房屋結構設計中的建筑結構設計優化

趙尚

摘? 要：建筑結構體系與經濟、科學技術的發展均存在緊密的關聯。古代建筑結構具有笨重、內部使用空間狹小的特點，自19世紀80年代工業化改革后，建筑結構內部使用空間逐步擴大，以鋼材與混凝土材料相結合的不同類型新型結構體系持續涌現，開啟了現代工程建筑結構的新歷程。但是，在當前建筑結構設計過程中仍然存在性能分析不足、外部框架抗剪力與內部剛度矛盾顯著等問題，影響了建筑行業發展。基于此，探討建筑結構設計優化方法至關重要。

關鍵詞：房屋;結構設計;優化

1探討優化房屋建筑結構設計的重要性

1.1能夠有效提升建筑材料的利用效率

優化房屋建筑結構設計，不但可以保證房屋建筑質量，還可以提高資金的利用率，進而實現節約資金，創造更大經濟效益的目的。從以往的建筑結構設計案例的統計來看，優秀的結構設計不一定需要較高價格的材料，往往是那些性價比更高的材料，通過利用率的提高，不但可以滿足建筑結構性能，而且還能夠大大的節約項目造價。因此，房屋結構設計人員在設計建造方案時，應當努力提高建筑材料的利用率，以及在結構設計當中加入新材料的應用，尤其是近些年應用越來越廣泛的預應力混凝土結構和鋼管混凝土結構等等，這些材料與其他材料相比優勢十分明顯。鋼管混凝土的優勢在于可以使建筑結構更加穩定，在抗壓強度和抗變形能力等方面都表現優異。把鋼管框架填充混凝土材料后，混凝土可以將鋼管框架進行有效固定，使建筑整體框架結構呈現出三面受壓的理想狀態，能夠使建筑材料的結構穩定性以及抗壓強度大大增加。與其他的鋼管結構相比，鋼管混凝土不但可以將本身承載力和自重保持高度一致，還可以節省下50%的鋼材材料，而且由于施工工藝的變更，可以將原來的焊接工序進行簡化，減少了人力的投入之外，還極大的縮短了建設工期。與其他混凝土結構相比，鋼管混凝土結構可以減少構建的截面積，節省大量施工材料的同時，還保障了建筑材料結構的強度和穩定性。通過優化房屋結構設計，使用優質建筑材料，在確保建筑結構質量的前提下，提高了材料的利用率，實現降低建筑項目成本的目的。

1.2能夠很好的推動建筑結構的經濟性的提升

近年來，隨著城市化的不斷發展，城市土地逐漸成為稀缺資源，高層建筑層出不窮，建筑高度的不斷提高，使得建筑墻體和承重墩的面積不斷增加，承載力和建筑材料的體積也隨之增大。這進一步壓縮了建筑的使用空間。因此，有必要在保證建筑質量的同時，不斷優化建筑結構設計，盡量減少建筑材料的使用，進而降低建筑單層高度。建筑總高度降低后，可增加建筑密度，達到減少建筑用地和工程投資的目的。建筑結構形式可以設計成正方形，這種建筑結構可以獲得最小的外周長和相同使用面積的外墻面積，從而降低建筑內外表面的裝修成本和基礎裝修成本，也可以大大提高建筑結構的經濟性。

2建筑結構設計優化應用

2.1開發設計模型集成框架

建筑結構設計模型集成的最終要求是涵蓋建筑全生命周期數據信息。比如對于開有門和窗的一段墻體，其對應的模型集成框架需要涵蓋門、窗、墻等對象，具體信息為：類型、面積、寬/高、長/高、洞口面積、洞口數量、高/厚度以及界面屬性、材料、高×寬、受力特性、鋼筋布置等。建筑模型在建筑結構設計階段處于支配地位，由此產生的數據信息可以被結構設計所提取、集成，為建筑二次建模設計提供支持。以基于BIM技術的建筑結構信息模型ASIM為例，可以Auto-desk的Revit、Graphisoft的ArchiCAD為例，可以IFC支撐下的標準數據模型格式為數據對象表達基礎，容納建筑對象材料、建筑基本繪圖信息、造價信息為依據，開展完整建筑模型集成框架的構建。具體建模流程為：在IFC標準約束下，接入基于DXF設計軟件、BIM設計軟件以及建筑規范，形成包含繪圖、造價、材料的建筑產品模型。進而將建筑產品模型中IFC工程文件轉化為中心文件，并借助C++編譯器、FORTRAN編譯器、PKPM圖形形式平臺，提取結構信息。提取結構信息后輸入結構產品模型中進行分析，形成結構規范的模型數據庫。在結構規范的模型數據庫形成后，可以面向建筑結構設計過程，搭建ASIM集成框架體系。ASIM集成框架體系從縱向來看，ASIM集成框架體系涵蓋了不同設計階段;從橫向來看，ASIM集成框架涵蓋了不同的體系，可以為設計者使用相關軟件、應用結構設計信息提供充足支持，滿足結構設計優化要求。

