结构优化方法在建筑工程中的应用探究

高继昌

摘要：随着我国建筑行业的不断发展，人们对建筑质量和舒适度的要求越来越高，因此就必须对民用建筑结构进行合理设计优化，这样不仅能增加建筑的稳定性和舒适度，还能有效地降低民用建筑的建设成本，实现民用建筑的经济效益和社会效益，实现利益的最大化。本文在此从结构优化的重要性出发，对结构优化方法在工程中的应用做了一定的研究。

关键词：结构；重要性；应用

一、建筑结构优化方法在房屋建筑中的重要性

从我国现阶段的国情与发展趋势来看，房屋建筑在不久的将来，主要表现为高层或者超高层住房。基于这种客观实际，如何尽可能地减少投入的资金，并对房屋建筑的结构设计与时代发展的需求相符合予以保证，便成为了很多建筑企业与投资人员越来越关注的问题[1]。

要想优化房屋的结构，施工人员一定要将保障建筑质量安全作为前提与基础，细致分析设计方案中的各个细节，并采用较为先进的设计理念与技术，控制好工程造价。从相关的数据反映情况来看，与没有经过设计优化的建筑相比较而言，对房屋结构进行设计优化之后，经费可以缩减8%-22%。然而，在实际的操作过程中，因为被多方面的条件限制住了，要真正地施展起来，需面临非常多的困难，而且也无法将其优越性充分地发挥出来。

在优化房屋建筑结构设计的时候，可以将建材的性能与机械设备的性能充分地发挥出来，这样，与之前的建筑结构设计相比较而言，则更加具有优势。而且，优化建筑结构的设计之后，工程造价的资金投入便能得到有效地降低，从而让企业能够赢得更高的经济效益。此外，优化建筑结构的设计之后，可以实现房屋结构中各个单元的有机整合，从而提升了建筑的质量，对人们的居住安全给予了重要保障。因此，要想对房屋结构具有更强的适用性与更好的经济性，优化房屋的结构设计，是一条行之有效且非常重要的途径。

二、建筑结构的设计优化理念

在对房屋结构设计中的建筑结构设计优化的长期探讨中，建筑结构的设计优化也有自己的理念。其中优化设计理念包含四个方面。第一个方面是房屋建筑具有安全性能，建筑能够反映人类的进步文明程度，能够保障人们各种工作的顺利进行，因此，对于建筑的安全性能有很高的要求。建筑结构的设计无论优化到什么程度，都是需要建立在安全性能的前提之下，一旦一个建筑优化的连安全性都保证不了，那么这个建筑就失去了存在的意义，甚至带来很大的灾难。第二个方面是可用性，建筑在表现美观的同时，设计优化的主打理念还是建筑的可用性，功能要满足使用者的要求，带来舒适的感觉。第三个方面是建筑结构的优化需要保护环境，我国在长期的发展中，人们对于保护环境的意识不高，造成我国目前环境的严重污染，因此，在建筑结构的设计优化的时候，设计合理，采用环保的建筑材料，排水等具有污染性的系统要做好环保的防护工作。第四个方面是可用价值性，在建筑结构的设计优化中，不能只顾眼前的利益，为了节约成本，而偷工减料，降低建筑的实际可用价值。建筑结构的设计优化理念的真正目标是用最少的钱却能打造出最有价值性的建筑。

三、房屋结构优化设计要点

1、选择节能指标较高的结构类型。房屋结构形式的选择，意味着选择不同工程造价的建设模式，常见的结构设计模式有如下三种。（1）短肢剪力墙结构，这种结构形式常见于高层建筑，以混凝土结构技术规程为依托，这种结构形式相对于剪力墙的抗震级别要高，比起剪力墙，构造钢筋使用数量不多。（2）框架结构，具有大开间、布局灵活性强和造价成本低的优点，但这种结构抗震能力弱，柱截面较大，形成的柱角凸出部位会妨碍家具的布置。（3）框架—剪力墙结构，即在框架结构中合理进行一定数量剪力墙的布置，这种结构合理，适用能力强，而且能够应对各种不同的变形压力，是一种抗侧力较好的结构。以上的三种结构模式各具优缺点，但我们在选择结构模式的时候，不能片面认为造价最低的方案就是最科学合理的方案，而是我们要结合房屋业主的功能需求，以及建设单位的投资水平和施工能力等方面的因素进行结构类型的综合分析，将投资与收益进行平衡优化，根据工程条件的客观实际情况选择最为合适的结构模式。

