房屋結構設計中的建筑結構設計優化策略

魏明

摘 要：在建筑結構優化設計過程中，要合理運用優化方法，提高建筑性能，合理控制資金投入水平。同時也要提高建設質量，減少對周邊環境的影響，合理降低建設成本，這是建筑結構優化設計的主要目標。通過對建筑設計的優化，企業的社會效益和經濟效益都有很大程度的改善，以及推動了中國建筑業的整體發展。

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；優化策略

引言

在建筑工程當中，結構設計是其建設過程中的重要環節之一，其設計是否合理，會對建筑質量造成巨大的影響，針對建筑的結構設計進行優化設計，能夠為我國未來的建筑結構優化設計奠定基礎，因此，有必要針對該項內容進行深入的研究。

一、建筑結構設計過程中遇到的關鍵問題

1、水平承載力

建筑結構設計時必須關注建筑承載能力。就建筑本身而言，建筑結構的承載力所起到的作用是無可替代的。其水平的荷載力對于突發狀況可以起到很好的效果，比如，由于地震和大風原因造成建筑物損壞或者侵蝕等現象。建筑結構的水平載荷力主要影響這建筑的彎矩和軸力，這也是有別于建筑的自重和上部結構導致的承載力。通常狀況下，我們對高層或者超高層的建筑，都無法正確掌握其水平或者豎直的承載力，然而需要了解的是，建筑物豎直承載力，特別是高層和超高層建筑的荷載力在一定范圍之內是保持不變的，因此，只有水平荷載力會因為受到外界環境的影響，比如，地震、大風、暴雪等影響，致使建筑結構水平載荷力隨著變化而變化，可見，水平載荷力對于建筑結構的安全性的意義。因此，一旦水平載荷力產生問題，將可能引發較為嚴重的安全事故，嚴重的時候可能威脅到人身安全。

2、結構產生變形

產生變形也是影響建筑物整體性能的重要因素。就建筑、特別是超高層建筑結構而言，豎向承載力相比于水平承載力在一定程度上不會產生影響，然而，倘若柱體受到外界干擾力過大也可能造成一些建筑結構上的問題。比如，倘若柱體受到的外力超過自身承載力，那么將可能導致建筑結構軸向產生變化，嚴重的時候可能直接變形。要知道，倘若建筑豎向承載力產生變化，就會導致整個建筑結構的彎矩，從而產生一系列連鎖反應。結構產生變形之后可以使得連續性的橫梁之間的支撐力的負彎矩值縮小、建筑結構正彎矩值增大，這兩種方向的變化，將最后導致兩段支撐位置的負彎矩值上升。在對建筑結構設計過程中，每一個部件都有一個軸向的變形數值。在實際操作中，設計工作者應當結合實際要求，靈活進行建筑結構設計，必要的時候可以對構建的長度進行修改，以此減小由于結構產生變形帶來的不好影響。

二、房屋結構設計中的建筑結構設計優化策略

1、構建設計模型

建筑結構優化設計是現階段房屋結構建筑設計的研究課題，是突進建筑經濟性與安全性的前提要素，在對其進行實施優化設計時，需要考慮以下方面的因素：第一，科學選擇變量。通常情況下，設計師必須對整體的設計方案有初步的認知，還需要考慮到其對建筑建設的影響，針對部分重要工程參數來說，將其取值需要視作參考依據，這就需要變量供設計人員進行合理的選擇。在實際設計過程中，設計師需要參考相應的參數，最好參考變化幅度相對較小，或是不需要考慮太多因素的，這樣才能更好明確目標數據，從而減緩結構設計及編程難度；第二，確定函數，為了將房屋建筑成本控制到最低，設計人員需要篩選合適函數；第三，權衡建筑施工條件，對于設計師而言，他們需要從整體角度考慮房屋構件的尺寸，還有相應的結構體系，這樣才能從根本上保障建筑物的穩定性。實際設計過程中，設計人員需要從建筑物的使用目的，再到施工條件，從而獲取設計約束條件，然后依據建筑規范解決設計難題，最終確定最優的設計方案。

2、計算模式的最優化

房屋結構設計體系是一個比較復雜的系統，其內部涉及到各種計算程序，建造結構的設計過程，也是各種建造數據的計算郭處長。在建筑數據的計算過程中，設計人員要進行不附帶約束條件問題的分析，確保計算結果的最優化。為了滿足實際設計工作的要求，設計人員要進行不同建筑結構設計計算模式的應用，要認真分析這些計算方法的優缺點，根據實際的建筑結構設計要求，進行最優化計算模式的選擇，確保工程整體設計成本的降低，實現設計者工作量的降低，優化工作程序，提升工作效益。

3、外形優化

當前階段，我國在建筑結構的設計方面需要進行有效的創新與優化，在進行具體設計的過程中，設計人員應該對外形優化措施加以應用，以固有截面優化措施為基礎，適當的調整建筑的內部形狀和結構框架，使設計的完善性得到有效的提升，以此來保證建筑結構的設計質量。

在進行建筑結構的設計時，必須要對建筑的具體情況加以了解，結合目前建筑結構設計方面的相關標準，對初步設計方案進行有效的修改，對外形優化設計的方法加以應用，應該按照建筑設計的相關標準對結構外形特征進行劃分，在設計當中，主要應用連續性結構設計和桿系結構設計，其中，桿系形式的外形設計，需要對建筑結構當中的節點坐標選擇保持重視，并將其作為設計中的變量因素，使外形優化設計中的各項要求能夠得到有效的滿足。

4、截面優化

對于建筑結構而言，其結構的細節設計是保證建筑安全。穩定的關鍵內容，建筑結構的設計人員在對建筑截面進行處理的過程中，必須要對截面結構的安全性及穩定性進行全面的考慮，確保截面部位運算的科學性和準確性，使截面設計的各項要求得到滿足，在對建筑截面的設計實施優化設計時，設計人員應該對設計的準確性進行增強，并根據計算數據完成各項操作活動，使建筑截面具有良好的穩固性，使建筑使用壽命得到有效的保障。

5、優化基礎設計

在結構造價中，占據比重較大的是基礎造價，直接影響整個工程造價。在設計建筑基礎時，要恰當選擇建筑基礎類型。通常情況下，地質條件較好時，低層建筑較多應用淺埋天然基礎，而高層建筑較多應用樁基礎，以控制沉降。對于深埋獨立地下室，可考慮采用補償式基礎。在進行地下室設置時，要充分比較并驗證地下室的基礎型式、埋深、底板結構形式、頂板結構形式、抗浮水位、基坑圍護以及側墻設計等問題，同時要盡可能的降低工程造價。因為地質情況千差萬別，同一建筑結構在不同的地質情況下所選的基礎形式就會不同，結構設計師不能一成不變，在房屋建筑結構設計過程中，要因地制宜，根據建筑所在場地的地質條件、建筑結構的復雜程度、地下水位情況、當地的施工技術條件，合理選用基礎形式，從而達到在保證結構安全前提下降低工程造價的目的。

結語

綜上所述，在設計房屋結構的過程中，應對科學合理的建筑材料進行選擇，無論是在哪一個設計過程，都應應用最優設計方法，因為這同當前的可持續發展理念極為相符。也就是說，在房屋結構設計中運用建筑結構的優化方法，不僅能夠有效地實現建筑物的功能性，讓建筑物具有更大的審美價值，還能有效地降低工程造價，實現建筑結構經濟性的目標，獲得更大的社會效益以及經濟效益。

參考文獻

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（作者單位：景森設計股份有限公司武漢分公司）