房屋建筑結構設計中優化技術探討

文/薄純杰 煙臺市建筑設計研究股份有限公司 山東煙臺 264000

隨著我國城市化進程的加快，城市人口急劇增加，加劇我國城市土地的寸土寸金的情況，增加建筑建設單位的經濟壓力，建筑施工單位要想低投入高回報就需要重視優化房屋建筑結構設計。隨著國家宏觀調控國民經濟，積極號召四節一環保，建設方和設計院應積極響應，在保障房屋美觀的前提條件下，對房屋建筑結構設計進行優化，從而實現降低資金成本投入的目的。

1、優化設計的原因

房屋建筑主體中，50%的成本通常花費在混凝土、鋼筋、砌體等建筑材料中，并且該部分費用也是組成工程造價的主要內容。實踐表明，通過對結構的優化大約可有效降低總成本的10%～35%，對于大型建設工程，該部分費用風險較低，且資金數額通常較大，因此，開展結構優化設計不僅可以提高企業的資金周轉率和利潤，而且可以降低建設方的投資成本，具有巨大的經濟價值。據不完全統計，影響工程質量的主要因素為結構設計問題，約占總事故原因的40%。目前，各設計單位技術水平存在一定的差異，因設計質量造成工程項目返工、停工等現象十分常見。通過科學、合理的優化設計，可提升設計質量，并且在降低工程風險，避免質量缺陷等方面發揮著重要的作用，可以在降低非必要投資的條件下提高工程項目品質，符合創建節約型社會主題。

2、房屋建筑結構設計優化的原則

2.1 安全性

隨著我國經濟水平的不斷提高，人們日漸重視日常居住環境，同時居住安全性也是不可忽略的重要問題。近幾年，少數建筑施工單位在施工過程中不嚴格按照要求使用符合規定的建筑施工材料，大大增加房屋建筑的安全隱患，嚴重威脅使用人員的財產安全與生命安全。就事實而言，對經濟效益過分地追求，及容易導致對房屋建筑中危險因素視而不見的情況，嚴重時會加劇經濟損失，因此在房屋建筑結構優化過程中需要重視房屋建筑的安全性。

2.2 功能性

房屋建筑的功能性可通過優化設計體現，在優化過程中，不能以除去建筑物內部承壓梁的形式提升空間范圍，房屋建筑的功能和居住環境的舒適度是優化設計的重要原則，尤其是在目前的經濟條件下，對房屋設計進行選擇時，消費者有更加具體的功能性要求，只有在滿足房屋功能性要求的條件下，建筑結構才能發揮它的實際價值和作用。

2.3 環保性

近幾年，人們日漸重視綠色環保理念，牢固樹立環保意識，而房屋建筑屬于耗能高的一項產業，會產生大量的廢料，消耗大量的能源資源，因而環境保護更為迫切。現階段，我國只有極少數的設計師在房屋建筑結構設計中注意到環保問題，其他均處在解決經濟效益與安全隱患排除等層面中，不能充分體現綠色生活的理念。在房屋建筑結構設計優化過程中，設計師既需要改良房屋建筑結構，又需要避免環境污染與建筑材料浪費等問題，以實現房屋建筑行業曠綠色可持續發展。

3、房屋建筑結構設計優化技術的應用

3.1 結構體系的優化

現代建筑的功能和造型具有一定的復雜性。結構體系的優化主要是指在滿足建筑功能及造型的要求，滿足規范要求的前提下，通過合理的結構布置來合理地節約工程造價。結構體系對造價的影響很大，應加強重視。應根據建筑功能合理選擇結構體系，應選擇比較規則的平面和立面方案，盡量避免或少出現平面及立面豎向不規則的結構布置。

3.2 加強數字技術應用

隨著數字技術尤其是計算機的快速發展，傳統的計算分析和圖紙逐漸被數字化技術取代，在結構設計參數影響分析和快速設計結構方案時，數字化技術表現出了良好的適用性與可靠性。例如，可利用GAMES 軟件構建模型，該軟件具有操作簡單、處理快捷等優點，并在混合整數、線性及非線性優化方面有廣泛的應用價值。另外，可利用TBCAD 等軟件進行科學、有效的建模分析和方案的優化，從而更加直觀、準確地展現建筑結構形式。數字化計算機軟件為處理結構優化設計的必備工具，在處理復雜情況時體現出了較強的使用功能。

3.3 節能設計優化技術應用要點

現階段，可持續發展理念已經深入各行各業，特別是在建筑行業當中，節能優化技術的運用，能夠減少施工材料的損耗和浪費，同時節省大量的施工費用。一般情況下，設計者可以從施工能源利用角度來分析，科學選擇建筑施工材料，并根據房屋結構特點，做好預算工作，結合工程經濟效益，確定最終的房屋建筑工程結構優化方案。剪力墻設計作為房屋建筑工程結構設計重點，在優化建筑工程剪力墻結構時，設計者要特別注意以下問題：（1）保證建筑工程剪力墻高度符合相關規定。（2）在地下室頂板位置，要加強剪力墻嵌固，即使在地震條件下，房屋建筑工程結構不會受到任何影響，并做好相應的邊緣約束。（3）做好暗柱設計工作，明確剪力墻的暗柱位置，暗柱作為房屋建筑工程剪力墻的重要組成，不但會影響剪力墻的可靠性與安全性，而且嚴重影響房屋建筑的抗壓性。

3.4 建筑、室內、結構協調的優化

結構設計時應保證房屋建筑及室內的美觀性、合理性。結構柱及剪力墻要與建筑平面功能保持一致，在保證結構安全的前提下，盡量減小結構柱及剪力墻的截面尺寸。結構梁的布置應盡量和建筑墻體同寬，結構梁比建筑墻寬時，應將結構梁向次要空間偏心，如廚房、衛生間等。商品住宅對建筑1層大廳的美觀要求越來越嚴，受到建筑企業的重視，在大堂頂位置，應避免布置梁，無法避免時盡量將梁上反或減小梁的高度。

結語：

在房屋結構設計中，應用優化技術不僅可有效提高建筑物耐久性、安全性以及功能性等特征，而且可以在滿足人們對多樣化居住需求的條件下，提升房屋的經濟性與美觀性，并降低房屋建筑的建設成本。因此，設計人員在進行結構優化時，應結合自身經驗充分利用優化技術確定科學、合理的方案，盡可能地降低資金（成本）投入，提高項目經濟性能。在實際工程應用中，雖然結構優化設計還存在各種各樣的困難，但是經驗越豐富的設計人員應利用現有技術方法和經驗推動結構優化設計的進一步發展。