淺析房屋建筑結構設計中優化技術的應用

王友三

摘 要：伴隨著人們的物質生活水平的不斷提升，對房屋建筑的需求水平也是提升，房屋結構的設計在趨于多樣。在設計中，設計人員應當多使用具有創新性的理念和方法，通過優化結構設計來提升房屋的可靠性、科學性與經濟性，提升房屋建筑的美觀度、實用度和安全度。文章以房屋結構優化設計技術中的主要問題為研究對象，探討結構設計優化技術的使用策略，結合房屋設計實踐，分析了結構優化設計的特點和優勢，闡述了如何在當代房屋結構設計中應用各項技術。

關鍵詞：結構設計；優化技術；房屋結構設計；應用

中圖分類號：TU318 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0156-02

在人們日益增長的物質生活水平下，對居住條件的需求水平也在不斷提高，市場經濟的快速發展，用地成本的增加，建筑及安裝成本的提升，諸多因素都影響著開發商的建設成本。為了還能獲得較為可觀的收益，同時達到顧客的要求，開發商就應當通過各種方式來降低工程成本。其中，結構優化技術的提出和應用，能夠有效地分配各類資源，提升建筑空間合理度，同時降低工程成本，提升利潤價值。

1 民用建筑結構設計與經濟性的關系

1.1 結構設計與用地的關系

目前，越來越多的多層和高層建筑出現，建筑層數不斷增加的后果就是，單位建筑面積相應分攤的房屋占地面積的減少。同時，房屋層數增加的同時也增加了建筑高度，房屋建筑的間距也應當越來越大。因此，通過增加建筑層數的方式，并不會相應成比例的節約用地面積。

1.2 結構設計與造價的關系

房屋建筑層數的增加直接影響著各項單位建筑工程的造價，同時又有所區分。比如屋蓋部分、建筑基礎部分、建筑承重結構部分等均受到應用。對于屋蓋部分來說，任意層數的房屋都只需要一個屋蓋，房屋層數的增加并不會影響屋蓋的造價，相應地，房屋層數的增加會降低屋蓋的單位工程造價。對于基礎部分來說，房屋層數的增加也提升了對基礎的要求，基礎的負荷加大，相應地就要提升基礎的承載能力。即使降低了基礎部分的單位面積造價，也不會像屋蓋一樣。對于承重部分來說，承載結構的構件設計多方面，包括墻、柱、梁、板等等。層數的增加整體建筑應當具有更強的抗震能力和承載能力，因此單位面積的工程造價會相應提升。

1.2.1 基礎部分的施工，是房屋建筑施工的首要工序，只有做好前期準備工作的前提下，才能正式開展施工。一般涉及到以下幾個方面，施工現場的用水、用電，以及道路的修建、施工場地的平整。

1.2.2 在基槽的開挖過程中，應當首先定好房位與軸線，根據基槽的寬度和放坡要求來確定基槽的開挖位置，槽邊的坡度設計要與當地的土壤質地、埋藏深度、地下水位等狀態相適應。在開挖之后，要檢查基槽中土質的具體狀況，根據基槽邊坡狀態的判斷塌方情況的發生概率；只有完成了原始的基槽深度設計要求的前提下，才能讓質檢及設計部門開展檢查。

1.2.3 基礎埋深，按照鋼筋混凝土高層建筑設計及施工的有關規定，在確定基礎埋置深度時，一般按照以下規則。若未天然地基，則取建筑高度的1/15；若為樁基，則取建筑高度的1/18，特別的是埋置深度一般不包括樁長。另外，對于地下空間也要做好利用規劃，以防止沉降的發生，并根據實際情況制定相應的預防措施。

1.3 高層住宅結構設計與經濟性的關系

房屋的層數直接影響著房屋的造價高低。這主要是因為層數的增加，會導致了墻體和柱體面積的增加，從而能夠提升結構的自重，提高基礎和支柱的承載能力，還要相應地增長管線的長度。因此，樓層數較低的建筑物不僅能夠相應地減少材料和能源的使用，能夠提升建筑物的抗震能力，保證經濟收益的客觀性。在地震多發的日本，這種高層住宅建筑物的發展勢頭很高，通過將混凝土注入到鋼管中，提升結構整體的承載力，也能節約資源。在舉世矚目的香港的中國銀行的建設中，則是使用了巨形組合柱的方法進行施工，取得了較高的經濟收益水平。混凝土強度的提升、施工技術的不斷進步，組合結構已經開始在高層建筑中取得良好的推廣應用。

