談房屋建筑結構設計中的優化設計應用

摘要：房屋建筑結構設計的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能夠在規定的使用年限內滿足各種功能的要求，同時做到最大限度的節約資金。建筑結構的優化設計可以實現可觀的經濟效益。為此，建筑結構設計人員在實際的協作中，應加強溝通，精心設計。應用優化技術，選擇合理的建筑結構設計方案。降低建筑工程的成本。

關鍵詞：建筑結構;設計;優化設計

1.房屋建筑結構設計優化的內容及其意義

當前，我國經濟快速發展，人們對居住條件及生活環境要求越來越高，而對建筑房屋進行優化設計，使其結構與美觀相互協調、同時適用、安全、經濟以及便利是改善人們居住環境方面重要手段。房屋結構設計優化理念注重以實際為準則，根據工程建設的基本狀況，以計劃成本為控制中心來進行的結構優化設計，其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統的結構方案以及圍護系統結構方案等環節，建立起一種關于結構優化設計的模型，通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學的計算，確立最終的建筑工程結構設計的優化結果方案。

房屋建筑結構優化設計意義重大，一是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利用抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能。二是結構優化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。節約用地，大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互相協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。

2.房屋結構構造中的問題

2.1框架結構設計問題

房屋建筑的主要承受能力來自于垂直于水平兩個方向的合力，是由各個部分共同承擔，但有很多房屋結構工程設計師，在進行框架結構設計的時，只注重對橫向框架的設計，或多或少的忽略了對縱向框架的考量，最終可能導致建筑物梁柱承載能力偏弱，整體安全性較差的問題。

2.2承重柱和構造柱問題

房屋結構設計中，承重柱的作用是分擔來自房屋主體建筑的重力，而構造柱的主要作用是維持豎向承載力，和屋面梁聯系在一起，限制墻體開裂，提高房屋抗震性能，它是不能夠完全代替承重柱的功能和作用的。但在實際中，許多設計工程師將構造柱肩負雙職，同時擔負著房屋的承重功能和抗震功能，最終可能會引發構造柱出現裂縫，房屋變形倒塌等問題。

2.3承重構件問題

樓板的是將樓面、屋面的荷載負重都轉移到墻體和梁柱上面，保證重力的合理分布，直接關系著墻、柱、梁三體的安全。目前，某些設計工程師使用單向板來代替雙向板，來提高設計的便捷性，而實際上單向板很難承受較大的外界部壓力，就很容易導致墻、柱、梁三體失去受力平衡，影響房屋質量的現象。同時還存在一些設計師忽視了建筑內部結構各部分的受力情況。對雙向板的有效高度取值存在片面性，取值相對較大，使得建筑的鋼筋跨度大，產生裂縫。

2.4抗震設計中存在的問題

在抗震房屋結構設計中，設計人員普遍認為六度設防可以看成是沒有設防。為了方便受力分析，設計人員往往把柱體橫截面較小設計，增加梁的線剛度，將梁設計成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設計成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結構的受力，但是給整體的房屋結構安全帶來了危險。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個房屋結構一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現裂縫。

3.房屋結構設計中的建筑結構設計優化措施

建筑物結構設計優化可以分為三個階段：第一階段是變量的選擇。一般情況下，那些對設計人員決定最終設計方案起到重要參考作用的數值，都可以作為變量供設計師進行抉擇。比如：工程的目標參數包括預期產生的損失參數和房屋價格參數;工程的約束與控制參數包括表示房屋架構可靠性能的參數等。如果設計師能夠將考慮因素較少或者變化幅度較小的參數作為參考指標，那與建筑結構設計、編程相關的工作難度將會隨之降低，設計師也能更快找到符合設計目標的那組數據;第二階段是函數的確定。設計者要在多組相似的函數中，選取最符合事先設定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數，分析這組函數的各種性質，從而最大限度地降低房屋建造的成本費用;第三階段就是條件的衡量。為了增強房屋結構耐用性和穩定性，房屋設計的約束指標應該包含房屋尺寸、架構剛性、架構穩定性、變形限度和受力限度、架構體系規格、單元組件規格、結構可塑程度、墻體裂隙限度、結構確定程度等。在實際的設計中，設計師應當結合房屋建造工程的實際情況，比較分析目標確定的約束性條件和施工實際中的約束性條件，保障各種條件都符合相關規定，實現設計結果的最優化。

3.1選擇計算方法

優化建筑結構設計的過程，就是一個復雜的計算過程。設計師在對各種數據進行演算時，要學習將附加約束條件的問題轉換為不附帶約束條件的問題，這樣就可更容易求得計算結果。

3.2決定最優程序

在設計了房屋結構模型，并選擇了適當的計算方法之后，就需要進入決定最優程序的環節了。最優的設計程序應該具備運轉高效、功能完整、用途齊全等特點。這種程序一般是由很多小程序組合而成，并在結構設計上發揮重要作用的綜合程序。

3.3分析統計結論

設計師在統計了各個數據的計算結果之后，就要認真分析統計數據，找出各種設計方案之間的不同點和相似點，來確定最佳方案。。由于，房屋建造是一項成本較高的建設工程，涉及到各方當事人的利益;只有站在宏觀的高度平衡這些利益關系，才能節約建設資金、優化建設方案。因此，在分析結論時，設計者要注意從多個角度思考問題，不能遺漏細節問題，妥善處理工程技術含量與經濟效益之間的關系，不能只顧節約成本，而忽視技術的改進。

4.房屋建筑結構優化技術的應用需注意的事項

4.1房屋建筑結構優化技術的應用需注意到前期的參與

前期方案的確定會直接影響建筑項目的總成本，而目前普遍存在前期方案確定中結構優化設計技術并不參與其中，以致相關設計人員在進行房屋建筑結構設計時往往會不注意建筑結構的合理性和可行性，這樣的建筑結構設計結果會對結構設計造成直接的影響，增加了結構設計的困難度，并且增加了房屋建筑結構設計的成本。為此，設計人員應充分的融入結構優化設計方案，使結構優化設計方案初期參與其中，優化選擇合理的結構形式和設計方案，可以節約成本。

4.2注重細部優化：

①除了注重整體設計的同時，也應加強結構基本構件的精細設計。比如盡量劃分矩形板塊的現澆板設計，這樣既可以使現澆板設計的受力合理，也可以避免拐角裂縫的出現。②隨著計算機技術以及結構優化設計理論的結合，在具體的優化設計過程中，優化設計實際上已由一個工程實踐問題轉化為一個數學問題。因此，工程設計人員應加強自身基于計算機技術的優化設計分析。

5.結語

建筑物的性能指標包括很多。一棟合格的建筑物，應該具備質量優良、外形美觀、結構完整的特點。房屋結構設計質量的好壞，關系到建筑物整體功能的發揮。房屋建筑的優化設計不僅可以提高建筑的功能性、安全性和耐久性，而且還可以在滿足人們對各種功能要求的基礎上，提升建筑物的美觀性和經濟性，同時希望通過優化過程合理的降低工程造價，實現社會價值與經濟價值的雙向發展。

參考文獻：

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