房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的應用

方孝仲

摘 要：建筑結構優化設計對房屋建筑工程結構設計來說是非常重要的，不僅能夠降低工程造價，還能滿足人們的需求，提供給居民經濟實用，安全美觀的住房。基于這種客觀實際，本文對建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用進行了分析，旨在通過相關介紹，可以讓讀者們在房屋結構設計中應用建筑結構的設計優化方法方面能夠所有認識。

關鍵詞：設計；建筑結構；優化

1 前言

在進行建筑工程施工之前，均需要依據工程實際及周邊環境，合理進行布局設計，安排具體施工辦法，通過合理施工控制與竣工驗收實現工程質量及功能。一般而言，質量良好，性能完善的房屋建筑，屬于建筑設計人員將建筑功能價值與建筑美學價值的整合與統一成果。房屋結構設計，以實現房屋建筑結構功能、美觀及應用價值為目標。采取建筑結構優化設計方法，是在房屋設計基礎上，進一步優化資源配置，最大限度實現房屋現實需求。

2 建筑結構設計優化的重要性

第一，在保證建筑質量的基礎上，可以提高經濟性、美觀性；第二，能夠節約建筑成本，有效保護建筑周邊的自然環境。由此可見，應用設計優化方法，能夠提高房屋建筑的綜合效益，滿足不同用戶的需求，同時為建筑企業帶來更大的經營利潤。和傳統的建筑結構設計方法相比，設計優化能夠降低建設成本，調查顯示能降低30%左右。具體分析認為，通過設計優化，其一能充分利用各種建筑材料和資源，尤其是對內部結構單元進行協調，提高空間使用率；其二實現設計上的創新，在保證建筑安全的基礎上，延長使用壽命，保護居民的人身財產安全；其三能幫助設計人員認真選擇設計方案，提高設計的科學性、合理性[1]。

3 建筑結構設計優化方法的流程

3.1 結構模型設計

第一步，選擇變量。從實際設計工作中來看，重要的數值、參數是決定設計方案的依據，這些數據可以作為變量使用。舉例來說，在建設目標中，包括價格參數、預期損失參數；在工程控制中，包括房屋結構的可靠性參數。設計人員應該選擇變化小、干擾少的參數，才能降低結構設計難度，盡早確定滿足設計目標的數據。第二步，確定函數。在多個類似的函數中，設計人員應該選擇出最佳的函數，要求滿足房屋截面尺寸、鋼筋尺寸面積，然后對函數的性質進行分析，以降低建設成本。第三步，衡量條件。從房屋結構的安全性、耐久性出發，設計約束指標包括房屋尺寸、架構剛度、變形限度、受力特點、單元組件、墻體裂隙、結構可塑性等。而且，還要考慮到房屋結構的實際情況，保證各個條件都滿足規定要求，實現設計方案的最優化。

3.2 確定計算方法

房屋結構的設計伴有大量的計算過程，對結構設計進行優化，就是基于復雜變量和多種設計條件下的計算。對于設計人員而言，計算過程中應該演算各種數據，將附加約束條件轉變為不附加約束條件，方便得出計算結果。另外，計算方法的種類較多，而且各自具有優點和缺點，應該根據現實條件選擇出最為簡便的計算方法，以節約計算時間、減輕計算工作量[2]。

3.3 選擇最優程序

確定房屋結構模型，并經過計算之后，下一步就要求設計人員從中選擇最優程序。對于最優程序的要求，一是具有完整的功能，二是可以高效運轉。這種程序是由多個小程序組合而成，在結構設計中具有重要作用。

3.4 分析統計結論

面對最優程序和計算結果，此時設計人員要對統計結論進行分析，明確不同設計方案之間的相同點、不同點，綜合分析后確定最佳設計方案。由于房屋建設成本高，會涉及多個當事人的利益，因此設計人員應該從多個角度進行思考。值得注意的是，片面追求經濟效益、不顧技術創新的做法是不可取的；應該在保證技術含量的基礎上，盡量降低經濟成本。

