房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨

郑慧敏

（山西省太原市建筑设计研究院，山西 太原 030000）

关键字：房屋建筑；结构设计；优化技术；应用

1 什么是房屋优化设计

对房屋结构进行优化就是在房屋结构原有的基础上进行优化，使得现场施工更加容易，成本也能够下降，因此需要对现有的结构设计方案进行全面了解，在保证房屋的安全居住和使用功能呢的前提下，优化设计需要考虑房屋现有的问题，然后用最经济的角度去完成建筑的优化设计。在优化设计中需要考虑的主要内容有：1）对房屋建筑的结构进行分析，结合周边环境的影响和可能出现的荷载，房屋建筑所处的场地和地质等，对整个设计过程进行分析并优化，进行设计改进。2）在进行整体优化的基础上，对房屋单体的子结构进行进一步的优化，细化到房屋结构所共有的屋盖系统、基础，然后对主体结构和围护结构和细部结构进行优化。

2 房屋优化设计与房屋成本

2.1 结构面积与房屋层数的关系

在直观认识当中，占地面积一定时，随着建筑结构层数的增加，单位层数的占地面积就会减小，这样占地面积越小就越经济。实际的设计并不是这样的，建筑物的层数增加后，建筑总高度也相应增加。为了能够保证建筑物内部的光线质量，还需要增加建筑物之间的间距，因此仍然会造成建筑用地面积的增加。因此建筑总建筑面积的占地面积与建筑的层数之间的关系并不是必然的，因此需要采用建筑结构优化设计的方法对建筑物层数与占地之间的关系进行优化。通常情况下，高层建筑的优化思路是减小上部结构的面积来实现建筑整体的光照效果，这样的结果是会同时减小上部结构的建筑面积，因此需要优化相关技术。

2.2 结构分部与房屋层数的关系

房屋建筑的屋盖是共同的，因此当建筑层数增加后，屋盖的单位设计成本就会降低。基础虽然也是共同的，但是在成本上却正好相反，当建筑层数增加以后，基础结构所承担的荷载增加，因此需要更高的基础承载力，这样会造成基础结构的设计成本迅速增加，而由于基础在建筑工程中的占比较大，最后成本变大。层数增加也会造成梁柱板等受力构件需要承载的荷载增加，因此设计成本变高。在外观方面，假如同样占地面积的建筑形状由平面变为圆形，则会减小建筑物的周长，减小所建造的建筑物墙体面积，后期的装修成本也会下降，同时圆形的建筑也会更加稳定安全，因此在外观通常只采用方形或者圆形。

3 结构优化的应用

3.1 重视概念设计

建筑结构的布置有很多方案，同一个建筑结构的布置有很多结构分析的方法。由于布置方案的不同以及分析方法的不同，建筑设计选择的参数和指标以及选用的材料、标准都有区别。对于结构设计处理，不能够单单使用设计软件来计算。不同的设计人员设计方式和经验不同，因此对概念设计的理解也不同，面对结构设计优化问题，需要设计人员对相关的方案和设计参数进行选择和判断，这种优化技术最重要的是人员的经验积累，经验越丰富，对参数的选择就越合理。

3.2 结构设计中的其他问题

房屋设计的最根本目的是要实现房屋的安全居住，并且在设计年限范围内不会出现房屋倒塌等问题，在设计年限内能够满足使用的要求。并且在此基础上不断降低施工和设计的成本，由于在部分外部因素的影响下，房屋建筑的耐久性和安全性可能受到影响，因此如果周边环境条件复杂，设计的重点应当转到结合周边因素影响上来。外部结构设计中的地震作用最为特殊，因为地震作用没有任何规律，且无法预测，因此在结构设计中必须充分考虑地震荷载作用，尽可能减小地震对于建筑的损坏。目前有一些比较有效的设计方案，结构对称的建筑受力均匀，建筑物延性大危险截面少，因此对地震性能也有比较明显的效果，强地震作用下次要构件首先破坏能够有效保证构件的稳定性，防止结构失稳。

4 结构优化中需要注意的问题

4.1 初期结构设计中的问题

前期的结构设计方案与建筑项目本身的成本直接相关，因此如果前期使用房屋建筑结构的优化技术，才能够防止在房屋建筑过程中存在合理和可行性的问题，降低房屋建设成本。因此房屋结构的优化在初期的结构设计中就可以运用，这样才能够实现结构设计的合理化要去，合理化建设成本。

4.2 结构细部的优化工作

对房屋结构进行优化其实重点就是对构件进行优化，因此除了需要考虑房屋整体之外，还应当对部分构件进行优化。比如设计混凝土板的时候需要对合理性进行分析，避免浇筑后出现拐角裂缝。计算机的使用能够将计算机技术和设计结合起来，因此优化设计实际上在考虑经验后已经转变为数学问题，所以工程设计人员应当注意计算机优化设计方法的掌握。

5 结语

房屋的设计基本目的是要保证房屋的安全居住和使用，在此基础上考虑耐久性。当然在满足这些前提的条件下，设计人员最重要的还是要不断优化设计，降低成本，把优化技术应用到房屋的整体乃至细部构件上，保证房屋结构的使用寿命。设计的时候，设计人员应当充分利用建模计算的工具，在结合周边环境的基础上利用经验将其转变为数学模型，不断做好模型的优化，推动社会经济的发展。