試析住宅建筑結構設計的優化措施

高 磊

（淮南市建發規劃設計研究院有限公司，安徽 淮南 232007）

1 工程概述

某住宅建筑工程，由8棟高層建筑共同組成，總建筑面積為18.73萬m2，為保證結構設計效果，對住宅建筑結構設計進行了全面優化。優化完成之后，比原設計節約投資860萬元以上。

2 開展住宅建筑結構設計優化的意義

住宅建筑工程的特殊性，決定了只有保證住宅建筑結構設計優化效果，才能提升結構的安全性和穩定性，對提升住宅工程的質量，促進我國建筑事業穩健發展有重要的意義。但住宅建筑結構設計優化具有很強的綜合性和技術性，需要在保證住宅建筑質量和結構穩定的基礎上，開展結構設計優化。設計優化之后，可大幅度提升施工中機械設備和原材料利用率，避免無故浪費，降低成本，提升住宅使用性能。既要對住宅建筑的外部結構進行設計優化，也要對內部結構進行設計優化，提升住宅建筑結構設計的科學性和合理性，進而滿足人們對住宅建筑的實際需求，促使居住環境更加舒適溫馨、綠色健康。

3 目前住宅建筑結構設計優化現狀

就目前我國住宅建筑結構設計優化的發展現狀來看，雖然在城市化進程不斷推進的背景下，住宅建筑得到了良好發展，設計優化的方法也越來越多在，但在具體操作中仍然存在很多缺陷。比如容易忽略對整體結構布局和空間規劃的優化，阻礙住宅建筑結構設計優化企業自身競爭優勢的提升，很多優化之后的價值沒有得到充分體現。為解決這一問題，必須充分發揮優化功能，通過分析計算各方面的數據，促使住宅建筑結構設計優化能夠在滿足工程實際數據構建的基礎上，掙脫影響因素和變量效果的限制，以實現對住宅建筑結構的整體優化，充分發揮出住宅建筑的經濟效益和美學價值。

4 住宅建筑結構設計優化的步驟和內容

構建住宅建筑結構設計優化模型→確定目標函數→制定約束條件→設定相關的應用程序。

4.1 構建住宅建筑結構設計優化模型

住宅建筑結構設計優化中，結構參數優化技術和結構模型設計的重中之重，主要內容是從多數結構變量參數中，選擇出科學合理的參數。然后進行結構函數計算，保證住宅建筑的結構承載力處于最佳狀態，再按照相應的計算編制來構建模型，從而保證結構設計中各項參數合理有效。

4.2 確定目標函數和制定約束條件

當模型構建完成之后，還要對模型的目標函數進行確定，并對相關數據進行全面分析和科學選擇，保證所選擇的數據和函數條件相契合，并確定相應的約束條件，如：結構尺寸、結構強度、結構的彈塑性等，以滿足住宅結構施工的要求。

4.3 方案設計

在住宅建筑結構設計優化中，可靠度的優化是基礎，可靠度多呈現非線性和多條件的特性。因此，在設計優化計算中，需要將約束性條件優化為無約束性的函數進行有效計算。常用的住宅建筑結構設計優化方法有：復合形法、拉式乘子法、Powell法等。在具體優化過程中，借助計算機軟件技術，可在保證住宅建筑結構可靠性的基礎上，合理選擇設計方案，保證優化計算方式符合要求。整個優化過程必須進行綜合思考，對設計方案進行合理優化，將安全、實用、合理融為一體，在降低施工難度的基礎上，提升施工進度，價格低成本。

5 住宅建筑結構設計優化方法的應用

5.1 空間結構整體布局的優化

在住宅建筑結構設計優化中，空間結構整體布局優化是重中之重，也是優化過程中必不可少的內容，具有很強的綜合性，涉及到的內容包括：建筑采光、空間結構布局、建筑朝向等那內容，可從以下兩個方面入手：

第一，從城市未來發展規劃的角度入手，從整體布局逐步深入到細節布局，比如：可通過住宅建筑整體結構、原材料選擇、結構布置等方面同時入手，實現多方協調配合，以提升住宅建筑工程的總體承載力、穩定性、安全性。第二，嚴格遵循國家現行標準。在結構設計優化中，各項參數難免會存在誤差，但要嚴格控制，將誤差控制在允許范圍中。

5.2 住宅建筑階段性和壽命優化

住宅建筑工程的特性，決定了其剛度和穩定性有直接關系，鋼筋含鋼量大，則剛度越大。因此，在住宅建筑結構設計優化過程中，要盡量選擇高強度鋼筋，以保證住宅建筑的穩定性。在選擇施工材料時，還要充分結合當地的地質水文條件，精確計算住宅建筑對剛度的需求，將剛度的優化設計和實際剛度相互結合，既能保證施工質量，也可以有效控制成本，實現對住宅建筑施工階段的壽命優化。

5.3 結構計算參數優化

住宅建筑結構設計比較復雜，涉及到的內容比較多，結構參數眾多，如果其中一個結構參數選擇不當，就會對住宅建筑結構的穩定性、安全性，及居民生活的舒適性造成較大影響。所以，在具體設計中，必須加強對結構計算參數的優化。保證錄入計算機中的結構尺寸、規格、型號等相關數據都輸入準確，避免發生計量誤差。此外，尤其是在結構計算參數選擇時，需要結合住宅建筑工程結構的特性和實際情況，合理編寫計算程序，以保證結構設計優化的準確性。在整個住宅建筑結構設計優化過程中，不能只憑借計算機軟件技術分析計算，還要結合計算模型和設計人員的自身技術水平，保證結構設計的可靠性。

5.4 結構形式的優化

住宅建筑結構設計優化具有很強復雜性和系統性，不能只對外部結構或者看得到的結構進行優化，還要加強細節設計優化。在本工程建設中，采用了大量的現澆板，因此，在結構的拐角處極易法裂縫和斷裂問題。為解決這一問題，在結構設計優化中，就需要明確標注鋼筋的型號和材質，盡量選擇極限拉應力好的材料。除現澆板之外，剪力墻布置優化也是重中之重，對相關細節和材料也要全面優化。在剪力墻結構設計優化中，抗震設計優化是基礎核心，對設計優化的要求也比較高。不同建筑工程，所處位置不同，地質水文條件不同，抗震設計的標準也不相同，缺乏可借鑒的經驗及啟示。因此，多采用概念設計優化的方法，通過實際經驗數據來優化抗震結構設計，不斷提升剪力墻結構的抗震性。

5.5 住宅建筑結構設計方案的優化

住宅建筑結構設計方案經過優化之后，要能夠在一定程度上提升施工進度。為盡快開工建設，需要設計方能夠在最短時間內給出設計優化方案，導致個別設計優化人員，經常疏于對設計方案的優化處理，致使設計方案在后期施工使用中頻繁發生問題，不但會延長施工工期，而且浪費資源和成本，導致住宅建筑施工中經常發生超預算。因此，在住宅建筑結構設計優化中，需要嚴格按照工期要求，合理安排設計優化和施工的時間，提升住宅建筑工程的總體質量。

6 結語

綜上所述，住宅建筑結構設計優化，對提升設計方案的科學性、合理性有重要意義，同時也可以及時發現原設計中存在的問題，及時解決處理，保證后序安全、高效、有序的開展。針對目前存在的問題，需要嚴格按照住宅建筑結構設計優化步驟進行優化處理，并針對不同的結構，選擇與之相適的優化方法，以實現住宅建筑結構設計的全面優化。