浅析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

李向北

（中国瑞林工程技术有限公司，南昌330000）

浅析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

李向北

（中国瑞林工程技术有限公司，南昌330000）

建筑不仅仅是行业的发展，也是一种艺术的发展，在设计时，将建筑的结构设计与美观设计相结合，从不同的方面提高整个建筑的适用性和安全性，并且提高其美观性。在追求建筑结构最大化利用的程度上提高整个建筑工程的综合效益。因此结合相关的案例，对建筑结构设计的优化方法进行详细的分析，以促进我国建筑行业朝着经济化、实用化的方向发展。

建筑结构；设计优化；实际应用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.017

1 引言

目前人们对于建筑的水平要求不断地增高，不仅仅要求建筑建设的安全实用，更要求经济美观。并且在施工的时候，更要考虑施工过程中出现的一系列问题，以求达到简单快捷、缩短建筑工期的目的。所以，根据目前我国的建筑设计现状来看，对于建筑结构设计我们需要进一步地优化，从而使建筑可以获得所有被期望的性能。

2 结构设计优化方法的理论体现与实际案例

2.1 理论体现

在进行工程项目设计时，我们要保证整个工程项目的安全、实用性能和美观性。这是建筑工程结构设计中最常见的问题，也是需要注意和不断优化的问题。在进行建筑工程的结构设计时，需要结合实际，对设计师提出的所有的设计方案进行对比分析，从其经济性、实用性、美观性等方面进行比较，找出最优的设计方案，以期达到预期的目标。而通过一系列的理论对比可以知道，房屋工程结构的优化设计是优化设计方案在实际工程概况中的具体体现，其主要体现在对房屋的围护结构、屋盖系统等方面的优化。并且在进行房屋设计的时候，需要仔细考虑房屋建造地的实际环境、房屋结构的布置、房型以及整栋建筑的建造成本等，通过对这些方面仔细地对比分析，来不断地对房屋结构进行优化设计。而如今我国很多建筑商为了不断地适应社会发展的要求以及购买的需要，在建筑的结构上有了一定程度的创新，但是建筑创新的根本是安全，这是整个建筑在建造时的底线。

从实际操作来看，建筑的结构设计，需要尽量缩小质量中心以及刚度中心的差异，并且保证建筑平面结构的对称和规则，并且需要注意，建筑在水平荷载作用之下不能够产生扭转效应。在相应的功能条件之下，要求建筑的竖直方向布置与竖直方向上的承重构件上下融通，这样就可以降低其他构件的承载压力。同时，设计时为了更好地降低结构设计和分析的难度，加之经济因素的影响，都会尽量地避免使用转换层。而对于建筑的刚度来说，也有实际的要求，刚度变化最基本的要求是渐变而不是突然性的变化。[1]这样就会使其承载力分散，可以抵抗建筑结构水平方向的动力荷载。

2.2 实际案例

论文所选择的工程案例是某市的一家写字楼，这个写字楼采用的结构是7层的钢筋混凝土框架结构体系，整个建筑的面积为6408m2。由于建设施工的场地有限，所以在设计的时候，宽度设计为15.6m，长度设计为58.1m。设计房间的时候，开间为4.8m，进深为6.6m，走廊宽度为2.4m，高度为3.6m，具体的平面图如图1所示。

建筑框架建设所使用的柱和板都是用现浇形式形成的。由于建筑建造所选择的地区地势比较平坦，并且底层的土壤和水分等分布得比较均匀。所以在选择地基承载力的时候，选择120～140kN/m2为该栋建筑的地基承载力。根据相关的测量我们得知，该栋建筑所在的地区冬季的最低气温为-10℃，冻土的深度为103cm，年降水量为700mm，地下水位深7m。但是由于这个地区的水质对于混凝土的侵蚀作用不是非常明显，所以在进行强度和烈度设计的时候，定为Ⅶ度。

图1 建筑平面设计图

3 结构设计优化技术的实践应用

在实际的建筑设计中，存在很多的问题。比如项目的前期设计、整体设计以及抗震设计都有很多的问题需要解决。这个时候就需要采取结构设计优化的方法，来达到建筑设计的最好状态。具体体现在以下几个方面。

