結構設計優化在房屋建筑結構設計中的應用

閻琛

（北京維拓設計有限公司太原分公司，山西太原 030006）

0 引言

近年來，我國社會經濟快速發展，人民生活水平不斷提高，對建筑工程的安全性、穩定性、美觀性以及節能環保性能都提出了新的要求，因此，在建筑結構設計工作中，也要以綠色建筑的發展理念為指導，通過技術優化提升建筑結構設計的水平和質量。建筑結構設計人員應嚴格遵守相關設計規范要求，科學運用優化技術，對建筑整體結構、平面結構、承重結構以及細部結構等各個設計環節進行技術優化，同時，應根據新型建筑給排水以及電氣系統的要求對建筑結構設計方案進行優化改進，以適應現代建筑多元化功能的要求。此外，在建筑結構設計技術優化中，還應充分考慮建筑外觀的美觀性等因素，進一步優化建筑結構設計方案，推動我國建筑行業向綠色可持續性發展方向升級轉型。

現代建筑工程對結構的穩定性和安全性有更高的要求，因此需要通過技術優化提高建筑結構設計質量，使建筑結構設計更加科學，其平面布局更加合理，以確保結構受力的平衡性。通過技術優化可以提高建筑結構設計的經濟性，在保證建筑結構安全的基礎上降低工程造價，創作更大的經濟效益。此外，通過技術優化還使建筑結構設計與建筑外觀的美觀性要求相互協調統一，以實現現代社會的審美要求，并豐富建筑結構的功能，從而全面提高建筑結構設計的水平。

1 建筑結構設計基本原則

建筑結構關系到整個建筑的穩定性、承載能力等，對于建筑的整體質量和性能有著直接的影響。

1.1 繪圖準確原則

建筑結構設計圖紙要準確、全面、清楚地標注設計結構尺寸數據等內容。建筑結構設計方案內容也要基于各種數據的準確測定和計算。因為建筑結構是建筑物最關鍵的承載架構，也是建筑框架，所以，在建筑結構圖紙的各種數據標注方面，需要根據建筑力學、結構穩定性等指標進行設計[1]。

1.2 安全性原則

保證建筑結構在施工或使用過程中具有承受可能產生外加變形、各種荷載、約束變形的能力，在火災、地震、撞擊等意外事件發生后，仍能保證建筑整體的可靠性和穩定性，不會出現倒塌等情況。

1.3 適用性原則

建筑結構要滿足預定的各項要求，在正常使用中不會產生安全問題。設計人員應根據建設要求，確定建筑結構各部分的參數，在后期不會出現裂縫寬度、變形等影響建筑應用的問題，提高建筑整體結構的穩定性。

1.4 耐久性原則

建筑投入使用后，材料性能會隨時間而變化。若建筑裂縫寬度超過容許范圍、保護層碳化、混凝土老化，都會縮短建筑的壽命。設計人員應按照設計要求，論證建筑結構參數，提高參數的可靠性和有效性，使建筑能夠達到使用年限[2]。

2 建筑結構設計中技術優化要點分析

2.1 建筑整體結構設計技術優化

建筑工程整體結構設計是建筑結構設計工作的核心環節，其設計質量和水平將對建筑工程結構的抗側能力、抗震能力以及對資源的消耗程度等產生重要的影響，因此，在設計實踐中應不斷總結實踐經驗，按照設計規范要求對設計方案進行技術優化。目前，在建筑國內工程整體結構設計中大多采用的是框架結構、短肢剪力墻結構以及框剪結構等結構類型，其中框架結構設計需要采用較大截面的墻柱結構，會影響建筑工程內部空間的利用率。而短肢剪力墻結構對建筑材料的消耗相對較少，且能夠有效提高建筑工程整體結構的抗震性能。框剪結構則能夠廣泛適應多種環境條件下的建筑工程結構設計要求，且其抗側性能以及抗震性能較為突出。不同的建筑工程結構形式的性能特點存在一定的差異，設計人員應根據建筑工程的具體情況，通過對各項影響因素的綜合分析對建筑工程整體結構設計方案進行技術優化，以提高建筑結構的安全性和穩定性，降低工程造價，使建筑工程項目能夠實現更大的社會經濟效益[3]。