2.2科學歸納設計方案

要想對建筑結構設計方案進行優化，必須加強對設計方案的分析和研究，找出設計方案當中存在的問題，以及影響因素等。建筑結構設計方案的優化需要詳細分析與結構相關的每個影響因素，例如內部結構影響因素，外部環境影響因素以及經濟影響因素等，從而對設計方案進行針對性的優化調整，保障設計方案的科學性和合理性。對于房屋內部結構進行的優化，需要做到盡量簡化，因為越復雜的內部結構，需要校核的受力情況就更復雜，對建筑結構設計方案進行簡化后，能夠最大限度地保障受力的穩定性，進而降低建筑施工風險，提高建筑完工質量。對建筑結構設計方案有影響的外部因素比較復雜，如重力載荷、風力載荷以及地震強度等等，因此優化結構設計方案，要從建筑結構的抗變形、抗沉降方面著手，來提高建筑設計方案的合理性以及建筑安全性。不僅如此，建筑結構優化還要提高對原材料質量的重視程度，完善的建筑結構設計還需要高質量建筑材料的使用，才能保證建筑結構的整體性，安全性更高、耐久性更強的建筑材料可以有效保障建筑結構的強度質量。

2.3確定初始目標、約束條件

在ASIM集成框架體系設計完畢后，設計人員可以結合預定條件，尋找相應尺寸的鋼筋截面面積以及已失效的概率參數，以便達成建筑工程整體造價最少要求。同時以保證結構可靠性為初始目標，進行與優化設計相符的約束條件設定，比如建筑裂縫寬度約束、尺寸大小約束、建筑本身強度約束、結構體系相關約束等，逐一對比目標性質的約束條件、實際性質的約束條件，保證每一約束條件與整體建筑結構設計要求相符。

2.4剪刀墻結構的長度、厚度和延性的設計

在對建筑結構的剪力墻設計優化過程中，應當重點關注剪力墻的厚度數據、長度數據以及延性設計。長度和厚度尺寸屬于剪力墻的主要尺寸，對剪力墻的質量能夠起到決定性的影響，因此設計剪力墻時一定要在滿足建筑建設強度需求的同時，遵守相關技術規范和標準的要求。根據相關建筑規范要求，剪力墻的長度和厚度是由建筑物的抗震等級進行確定的，建筑物抗震等級的不同，決定了剪力墻長度和厚度的設計區別。因此，要想確保建筑物結構的安全穩定以及抗震效果，剪力墻的結構設計厚度不能小于0.2m，厚度和高度數據的比例不能大于1/6。當剪力墻的長度和厚度比例不滿足要求時，可以替換為T、L型截面形式的剪力墻，其翼緣長度也要適當增加。在設計剪力墻的延性數據時，其高度和寬度比例盡量要不大于2，這時剪力墻的延性最佳，可以有效降低剪力墻受到的損傷，當高度和寬度比例大于2時，需要將剪力墻局部開洞處理。所以，為了確保建筑物的承載能力，需要高度重視剪力墻的厚度數據、長度數據和延性數據的設計合理性。為了使剪力墻的穩定性和抗震性滿足標準要求，需要保證剪力墻內鋼筋的配置率大于千分之二，且水平和豎直方向配置均勻。

3結論

隨著社會經濟的不斷發展，高層建筑的需求逐年增加，人們對于建筑結構的安全穩定性也越來越重視，因此，要提高設計人員的專業技術水平，應用信息化設計技術，不斷對房屋建筑的結構設計進行優化，使建筑物的安全性、實用性和美觀性不斷提高，為房屋建筑事業不斷向前發展做出貢獻。

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