淺析建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

李向北

（中國瑞林工程技術有限公司，南昌330000）

淺析建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

李向北

（中國瑞林工程技術有限公司，南昌330000）

建筑不僅僅是行業的發展，也是一種藝術的發展，在設計時，將建筑的結構設計與美觀設計相結合，從不同的方面提高整個建筑的適用性和安全性，并且提高其美觀性。在追求建筑結構最大化利用的程度上提高整個建筑工程的綜合效益。因此結合相關的案例，對建筑結構設計的優化方法進行詳細的分析，以促進我國建筑行業朝著經濟化、實用化的方向發展。

建筑結構；設計優化；實際應用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.017

1 引言

目前人們對于建筑的水平要求不斷地增高，不僅僅要求建筑建設的安全實用，更要求經濟美觀。并且在施工的時候，更要考慮施工過程中出現的一系列問題，以求達到簡單快捷、縮短建筑工期的目的。所以，根據目前我國的建筑設計現狀來看，對于建筑結構設計我們需要進一步地優化，從而使建筑可以獲得所有被期望的性能。

2 結構設計優化方法的理論體現與實際案例

2.1 理論體現

在進行工程項目設計時，我們要保證整個工程項目的安全、實用性能和美觀性。這是建筑工程結構設計中最常見的問題，也是需要注意和不斷優化的問題。在進行建筑工程的結構設計時，需要結合實際，對設計師提出的所有的設計方案進行對比分析，從其經濟性、實用性、美觀性等方面進行比較，找出最優的設計方案，以期達到預期的目標。而通過一系列的理論對比可以知道，房屋工程結構的優化設計是優化設計方案在實際工程概況中的具體體現，其主要體現在對房屋的圍護結構、屋蓋系統等方面的優化。并且在進行房屋設計的時候，需要仔細考慮房屋建造地的實際環境、房屋結構的布置、房型以及整棟建筑的建造成本等，通過對這些方面仔細地對比分析，來不斷地對房屋結構進行優化設計。而如今我國很多建筑商為了不斷地適應社會發展的要求以及購買的需要，在建筑的結構上有了一定程度的創新，但是建筑創新的根本是安全，這是整個建筑在建造時的底線。

從實際操作來看，建筑的結構設計，需要盡量縮小質量中心以及剛度中心的差異，并且保證建筑平面結構的對稱和規則，并且需要注意，建筑在水平荷載作用之下不能夠產生扭轉效應。在相應的功能條件之下，要求建筑的豎直方向布置與豎直方向上的承重構件上下融通，這樣就可以降低其他構件的承載壓力。同時，設計時為了更好地降低結構設計和分析的難度，加之經濟因素的影響，都會盡量地避免使用轉換層。而對于建筑的剛度來說，也有實際的要求，剛度變化最基本的要求是漸變而不是突然性的變化。[1]這樣就會使其承載力分散，可以抵抗建筑結構水平方向的動力荷載。

2.2 實際案例

論文所選擇的工程案例是某市的一家寫字樓，這個寫字樓采用的結構是7層的鋼筋混凝土框架結構體系，整個建筑的面積為6408m2。由于建設施工的場地有限，所以在設計的時候，寬度設計為15.6m，長度設計為58.1m。設計房間的時候，開間為4.8m，進深為6.6m，走廊寬度為2.4m，高度為3.6m，具體的平面圖如圖1所示。

建筑框架建設所使用的柱和板都是用現澆形式形成的。由于建筑建造所選擇的地區地勢比較平坦，并且底層的土壤和水分等分布得比較均勻。所以在選擇地基承載力的時候，選擇120～140kN/m2為該棟建筑的地基承載力。根據相關的測量我們得知，該棟建筑所在的地區冬季的最低氣溫為-10℃，凍土的深度為103cm，年降水量為700mm，地下水位深7m。但是由于這個地區的水質對于混凝土的侵蝕作用不是非常明顯，所以在進行強度和烈度設計的時候，定為Ⅶ度。

圖1 建筑平面設計圖

3 結構設計優化技術的實踐應用

在實際的建筑設計中，存在很多的問題。比如項目的前期設計、整體設計以及抗震設計都有很多的問題需要解決。這個時候就需要采取結構設計優化的方法，來達到建筑設計的最好狀態。具體體現在以下幾個方面。