2.2 建筑平面結構設計技術優化

設計人員在對建筑工程平面結構設計方案進行技術優化時，應積極應用專業模型構建以及結構設計軟件，以提高建筑工程平面結構設計的合理性和可行性。利用三維建筑技術以及專業結構設計軟件可以更好地對平面結構設計中所需要考慮的如建筑烈度要求、抗震要求、整體受壓以及局部受壓等因素進行綜合性的分析，為荷載道短以及截面抗震驗算等設計工作提供便利，從而達到優化建筑工程平面結構設計的目的。

2.3 建筑基礎結構設計技術優化

建筑基礎結構設計對保證建筑結構的安全穩定以及控制工程造價均會產生較大的影響，因此，要對此環節進行技術優化。目前，在建筑工程基礎結構設計中，樁基礎結構被廣泛應用。比較常見的樁基礎主要包括預制樁以及灌注樁等類型。其中灌注樁雖然能夠較好地滿足建筑基礎結構承載上部荷載、總重控制以及沉降控制要求，但是，其施工工期相對較長。而預制樁由于可以采用工廠化方式進行批量規模生產加工，所以其施工效率較高，能夠有效加快施工進度。設計人員應根據建筑工程的實際情況以及工期要求等優化選擇相應的樁基結構。同時，為了適應建筑深基坑的要求，合理控制作用于樁身以及樁端部分的地基土壓力，設計人員還應優化設計樁身長度，以降低摩擦阻力，提高樁身結構的穩定性。此外，在建筑基礎結構的樁位設計中，應盡量即將軸線樁設置于建筑剪力墻結構的下方，以達到控制底板厚度以及減少鋼筋等資源的消耗量的目的，從而實現對建筑基礎結構的技術優化[4]。

2.4 建筑承重結構設計技術優化

承重墻是建筑結構中的重要組成部分，其結構規模以及設置數量的合理性將對建筑工程整體結構的安全性、穩定性以及建筑空間的利用率等產生較大的影響，因此，需要對建筑承重墻結構設計進行技術優化。在建筑承重墻結構的設計實踐中，應采用具有及較高穩定性和強度的建筑材料提高承重墻結構的抗壓能力以及抗震能力。同時應優化承重墻的設置數量以及結構規模，雖然較大較多的承重墻設計能夠提高建筑結構的穩定性和安全性，但是會影響建筑室內空間利用率，且較不美觀，不符合現代建筑結構設計理念，所以在設計實踐中應在保證建筑結構安全穩定的基礎上將其結構規模適當減小，并提高墻體結構的抗剪能力，從而兼顧建筑結構設計在穩定性以及美觀性等方面的要求，達到技術優化的目的。

2.5 建筑細部結構設計技術優化

在對建筑工程結構設計進行技術優化時，還應高度重視對建筑細部結構設計的優化。在設計實踐中可以采用多個矩形板拼接方式處理異形板，以提高結構受力的平衡性，并減少拐角縫的存在。同時，在建筑框架抗震墻的結構設計中，如需使用冷軋帶肋鋼筋材料時，應對鋼筋用量進行合理控制，以便于后續的施工操作，并達到降低工程造價的目的。設計人員應積極應用三維仿真模擬等先進的信息技術對建筑細部結構設計進行優化，通過計算機軟件構建三維模型能夠對建筑細部結構設計效果進行直觀準確的呈現，從而使建筑細部結構設計優化更加便捷。

2.6 建筑結構設計美觀性技術優化

隨著我國社會經濟的發展以及人民生活水平的提高，對建筑工程設計也提出了新的要求，在保證建筑結構安全穩定的基礎上，還應兼顧建筑外觀的美觀性，以滿足現代社會對建筑結構設計的實際需求。因此，在建筑結構設計實踐中，設計人員應充分考慮建筑外觀的視覺效果要素，將現代審美元素融入建筑結構設計方案中，對結構設計方案進行技術優化，通過應用先進的設計手段妥善協調建筑結構與外觀美觀性之間的關系，以取得二者的平衡性，實現建筑結構設計技術優化目標，創作出富有現代建筑風格的結構設計作品。

