房屋建筑結構設計優化策略分析

吳衛華

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 重慶 400016)

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房屋建筑結構設計優化策略分析

吳衛華

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 重慶 400016)

房屋建筑結構是決定房屋建設質量、房屋工程性能的基礎性參數，對房屋結構設計工作展開全面優化是設計工作的基本要求，同時也是工程領域的重要工作。本文結合工作實踐經驗，對房屋建筑結構設計優化相關步驟及策略進行了分析。

房屋建筑；結構設計；優化策略

引言

作為建筑設計工作者，我們要了解對建筑結構的科學性優化對房屋結構設計是具有十分重要意義的。這樣不僅能夠增強建筑的實用性與美觀感，而且還能最大化地控制建筑工程的總體造價。每一位建筑商都希望用最少的價錢獲得最大的收益，而且還希望能夠保證建筑結構的安全與可靠性，這就必然要求對建筑結構進行科學性優化。

一、房屋建筑結構設計優化步驟

(一)創建建筑結構的優化模型

(1)合理化、科學化選擇設計的變量。在選擇相應的變量的時候，我們主要是將影響建筑本身結構的主要參數作為變量。例如嚴格控制目標的相關參數值(建筑損失的期望值c2、建筑結構造價值c1)、建筑約束控制的相關參數值(建筑結構的相對可靠度ps)等。對于一些影響并不是太大的、變化范圍很小或者由局部性相關要素就能滿足設計要求的一部分參數，我們一般是通過預定式參數進行表示，這樣一來就能減少我們相應的設計數量與計算數量，還可以相應的減少編程的工作量，進而提升工作效率。

(2)確定相應的目標函數。對建筑結構進行優化設計時，必須找到一組符合預定條件的相應尺寸的鋼筋截面面積，以及已經失效的概率函數，這樣能使建筑工程的整體造價達到最少。

(3)科學化的確定約束條件。對于結構的優化設計，我們要保證結構整體的可靠性，科學化地確定與優化設計方面息息相關的約束條件。而約束條件主要指的是建筑裂縫的寬度約束、建筑本身的強度約束、尺寸大小的約束、構件的相關約束、結構體系相關約束等約束條件。在設計結構之時，要對目標性質的約束條件與實際性質的約束條件進行科學化的比較與分析，要保證每一個相關的約束條件都滿足整個建筑工程的要求，實現效果最佳化的設計。

(二)科學設定優化設計的相關方案

依據可靠度而開始進行房屋結構設計的優化通常都具有很多約束條件，有時會遇到非線性的相關優化問題。所以在相應的計算中，會進行相應的轉換，將有約束的優化轉化成無約束的優化，而相關的計算、方式有拉式乘子法、powell法等。

(三)設計相關應用程序

依據可靠度而開始進行房屋結構設計的優化基本模型，以及在設計時運用的相應的計算方式，為了可以更好地實現其效果，能夠將這些編纂成一個運算速度較快而且功能全面的綜合性、科學性的應用程序。這樣能使整個優化設計更加全面地、有效率地進行實施。

(四)綜合結果分析

在得出一定的計算結果之后要對其進行一個必要性的分析和比較，然后再折中選擇一個效果最佳的設計方案。在分析的過程中，我們務必要全面考慮相關的問題，而且對相應的問題要多角度分析。這一步在整個建筑結構優化設計中是至關重要的，選擇一個合理的設計方案能夠保證房屋建筑整體的美觀感、安全性以及實用合理性，同時還能影響工程整體施工的資金投入。進行建筑結構的相關優化，我們要確定一點，不能只強調相應的經濟節約而忽略對建筑技術的要求；同樣也不能僅僅強調技術的要求而忽略經濟節約的要求，單一的考慮永遠是不正確的，而且都是對建筑整體影響較為巨大的。所以，在進行分析時，要同時考慮二者的科學化配置，只有這樣才能達到預期的目標。

