房屋结构设计中结构设计优化技术的应用

朱荣武

（悉地国际设计顾问（深圳）有限公司重庆分公司，重庆 400010）

在房屋工程结构设计中，当建筑方案产生以后，房屋单体从结构选型和布置就存在优化设计的空间，后续设计过程中的不断优化设计才能产生出优秀的结构设计产品。下面本人就房屋结构设计优化的一些技术方法及应用，与广大设计者分享及探讨。

1 结构方案的概念设计优化

房屋建筑、结构设计方案的优劣决定了结构设计的成败。不同的结构方案会使工程造价和工程质量产生很大的差别，故选择合理优化的结构方案就显得非常重要。在结构方案的甄别上，应遵循以下原则：

（1）应以抗震概念设计为主，在特定的建筑平面、空间中来完成结构方案的构思，应充分配合整体结构和构件的最佳受力状态，使结构具备足够的抗震承载力、侧向刚度和延性；

（2）应尽可能使结构的受力与传力途径简单、直接、明确。传力途径复杂会出现多次、多级转换的结构构件，会导致工程造价的提高，且容易出现安全问题。

（3）应优先采用平面和竖向布置规则的结构方案。尽量使结构平面布置的抗侧力刚度中心与建筑物的质量重心尽量接近，以减小结构的扭转效应，尽量避免竖向层高突变及转换等造成的刚度悬殊，造成结构布置的不规则进而引起设计产品经济性、安全性欠佳。

（4）应主动的参与建筑设计的方案阶段，加强与建筑师的沟通。一个设计精品是建筑师和结构工程师创造性合作的成果，结构工程师有责任对建筑方案提出意见，与建筑师一起构思最佳的结构体系，选择效果最好、造价最低的结构方案。

2 正确进行结构的优化计算

进行正确的结构计算。计算机结构设计程序的不断完善和全面应用，使结构工程师从复杂的结构计算中解脱出来。工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的反复分析计算，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机进行结构计算时，要注意以下问题:

（1）不能盲目的依赖计算机。因计算软件的缺陷和设计人员的盲从而导致设计错误的现象时有发生，所以对用于结构设计的计算程序的基本理论假定、应用范围和限制条件以及与规范的结合一定要搞清楚;

（2）对于输入的几何图形、构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误。避免因数据输入错误造成计算分析结果的错误或较大的误差。

（3）对计算参数的选取要正确合理。选取不同的计算参数会得出完全不同的计算结果，要根据实际结构的具体情况和计算程序的功能要求合理选取。

（4）注意实际结构与计算模型的差异。计算理论和设计程序都是建立在一些假定和理想的计算模型之上的，而实际结构的受力状态又是千差万别的，所以任何构件的计算都应根据实际情况确定结构的约束关系，并利用结构概念、工程经验对计算结果进行分析，判断其是否合理。

3 结构材料、构件的优化选用

提高材料的利用率结构设计的目的便是花尽可能少的钱，做最安全、适用的建筑，这就要求结构设计时对材料的选用要合理，利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点，选用合适的建筑材料。实际工程中，因材料选择不当造成浪费的情况很多。比如，经常出现的钢筋混凝土现浇板中混凝土标号过高的现象，不仅高标号的混凝土不能充分发挥其强度作用，而且为抵抗高强混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求，板中钢筋的配筋量也随之增加，从而导致工程造价的提高。

4 正确理解、应用规范设计

正确理解运用规范。规范是我们在设计中必须遵循的“最低”标准，是国家的技术经济政策、科技水平和工程实践经验的总结。全面理解规范条文的概念、定义、前提条件和适用范围，是正确运用《规范》的前提和基础。作为一个结构工程师，一方面必须熟悉、理解和吃透规范条文的真实含义，另一方面必须客观理性地正确对待规范。对《规范》中的“强制性条文”要不折不扣的执行，而对《规范》中的“非强制性条文”工程师可以运用自己的理论知识、结构概念和实践经验，在《规范》条文思想的指导下，针对具体的设计对象、环境和使用条件，以工程的安全性和经济性为目标，创造性地选用规范中的数据。

5 培育精品观念、质量意识

培育设计者优化设计是打造设计精品的过程的观念。要求结构工程师不仅要具备扎实的专业基础、丰富的工作经验，更要有精益求精、追求完美的精品意识。设计单位要提高市场竞争能力，必须实施精品战略、走精品之路。改变以往在管理上重业务经营轻技术质量，设计只要保证不出大的质量问题，方案的好坏、造价的高低无关紧要，使优化设计失去内在动力，对设计质量和经济指标进行全过程的控制，实现设计产品技术质量与经济的统一。要落实各级技术岗位责任制，通过各环节层层把关，把提高设计质量、创设计精品的理念贯穿于整个设计过程之中。

6 结语

通过结构优化设计是投资方用来降低工程造价、控制工程投资的有效措施，然而对于设计者而言，需正确处理安全与经济的对立统一性，既不能降低技术和规范质量标准，又要反对轻经济，设计保守的现象。结构设计者要将优化设计理念贯穿于结构设计的全过程，创作出既能保证房屋结构达到规范安全度，还能有效地反映建筑师的创作意图和令业主满意的产品，从而真正实现优化设计的效果。

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