房屋建筑結構設計中優化技術的應用

（河北 石家莊 051530）

一、房屋建筑結構設計優化的意義

房屋建筑結構優化設計意義重大，一是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利用抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能。二是結構優化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。節約用地，大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互相協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。

二、房屋建筑結構設計中結構設計優化技術的問題

現代的房屋建筑結構設計優化工作是一個復雜的過程，關系著房屋建筑安全與否，是否經濟和適用。在房屋結構優化設計中也會遇到一些問題。

(一)缺少詳細的勘察地質資料

從現在的建筑結構設計工作來看，普遍缺少詳細的勘察地質資料，只是簡單的依據相臨建筑的情況進行圖紙設計。勘察施工場地的作用是保證科學的進行地基基礎工作，并且達到最基本的安全保障。往往房屋設計工作人員只是把耐力數值控制到最小，就簡單認為房屋建筑結構沒有問題了，這種技術問題為房屋埋下了安全隱患。在對較軟地基進行處理時，忽略了墊層換土設計，只是根據經驗判斷處理。房屋結構設計過程中，對于較軟地基存在的安全隱患沒有足夠認識，單純依據個人經驗使用砂墊層強化承載力，對于其寬厚度缺乏精確計算，也造成了費用的浪費。

(二)構造柱設計存在的問題

房屋結構設計中的構造柱可以設計為單一的受力柱，其橫截面與配筋必須達到規范的要求，如果房屋結構包含防震功能，還必須要滿足防震要求。當構造柱體被當做承重的主體應用時，這就會使構造柱體的受力提前了，從而限制了構造柱體對房屋結構的拉束功能的完全發揮，使整體房屋結構設計暗藏了安全危機。地圈梁通常會植入構造柱體，這種情況下是不需要另外設置基礎的，可是當構造柱體充當了承重主體時，柱底部基礎抗壓能力必然會出現超負荷現象，裂縫也就產生了。在實際施工當中，處于承重梁下的柱體應當達到承重柱體的標準，假如承重梁的負載與跨度呈現最小狀態時，梁下也可以使用構造柱體。這時候就要對構造柱體的功能忽略不計，重新檢測墻體下半部分的抗壓強度，達到要求才能設計施工。

(三)抗震設計中存在的問題

在抗震房屋結構設計中，設計人員普遍認為六度設防可以看成是沒有設防。為了方便受力分析，設計人員往往把柱體橫截面較小設計，增加梁的線剛度，將梁設計成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設計成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結構的受力，但是給整體的房屋結構安全帶來了危險。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個房屋結構一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現裂縫。

(四)承重墻設計中存在的問題

房屋結構設計承重能力時主要是通過樓板設計完成的，在房屋建筑結構設計中時經常將一些沒有承重能力的墻體安置在樓板上，之后還會把這部分算在同等效果的荷載力范圍內，樓板的配筋也會依據這個數據進行計算。除此之外，設計人員將立磚斜砌隔墻頂位置，造成樓板頂部出現裂縫。兩個方向同時產生彎矩的雙向板中的鋼筋是要疊放并且要保持縱橫方向，計算時應該依據雙方向的跨度。

三、房屋建筑結構設計中的優化設計技術

（一）房屋建筑結構優化設計的階段

第一階段是變量的選擇。通常情況下，對設計人員決定最終設計方案起到重要作用的參考數據，都可以作為變量供設計者進行選擇。如工程的目標參數包括房屋價格參數和預期產生的損失參數；工程的控制與約束參數包括表示房屋架構可靠性能的參數等。如果房屋建筑的設計者以變化幅度較小或考慮因素較少的參數作為設計的參考指標，那么相應的建筑結構設計、編程和計算有關的工作難度將會降低，設計者也可以更好地找到符合優化設計的參考數據。

第二階段是對相關函數的確定。設計者要根據事先設定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數，從眾多組相似的參考函數中進行合理科學的選取，并分析這組數據函數的相關各種性質，從而最大限度的降低房屋建造的成本費用。

（二）房屋結構工程師要積極主動參前期工程規劃

房屋建筑結構工程師要積極主動參與前期工程規劃是實施結構優化技術的重點內容。因為，在實際施工中，房屋建筑結構工程建筑師難以把握對結構體系的受力的正確分析，相關房屋建筑結構工程師要積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構思與逐步創新，使整個建筑的優化功能能夠全部體現出來。

（三）房屋建筑結構優化設計要將概念設計結合細部結構進行設計優化

概念設計即是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法，是通過設計概念將設計者繁復的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維從而完成整個設計。但是概念設計應用于沒有具體數值量化的狀況時，計算式不可避免與實際出現較大的差異，譬如在地震設防烈度就沒與不確定性，計算式與實際差別較大，因此，房屋建筑結構在優化設計中，通過采用概念設計的方法，將數值作為輔助和參考的依據，同時設計人員在設計過程中還需靈活運用結構設計優化的方法。在整個設計過程中貫穿一種抗震設防的思想且以概念設計作為重點指導設計。同時在設計的過程中，注重優化細部的結構設計，譬如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。在選擇鋼筋型號時，充分考慮其極限抗拉力等。