結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用

葉一舟　褚青惠

摘 要：當前社會經濟在快速發展，人們生活水平獲得顯著提升，也逐漸提升了對房屋建筑的要求。建筑設計行業為了滿足市場發展所需，房屋結構設計優化與人們生活與安全關聯密切，故而逐漸受到關注。文章介紹了結構設計優化技術的原則，分析了結構設計優化技術所遵循的要點，探討了結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用。

關鍵詞：建筑工程；房屋結構；優化設計

1 結構設計優化技術的原則

結構設計優化要求我們從工程的設計和價值角度去思考方案。結構設計優化是追求最合理地利用材料的性能，使各構件或各設計專業得到最好的協調。它不僅具備了傳統設計方案所要求的規范以及規范所要求的安全度，而且也具備了現今價值學和審美學的成分。結構設計優化是對結構設計進行深化、調整、改善與提高，也就是對結構進行高質量再加工的過程。結構設計優化不是以犧牲結構安全度與抗震性能為代價，而是經過結構設計優化的過程，使建筑功能更協調，成本更低，結構更安全。

2 結構設計優化技術所遵循的要點

2.1 科學地遵循結構設計規范

建筑結構設計工作要求結構設計工程師們不僅要具備豐富的設計經驗，也要對結構規范的條文熟知，即在結構設計規范的要求下，將自身的結構設計方案貫穿于項目設計中。規范更多的是針對量大面廣的工程，因而某些條文的規定會偏于保守；此外，用于一些特殊、復雜工程的設計時，有些條文則不夠安全。所以，結構工程師在設計中應運用良好的專業知識與正確的判斷力把握設計，做到設計成果不斷優化與創新。

2.2 結構工程師前期參與和主動參與的重要性

強調結構工程前期參與和主動參與是實施結構優化技術的重中之重。在實際施工期間，建筑師很難對結構體系的受力做到正確的分析，既建筑師的結構思想不能完全替代結構工程師的設計理念、經驗和判斷，也無法彌補結構與建筑專業技術共識的空白與隔閡。既具有扎實的結構設計理論功底，又具有豐富工程實踐經驗的結構工程師，積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構思與創新，才能創作出優秀的設計作品，更好使整個建筑的功能得到徹底的體現。

2.3 加強各專業之間的協調與合作

結構優化是一個系統的工作，需其它專業的協調與配合。從建筑學發展角度分析，現代建筑是建筑、結構、設備三大要素構成的綜合產品，所以在實施中要強化分工與合作，強化專業之間的協調與合作，這樣才能創作出各構成要素有機結合的完美作品。在整個項目開展中，建筑設計與結構設計是整個設計過程中最重要的兩個環節，二者的結合不僅能夠達到實用美觀大方的效果，而且可以使結構受力更趨于合理進而降低成本和簡化施工。

3 結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用

3.1 合理選擇結構方案

建筑結構設計的目的是力求設計方案經濟、合理、適用，概念設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，即要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應該明確總體布置、抗震節點分析、應力等方面。同一結構單元不宜混用不同結構體系，力求平面和豎向規則。

3.2 建筑地基結構設計

對于建筑工程來講，地基是保障建筑質量的根本性環節，同時也是整個結構設計之中的核心部分。地質因素是地基設計當中需要重點考慮的問題，房屋的承載力、水文地質條件以及區域性的抗震性等，都需要進行綜合協調和處理。所以，針對房屋建筑結構設計的地基設計，需要在認真、細致的比對基礎上確定出最為經濟、可靠的形式。一般來講當基礎寬度在2.5米以內，需要首先考慮到四合土條形基礎、灰土條形基礎等剛性比較強的基礎類型；而當建筑的基礎寬度在2.5米以上，則需要采用一些柔性較強的基礎類型。另外，對于建筑承載比較多并且沒有地下室的多層建筑結構，由于其結構類型屬于內框架結構，所以應當采用交叉梁的設計形式或者是十字型的地基，來增強地基的強度，有效的避免不均勻沉降情況。在地基設計之中，后澆帶的地基設計結構樣式可以合理的確保地基避免不均勻沉降現象，由于后澆帶的設計形式所使用的建筑材料比原先的建筑構件更加具有穩定性，并且其混凝土具有微膨脹的特性，所以可以帶來更好的牢固性。

3.3 砌體結構的設計優化

磚砌體在房屋建筑結構中主要擔負著抵抗側向位移和承重的作用，它的布置方式較為多變，但是在躍層結構或表現出過大的受力結構中卻并不適宜。通常應該對其進行以下方面的優化，優化平立面結構，保證建筑形體的規則性，抗側力構件平面布置宜規則對稱，側向剛度沿豎向宜均勻變化?？v向抗震墻體在建筑整體中，必須保證有三條以上，合理規劃門窗的開口規格，一般要將寬度控制在2m或2m以下，這樣的設計有利于增加建筑結構的穩固性。

3.4 剪力墻的設計優化

對剪力墻進行優化設計，其中連梁是最為重要的環節。如果將連梁的剮度增加，就一會產生增加建筑結構地震作用的情況，同時也就造成了連梁與墻肢的內部受力分配大幅度增加，這樣就應該將此處構件的鋼筋配置適度增加，從而使建筑材料受到不必要的浪費。所以，在進行房屋建筑結構的設計時，不應該選擇將大剛度窗下墻當做連梁的設計。應該選擇的設計方式應該是把連梁設計成剛度與截面較小的弱連梁，并且在達到結構的剛度與變形程度要求的條件下，進行經濟與變形能力等多方面思考，對構件進行合理的布置。一般來說，剪力墻設計越多，建筑結構也就具有更大的抗側力，從而減少建筑結構的位移，卻導致了地震力的增大。

3.5 建筑結構細部設計優化

進行建筑結構的設計優化，不但要關注整體設計，也應該對各個細部結構部件的設計給予重視，比如進行現澆板的設計時，為了達到去除拐角裂縫與結構受力均勻的目的就需要將異形板劃分為矩形板。對于建筑結構底部的框架抗震墻的鋼筋配置通常較大，如果在材料選用上使用冷軋帶肋鋼筋則能夠適當減少鋼筋配置，從而更加便于施工和達到控制工程造價的目的。在有關設計技術優化方面，也可以增加對現代化高科技的利用。如今計算機仿真優化設計形式已經在建筑工程設計行業得到了廣泛的運用，基于計算機軟件對設計思路進行模型化的分析，直觀而準確。因此人工設計配合計算機的運用進行房屋建筑工程的設計優化應該得到更加有力的推廣。

隨著人們生活水平的不斷提高，我們不僅對建筑實用性的考量因素增強，而且對建筑房屋的安全性考慮也逐漸增多，在保證房屋建筑安全的前提下，體現出建筑節能的具體要求。在我們進行房屋結構設計的過程中，應該考慮到建筑技術運用過程中的綠色節能考量。著國內房屋建筑節能理念的深入推廣，以及各類新型節能材料的研究與開發，在客觀上促進了房屋建筑節能施工理念的發展和創新。

參考文獻

[1] 王也.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].中華民居，2013（03）.

[2] 閆超合.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].科技風，2014（03）.