鄭伯：建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究

鄭伯

摘要：現階段，我國的經濟飛速發展，人們的生活水平逐漸的提高，建筑工程的發展也日新月異。建筑行業的市場競爭也越發激烈，為了確保企業能夠在如此激烈的競爭環境下占有一起之地，企業要根據實際情況進行相關結構的設計優化以為業主提供更優質的環境。將結構進行優化設計不但可以保證房屋的質量安全，同時能夠減少資金投入，對于企業以及業主來說一舉兩得。本文通過對建筑結構設計方法在房屋結構設計中的應用進行探討，以供相關人士參考。

關鍵詞：建筑結構設計；優化方法；房屋結構設計；應用研究

1尺寸優化

尺寸優化主要是優化建筑結構的尺寸，提高建筑結構各部件尺寸和應力的準確性。一般情況下，尺寸優化的變量是建筑各部件的橫截面積、應力、厚度，優化的計算方法是有限元計算。在優化時不需要重新劃分建筑網格，只需結合使用建筑敏度分析、數學規劃方法便可。如將200mm厚剪力墻的墻肢長度控制在1650mm或1700mm，以避免出現短肢剪力墻。這種做法不僅違背剪力墻結構設計的基本原則，同時由于墻肢兩端需要設置邊緣構件，連梁配筋也大于墻體配筋，在剪力墻結構尤其是高度較高（如房屋高度不小于60m）的剪力墻結構中，應盡量采用一般剪力墻，以提高結構的抗震性能，并降低房屋的綜合造價。地下室層高的原因而需加厚剪力墻的厚度（至bw0），導致不滿足一般剪力墻 寬厚比要求，此時應根據不同情況區別對待：當以墻厚為bw、墻長為hw按《高規》附錄D驗算，滿足剪力墻墻肢的穩定要求時，該墻肢（墻厚為bw0，墻長為hw）可不按短肢剪力墻設計。在剪力墻結構中設置少量的短肢剪力墻是允許的，設置少量的短肢剪力墻并不影響對原結構體系對的判別，其結構仍可確定為一般剪力墻結構或可稱其為短肢剪力墻較少的剪力墻結構。在房屋結構設計中，對于建筑部件的固定節點、單項連接的房屋框架結構，設計人員只需要對橫截面積發生變化的部分進行有限元計算、分析即可，不需要重新分析、計算。連續性的房屋框架結構，優化設計尺寸時只需要將房屋框架部件的厚度作為可變量，對可變量進行應力分析即可。一般而言，連續框架結構設計的優化結果為梯形分布的板厚度，它優化出的圖形大多是線性。

2建立結構優化模型

在建筑工程施工中，工程設計人員在開展結構優化設計時需要事前建立優化模型，并設計好結構優化方案。在建立建筑結構優化設計模型時，設計人員應對其中涉及到的主要設計參數進行明確，之后根據數據分析結構構建相應的函數模型。利用科學方法，計算出優化結構。在建立結構優化模型時，主要步驟如下：①選取合理設計變量，進而對模型構建更好完善。在選取變量時，要注意其可能對房屋結構產生的影響，區分好參數重要性，保證設計工作的合理性，減少工程涉及到的計算量。②需要對目標函數進行確定。設計人員應對函數優化條件事先滿足，之后對這種約束條件可能產生的效果進行分析。設計人員在優化結構時，需要對這些約束條件進行分析，對裂縫寬度、強度都充分保證。

3空間整體布局的優化

空間整體整體布局設計是房屋建筑結構設計方案中，不可缺少的一項內容，具有一定的復雜性和層次性，從復雜性來說主要包括有：采光、空間布局、朝向等方面，從層次性的角度來說，主要包括有：結構體系、設計體系、安裝體系等方面，并且在每個體系下面包含著很多的分支。因此，在房屋建筑空間整體布局設計優化的過程中，可以從以下幾個方面展開：（1）設計人員一定要整體性和前瞻性的設計意識，從整體逐漸向細節深入。同時，在設計優化的過程中，通過對整體結構與選擇材料和構建合理布置，以及良好的配合，達到房屋建筑結構中最的承載能力、穩定性和安全性，保證了房屋建筑工程結構設計的質量。（2）一定要嚴格遵循著我國規定的標準，進行房屋結構結構設計，對各項參數存在的誤差，進行嚴格的控制。另外，在空間規劃的過程中，對光線的采光性，一定要作為重點考慮的對象。同時，在朝向方面，一般都是選擇雙陽或者南北的格局，這樣可以在一定程度上保證采光的穩定性，也降低了能源的大量消耗。例如：在我國某在建筑工程空間結構優化的過程中，為了保證良好的采光度，以“南北設計”為主，使其空間在大部分的時間內，可以感受到外界的陽光，也為人們提供了良好的居住環境。

