房屋建筑結構設計中優化技術的應用

袁華安

江蘇龍騰工程設計股份有限公司，江蘇 南京 210000

在建筑工程規模化建設的新市場經濟常態下，作為工程施工作業的重要環節，結構設計是否科學、合理和可行，在一定程度上影響著建筑工程后期施工作業的成效和建筑物使用功能。為了滿足居住者對房屋建筑的使用需求和精神需求，設計者在設計結構時除了要秉承舒適、安全等原則，還要不斷優化結構設計，全面提高房屋建筑的整體工程質量。

1 房屋建筑結構設計優化的意義

房屋建設的結構設計是否合理，影響著建筑物的安全性和穩定性。建筑物的結構與建筑外形、空間有直接關系，因此為了提高房屋建筑結構設計的實用性，應對其不斷優化。另外，隨著我國社會經濟的發展，人們對建筑物內部空間的需求也在不斷變化，由最初的基本居住需求逐漸向休閑、娛樂、舒適方向發展，因此在進行房屋建筑結構設計時，設計人員需在掌握基礎建設結構理論的基礎上進行多樣化設計。

為了全面提高建筑整體的經濟性、美觀性和安全性，在設計環節對各個結構部位進行優化是建筑企業可持續發展目標達成的重要保障。但是目前結構優化設計中存在一些問題，影響建筑物的使用功能，難以保障其質量安全，為此要應用優化技術對結構設計方案進行調整，從而全面提升建筑的安全性和舒適度。

2 房屋建筑結構設計存在的問題

（1）結構設計缺乏整體性。房屋建筑結構設計的整體性不僅體現在房屋建筑結構內部，建筑工程與周邊環境能否建立和諧關系，也是影響企業經濟效益和社會效益的重要因素。若設計者在設計時沒有考慮其整體性，分散設計各個建筑結構，導致相關設計工作零散化，將在一定程度上影響房屋建筑的舒適度。

（2）細節處理缺乏嚴謹性。細節問題也是影響建筑使用功能和安全性的因素之一。在房屋建筑結構設計中有效處理細節問題，也是全面提高建筑質量性和安全性的重要保障。現階段，在進行結構設計時設計者容易忽視細節問題，可能導致預埋件與施工作業相沖突，嚴重影響工程整體施工質量，提高工程返修率，產生不必要資金的損耗。

（3）設計方案缺乏合理性。設計方案是工程建設施工作業的重要依據，方案內容是否合理、可行，直接影響建筑工程的整體施工質量。在設計方案時，部分設計者未到施工現場進行實地勘測，增加了后期工程施工難度，可能影響建筑結構的整體質量，從而在一定程度上影響房屋建筑的使用價值。

3 優化技術在房屋建筑結構設計中的應用

3.1 優化整體布局

結構優化是一項專業、復雜的工作，在優化建筑空間結構時，要具有更強的層次性，尤其對于高層樓體的開發建設，其結構優化工作更加復雜。總體來說，建筑樓體的結構層次包含設計層次和結構體系。建筑物內部的層次性優化是指在設計建筑物時，對其現有結構作出優化調整，從而使建筑物的整體結構布局更加合理。建筑物內部包含承重系統、供水系統、供電系統等，如果建筑設計方案不合理，會增加后期施工的難度，導致建筑整體結構不科學，影響建筑的安全性。因此，在對房屋建筑開展優化布局時，不僅要保證其實用功能，還要保證其安全性和美觀性。

