試論房屋建筑結構設計中的優化技術運用

楊登奎 于力峰

（漯河市沙澧建筑設計有限公司，河南 漯河 462000）

關鍵字：房屋建筑；結構設計；優化技術；應用

1 房屋建筑結構設計優化概述

所謂建筑結構優化設計，就是指在滿足施工要求的前提下，使得建筑結構中的各項指標可以達到最佳設計的一種方法。

在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師的設計要求的基礎上，平面布置應盡量規則、對稱，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不至于產生太大的扭轉效應。在豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通，能不使用轉換層的就應該盡可能的不使用，以此來減少結構分析和設計上的困難，此外也會加大成本的經濟支出，因此不建議使用，容易造成應力集中，豎向剛度最好不要突變，而是采用漸變的方式，這樣對結構抵抗水平動力荷載有利。

2 結構設計優化在房屋建筑施工中的作用

2.1 促使房屋施工中總造價得到有效的降低

在建筑施工中，高層建筑和多層建筑的層數較多，總建筑面積較大，而單位面積的土地面積較小，因此必須重視可以降低施工成本的措施，做好降低成本的控制，此外，住房建設層的層數數量呈現越來越多的趨勢，建筑物的高度越來越高，使得建筑物的之間的距離不斷縮短，一定程度上也促進了土地利用率的提高。在高層建筑的設計和施工中，每一個建筑都要設定一個上限，上限設置和地板的變化不會改變，所以建筑成本沒有較多的增加。在基礎建設的一部分中，隨著架構層的生長，需要增強基本的負載，所以要增加基礎滿足負載。

2.2 提升建筑結構的經濟性能

隨著施工層的數量的增加，可使墻體的區域、一個柱體的體積，和基礎梁和柱的承載強度增加；另一方面，通過對建筑樓層的控制，可以有效節約建筑材料，還可以提高減震心梗，也可以是樓與樓之間的距離是相應的減少和得到有效的節約。當建筑是圓形或者類似的廣場時，外墻之間的周常系數通常會比較小，內外裝飾區域也有一定程度的降低。

2.3 提升建筑結構的美觀性

未來房屋建筑向著更加美觀。舒適、復雜的方向發展，這對房屋建筑的結構也提出了更高的要求，面對人類生存和發展的建筑需要，在房屋的建筑中應用結構優化設計的方式有著重要的作用。結構化的建筑設計不僅可以使得房屋建造的成本降低，而保證建筑房屋的質量，還可以使得房屋建筑的結構布局更加合理，有效增加了建筑的藝術美感。

3 建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的具體應用

3.1 建筑結構設計優化的應用步驟

（1） 結構優化模型的建立。這一步是結構優化方法應用的一個重要前提和關鍵環節。具體來說，結構優化模型的建立包括選擇合理的結構布置、確定抗震受力等等各種的目標參數，和優化計算結構等。

（2） 設計計算方案。在進行建筑結構優化的時候，需要把一些具有爭議性的優化問題變成沒有問題的約束性的優化問題，從具體的計算分析出發，優化結構模型的設計，注意選定合適計算方法，從而達到房屋建筑結構計算的優化目的。

（3） 進行程序設計。在進行了結構化模型的建立和計算之后，需要進行程序設計和繪制，來滿足優化設計的現實需要。

（4） 對結果進行分析。在程序設計之后，需要對模型結果進行對比分析，選擇最優法人設計模型。綜合考慮多個方面的因素，選擇出一個適合實際需要的最佳設計方案。

3.2 房屋結構的整體性和局部性優化

房屋建筑是一個長期的過程，是一個復雜的系統過程。從層次上講，房屋建筑涉及到建筑、結構和安裝等多個體系，而且每個體系中又都包含著一些小的體系，從復雜性上來講，房屋建筑包含材料選擇、施工技術和施工設備的選擇和施工人員的素質等多個方面，所以在對房屋建筑進行設計的時候，設計人員必須考慮到后續在施工中的各個小部分的局部問題，盡量保證現場施工現場安全有序的進行，保證施工質量，最終達到房屋建筑結構整體優化改進帶來的便利，打造出符合要求的精品建筑。

3.3 房屋結構中的樁基礎優化

樁基礎是房屋建筑中的一個重要組成部分，和建筑結構的質量密切相關，從目前的情況來看，我國的樁基礎包含灌注樁和預制樁兩種形式。從具體的建筑施工中來看，灌注樁的操作程序比較復雜，施工時間較長，施工人員容易懈怠，且質量控制難度較大，難以保證施工質量，預制樁中的砂石層等有著難以穿越、造價較高、承載力低、樁長長等缺點，不過有時灌注樁也可以進入巖石層，穿越砂石層，承載力較大、穩定性較好，因此在施工中被廣泛使用，同時預制樁也有施工快、方便、難度低等優點，因此須選擇適合實際情況的樁型。

3.4 房屋建筑結構中上部結構的優化

在房屋建筑上部結構優化中，剪力墻的優化是一個關鍵問題。第一，應科學合理的設置剪力墻的位置，在實踐中，必須確保剪力墻質量均勻，使模型的結構的重心和樓層中的平面剛度的中心點重合，如此做的好處是可以有效減小風阻、地震等外部因素對房屋建筑的不利影響。第二，使用大開間的形式，假設條件允許，房屋建筑結構中可以使用大開間的形式的剪力墻，如此做法不僅減少了墻肢的數量，而且可以減少混凝土的使用，一方面減少了施工成本，另一方面卻沒有降低房屋的建造質量。

4 結語

綜上所述，為了適應新時代房屋建筑行業的發展需要，需要借助建筑結構的優化結構設計方法，從整體和局部、樁基礎、上部結構等等多個方面進行分析和優化，這樣不僅可以增加房屋建造的美觀性和舒適度，而且可以有效地控制建筑工程的造價成本，從而促進我國建筑行業不斷發展。