4 建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用分析

4.1 結構同房屋建筑的協調優化

在進行設計時，應盡可能保證房屋建筑的結構同整體平面的配合緊密，從而實現造型美觀、結構合理的效果[3]。在進行房屋建筑柱及墻的布設時，應同房建平面的功能需求相一致，每個房間的進深、開間都應保持統一。房屋建筑系統盡可能簡潔，墻與柱不可以出現錯位情況，每一層的高度及截面面積應相同。進行樓體或電梯的設計時，其應力集中或受力方向較多的轉角區域，承重構件應盡可能選取高強建材，從而降低自重，而非承重的構建應選用質量較輕的建材。整體房屋建筑在布局方面應保證重心、剛心及質心交疊，預防出現扭轉情況。

4.2 整體優化和局部優化

任一項目房屋建筑的設計都具備層次性及復雜性兩方面的特點。以層次性看來，其一般包含房屋建筑的設計體系、結構體系及安裝設計體系等，每一個體系內又囊括了多個下屬體系。進行房屋建筑設計時，設計人員應對各個下屬系統進行優化，將各個布局間的橫向關聯沖破，疊加工程；以復雜性看來，其一般包含房屋建筑原料選取、零部件選取、結構類型選取等內容。所以，對于任一房屋建筑來講，就應從整體進行優化，方可真正實現設計優化。

4.3 優化設計規范

在對房屋建筑工程進行建筑結構優化設計的過程中，設計人員嚴格遵循了相應的結構設計規范，不僅充分了解了結構設計規范中的相關條例，而且結合房屋結構設計的實際情況，對建筑結構優化設計的方案進行了合理應用。同時，針對結構設計規范中存在的不足，如安全性較差、要求過于寬松等，設計人員結合實際情況進行了適當的取舍，從而切實保證了設計成果的最優化。

4.4 框架梁、柱箍筋間距的優化

對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規定。側重點就是關于質量，比如抗震等級、人防等級、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關因素，同時還包括對設計圖紙的詳細了解和掌握，在鋼筋水泥的質量要求、地基基礎設計等級、砌體結構施工質量控制等級，基本雪壓和基本風壓，地面粗糙度等等一些基本房屋結構的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標高、防水設計水位和抗浮設計水位，地基液化，濕陷及其他不良地質作用，地基土凍結深度、設計活荷載值、混凝土結構的環境類別、材料等級、強度等級、材料性能、施工質量的特別要求等，是在房屋結構設計中要考慮的要素。

4.5 樁基礎優化

樁基礎可以劃分為灌注樁及預制樁兩種樁型。因為灌注樁在施工時質量較難控制，并且操作復雜，時間較長。所以，如果在沉降符合相關標準的基礎上，應利用預制樁進行施工。另外，因為在普通狀況下，伴隨著樁基的不斷深入，土壤對樁身的作用及摩擦也隨之增大，所以，應盡量選取長度較大的預制樁。

5 結語

為實現建筑工程經濟效益、社會效益，提出對房屋建筑進行結構設計優化。結合工程實例，從房屋建筑工程結構設計優化所依托的理論基礎出發，探究房屋結構設計中的建筑結構設計優化的現實意義，社會實踐證明，通過建筑結構設計優化，有助于實現建筑工程整體效益，研究其結構設計優化具體策略，通過結構模型設計、合理選擇計算方法、選擇應用最優程序、分析統計數據確定最佳方案，實現建筑結構設計優化，實現建筑工程整體效益。

參考文獻：

[1] 方杰.略談建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].建材與裝飾，2017（12）：120～121.

[2] 劉家鑫.試述房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的應用[J].建筑知識，2017（4）：21～22.

[3] 李丹丹.論建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].建材與裝飾，2016（17）：123～124.