房屋結構設計中的建筑結構設計優化

韋松宏 肖超

摘 要：在房屋結構設計中，除了要考慮建筑實用性、安全性之外，還應考慮建筑設計的經濟性、美觀性，以滿足人們對于建筑功能的不同需求。房屋結構設計涉及因素較多，為了保證建筑結構設計的合理性，保障建筑整體質量，就需要結合建筑結構設計的現狀，實現結構優化設計，通過優化來降低建筑的含鋼量及成本，從而實現經濟性。基于此，本文根據實際項目案例經驗針對建筑設計中的結構設計優化策略展開探究，以供業內相關人士參考。

關鍵詞：房屋結構；建筑結構；設計；優化

1房屋結構設計中建筑結構設計優化的流程

在房屋建筑結構設計中，結構設計優化理念的應用主要包含以下幾個步驟：

1.1構建結構優化模型

為了保證結構模型建立的科學性，就需要從大量的變量中選出關鍵的參數，結合設計規范和本項目信息，確保相關參數取值的正確性，以此完成結構模型的建立，并計算得出相應工況下的配筋數據。模型構建一般分為兩部分，一是選出合適的設計變量，為模型構建奠定良好基礎，并且還會對參數選擇產生影響，所以說，科學地選取相關參數能夠減少后期優化設計過程中反復的計算工作量；二是確定結構受力體型和模型，找出滿足本項目結構設計的最優設計方案，從強度、彈塑性以及尺寸等方面確定具體的約束條件，保證約束條件處于合理范圍之內，滿足結構優化設計的需求。

1.2優化設計計算方案

不同約束條件、設計參數等在建筑結構優化的過程會產生一定的影響，所以，在相應的計算過程中，一定要把約束條件進行轉化，只有將其轉為非約束條件之后才能夠確保結構設計優化過程的完成。此外，還應結合變量因素進行全面考慮，借助科學的計算方式，實現建筑結構的優化設計。

1.3分析結果

針對計算機計算的數據信息，需要經過詳細分析以確定最好的優化設計方案，通過全面考慮各種阻礙因素，保證結構設計優化工作的有序進行。由于建筑施工耗費較大的人力、物力等，結構優化就需要在保證質量的同時注重指標控制。建筑結構優化設計需要在經濟、技術之間找到相應的平衡點，消除兩者間的矛盾，并意識到技術對于經濟效益的積極作用，注重先進技術的合理應用。

2房屋結構設計中建筑結構設計優化的策略

以某房地產開發公司為例，該項目規劃的用地面積為76656m2，建筑的總面積為268604m2，其中有8棟高層建筑，6棟小高層建筑、售樓中心，場地設置在地下室1～2層。

如表1所示，為該項目的設計荷載。室內首層樓板設計恒荷載標準值：≤1.5 kN/m2（不含樓板自重）。樓面二次裝修荷載標準值：≤1.5kN/m2；下沉式衛生間填充料自重：≤14kN/m2。

結構位移采用w0=0.35kN/m2；對于承載力設計，采用1.1倍放大系數；對于地面粗糙度，選擇C類，體型系數

為1.4。場地地形和巖土層變化較大，大多為中軟土～中硬土，僅部分地段是軟弱土，且基本挖除。

2.1結構形式設計優化

結構形式的合理選擇關系著整個項目建設，在結構選型過程中，需要從多個角度考慮，如建筑結構的高度、用途、抗震性等，選出適合的結構類型。常見的建筑結構體系有以下幾種：

2.1.1框架結構

該結構主要由地中承重構件組成，即基礎、樓板、梁、柱，屬于承重結構，通過連系梁將各大平面連起來，構成空間結構。

2.1.2剪力墻結構

該結構就是鋼筋混凝土墻，在高層建筑中的應用有助于提升建筑結構抗側力剛度，提高房屋剛度、抗剪強度，墻體也是房間的分隔構件，并且承受所有的豎向以及水平荷載。

2.1.3框-剪結構

框-剪結構是在框架結構中設置剪力墻，吸取兩者的優勢，不僅可以為建筑平面設置提供大空間，還有較強的抗側力性能。

2.1.4筒體結構

該結構是使用剪力墻構成空間薄壁筒體，形成豎向懸臂箱形梁，增強梁的剛度。筒體結構又劃分為成束筒、筒中筒、框架—筒體、巨型結構等多種。

每一種結構體系具有各自的優缺點，在建筑結構體系的選擇過程中，一定要結合建筑的功能續期、施工技術、預算、房屋設計年限等多個方面綜合考慮，選出最合適的結構體系，防止后期重建、改造而造成較大的浪費。在該工程中，最為合適的結構體系為剪力墻結構，其主要是鋼筋混凝土墻體連接而成，能夠承載水平、重力荷載，并且也可以作為房屋分隔內墻、圍護外墻。該結構的抗側剛度較大，承載力滿足實際需求，且具有較好的抗震性能，在平面布置上具有一定的靈活性。從該項目建筑層數、使用功能、荷載等多方面因素來考慮，剪力墻結構體系最為合適。

