房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

鄭慧敏

（山西省太原市建筑設計研究院，山西 太原 030000）

關鍵字：房屋建筑；結構設計；優化技術；應用

1 什么是房屋優化設計

對房屋結構進行優化就是在房屋結構原有的基礎上進行優化，使得現場施工更加容易，成本也能夠下降，因此需要對現有的結構設計方案進行全面了解，在保證房屋的安全居住和使用功能呢的前提下，優化設計需要考慮房屋現有的問題，然后用最經濟的角度去完成建筑的優化設計。在優化設計中需要考慮的主要內容有：1）對房屋建筑的結構進行分析，結合周邊環境的影響和可能出現的荷載，房屋建筑所處的場地和地質等，對整個設計過程進行分析并優化，進行設計改進。2）在進行整體優化的基礎上，對房屋單體的子結構進行進一步的優化，細化到房屋結構所共有的屋蓋系統、基礎，然后對主體結構和圍護結構和細部結構進行優化。

2 房屋優化設計與房屋成本

2.1 結構面積與房屋層數的關系

在直觀認識當中，占地面積一定時，隨著建筑結構層數的增加，單位層數的占地面積就會減小，這樣占地面積越小就越經濟。實際的設計并不是這樣的，建筑物的層數增加后，建筑總高度也相應增加。為了能夠保證建筑物內部的光線質量，還需要增加建筑物之間的間距，因此仍然會造成建筑用地面積的增加。因此建筑總建筑面積的占地面積與建筑的層數之間的關系并不是必然的，因此需要采用建筑結構優化設計的方法對建筑物層數與占地之間的關系進行優化。通常情況下，高層建筑的優化思路是減小上部結構的面積來實現建筑整體的光照效果，這樣的結果是會同時減小上部結構的建筑面積，因此需要優化相關技術。

2.2 結構分部與房屋層數的關系

房屋建筑的屋蓋是共同的，因此當建筑層數增加后，屋蓋的單位設計成本就會降低。基礎雖然也是共同的，但是在成本上卻正好相反，當建筑層數增加以后，基礎結構所承擔的荷載增加，因此需要更高的基礎承載力，這樣會造成基礎結構的設計成本迅速增加，而由于基礎在建筑工程中的占比較大，最后成本變大。層數增加也會造成梁柱板等受力構件需要承載的荷載增加，因此設計成本變高。在外觀方面，假如同樣占地面積的建筑形狀由平面變為圓形，則會減小建筑物的周長，減小所建造的建筑物墻體面積，后期的裝修成本也會下降，同時圓形的建筑也會更加穩定安全，因此在外觀通常只采用方形或者圓形。

3 結構優化的應用

3.1 重視概念設計

建筑結構的布置有很多方案，同一個建筑結構的布置有很多結構分析的方法。由于布置方案的不同以及分析方法的不同，建筑設計選擇的參數和指標以及選用的材料、標準都有區別。對于結構設計處理，不能夠單單使用設計軟件來計算。不同的設計人員設計方式和經驗不同，因此對概念設計的理解也不同，面對結構設計優化問題，需要設計人員對相關的方案和設計參數進行選擇和判斷，這種優化技術最重要的是人員的經驗積累，經驗越豐富，對參數的選擇就越合理。

3.2 結構設計中的其他問題

房屋設計的最根本目的是要實現房屋的安全居住，并且在設計年限范圍內不會出現房屋倒塌等問題，在設計年限內能夠滿足使用的要求。并且在此基礎上不斷降低施工和設計的成本，由于在部分外部因素的影響下，房屋建筑的耐久性和安全性可能受到影響，因此如果周邊環境條件復雜，設計的重點應當轉到結合周邊因素影響上來。外部結構設計中的地震作用最為特殊，因為地震作用沒有任何規律，且無法預測，因此在結構設計中必須充分考慮地震荷載作用，盡可能減小地震對于建筑的損壞。目前有一些比較有效的設計方案，結構對稱的建筑受力均勻，建筑物延性大危險截面少，因此對地震性能也有比較明顯的效果，強地震作用下次要構件首先破壞能夠有效保證構件的穩定性，防止結構失穩。

4 結構優化中需要注意的問題

4.1 初期結構設計中的問題

前期的結構設計方案與建筑項目本身的成本直接相關，因此如果前期使用房屋建筑結構的優化技術，才能夠防止在房屋建筑過程中存在合理和可行性的問題，降低房屋建設成本。因此房屋結構的優化在初期的結構設計中就可以運用，這樣才能夠實現結構設計的合理化要去，合理化建設成本。

4.2 結構細部的優化工作

對房屋結構進行優化其實重點就是對構件進行優化，因此除了需要考慮房屋整體之外，還應當對部分構件進行優化。比如設計混凝土板的時候需要對合理性進行分析，避免澆筑后出現拐角裂縫。計算機的使用能夠將計算機技術和設計結合起來，因此優化設計實際上在考慮經驗后已經轉變為數學問題，所以工程設計人員應當注意計算機優化設計方法的掌握。

5 結語

房屋的設計基本目的是要保證房屋的安全居住和使用，在此基礎上考慮耐久性。當然在滿足這些前提的條件下，設計人員最重要的還是要不斷優化設計，降低成本，把優化技術應用到房屋的整體乃至細部構件上，保證房屋結構的使用壽命。設計的時候，設計人員應當充分利用建模計算的工具，在結合周邊環境的基礎上利用經驗將其轉變為數學模型，不斷做好模型的優化，推動社會經濟的發展。