調整修改模型，重新計算；應充分考慮細節的前提下，最后確定各構件的截面尺寸和配筋。該階段的結構優化設計體現在：

（1）結構計算方面同初步設計階段內容。

（2）合理確定歸并系數，合理設置選筋庫。

（3）配筋設計：配筋超配率宜控制在計算結構和構造要求的較大值的5%以內，不應超過10%（復雜結構的重點部位除外）。

（4）繪制結構詳圖中，選取合理的結構型式和配筋構造。

（5）在施工圖繪制完成后再進行仔細檢查，調整不合理配筋。

2　房屋建筑結構設計優化的重要性

2.1可以提高建筑空間使用率、節材節能，促進社會可持續發展

在房屋建筑結構設計中，通過優化可以合理充分的利用材料的性能、提高空間使用率、節材節能，有利于保護環境，促進社會的可持續發展，符合國家保護環境的可持續發展觀。例如，在確定建筑層高時，通過合理選擇樓蓋結構體系，降低樓層層高，可節約墻體材料，提高空間使用率，降低工程總造價。

在房屋建筑結構設計中結構設計方案的優選、優化是十分重要的，可以最大程度上降低建造的成本，同時也可以節約資源，實現生態與經濟效益的完美結合。

2.2可以降低工程總造價，提高項目的經濟效益

工程結構造價在建筑工程總投資中占有很大比例，控制工程總投資就必須控制好結構成本。在房屋建筑結構設計中，通過優化可以合理充分的利用材料的性能，控制不過度提高結構構件的材料用量，從而為工程項目節約成本，提高項目的經濟效益，這也是市場經濟發展的需要；設計單位通過結構設計優化，降低了不必要的土建成本，在建筑設計市場中才有可能占據一定的先機。

2.3可以使結構設計更趨于合理

在結構設計優化的過程中，結構設計更趨于合理，不僅不會降低結構的安全度，還會提高結構的整體安全度。從而使得安全性和經濟性兩者達到很好的統一。

3　房屋建筑結構設計中的優化技術應用

目前在建筑結構優化設計實際操作中，更多的是采用“分析和校核”基礎上的“綜合與優選”的方法，真正的結構優化設計軟件還不完善，需要繼續深入進行結構優化設計的理論研究，同時編制符合設計實際需要的計算機程序，在實踐中檢驗、提高。

3.1房屋建筑設計方案中的優化技術

房屋建筑結構設計的工作是一個非線性的工作，在這個過程中最常用的方法主要有拉格朗日乘子法、可行方向法等。在房屋建筑結構方案設計的前期就可以提取出一個參考的總體框架，在這個框架下，對房屋建筑結構設計方案進行相應的優化。

3.2構建對房屋建筑結構設計方案進行優化的模型

對房屋建筑結構設計進行優化，就是科學、合理的方法以計算出最優的解決方案。在對房屋建筑結構設計中進行優化時：①對設計變量有一個科學的選擇，在一般情況下，對于設計變量的設定要充分考慮到各類影響因素的作用，將其中對變化影響不大的參數定高預定參數，使用這種方法可以減少很多計算編程方面的工作，有效地提高了工作效率；②就是建筑結構設計優化目標函數的確定，這也是十分重要的一項工作，使用相應的目標函數可以保證優化中的各個約束條件都是符合相應的規范的，從而保證了房屋建筑結構設計優化工作的規范化與科學化。

3.3房屋建筑框架設計部分優化技術

（1）分布優化技術。通過對房屋建筑整體的內力分析從而得到各個部分的受力情況，從而對各個部分的設計方案進行相應的優化。

（2）框架梁截面最優化尺寸?？蚣芰旱膬攘χ饕怯煽蚣芙Y構的整體內力進行分解而得到的，在充分考慮到載荷最不利的情況下畫出相應的彎矩包絡圖，可以讓相應的技術人員根據經驗在25～35%的幅度之內設定框架梁的彎矩，從而可以加速框架梁的迭代收斂。

4　結語

總的來說，房屋建筑結構設計中的優化技術可以提高房屋建筑工程的總體質量，同時也能在滿足房屋建筑安全、適用的前提下更好實現房屋建筑的經濟效益。但是也要看到目前基于最優化技術和計算技術的結構設計優化理論的工程化應用還十分有限，真正的結構優化設計軟件還不完善，需要繼續深入進行結構優化設計的理論研究，加大實踐，編制符合設計實際需要的計算機程序。

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[2]李能能，董 斌.房屋建筑結構設計中優化技術應用探討[J].建筑設計管理，2013.

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[4]游家德.房屋建筑結構設計的經濟性和優化技術之我見[J].城市地理，2015.

TU318

A

2095-2066（2016）31-0137-02

2016-10-23