二、房屋建筑結構設計優化策略

(一)房屋建筑的整體性與局部性優化

建筑在設計上都具備著相應的層次性和復雜性的特點。從層次性角度講，包含著建筑的整體設計體系、結構相關體系、安裝體系等，每一個單獨的體系又包含了眾多的下屬體系。在對房屋進行設計時，設計者要對每一個下屬系統地進行相應的優化，沖破關聯的橫向性，實現疊加型工程；對于復雜性來講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進行結構優化時要從整體入手，才能真正實現整體的設計優化。

(二)建筑壽命優化與階段性優化

在工程的使用年限內，對每一階段都要進行相應的方案優化。房屋的設計者要考察各個階段的特點，根據實際結果進行優化方式的確定，從而可以對工程的整體壽命進行科學的優化。這樣，既保證了建筑質量，又提高了建筑企業的經濟效益。

(三)樁基礎的具體優化

建筑中的樁基礎能夠分為灌注樁和預制樁。灌注樁在整體施工時的質量較為難控制，而且操作的技巧復雜，時間還較長。因此在沉降符合標準的前提下，要加入預制樁的施工，從而減少相應的工序。而且要注意，在伴隨著樁基不斷加深，土壤本身對裝機的摩擦逐漸增大，務必要選擇較長的預制樁。

(四)對建筑主體上部結構進行的科學性優化

房屋建筑的上部結構設計應當建立相應的模型并進行系統的優化。整個過程最先一步就應當合理地設置剪力墻，保證剪力墻整體的質量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結構重心，從而減少地震或者風力等對其的破壞性。在房屋建設時，如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進行大開間的構造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數量，還能在符合標準的基礎上減少混凝土的使用。

(五)結構優化與建筑優化保持協調

對于結構的設計要保證建筑的整體結構與整體平面緊密配合，這樣能實現建筑本身的美觀與結構的相應合理性的效果。對于建筑系統來講要保證簡潔，墻體與支柱不能有錯位的現象，高度要與截面的面積相通。在樓體設計時，自身受力較多的轉角區域，要選擇高強建材做為承重的材料，從而能夠更好地降低自重。對于整體來講要保證重心、剛心、質心三者正確交疊，防止扭轉的狀況出現。

(六)結構優化與排水系統優化保持協調

在房屋建筑中排水系統的專用房間里有著很多的機械設備，對于荷載能力、荷載強度較大。所以要將其設置在地下室，而且保證管道的預留尺寸與預留深度要符合相應標準，對于樓板本身的鉆孔位置要加固。另外，要注意水平方向的管線可能會貫穿柱或梁的情況，要盡可能降低這種現象發生的機率。如果管道在建設時穿過了承重墻，就必須對墻體進行加固。在整體上盡可能地保證結構的設置與管道網相協調，預防管道出現繞柱或繞梁的現象。

(七)結構優化與電氣優化保持協調

電氣管線的安裝是以導線的形式裝在金屬管體的外部或者墻體、樓板的地方。這樣安裝有可能給預制的結構施工造成相對的困難。所以要注意，如果想要管線穿過梁體，要提前在梁體上預留相應的孔洞，并且要保證梁體的寬度與相應的墻體的寬度相同。如果出現不相同的情況，就必須讓墻體的一面與梁體的一面相齊，保證管線不得漏在墻體的表面。在整個房屋的建筑上，電梯部分肯定會有很多的空洞，埋下的建筑構件較多，這樣就要求設計者應該單獨對電梯部分的建筑進行分析與計算，保證設計的合理性與安全性，確保施工的質量是過關的。

三、結束語

將建筑結構進行優化設計能夠有效地減少工程的整體造價，能將整體內部結構每個層次都達到科學化的平衡，并且能夠將建筑的材料進行最合理的、最高效化的利用。從現實角度能夠保證建筑的相關安全性，還能達到對建筑結構整體設計的經濟性和實用性。

[1]張小艷.房屋建筑結構設計優化的若干問題分析[J].房地產導刊,2015(17).

[2]張璐.淺析房屋建筑結構設計優化應用[J].建筑工程技術與設計,2016(15).