3.2 重視細節處理

（1）優化高層建筑結構選型。第一，合理選擇基礎結構類型。基礎結構作為高層建筑的最重要組成部分，承載著建筑物上部結構的荷載。為了確保建筑的安全性和使用性，在選擇基礎結構時，設計者需要綜合考慮地質勘探資料和建筑上部結構荷載情況。對于建筑層數較少、地基區域土質較好的建筑，可以選擇獨立基礎或是條形基礎，以降低施工成本和操作難度；對于建筑層數較多、地基區域土質較差的建筑，為了提高建筑的整體安全性，可以選擇樁基礎進行施工作業；對于建筑層數多、地基區域土質較好或是建筑層數少、地基區域土質較差的建筑，為了進一步提高建筑的整體承載力，可以選擇筏板基礎進行施工作業。第二，合理選擇抗側力結構。高層建筑和超高層建筑的抗震性能一直都是混凝土結構設計的重點和難點，為了進一步提高建筑物整體的抗震性能，設計者在進行結構設計時應合理選擇抗側力結構。具體而言，對于結構高度低于50m的高層建筑，可以選擇框架結構（空間靈活）作為抗震體系；對于結構高度約為100m的高層建筑，可以選擇剪力墻結構（剛度大、位移小）作為抗震體系；對于結構高度較高的高層建筑，可以選擇框剪結構和框筒結構作為抗震體系。

（2）合理布置高層建筑結構平面。在高層建筑結構設計中，建筑結構平面布置的精準化在一定程度上影響著建筑的安全性。經調查，高層建筑的結構布局在很大程度上與預期抗震性能之間存在一定的內在聯系，因此在進行平面布置時，設計者需盡量降低扭轉效應的影響，即設計者需要在綜合考慮地震發生時偶然偏心因素的基礎上，評估高層建筑豎向水平位移和層間位移情況，并在保證A級高度位移控制量控制在樓層平均值1.2～1.5倍的同時，將B級高度位移控制量控制在樓層平均值的1.2倍以下。此外，設計者在布置結構平面時，應綜合考慮建筑整體的抗震性能，通過采取規則、簡單、對稱的布置方式，提高建筑整體抗震性能，從而保障整體建筑的安全性和可靠性。

（3）確保薄弱層設計作業的規范化開展。在高層混凝土結構設計中，薄弱層受到外界強烈刺激容易產生變形，從而影響高層建筑整體可靠性。為此，隨著高層建筑高度的不斷增加，為規避安全事故的發生，設計者需從根本上提高對薄弱層設計的重視度。通常來講，在高層結構存在豎向結構剛度不連續、抗側力結構受剪承載力突變時，表示高層結構存在薄弱層。針對上述問題，為了進一步提高結構抗側向力的能力，設計者需依據地震荷載與放大調整系數相乘后的數據，對薄弱層進行構件合理化設計，以此提高房屋建筑的安全性。

3.3 優化設計流程

在優化房屋建筑結構設計時，為了保證建筑物的安全性、美觀性、舒適性、經濟性和耐久性，設計者需嚴格按照如下設計流程落實設計工作，即科學選擇設計參數→確定目標函數→明確約束條件→編制優化方案→設計優化程序→分析優化結構。具體而言，在選擇設計參數時，設計者需選擇結構可靠度、損失期望等核心指標，而非核心指標可作為結構局部優化參考變量，不計入結構設計變量中。在確定目標函數時，設計者需綜合考慮建設目標選擇目標函數，然后采取有效的計算方式來計算失效概率。明確約束條件是為了保證設計方案的整體協調性，以提高建筑整體的安全性和可靠性，設計者需根據不同結構部位確定約束條件，如從建筑安全角度出發，約束條件包括裂縫寬度、結構強度；從工程造價角度出發，約束條件包括物料消耗情況、設備使用情況等。在編制優化方案時，設計者可借助一些輔助工具，通過對現場進行實地勘察，在綜合考慮多種變量的前提下完成初步方案編制，然后對設計方案進行復驗，以確保建筑細節部位設計符合要求。在進行設計模型構建以及設定程序優化時，設計者可將設計方案代入到模型中運行，然后通過代入檢測→發現問題→設計優化→繼續檢測，對建筑設計方案進行持續優化。

4 結束語

合理運用優化技術是房屋建筑設計中提升和改善現有結構的一項重要措施，確保技術的合理化應用，不僅有利于降低建筑項目的建設成本，在提高企業經營效益以及提升建筑安全性方面也發揮著重要作用，是達成行業可持續發展目標的重要保障。