房屋建筑結構設計中應用優化技術分析

王健雄

摘要：眾所周知，建筑業是我國經濟發展不可或缺的重要行業，所以國家對于結構優化措施研究也十分重視。進行結構設計優化，首先要保證結構安全，其次才是節約成本，是對工程師能力的極大考驗，即要求工程師有高超的技術水平，又要求有豐富的工程設計經驗。合理經濟的結構體系選擇，是一個多因素的復雜的系統工程，接下來我們具體了解結構設計優化措施，并分析其優化意義。

關鍵詞：房屋；建筑結構；設計；應用；優化；技術

結構設計優化主要從控制成本、節約資源的角度對設計進行一一排查，排除結構設計的死角和盲區，剔除設計中的虛高，避免浪費不必要的成本，如同人減去身上多余脂肪，以達到健美的目的。結構設計優化的目的，不是以犧牲建筑適用性、結構安全度和抗震性能來達到的。優化技術在結構設計應用中應注意，在項目展開的各個環節中都充分參與，做好每一個設計環節的優化工作，隨著計算機技術和各種設計工具軟件的飛速發展，這使得結構設計更容易展開，各種實際問題的分析解決也更加便利。

1結構設計優化概念

結構優化設計是指在已經給定的約束條件下，以結構安全和成本最低為目標，求出最好的設計方案。

2結構設計優化必要性

對于投資方來說，結構成本約占整體造價的55%以上，進行結構優化可使建筑工程總造價降低8%以上.這筆隱形的利潤，被投資者愈發看重，不惜耗費時間財力進行設計優化，以達到利益的增收。對于設計單位來說，現階段設計人員的技術水平參差不齊，設計周期控制緊張，同時設計人員對工程是終身負責制，這些原因導致設計人員不重視工程造價的控制，一味放大安全系數，致使設計偏于保守，造成不必要的損失和浪費。進行結構優化，有助于督促設計人員提高技術水平，反復調整結構模型，充分利用各構件的承載力特點，使他們的作用發揮到極致，注重經驗的必要性，設計出高質量的優化設計，使設計單位在競爭中處于不敗之地。對于國家來說，進行結構優化，有利益節約材料，保護環境，符合節材、低碳、綠色的政策，對于可持續發展有著重大意義。

3優化技術的實際應用

3.1結構方案的優化分析

結構體系的選擇對造價影響甚大，如不規則結構比規則結構含鋼量大；短肢剪力墻結構比普通剪力墻結構含鋼量大，框架結構比砌體結構含鋼量大等等。因此設計人員在滿足建筑功能的前提下，一定要選擇合理的結構方案，這是結構設計的前提。結構的平、立面布置宜規則，結構體型適當，在與建筑方案協調時應考慮結構的高寬比、長寬比。結構各部分的質量和剛度宜均勻、連續。結構的傳力途徑簡潔明確，豎向構件連續貫通。結構設計時，可通過設置結構縫將結構分割為相對獨立的單元，以避免局部部位的不規則影響整體結構。

3.2地基基礎設計優化分析

基礎結構的造價與工程所在地的地質條件密切相關，造價約占總造價的10%—20%，基礎工程設計優化的重要性顯而易見。選取基礎平面布置方案時，應盡量使建筑物的重心和基礎的平面形心重合，以避免局部地基反力過大。在計算分析中，建筑上部結構、地基與基礎有著互相影響和制約的聯系，可以嘗試將其作為一個整體來進行計算，這樣可以減小基礎整體變形彎曲程度和降低內力，從而減小基礎尺寸。在確定基礎厚度時，不能為了使抗沖切強度和抗剪強度滿足，而一味的提高基礎厚度，應分析不滿足的原因和不滿足的位置，可局部設置暗梁，或將柱和剪力墻周圍局部加厚，形成墩座式筏板基礎。在基礎的構造設計中，應選用水化熱低和安定性好的水泥，這樣可以預防和控制基礎混凝土由水泥水化熱引起的裂縫。總之，基礎設計的合理性對建筑物的安全、使用和投資額度有著重要的關系。設計人員除了依據軟件計算結果還應當科學的分析，適當增加基礎面積，以降低地基反力，減少鋼筋用量，不斷提高工程的經濟效益。

3.3主體結構設計優化分析

對于不同的結構形式，優化的側重點也不一樣。對于框架結構，柱網的布置至關重要，它直接影響柱的受荷面積從而決定柱的截面尺寸，粱的截面尺寸也與柱網尺寸息息相關，一般梁高為柱網間距的1/12。因而，柱網布局是否合理對工程造價影響很大，設計人員在承載力滿足的前提下，應反復調整柱網，以尋求最經濟的耗材。框架結構中柱占上部結構鋼筋用量的20%左右，梁50%左右，板20%左右。柱網大，樓板用鋼筋量大，反之，柱用鋼筋量大，優化的重點是梁，采用強柱弱梁，粱的配筋宜采用分離式配筋，梁寬避免大于350mm，箍筋采用兩肢箍，縱向配筋面積滿足承載力即可。對于剪力墻結構，墻、柱鋼筋比例最高，約占上部鋼筋用量的40%左右，這是優化的重點。剪力墻布置合理與否直接關系到整個結構的技術經濟指標，設計人員應遵循的原則是：強周邊，弱中部；多長墻，少短墻；多規則，少復雜。對于受力鋼筋，當直徑大于12mm時，避免采用非綁扎搭接。對于砌體結構，除梁、板、柱等受力構件，需要計算配筋外，其它非受力構件如圈梁、構造柱等，均依據抗震設防烈度、房屋高度、房屋規則性等，采用構造配筋即可。

3.4節能方面設計技術優化

建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷增加，呈急劇上升趨勢，如果不采取有力措施，對于資源相對匱乏的中國，建筑節能已迫在眉睫。優化設計是建筑節能的根本途徑。在設計過程中，應當對建筑的方位、體型、朝向進行優化，必須要為充分利用自然風、陽光等自然資源創造條件。同時，也須對建筑用料進行優化，充分考慮利用當地天然豐富的資源，減少大量不必要開發和運輸，才能贏得較高利益。

3.5建筑抗震性能設計優化

20世紀90年代初，美國學者提出了抗震性能設計。結構抗震性能目標的選定，直接影響結構的用鋼量從而影響工程造價。設計人員應根據使用者對結構的不同使用要求，確定相對應的性能水準和性能目標。

4結語

綜上所述，要想在節約建筑成本與建造高質量工程中有效統一，就需要一定的建筑結構優化設計，實現在資源的有限條件下使建筑的質量功能水平最優化，發揮資源的最大功效，這對建筑業的發展以及未來經濟的可持續發展都有著很重要的作用。

參考文獻：

[1]徐巍.房屋建筑結構設計內容與存在問題探析[J].中國住宅設施，2017（04）.

[2]楊德鵬.房屋建筑結構設計中優化技術的應用[J].住宅與房地產，2017.

（作者單位：河北省水利水電勘測設計研究院）