房屋建筑結構設計的優化技術應用探討

劉俊娥

【摘要】對于建筑結構優化設計這一概念，其定義為在滿足一些特定要求或者是符合相應規范基礎上，使建筑結構中的剛度、造價等指標實現最優設計的一種設計手段。建筑結構優化工作中，既要實現用戶對于結構功能提出的新需求，還要滿足低成本、高效益的優化設計。本文首先分析了結構優化設計工作的四個基本要求，然后重點從設計方案、結構設計構件配置以及建筑材料使用等三個方面來進行分析建筑結構優化設計工作。

【關鍵詞】功能結構；建筑結構；設計成本；優化設計

1.分析建筑結構優化設計的相關要求

1.1建筑結構的功能性要求

對建筑結構進行優化設計，是為了不斷滿足人們對于物質生活的需求，使人們的居住環境變得更美好，并且方便人們的日常生活工作。現代建筑結構功能性不僅包括實用性功能，同時還包括結構協調性、美觀性以及環境的舒適性等元素。

1.2建筑結構安全性

人們的日常生活以及大部分工作都是在室內進行，建筑和人們的生活及生產均有著密切的聯系，因此建筑安全性是結構優化過程中需要考慮到的一個重要因素。因此，在進行結構優化工作中一定要重視優化設計決策、設計以及施工階段的安全性，從而確保建筑結構具有良好的安全性。

1.3建筑結構優化設計中的經濟性要求

結構優化工作中對于建筑結構資源合理使用而提出的新要求就是經濟性，其目的是在建筑結構優化設計時，能使建筑材料資源達到合理利用、減少施工成本的目的。此外，不同材料都會具有某些稀缺特性，實行結構優化設計能幫助合理、科學的搭配材料比例，減少不必要的材料浪費情況。

1.4建筑結構中的環保性

建筑結構優化設計過程中科學合理選用材料，能大大提高結構功能性，還能達到節能環保的目的。在整體優化布局中，既要求建筑物內部以及外部達到統一，同時還要要求環保。在結構優化設計時能充分利用廢舊材料具有的價值，并且要求建筑結構及材料在今后的使用時不會對周圍環境造成污染情況。

2.分析建筑結構優化設計措施

2.1結構優化設計方案分析

在進行建筑結構優化設計過程中為了確保設計合理，相關設計工作者應按照建筑工程具體情況來制定最優、最合理的結構優化方案。這一過程需要重視以下幾個方面：

①應確保建筑結構構件配置科學合理；在設置結構構件過程中，應綜合考慮每一件構件的作用，從而確保構件能在建筑結構中發揮各自的作用。

②重視預防扭轉效應；在結構優化設計中要求建筑物的質量中心應該和結構剛心盡量重合，從而有效預防結構發生扭轉情況。這樣既能幫助減少結構抗扭轉構件的使用數量，還能幫助減少建筑造價費用。

③傳力途徑應合理設置：對于建筑物而言，其結構傳力途徑如果非常復雜的話，就會增加建筑工程造價成本，另外也會影響建筑結構的安全性。所以，傳力途徑設置應要求簡單有效，既能幫助減少傳遞構件的使用數，還能減少造價費用，有效防止安全事故出現。

④重視溝通合作：在結構優化設計工作中為了確保設計方案能順利得到落實，要求施工人員、建筑工作者與結構設計人員保持良好、密切的溝通與合作關系，方便不斷發現設計及施工過程中存在的問題，并不斷優化設計工作。

⑤確保結構優化后的整體效果：開展建筑結構優化設計工作，應將出發點放在整體建筑結構上，確保結構構件具有的剛度、延性以及承載力在建筑結構中都能發揮到極致。

2.2建筑結構優化中材料的合理利用

實行建筑結構優化工作的目的之一就是幫助減少建筑造價成本，從而提高收益，爭取利用最少的成本，建造出安全性良好且舒適的建筑物[2]。所以，材料選用環節至關重要，材料是否實現合理使用、科學搭配，直接關系著整體建筑結構具有的安全性、環保性以及經濟性。結構優化設計時，要求設計工作者按照結構構件本身具有的環保特點、受力情況，選用適合的構件材料。如果是鋼筋混凝土材料建筑結構，主要由框架柱或剪力墻承受豎向荷載，因此可以采用抗壓性較強的混凝土材料進行施工，幫助減少構件截面，增加結構空間大小，從而減少結構自重力。另外，梁板作為建筑受彎的關鍵部位，選用鋼筋時應采用高強度的鋼筋材料，從而在確保安全性的基礎上減少材料使用。如果是建筑結構中的轉換層結構、大跨度結構以及其他復雜結構等，可以考慮使用鋼結構材料，不僅能減少施工材料使用量，節省成本，同時還能確保建筑結構具有的安全性以及舒適度。

2.3分析建筑結構優化設計中的構件布置

框架結構、框剪結構以及剪力墻結構等都是建筑中嘗采用的結構，在實行結構優化設計時應合理設計、科學布置這些結構構件。

對于梁設計及布置工作而言，可以將梁板結構區分為預應力梁結構和寬扁梁結構兩種[3]。如果是由撓度控制的建筑結構就可以選擇預應力梁板結構，其能達到相應的結構設計需求，但是需要花費較多的費用。而寬扁梁板結構既能幫助縮小梁板截面高度值，達到強柱弱梁的目的，還能增加建筑整體高度，幫助擴大建筑面積。由于該梁板橫截面高度下降，增加了縱向鋼筋率及撓度，所以也相應的增加了建筑施工成本。

當前國內建筑結構優化設計工作中，應用比較多的是框架-剪力墻結構[4]。這一結構體系是由鋼筋混凝土框架及剪力墻兩個部分構成。一般來說，框架結構中的梁柱采用的是剛接，但是框架剪力墻結構卻能采用剛接以及鉸接兩種方法實現。結構優化設計中，框架剪力墻結構體系具備的整體性、抗震性能、空間使用靈活性以及承載能力等都比較好，從而有效控制建筑結構測移情況，實現建筑結構優化目的，但同時需要注意底部傾覆力矩問題。

3.小結

總之，建筑結構優化設計工作既要求能增加結構具有的穩定性及安全性，還要能幫助減少建筑造價成本，提高工程效益。所以，設計工作者在開展建筑結構優化設計過程中，需要綜合考慮多個方面的因素，來制定相應的合理優化設計方案，從而在確保建筑安全性、舒適性的前提下幫助節省建筑造價成本。

參考文獻：

[1]蘭志東，蘆洋，李鳳英.現代建筑結構的優化設計分析[J].科技傳播.2013（9）：65-66.

[2]吳勇.建筑結構優化設計分析[J].建材世界.2013，34（3）：81-83.

[3]沈汝偉.對建筑結構優化設計的探討[J].煤炭技術.2011，30（04）：242-243.

[4]陳耀.高層建筑剪力墻結構優化設計分析探討[J].福建建材.2011（4）：36-38.