房屋結構設計中的建筑結構設計優化探析

房屋結構設計中的建筑結構設計優化探析

劉小輝

（汕頭市升平建筑設計院有限公司  515000）

【摘要】建設房屋首先要保障其安全性，房屋經濟性能強、適用范圍廣、建設方便、外觀精美等多種要求已經成為群眾的購房基本標準，為了在競爭愈加激烈的建筑市場中取得優勢，建設單位對房屋結構的設計便顯得尤為重要。本文首先分析了建筑結構優化的重要性，對房屋結構設計優化方法的應用進行探討，最終得出建筑結構設計優化的一般步驟。

【關鍵詞】房屋；建筑；結構設計；優化分析

1. 前言

建筑物性能指標有很多，安全性是其基本要求。但一棟建筑物是否容易被消費者接受、購買，僅安全性能優越無法滿足群眾需要， 其結構是否完整、 外形是否美觀、實用性能好壞都已經影響到房屋的居住舒適度、整體功能的發揮。房屋結構的建設成本是整個住房建設工程中資金投入主要部分，進行結構設計優化，可以直接降低工程項目資金投入，同時也保證住房的質量和其外形的美觀。優秀的房屋結構設計方案不僅能降低建筑成本，也可以方便施工人員進行具體操作，同時充分利用建筑物周邊資源，提高建筑物實用性能、經濟性能和質量標準。

2. 建筑結構設計優化的重要性

2.1  建筑結構設計優化方法的概念

建筑結構優化是為了在滿足房屋建筑基本功能要求下，提高房屋的居住舒適度，在滿足房屋質量安全的條件下，使房屋更美觀，減少建筑成本。這種設計優化方法一般是將空間資源、設備資源、經濟資源和材料資源進行合理配置，使得整體效益最大化，最大優勢在于它比傳統設計可以大幅節省工程造價。進行建筑結構設計優化時，要一切從實際出發，盡量減小質量中心和剛度中心的差異，確保建筑承受水平負荷時扭轉程度很小，同時建筑平面結構要采取對稱規則方式，在垂直負荷作用下承重構件可以上下貫通。

2.2  建筑結構設計優化方法的意義

進行建筑結構優化設計，不僅可以實現建筑物的使用價值、經濟價值和美學價值，還可以降低建筑成本、保護建筑物周邊生態環境。進行結構設計優化，首先保障了結構功能性的完整，對不同種類的房屋，根據其具體需求，在結構造型、受力性能、結構材料等各方面進行最優配置，如選擇圓形結構進行平面設計可以提高結構最大承受力；其次結構優化設計可以大幅節約造價，建筑企業提高經濟效益的有效手段之一便是節約造價成本，現代房屋建筑大多是多層建筑、 高層建筑， 層數越多，建筑面積越多，建筑結構要承受的力也越大，承重墻、梁和柱的質量品級、抗震性能等性能指標要求也更高，原材料成本就會提高，合理的結構設計可以使用更少原材料來達到各質量性能指標，實現結構的經濟安全。

3. 房屋結構設計優化方法應用

3.1  整體優化和局部優化

建筑設計項目的層次性比較明顯，一般包括設計體系、結構體系和安裝體系等，每個體系中包含很多分支體系，在進行房屋結構設計時要對不同分支進行優化，層層遞進，最終完成整個工程設計。建筑設計項目一般比較復雜，并且建設環節較多，關聯性大，進行分階段優化可以讓每個環節的效率提高，在材料選取、零部件選擇、結構類型選擇方面效率更高。局部優化、整體優化會使得項目整體效益更大，給建筑設計企業帶來更大經濟效益。

3.2  樁基和上部結構優化

樁基主要有灌注樁和預制樁兩種類型，灌注樁施工時較為復雜，工期長，質量難把控，而預制樁在制造時就滿足相應的質量標準，具有量化的韌度和強度，當建設項目工程質量要求可以由預制樁滿足時，一般選用預制樁。住房建筑上部結構中剪力墻的分別對房屋質量好壞有著較大影響，一般將剪力墻對稱放置，將對稱樓層平面中心和同樓層結構重心重疊到一起，在地震等極端情況下，可以更有效的支撐房屋，提高房屋不完全倒塌的概率。