3.1 结构设计优化应注意前期参与

建筑的前期设计是非常重要的一个时期，所设计的图纸和讨论出来的方案会直接影响整个工程建造结构、建筑成本、建筑形状等问题。但是目前在我国的建筑修建过程中，很少有设计师会注意到这一点。所以我们应该对此提起注意。在进行结构优化设计的时候不能够只在建筑后期参与，我们需要在前期就将结构优化设计考虑进去，这样才能够帮助设计师更好地进行结构的选择和设计，并且在进行选择和设计时可以更好地考虑到建筑的最基本的要求。

3.2 概念设计结合细部结构设计优化

很多建筑在设计之初都是设计师大致的想象，并没有一个实际的而又具体的数值对其想法进行量化，因此在设计的时候，我们可以采用概念设计的方法进行。例如，在对建筑的防震问题进行考虑时就需要采取这样一个办法。因为地震是不可以预知的事件，它的不确定因素导致我们在进行设计的时候无法找到一个完全与实际情况相符合的公式对其进行准确地计算。[2]因此在对这方面进行设计优化的时候，我们可以采取概念设计的方法，将相应的数值作为参考依据，对其进行最为保守的估计性设计。并且在设计的时候，要求设计人员合理地使用结构设计优化方法，以求整个设计可以达到最佳的效果。通过这个小例子我们可以看到，在进行设计的时候，必须要对建筑的细部结构进行相应的优化设计。比如说在进行混凝土异形板料的现浇过程中，由于拐弯处可以开裂，我们可以将其优化成为矩形板，然后再选择相配的钢筋，这样就可以在满足结构的基础之上达到安全经济的目的。

3.3 下部地基基础结构的设计优化

在进行地基基础结构设计优化的时候，要选取最合适的方案。因为地基是整栋建筑的根本所在，所以不可以大意。例如，在进行桩基的选择的时候，我们可以根据实际施工场所的地质情况对其进行选择，并且以降低工程造价为基础。在确定桩基长度的时候，可以根据桩端持力层的厚度进行合理地选择。在选择时，要将多种方案进行对比分析，在其中找到较优的方案作为设计方案进行实施。

3.4 上部结构的设计优化

上部结构的设计优化主要指的是对剪力墙的合理设计。最基础的是需要保证剪力墙的质量均匀，这样楼层的平面刚度中心点与其结构重心就可以重合，这样对于抵抗地震和风力作用等问题都是有非常大的好处的。并且在进行上部结构的优化设计中，需要注意的是尽最大的可能性来应用大开间的剪力墙的构造，并且尽可能地增加剪力墙的墙肢长，这样就可以缩减墙肢的数量以及混凝土的使用数量。钢筋建材的使用数量也会随着大开间的剪力墙构造而减少。不过这里需要注意的问题在于，如果建筑的施工地区地质比较差的话，就不应该采用大开间的剪力墙构造，因此这个结构需要根据实际情况来确定使用。

4 结语

通过论述得知，我们从结构优化的设计理论谈起，结合某写字楼为工程案例进行分析，并基于此罗列出结构优化设计在实践过程中的应用方法。通过这些内容，我们可以发现，结构优化设计可以很好地将建筑设计不断地优化，但是仍然需要注意在实际情况中的具体应用。希望论文对此所做出的相应研究可以为我国建筑行业结构优化设计提供一份借鉴。

【1】佟月强，郝明.试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业，2012(8)：252.

【2】孙有果.结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用探讨[J].科技致富向导，2011(26)：175.

Analysis on the Application of Architectural Structure Design Optim ization in Building Structure Design

LI Xiang-bei
(China NERIN Engineering Co.Ltd.,Nanchang330000,China)

Construction is not only about the development of an industry,but also the art.When designing a building,we should combine the design of both the building structure and the appearance,to improve the serviceability and safety of the whole building from different aspects.The appearance should also be considered.The overall efficiency of the construction project is improved while pursuing maximum utilization of the architectural structure.So this paper analyses the optimization method of building structure design in detail,based on the relevant cases,in order to promote the development of China's construction industry towards the direction of economization and practicability.

building structure;design optim ization;practical application

TU318

A

1007-9467（2016）08-0032-02

2016-08-01

李向北（1985～），男，湖南娄底人，从事建筑结构设计研究。