2.2結構樓蓋體系設計優化

本項目商業部分以2層框架結構為主，樓板常用的樓蓋體系有單向單次梁方案、十字梁方案、大板方案等；而造價較高的地下室頂板的樓蓋結構體系常用的有十字梁方案、單向雙次梁方案、井字梁方案、無梁樓蓋方案這幾種。為了做到最好的經濟性，在相同荷載及參數條件下，做了標準跨分別進行計算和配筋，并由預算人員完成了造價計算。

2.2.1商業屋面樓蓋分析

參數條件：1.砼強度為C30；2.附加恒載為11.8KN/m2

（屋面覆土600mm），活載為2.0KN /m2 ；3.抗震等級：四級。

根據表2數據分析，當采用十字梁方案時，每平方米造價最高，因此優先淘汰；而單向單次梁和大板方案造價成本基本持平，大板略微更省，但考慮本項目屋面有種植需求，綜合考慮樓板撓度及裂縫問題，最終商業部分屋面樓蓋方案選定為：采用單向次梁方案，板厚 120mm，通長筋配筋率 0.2%。

2.2.2地下室頂板的樓蓋分析

參數條件：1.柱網7.8m×8.0m，砼強度為C35； 2.附加恒載為28KN /m2（屋面覆土1500mm），活載為4.0KN /m2（非消防車道部分） ；3.抗震等級：三級。

根據表3數據分析，井字梁、十字梁方案造價均最高，因此優先淘汰；無梁樓蓋方案次之。根據近些年一些實際案例，無梁樓蓋運用在地下室頂板存在一定安全隱患，主要體現在地下室頂板在施工過程容易出現一些人為超載的隱患，而無梁樓蓋在發生沖切破壞時容易形成脆性破壞，因此方案亦不予考慮。相對的，單向雙次梁方案安全性有保障，造價更低，最終地下室頂板的樓蓋方案選定為：采用單向雙次梁方案，板厚 160mm，通長筋配筋率 0.2%。

根據以上兩個案例，每一種結構樓蓋體系具有各自的優缺點，在建筑結構體系的選擇過程中，一定要結合具體項目使用部位的使用功能、荷載條件、參數等多個方面綜合考慮，在確保安全性的前提下，使用最經濟的樓蓋結構方案。

2.3結構構件設計優化

在房屋建筑結構設計優化中，通過優化構件設計，管控鋼筋混凝土的實際用量，有效降低工程造價，提升經濟效益。對于豎向構件的設計優化，想要確保建筑布局的靈活性，通常在建筑的內外墻、角部等位置布置剪力墻，在內部剪力墻的布置過程中，最好不要對室內空間的使用產生影響。在符合結構側向剛度要求的基礎上，增加結構抗扭剛度，減小扭轉位移。同時，基于國家現行規范，合理增加鄰近剪力墻之間的距離，減少剪力墻數量，保證墻體承受均勻的豎向壓力，把控好剪力墻的軸壓比，并在此基礎上，減少剪力墻，結構構件所占的空間也隨之減少，有助于提升經濟效益。剪力墻為受剪構件，當其截面的取值較為合理，配筋基本為構造配筋，對于節點區主筋、箍筋，都可以根據最小配筋率進行配置。當剪力墻的混凝土強度等級取值合理，并且達到軸壓比的要求，減少結構剛度以降低造價。

3結論

伴隨著社會經濟的不斷發展，房屋建筑已經成為管控的重要對象，人們對于建筑的要求不只停留在其實用性、安全性，還對建筑的外觀、經濟性等提出了較高的要求。房屋建筑結構設計優化意義重大，既能夠保證建筑功能性、安全性，還能夠實現資源優化配置，降低工程造價，提高經濟效益。因此，在房屋建筑結構設計中應用新的設計理念，結合建筑的使用功能、現場環境、設計使用壽命等多方面因素進行綜合分析，從建筑主體結構、結構形式、給排水系統、構件等幾個方面優化建筑結構設計，通過采用最佳的結構設計方案，在滿足業主對房屋建筑需求的同時，有效推動建筑行業的良好發展。

參考文獻

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