2 房屋結構設計優化技術應用中存在的問題

在進行房屋的設計過程中，房屋結構設計人員要注重應用各類設計理念和方法，處理好房屋結構在形勢、構件尺寸、布局等方面的具體設計問題，達到房屋結構的設計要求。還要配合好建筑方案階段結構設計，在方案階段就應當處理好結構設計的經濟性問題。要注意的是，經濟性并非僅僅是通過“抽”鋼筋、省鋼筋的方式，也不是要以降低結構的安全性為代價，而是要在滿足結構安全和基礎上，按照相應規范要求來配置相應的“低值”配筋。伴隨著設計行業的不斷發展，在房屋結構設計中應用各類優化技術越來越常見，然而仍然存在很多亟待解決的問題，值得設計人員認真思考。

（1）房屋結構設計優化技術不能同時滿足整個工程的需求。房屋結構設計也是一個多目標問題，導致設計人員在開展實際時，往往僅能滿足部分目標的要求，而不能使整體工程效益最大化。一般情況下，計算機軟件可以作為一種有效的優化工具，但同時無法將設計進度、建筑功能等因素融入到軟件中去，也阻礙了優化目標最優解的實現和求解。（2）房屋結構設計優化技術。部分房屋結構設計人員在開展優化工作中，都是從小處入手，就房屋結構的尺寸和構件的界面進行優化設計，而沒有從整體的視角開展優化，沒有考慮結構尺寸和構件截面對于整體結構的影響。因此，在進行優化時，要不單針對結構的尺寸與構件截面進行優化，還要綜合考慮結構的整體性功能，例如在確定房屋周邊的梁柱截面時，不能僅考慮配筋的額要求，還要兼顧整體結構的抗扭能力，保證房屋建筑整體的安全性。（3）伴隨著人們不斷提升的房屋使用要求，給房屋的結構設計帶來更大挑戰和機遇，結構設計的變量在增加。這就要求房屋結構設計人員要高度重視對優化設計技術的使用效率。在傳統的設計算法嚴重落后，不能滿足最新的房屋優化設計要求的情況下，促使設計人員結合實際問題，研發出更為新穎的算法，提升房屋結構設計優化的有效性，推廣優化技術的使用。endprint

3 結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用

結構優化設計技術主要應用在兩大方面，一方面是房屋工程結構總體的優化設計，另一方面是房屋工程分部結構的優化設計。在房屋工程分部結構的優化設計中又分為以下幾個方面的內容：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。同時，在以上諸多方面的優化中，還要考慮到選型、布置、受力分析、造價分析等具體細節問題，要嚴格按照設計規范和使用要求，從工程實際出發，實現經濟效益的最大化。

結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用：（1）結構設計優化技術與建筑結構設計的結合。建筑物的設計通常從結構的布置開始展開，只有定了結構布置之后，才能結合相應的負荷要求來確定具體的參數、材料的要求，這些數據分析不僅要借助于計算機，還應當結合人工的測量和計算，經過大量的測量和數據分析，才能做出最科學的判斷。這就要求相關的技術工作人員，要樹立積極工作、認真負責的工作態度，不斷提高自我的專業水平，在一定的技術的支持下，盡可能對每一個環節的數據都做到詳細的記錄和分析，不忽視每一個環節，精準的記錄，為以后的設計或者突發事故的處理，提供各項數據的可靠參考。（2）結構設計優化處理的建筑抗震缺陷問題。結構優化技術在諸多方面都能起到積極作用，能夠降低工程建設成本，還能簡化施工過程，增強建筑物的抗震能力水平。保證在各種外界環境的沖擊下都能保護好建筑物的安全性和功能性。即使是不可避免的惡劣的環境下，也能夠將損失降低到最小，切實保證人民群眾的生命財產安全，降低經濟損失。

4 結束語

房屋建筑中最重要的一環即是房屋結構的設計，結構設計給房屋建筑提供了支撐和保護的功能，同時結構設計的水平影響著房屋建筑的質量水平，影響著建筑物后期的使用情況。因此，房屋結構設計人員要從設計理念和設計方法出發，積極改善房屋結構設計技術的優化過程，從整體性角度出發，全方位地提升對房屋結構的設計水平，改變過去傳統設計中的各項缺陷，改良房屋結構設計的實效性，不僅滿足人們日益增長的物質生活要求，還要確保施工單位的經濟收益問題，促進行業的整體發展。

參考文獻：

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