房屋結構設計中的建筑結構設計的優化

施穎 王文彬

摘要：建筑作為固體藝術，是美觀與結構以及設計共同作用的結果。對于居住性房屋的結構，在設計上要求適用經濟、美觀安全，在施工中，便于作業等，盡可能地提高空間的利用度，把有限的資源最大化地發掘出來，完成經濟適用的目標。而設計上優化方法的應用，不但可以讓造型的美感突出，又能在結構上注重安全，使得竣工后的建筑經濟、合理，真正做到經濟適用。

關鍵詞：房屋結構設計;建筑結構設計;優化

1.建筑結構設計優化的重要性

在房屋結構設計中采用建筑結構設計優化技術，不僅能夠實現建筑物的美學價值、實際使用價值和經濟價值等各種價值，還能夠節約建筑成本、保護建筑物施工現場附近的生態環境。因此，恰當地運用這種結構設計技術，可以實現房屋建筑的綜合效益。建筑商追求的目標是：在保證房屋長期使用性能的基礎之上，最大限度地節省建筑物的設計和施工成本，節約原材料，并縮減建筑投資。只有保證房屋結構穩定、耐用、美觀，才能滿足用戶不同層次的需求，也才能給建設單位帶來最大的經營利潤。

與舊式的建筑結構設計方式相比，建筑結構設計優化方案可以使房屋建造的成本降低30%左右。采用優化的設計技巧，可以合理配置各種資源，充分利用建筑原料，并協調好房屋內部各個獨立的單元，使這些獨立的部分互相配合，共同發揮作用;采用優化的設計技巧，可以在創新設計方式的同時，確保建筑物的安全性能達到既定標準，保護居民的生命健康和財產安全;采用優化的設計技巧，還可以幫助建筑物結構的設計者認真規劃建筑設計方案，選擇最科學、最合理的設計方式，實現建筑結構設計的最終目標。

2.房屋結構設計中的建筑結構設計優化措施分析

2.1 結構設計中的實用性與藝術性結合

建筑物其實就是建筑師的藝術品，建筑師在設計建筑物的時候，始終期望將自己的意圖表達得淋漓盡致，追求藝術性與實用性的最佳融合。結構設計人員首先要保證所涉及房屋建筑的安全性，然后對于建筑的結構形式進行改善，不斷完美，以全面體現建筑設計師的美學意圖。在房屋結構設計當中，滿足設計師的設計意圖是基本標準，平面布局須要精確對稱，有規則性，最大限度縮減質量與剛度兩者之間的差異，以避免建筑物因荷載作用發生扭轉問題。豎向布局應以滿足房屋的功能為基礎，確保豎向承重構件上下貫通，使用轉換層來降低設計或結構分析的難度與成本。除此之外，豎向布局剛度須要實行漸變，以避免應力的過度集中現象，增強房屋結構抵抗水平動力的荷載。

2.2 結構設計信息優化技術

由于房屋建筑結構受到設計變量等條件的約束，很難用單一的結構優化方法。因此應開發一種更為實用方便的參數定義優化軟件，減少設計者在結構優化方面的精力和時間。我較為推崇的是 TBCAD 系統，這種系統是針對結構方案設計、建模、分析、評估等為一體的成本控制軟件系統，該可以進行結構方案的指導設計，使得方案的人力、物力和財力資源等趨于最優狀態。系統的信息分為兩個時間段進行優化，第一個時間段是通過對材料的分配調整，使用最少的混凝土用量滿足側向剛度的要求，系統在這個時間段的目標函數是混凝土的使用量，而結構構件的斷面大小則是設計的變量。第二個時間段是對構件強度的優化，通過對構件結構的斷面大小以及鋼用量的調整，使得構件的強度要求實現只需較少的結構造價。