3.3  建筑給排水系統優化

給排水系統是房屋結構中重要組成部分之一，每棟建筑物都會有一個專業的給排水專用房間，該房間內往往會有很多機械設備，負荷量較大，如果將水泵安置在地下室內，不僅可以節約建筑空間，還可以減少水泵壓力。給排水房間內一般有較多管道，管道穿墻部分要進行加固，防止長久使用后晃動，同時避免管道貫穿承重墻，加強結構布設與管網體系的協調性。

3.4  建筑電氣系統優化

電氣設施在當今社會已無法缺少，房屋在結構設計時必須考慮電氣導線穿插安放路線、插座位置分布等，在設計時要考慮到如果管線需要貫穿建筑梁，在建筑梁制造時要預留出孔洞，并保證梁寬與墻體厚度相同，如果無法達到相同要求，要保證墻體的一側平面與梁側平面平齊，即保證導線在墻體內。高層房屋建筑中幾乎都包含電梯房間，空洞很多，預埋構件較多，在設計時要單獨計算強度要求，保障建筑的安全性。

4. 建筑結構優化設計一般步驟

4.1  建立建筑結構模型

建筑結構優化設計首先要建立最符合現實情況的模型，建模過程一般分為三個階段 ：

（1）變量的選擇。變量一般選擇會對最終設計方案選擇起決定作用的那些數值，如：工程的目標參數，包括房屋價格參數和預期損失參數；工程的控制與約束參數，包括房屋價格可靠性能參數等等。如果選用變化幅度小，考慮因素少的參數作為參考指標，在建筑結構設計、編程計算時工作量會大幅減少，模型處理難度會大幅降低。

（2）函數的確定。挑選多組相似函數中房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積最符合的一組，使用這組函數進行分析，最大程度減少房屋建造成本。

（3）約束條件的判定。約束條件一般包括房屋大小、架構穩定性及剛性、橫梁受力限度和變形限度、墻體裂痕限度、單元組件規格、架構體系規格、結構可塑程度等等。在設計時， 設計者要根據具體情況，對實際中的約束性條件進行分析，確保各項條件滿足相關規定，來達到設計結果的最優化。

4.2  選擇計算方法

在房屋結構設計過程中計算很多，優化設計過程就是進行復雜變量和多種設計條件的計算過程。對于整個建筑項目中所有的數據進行計算，要注意附加條件的約束，對計算出的不符合規范或實際情況的結果進行舍棄。選擇最簡便的計算方法，獲得精確的結果，節省時間和精力。

4.3  選擇最優程序

當模型和計算方法都確定后，設計人員要選擇最優的程序，即功能完整、用途齊全、運轉高效的程序，一般由若干可以實現某特定功能的小程序組成，在結構設計上發揮著重要作用。

4.4  分析統計結論

進行各種數據統計匯總之后，設計者要對采集到的數據進行分析，尋找不同設計方案之間的區別和各自的特色、優點，通過全方面綜合衡量，選擇出最佳方案作為施工方案。在選擇最終施工方案時，設計人員要全面考慮，不能忽視細節方面的問題，確保建造好的房屋無論在質量安全方面、還是在美觀舒適方面都達到最優的效果。

5. 總結

房屋結構設計中的建筑結構設計優化是一項復雜程度高，對建筑項目整體效益有著巨大影響的建設前期工程。它要實現房屋的安全、耐用、實惠、美觀、舒適，一般是在各種設計方案中進行挑選并進行適當改進，符合當前建筑項目實際情況，使得各種資源充分利用，最終實現房屋的各種價值。設計人員在進行房屋結構設計時首先要遵守設計的基本規則，也要采用新型技術，為建筑企業節約更多成本，提高房屋建筑項目的經濟效益。

參考文獻

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