房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用

方孝仲

摘 要：建筑结构优化设计对房屋建筑工程结构设计来说是非常重要的，不仅能够降低工程造价，还能满足人们的需求，提供给居民经济实用，安全美观的住房。基于这种客观实际，本文对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行了分析，旨在通过相关介绍，可以让读者们在房屋结构设计中应用建筑结构的设计优化方法方面能够所有认识。

关键词：设计；建筑结构；优化

1 前言

在进行建筑工程施工之前，均需要依据工程实际及周边环境，合理进行布局设计，安排具体施工办法，通过合理施工控制与竣工验收实现工程质量及功能。一般而言，质量良好，性能完善的房屋建筑，属于建筑设计人员将建筑功能价值与建筑美学价值的整合与统一成果。房屋结构设计，以实现房屋建筑结构功能、美观及应用价值为目标。采取建筑结构优化设计方法，是在房屋设计基础上，进一步优化资源配置，最大限度实现房屋现实需求。

2 建筑结构设计优化的重要性

第一，在保证建筑质量的基础上，可以提高经济性、美观性；第二，能够节约建筑成本，有效保护建筑周边的自然环境。由此可见，应用设计优化方法，能够提高房屋建筑的综合效益，满足不同用户的需求，同时为建筑企业带来更大的经营利润。和传统的建筑结构设计方法相比，设计优化能够降低建设成本，调查显示能降低30%左右。具体分析认为，通过设计优化，其一能充分利用各种建筑材料和资源，尤其是对内部结构单元进行协调，提高空间使用率；其二实现设计上的创新，在保证建筑安全的基础上，延长使用寿命，保护居民的人身财产安全；其三能帮助设计人员认真选择设计方案，提高设计的科学性、合理性[1]。

3 建筑结构设计优化方法的流程

3.1 结构模型设计

第一步，选择变量。从实际设计工作中来看，重要的数值、参数是决定设计方案的依据，这些数据可以作为变量使用。举例来说，在建设目标中，包括价格参数、预期损失参数；在工程控制中，包括房屋结构的可靠性参数。设计人员应该选择变化小、干扰少的参数，才能降低结构设计难度，尽早确定满足设计目标的数据。第二步，确定函数。在多个类似的函数中，设计人员应该选择出最佳的函数，要求满足房屋截面尺寸、钢筋尺寸面积，然后对函数的性质进行分析，以降低建设成本。第三步，衡量条件。从房屋结构的安全性、耐久性出发，设计约束指标包括房屋尺寸、架构刚度、变形限度、受力特点、单元组件、墙体裂隙、结构可塑性等。而且，还要考虑到房屋结构的实际情况，保证各个条件都满足规定要求，实现设计方案的最优化。

3.2 确定计算方法

房屋结构的设计伴有大量的计算过程，对结构设计进行优化，就是基于复杂变量和多种设计条件下的计算。对于设计人员而言，计算过程中应该演算各种数据，将附加约束条件转变为不附加约束条件，方便得出计算结果。另外，计算方法的种类较多，而且各自具有优点和缺点，应该根据现实条件选择出最为简便的计算方法，以节约计算时间、减轻计算工作量[2]。

3.3 选择最优程序

确定房屋结构模型，并经过计算之后，下一步就要求设计人员从中选择最优程序。对于最优程序的要求，一是具有完整的功能，二是可以高效运转。这种程序是由多个小程序组合而成，在结构设计中具有重要作用。

3.4 分析统计结论

面对最优程序和计算结果，此时设计人员要对统计结论进行分析，明确不同设计方案之间的相同点、不同点，综合分析后确定最佳设计方案。由于房屋建设成本高，会涉及多个当事人的利益，因此设计人员应该从多个角度进行思考。值得注意的是，片面追求经济效益、不顾技术创新的做法是不可取的；应该在保证技术含量的基础上，尽量降低经济成本。

4 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析

4.1 结构同房屋建筑的协调优化

在进行设计时，应尽可能保证房屋建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果[3]。在进行房屋建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。房屋建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体房屋建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。

4.2 整体优化和局部优化

任一项目房屋建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含房屋建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含房屋建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一房屋建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。

4.3 优化设计规范

在对房屋建筑工程进行建筑结构优化设计的过程中，设计人员严格遵循了相应的结构设计规范，不仅充分了解了结构设计规范中的相关条例，而且结合房屋结构设计的实际情况，对建筑结构优化设计的方案进行了合理应用。同时，针对结构设计规范中存在的不足，如安全性较差、要求过于宽松等，设计人员结合实际情况进行了适当的取舍，从而切实保证了设计成果的最优化。

4.4 框架梁、柱箍筋间距的优化

对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级，基本雪压和基本风压，地面粗糙度等等一些基本房屋结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在房屋结构设计中要考虑的要素。

4.5 桩基础优化

桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。

5 结语

为实现建筑工程经济效益、社会效益，提出对房屋建筑进行结构设计优化。结合工程实例，从房屋建筑工程结构设计优化所依托的理論基础出发，探究房屋结构设计中的建筑结构设计优化的现实意义，社会实践证明，通过建筑结构设计优化，有助于实现建筑工程整体效益，研究其结构设计优化具体策略，通过结构模型设计、合理选择计算方法、选择应用最优程序、分析统计数据确定最佳方案，实现建筑结构设计优化，实现建筑工程整体效益。

参考文献：

[1] 方杰.略谈建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].建材与装饰，2017（12）：120～121.

[2] 刘家鑫.试述房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].建筑知识，2017（4）：21～22.

[3] 李丹丹.论建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].建材与装饰，2016（17）：123～124.