2、各种功能结构的优化设计

结构抗震的经济化设计，主要针对高层的房屋建筑，高层建筑的水平荷载结构造价占所有结构的绝大部分造价，在抗震结构设计中，抗侧力结构是造价控制的重点内容。尤其是在建筑物层高增加之后，抗侧力结构的造价也会随之增加。因此，抗侧力的结构必须进行合理选用，以便形成造价优势。上文已经对常见结构形式进行了一定阐述，虽然每种结构形式都具备一定的抗震性能，但所达成的经济效果确是各不相同的，因此设计人员对房屋结构的设计要充分了解各种结构模式的抗震性能和经济指标，把握好房屋的体型、结构的体系以及刚度的分布等，针对抗震的薄弱环节通过抗震构造措施进行改善，将抗震结构设计的成本降到最低。

四、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

1、钢结构设计

1.1选择合适的钢材

在钢结构建筑中，钢材的选择非常关键，直接关系到整个结构的各项性能标准，所以钢材要具有较好的延伸性，在抗拉强度、屈服强度方面符合标准。为了保证焊接的质量，要符合含碳量指标。如果在地震区的钢结构建筑，还要充分考虑抗震性的需求，要对钢材进行冲击实验，保证具有良好的韧性。为保证钢材的各项性能都符合标准，一定要进行相关的实验，检测合格后准予使用。对于有其他性能需求的，要按照建筑的规范标准操作，确保钢材的质量符合标准要求。

1.2楼面结构设计

在楼面结构设计中，比较常见的问题是裂缝，如果设计不当将直接影响楼面的施工质量。在楼面设计中，应该根据施工材料的不同设计不同的方案，因为材料的性质不同，伸缩缝的设计长度也不相同。所以在钢结构建筑中，对于楼面的设计可以使用现浇混凝土的方法，伸缩缝的长度可以按照混凝土结构预留，以避免施工中楼面出现裂缝。

1.3网架结构的计算

在实际的建筑工作中，建筑设计人员通常会将网架同下部结构分开进行计算。在计算当中，设定网架支座的刚度是无限大的，并且各个支座刚度相等，将支座反力与下部结构相加就可以得出网架结构的设计值。下部结构可能为梁，也可能是其他的形式，其刚度差异很大。

2、地基结构设计

2.1基础设计

地基是整个建筑的基础，地基的结构设计水平直接影响到上层建筑的质量。因为地基的基础不仅要承受来自上层建筑的荷载，同时还会受到地下各种应力的影响。基础的结构设计需要考虑的因素较多，在设计之前，需要对基础的地质条件、水文状况、荷载的分布情况、周围建筑的基础、抗震等級等各项要素进行详细的调查分析，然后根据建筑的整体需求，设计出高水平的结构方案。在砌体结构设计中，条形基础较为常见，基础的结构形式主要取决于地基的荷载力、防水要求等因素，有针对性的选择基础类型。

2.2桩基深度

在桩基设计方面，要选择硬岩石为桩端的持力层。在桩端进入到持力层时，应对其深度进行控制：以桩径（d）为标准，如果是粘性土，应大于2d；如果是强风化软质岩或砂土，应大于1.5d；如果是强风化硬质岩和碎石土，应大于1d，且应大于0.5m。在桩基进入到持力层时，桩断面进入到岩层的深度应大于0.5m，如果持力层为未风化的硬质岩或灰岩时，可适当减少其嵌岩深度，但也应在0.2m以上。

五、结语

综上，我们应严格遵“安全、经济、合理”的设计理念，努力探索更合理的结构设计方案，保证建筑工程取得良好的经济效益和质量效益。引进先进的设计技术，创新设计理念，根据房屋所处的实际地理环境，选择合适的设计优化方案，争取采用最低的造价来换取最大的经济效果。