4下部地基結構的優化設計

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。萬丈高樓平地起，地基基礎的優化設計非常的重要。例如，高層建筑的地基基礎，由于高層住宅房屋的建筑高，對房屋的穩定性要求非常嚴格。為此，高層建筑的地基更深，一般情況下，建筑的埋置深度應該大于等于地下5m，超高層的建筑物超過15層以上的，其埋置深度應該是超過地下的20m。由于埋置深度大，地下施工工作也有很大的難度，尤其是地下土壤的土質屬于軟土層時，施工可選擇的方案非常多，每種方案的預算和進度都有考量，因此，應該根據實際需求選擇地下挖掘的技術和方案。

5科學分析綜合結果

通過一定的方式得出基本的計算結果后，我們必須將結果與最初的設計方案進行比較和分析，在保證整體建筑要求的基礎上，選擇一個符合企業、業主等各方要求的最佳的方案。在問題分析上，我們必須從房屋建筑整體出發，綜合全面的考慮相關問題，對一些可能帶來嚴重影響的問題可以立項研究，進行多角度的、深層次的分析，嚴禁模棱兩可、差不多現象的存在。該流程在房屋建筑結構優化中占有非常重要的位置，選擇一個科學的方案，不僅能保證建筑房屋的安全性、實用性，還能保證建筑結構的藝術性和美感性，同時，還能對建筑工程的整體投入產生有利的影響。

6 建議

實際工程中，為迎合建設單位控制結構與混凝土用量及鋼筋用量的要求，常有設計人員不區分工程的具體情況，對較高的高層建筑，機械地控制剪力墻截面的高寬比（hw/bw），如將200mm厚剪力墻的墻肢長度控制在1650mm或1700mm，以避免出現短肢剪力墻。其實，這種做法不僅違背剪力墻結構設計的基本原則，同時由于墻肢兩端需要設置邊緣構件，連梁配筋也大于墻體配筋，在剪力墻結構尤其是高度較高（如房屋高度不小于60m）的剪力墻結構中，應盡量采用一般剪力墻，以提高結構的抗震性能，并降低房屋的綜合造價。

對地下室中上部結構嵌固端的下一層墻肢，如果對應的地上墻肢為一般剪力墻（墻厚為bw，墻長為hw），由于地下室層高的原因而需加厚剪力墻的厚度（至bw0），導致不滿足一般剪力墻的寬厚比要求，此時應根據不同情況區別對待：

（1）當以墻厚為bw、墻長為hw按《高規》附錄D驗算，滿足剪力墻墻肢的穩定要求時，該墻肢（墻厚為bw0，墻長為hw）可不按短肢剪力墻設計。

（2）當以墻厚為bw、墻長為hw按《高規》附錄D驗算，不滿足剪力墻墻肢的穩定要求時，該墻肢（墻厚為bw0，墻長為hw）應按短肢剪力墻設計。

在剪力墻結構中設置少量的短肢剪力墻是允許的，設置少量的短肢剪力墻并不影響對原結構體系對的判別，其結構仍可確定為一般剪力墻結構或可稱其為短肢剪力墻較少的剪力墻結構。

7結語

對房屋結構進行設計優化，就是要對建筑本身功能進行保證，從這個基礎上再實現企業的經濟收益。想要實現這個目標，就要對自我知識水平予以提高，進行自我水平創新開拓，只有這樣，才能為人民創造一個舒適且安全的良好建筑空間。

參考文獻：

[1]范國興.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究[J].雞西大學學報（綜合版），2016（8）：23～25.

[2]景毅.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的運用分析[J].科技資訊，2015（27）：36.