3.1 結構設計優化應注意前期參與

建筑的前期設計是非常重要的一個時期，所設計的圖紙和討論出來的方案會直接影響整個工程建造結構、建筑成本、建筑形狀等問題。但是目前在我國的建筑修建過程中，很少有設計師會注意到這一點。所以我們應該對此提起注意。在進行結構優化設計的時候不能夠只在建筑后期參與，我們需要在前期就將結構優化設計考慮進去，這樣才能夠幫助設計師更好地進行結構的選擇和設計，并且在進行選擇和設計時可以更好地考慮到建筑的最基本的要求。

3.2 概念設計結合細部結構設計優化

很多建筑在設計之初都是設計師大致的想象，并沒有一個實際的而又具體的數值對其想法進行量化，因此在設計的時候，我們可以采用概念設計的方法進行。例如，在對建筑的防震問題進行考慮時就需要采取這樣一個辦法。因為地震是不可以預知的事件，它的不確定因素導致我們在進行設計的時候無法找到一個完全與實際情況相符合的公式對其進行準確地計算。[2]因此在對這方面進行設計優化的時候，我們可以采取概念設計的方法，將相應的數值作為參考依據，對其進行最為保守的估計性設計。并且在設計的時候，要求設計人員合理地使用結構設計優化方法，以求整個設計可以達到最佳的效果。通過這個小例子我們可以看到，在進行設計的時候，必須要對建筑的細部結構進行相應的優化設計。比如說在進行混凝土異形板料的現澆過程中，由于拐彎處可以開裂，我們可以將其優化成為矩形板，然后再選擇相配的鋼筋，這樣就可以在滿足結構的基礎之上達到安全經濟的目的。

3.3 下部地基基礎結構的設計優化

在進行地基基礎結構設計優化的時候，要選取最合適的方案。因為地基是整棟建筑的根本所在，所以不可以大意。例如，在進行樁基的選擇的時候，我們可以根據實際施工場所的地質情況對其進行選擇，并且以降低工程造價為基礎。在確定樁基長度的時候，可以根據樁端持力層的厚度進行合理地選擇。在選擇時，要將多種方案進行對比分析，在其中找到較優的方案作為設計方案進行實施。

3.4 上部結構的設計優化

上部結構的設計優化主要指的是對剪力墻的合理設計。最基礎的是需要保證剪力墻的質量均勻，這樣樓層的平面剛度中心點與其結構重心就可以重合，這樣對于抵抗地震和風力作用等問題都是有非常大的好處的。并且在進行上部結構的優化設計中，需要注意的是盡最大的可能性來應用大開間的剪力墻的構造，并且盡可能地增加剪力墻的墻肢長，這樣就可以縮減墻肢的數量以及混凝土的使用數量。鋼筋建材的使用數量也會隨著大開間的剪力墻構造而減少。不過這里需要注意的問題在于，如果建筑的施工地區地質比較差的話，就不應該采用大開間的剪力墻構造，因此這個結構需要根據實際情況來確定使用。

4 結語

通過論述得知，我們從結構優化的設計理論談起，結合某寫字樓為工程案例進行分析，并基于此羅列出結構優化設計在實踐過程中的應用方法。通過這些內容，我們可以發現，結構優化設計可以很好地將建筑設計不斷地優化，但是仍然需要注意在實際情況中的具體應用。希望論文對此所做出的相應研究可以為我國建筑行業結構優化設計提供一份借鑒。

【1】佟月強，郝明.試論結構設計優化技術及在房屋結構設計中的應用[J].科技與企業，2012(8)：252.

【2】孫有果.結構設計優化技術在房屋結構設計中的具體應用探討[J].科技致富向導，2011(26)：175.

Analysis on the Application of Architectural Structure Design Optim ization in Building Structure Design

LI Xiang-bei
(China NERIN Engineering Co.Ltd.,Nanchang330000,China)

Construction is not only about the development of an industry,but also the art.When designing a building,we should combine the design of both the building structure and the appearance,to improve the serviceability and safety of the whole building from different aspects.The appearance should also be considered.The overall efficiency of the construction project is improved while pursuing maximum utilization of the architectural structure.So this paper analyses the optimization method of building structure design in detail,based on the relevant cases,in order to promote the development of China's construction industry towards the direction of economization and practicability.

building structure;design optim ization;practical application

TU318

A

1007-9467（2016）08-0032-02

2016-08-01

李向北（1985～），男，湖南婁底人，從事建筑結構設計研究。