2.7 根據建筑給排水技術要求優化結構設計

給排水系統是現代建筑工程中不可或缺的組成部分，因此在對建筑結構設計進行技術優化時，應充分考慮建筑給排水系統的技術要求。給排水系統往往需要使用較多的機械設備以及管網設施，這些設備客觀上加大了建筑結構的荷載，其在施工時經常會對建筑梁柱結構造成破壞。為了保證建筑結構的安全性和穩定性，并確保給排水系統能夠正常運行，在建筑結構設計中應優化給排水設施的布設位置，并科學布設預留孔洞以及預留空間，盡量避免在后期施工時給排水管線貫穿對建筑梁柱結構的影響。對預留孔洞以及貫穿墻體應采取必要的加固處理，以確保建筑結構的穩定性。

2.8 根據建筑電氣系統技術要求優化結構設計

現代建筑中涉及的電氣設備較多，電氣系統較為復雜，電氣管線以及設備安裝均對建筑結構設計提出了較高的要求，同時，高層建筑中電梯等系統安裝對建筑結構的荷載計算以及空間布局等都會產生較大的影響，因此，需要對建筑結構設計方案進行技術優化，以適應建筑電氣系統的實際要求。例如，在建筑結構設計中應優化梁體以及墻體結構厚度，合理預留孔洞位置，以便于后期電氣管線的安裝。此外，還應根據電梯特點對相關建筑結構進行技術優化設計，以確保電梯運行安全等[5]。

2.9 抗震縫設計管理

建筑結構設計管理人員應高度重視抗震縫設計管理工作，找出以往設計人員在抗震縫設計中存在的問題，整理出以往工作中存在的不足，完善抗震縫設計方案。結合建筑結構功能的實際情況，分析建筑結構內部構造方式和各類影響建筑結構功能的因素，結合已掌握的信息，完善抗震縫設計方案，使之能有效規避建筑結構問題。設計期間若出現不規則現象，需了解建筑在連接性能方面的要求，重新思考建筑構造設計要求并進行適當調整，使建筑構造設計具有較高的可靠性、合理性[6]。

2.10 地梁建筑結構設計管理

建筑結構設計管理人員需要從多角度、多方面，按照對地梁建筑質量方面的要求進行科學控制，掌握地梁建筑結構在設計方面的規定，科學、合理地控制地梁框架結構，將地基結構產生的不良影響控制在最低程度，通過合理的控制方式將載荷傳遞到框架梁柱部位。在地梁建筑結構設計期間，圍繞規定合理處置地梁框架結構，使建筑結構設計管理具有較高的有效性，使其工作質量跨級式增長。管理人員應掌握框架結構在設計中的要求，調整框架結構設計內容，優化設計，通過合理控制，提高建筑結構的可靠性，解決以往地梁建筑結構部位出現的質量問題。

2.11 建筑結構設計經濟性管理

為保證施工單位的經濟效益，建筑結構設計管理人員必須重視建筑結構設計期間該項工作的經濟性，對建筑結構設計的適用性和安全性進行控制，從而提高建筑機械設備和原材料的整體質量。設計人員要根據結構設計成本方面的要求掌握控制要點，按照建筑結構安全方面的規定，分析結構的受力狀況，在力學理論和規定下設計建筑結構，以保證建筑設計能夠在管理要求下有序進行。選擇符合質量要求的工程材料，提高材料的利用率，使工程在滿足建設求的同時，有效地控制工程成本。在建筑結構設計期間，管理人員要從經濟的角度重視各種管理活動，根據工作需要調整工作方案，使管理工作形式更加靈活，從而滿足建筑結構設計的管理要求，使建筑結構設計達到合同要求。

2.12 建筑結構設計資料管理

建筑結構設計管理人員要做好各類工程資料的管理，在項目實施過程中優化管理方式，引導設計人員整理工程勘察資料、梳理勘察信息、圍繞勘察信息進行設計。管理人員還需督促監理人員完成材料查閱和借閱，并在材料使用后完成后續的整理任務。

3 結語

在現代建筑結構設計工作中，應運用現代化的結構設計理念以及先進的技術手段對建筑結構主體、平面、細部以及各相關結構設計環節進行優化。同時，在建筑結構設計中還應結合現代電氣系統技術要求、給排水系統技術要求等優化建筑結構設計方案，完善建筑功能。此外，現代建筑結構設計還應充分考慮建筑外觀美觀性要求等要素，通過對設計方案的技術優化全面提高建筑結構設計的水平和質量，使建筑工程更加安全、穩定、美觀且具有較高的經濟性和美觀性，從而推動我國建筑行業的現代化發展。