房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

師建國

摘要：建筑結構設計中的優化技術是一個復雜的系統工程。不僅要求結構設計師根據建筑面積、高度、受力特點等需要選擇最佳的結構體系，還要正確使用結構分析軟件，挖掘項目自身重大的內部潛力、采用基本設計和科學的方法，實現最佳結構設計。本文主要分析了房屋建筑結構設計優化技術的具體應用。

關鍵詞：房屋建設;結構設計;優化技術

引言

現代社會對建筑的功能、安全和質量比以前更嚴格。同時，提出項目建設應考慮其是否具有先進性、科學性、合理性和實用性。因此，為了適應市場多樣化、科學發展、節能、高質量和安全，現代建筑業必須在住宅等建筑結構中廣泛應用優化設計技術，不僅為建設單位、建筑公司和用戶節省了大量資金，就成本控制而言，它還可以提高施工的可執行性、質量和安全性。因此，現代建筑業在建筑結構中科學合理運用結構優化技術具有較高的實際意義。

1建筑結構優化設計的內容及意義

目前，隨著我國經濟的迅速發展，建筑行業的整體進步，人們對生活條件和生活環境的要求越來越高。因此，優化建筑結構設計，使其結構美觀、適用、安全、經濟，是提高人民生活環境的重要手段。建筑結構設計的優化理念應注重現實需求，根據工程建設項目造價情況，優化結構設計中關于建筑基礎設施、屋頂結構方案和C-結構方案等方面的重點內容。在封閉系統的科學計算中，根據一些關鍵參數的不同變量參數的影響，建立了結構優化設計模型，得到建筑工程結構優化設計的最終設計結果。建筑結構優化設計具有重要意義。首先，它大大提高了建筑的結構經濟性。優化建筑結構設計可以節約材料，提高抗震性能，減少室內和外表面裝飾，提高其力學性能及建筑的經濟性能。其次，結構優化設計極大地降低了建設項目的總成本。大量數據表明，建筑結構的優化設計可以有效地降低工程造價25%左右，結構優化設計技術使得建筑材料性能的利用更加合理，使建筑工程施工結構在不同單元之間更加協調，促進建設項目結構設計的經濟性和合理性。

2房屋建筑結構設計優化技術的應用

2.1 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不規則的結構布置。

2.2 設計模型的優化

建筑結構設計的第一步需要建立合理的結構模型，后續設計工作圍繞相應的模型體系來開展，而建筑結構設計優化第一步就是結構模型的優化。模型優化在造型復雜的建筑上的體現尤為明顯，如何將復雜的造型簡化提煉，并最終在結構分析軟件中體現為結構構件。合理的結構模型是結構設計的關鍵，錯誤的結構模型必然導致錯誤的計算結果，由電腦輸出的計算數據更加具有隱蔽性和欺騙性。

2.3 計算參數的正確選取

結構模型中給出的計算機計算結果，應經分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。為分析判斷計算結果是否合理，除了合理的結構方案、正確的計算假定外，正確填寫抗震設防烈度、場地類別，合理選取計算程序中的各項參數十分重要。計算參數的選取除滿足國家規范外，還需特別注意地方規范及標準中的相關規定。

2.4 基礎設計的優化

建筑結構中的基礎是整個建筑的根本，基礎需要承載所有上部建筑結構，并將相應的重量、受力分置于周邊土地當中。一般情況下，房屋建筑會采用樁基礎的基礎形式進行，較為常見的是灌注樁、預制樁2 種。樁基礎設計優化是指保證工程質量的前提下，盡可能降低工程造價，包含材料用量、施工速度等。第一步應根據上部結構荷載結合地質條件，選取最合適的樁型。樁型確定后，應提高單樁承載力，如提高端部承載力、擴大樁身尺寸、提高樁周土體承載力等。布樁階段應盡量利用樁身材料強度，使樁基礎均勻受力，各樁受力接近樁基承載力。

2.5 地下室結構的優化

地下室結構占結構總成本的比重很大，做好地下室結構的優化設計對控制這個項目的結構成本至關重要。地下室結構優化需注意以下幾點：

1）控制層高，滿足建筑使用要求的前提下，盡量減小地下室層高。不僅可以減少混凝土及鋼筋用量，還能減少施工土方開挖量，降低維護費用。地下水豐富的地區，水浮力是基礎設計不可忽視的重要因素，水浮力起控制作用時，減小地下室層高能減少抗拔樁數量，降低底板配筋。

2）地下室結構土壓力、水浮力較大，側墻及底板抵抗外力所需配筋用量也很大，設計人員在進行設計時應詳細分析結構構件的受力狀態。滿足規范計算的條件下，做到分段配筋，受力較小部位配置較小的通長鋼筋，受力較大的部位做到局部附加。

2.6 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。

2.7 設備、結構協調的優化

房屋建筑中給排水、電氣及暖通專業有很多管線。如果管線都在結構梁下，勢必會影響凈高。結構設計師需分析判斷哪些管線可在結構梁留設套管。暖通專業的風管一般比較粗大，無法從結構梁內穿過，結構專業需配合暖通專業，風管上方的梁高應盡量減小，可適當加寬，滿足承載力要求。

3 建筑結構優化技術應用中應注意的問題

（1）除注重整體設計外，還應加強結構基本部件的精細設計。例如，鑄造填料板的設計盡可能地分成矩形板，從而可以合理地平衡鑄造填料板的設計，并且可以避免角裂縫的發生。優化技術在建筑結構設計中的應用，必須有效地將計算機設計與人工設計相結合，而不是盲目依賴計算機設計軟件，要充分發揮概念設計優化技術在建筑中的作用。在優化各種建筑材料的選擇方面，各種材料的缺點和優點也應得到充分的考慮和選擇。在結構設計參數中，設計和優化使用的人員應基于工程設計標準，而不是盲目依賴計算機分析，但這主要是因為計算機可以對各種數據進行相應的計算設計，并根據實際需要設計建筑物，但不能完全滿足工程結構設計方案的具體要求。

（2）優化設計大型而且復雜的建筑結構時，計算機就有編程后計算量大、計算快、準確性高等無可比擬的優勢，所以工程設計人員在具體的優化設計過程中應加強基于計算機的優化設計分析能力，有效利用計算機對項目結構進行優化。

結束語

總而言之，在建筑業逐步健康發展的形勢下，在整個設計過程中采用優化建筑結構是必然的發展趨勢。優化建筑結構不僅意味著足以大大降低施工成本、節省建筑材料、節約時間，還能夠更好地滿足使用需求，提高經濟效益，使建筑結構設計在更好地服務人們的生活需要的同時，進一步提高項目安全性和抗震性能。

參考文獻

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