2.3 選擇節能指標較高的結構類型

房屋結構形式的選擇，意味著選擇不同工程造價的建設模式，常見的結構設計模式有如下三種：（1）短肢剪力墻結構，這種結構形式常見于高層建筑，以混凝土結構技術規程為依托，這種結構形式相對于剪力墻的抗震級別要高，比起剪力墻，構造鋼筋使用數量不多。（2）框架結構，具有大開間、布局靈活性強和造價成本低的優點，但這種結構抗震能力弱，柱截面較大，形成的柱角凸出部位會妨礙家具的布置。（3）框架一剪力墻結構，即在框架結構中合理進行一定數量剪力墻的布置，這種結構合理，適用能力強，而且能夠應對各種不同的變形壓力，是一種抗側力較好的結構。以上的三種結構模式各具優缺點，但我們在選擇結構模式的時候，不能片面認為造價最低的方案就是最科學合理的方案，而是我們要結合房屋業主的功能需求，以及建設單位的投資水平和施工能力等方面的因素進行結構類型的綜合分析，將投資與收益進行平衡優化，根據工程條件的客觀實際情況選擇最為合適的結構模式。

2.4 各種功能結構的優化設計內容

結構抗震的經濟化設計，主要針對高層的房屋建筑，高層建筑的水平荷載結構造價占所有結構的絕大部分造價，在抗震結構設計中，抗側力結構是造價控制的重點內容。尤其是在建筑物層高增加之后，抗側力結構的造價也會隨之增加。因此，抗側力的結構必須進行合理選用，以便形成造價優勢。上文已經對常見結構形式進行了一定闡述，雖然每種結構形式都具備一定的抗震性能，但所達成的經濟效果確是各不相同的，因此設計人員對房屋結構的設計要充分了解各種結構模式的抗震性能和經濟指標，把握好房屋的體型、結構的體系以及剛度的分布等，針對抗震的薄弱環節通過抗震構造措施進行改善，將抗震結構設計的成本降到最低。

3.房屋設計中需要注意的事項

3.1 構造柱與承重柱混淆

在房屋結構設計中，構造柱和承重柱必須要區分明確，可是一部分房屋建筑由于結構設計不合理，導致構造柱當作承重柱使用，嚴重降低了房屋的安全性和耐用性，下面兩個例子就是構造柱當作承重柱使用可能導致的后果。

構造柱當作承重柱使用之后，會導致構造柱提前受力，使其對砌體的約束作用受到影響，在這種情況下，一旦房屋受到地震作用，應力就會集中于構造柱，導致構造柱迅速損壞。由此可見，如果將構造柱當作承重柱使用，構造柱就會失去應有的拉結作用，同時構造柱也成為了房屋結構中的脆弱環節，為房屋使用者帶來安全隱患。構造柱的根基通常都位于地圈梁當中，因此構造柱的根基無法滿足承重柱的抗彎、抗壓強度，如果構造柱被當作承重柱使用，很容易導致構造柱下沉，使房體產生裂縫。

3.2 懸挑量的梁高

懸挑梁是房屋結構中比較重要的一個組成部分，他對于地震的發生十分敏感，如果是在豎向地震的作用下將會很容易失去承載力。在平時的房屋結構的設計中很多工作人員對于懸挑梁的檢查度不夠全面。在檢查時不能只是檢查懸挑量的質量問題、堅硬程度，更多的是對于它的高度檢查。如果懸挑梁梁高過小則會嚴重影響房屋的安全問題。例如懸挑梁的梁高過小會造成截面的壓力過大即使沒有地震，時間久了也容易產生縫隙，使兩邊變形或者會使梁支座周圍產生裂縫，并且會逐步向外擴散從而造成房屋的不安全性。

4 結語

綜上所述，一個建筑要達到精美的效果，設計師需要把其美觀設計與結構設計緊密結合起來。在房屋結構設計中，要采取適用、經濟、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。房屋結構設計中，應用建筑結構優化設計方法可以滿足這一要求，保證建筑美觀、造型優美，同時又能夠便于房屋的施工，使房屋安全、經濟、適用。在進行建筑設計的實踐過程中，應加強實踐探索，降低經濟成本，以達到經濟效益的最大化，從而在保證經節約經濟成本和達到美觀要求的情況下合理進行結構設計。建筑結構設計優化是一個十分復雜且具有比較強的綜合性的系統性問題，因此我們一定要加大對于建筑結構設計優化方法的深入探究的力度。

參考文獻

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