建筑结构设计优化方法在建筑结构设计中的应用研究

梁靖 曹志晗

摘要：当前，人们对建筑物的要求不仅仅停留于实用性的层面，而是对外观设计的艺术感有了更高层次地要求。而在建筑物的建筑结构设计和框架结构安排上，如何既兼顾安全性又达到当前社会的审美需求是设计师在优化建筑结构设计图时需要考虑的问题。如何通过融合新的设计思路和结构设想，将建筑结构设计在技术和质量、空间规划上达到最大程度地优化。

关键词：房屋建筑;结构设计;优化

引言

要想进一步提升房屋建筑的设计水准以及质量，就需要增强对房屋建筑构造的优化以及设计。通过持续满足人们对房屋建筑的外观、稳定性以及功能性，持续改进构造设计，进一步实现降低能源消耗，降低房屋建筑的建造成本，提升建筑工程企业的经济收益，并最后提升建筑企业在市场当中的竞争能力。除此之外，房屋建筑的安全性将会对居住人员的居住安全造成直接的影响，为了避免房屋建筑构造设计漏洞的形成，提升房屋建筑的安全性能，需要对房屋建筑构造设计进行有效地改进，进一步的提升房屋建筑构造设计方案的安全性以及可行性。

一、高层建筑结构设计的作用

首先，满足高层建筑架构需要，随着建筑层数的不断增高，建筑结构设计就需要考虑达到一定高度后建筑的应用需求问题，考虑如何进行上层建筑结构的架构。结构设计工作前期是对建筑的需求，如材料、结构以及应用效果等方面对结构进行设计和研究，但在确保满足建筑整体结构的合理性和完整性的基础上，设计出符合高层建筑特点及功能性需求的结构。其次，满足高层建筑的安全性和稳定性需求。对于任何建筑来说，其稳定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指标，随着建筑层高的不断提升，对安全性和稳定性的要求也随之提高。若建筑结构设计方案具备科学性、合理性，则建筑的安全性和稳定性就有了保障。最后，满足建筑的应用性能。建筑结构设计应从用户角度出发，丰富建筑的实用性和功能性，使得用戶能高效运用室内空间。合理科学的结构设计能够影响其结构空间的应用性能，因此，在设计时应着重注意。

二、高层建筑结构设计的原则

（一）结构规则性原则

建筑平面简单和体型规则的结构，因其传力途径简单、清晰，造价相对较低。建筑立面和平面布置丰富多样，在满足不同使用功能的前提下，通过对结构单元合理设缝断开，形成相对规则的结构单元，使不规则的建筑体型和平面布置变成规则的结构体系，同样可以达到规则性结构较低的工程造价目标。

（二）合理的简图设计

在高层建筑结构设计中，简图设计尤为重要，对其要求也比较高。简图设计需要精确的数据作为支持，若数据不准确，将会导致设计出现偏差，不合理。因此，在设计前需要对项目场地进行细致的勘察，确保数据的精确性，提高简圖设计合理性的同时，也为后续施工提供了良好的数据支持和依据。

（三）结构安全性原则

建筑结构须满足承载能力和正常使用原则，抗震设防区应满足 “小震不坏，中震可修，大震不倒”的最低设防目标要求。任何形式的建筑结构优化设计，不得以降低结构安全性为前提，这是建筑结构优化设计的底线。

三、房屋构造规划当中的建筑构造规划优化策略

（一）优化选取房屋建筑构造的类型

首先，剪力墙构造型。这种类型主要运用在高层房屋建筑当中，所依靠的基础为混凝土构造施工技术，这种优化构造与“短肢剪力墙”构造类型相比较就有着钢筋材料运用量小以及抗震能力强等特点。其次，框架构造类型。此类型主要的优点在于造价较低、布局灵活以及空间大等，但是这种构造类型也有着一定程度的缺点，抗震能力相对而言较为薄弱、柱的截面面积相对而言比较大。最后“剪力墙 -框架”构造类型，此构造类型的构造是对框架构造以及剪力墙构造的优化融合，这种构造类型可以综合以上两种构造类型的优点，构造布置相对而言较为科学合理，实际运用的能力相对而言也比较强，这种构造类型较为突出的特性就是抗侧能力相对而言较强。

（二）规范防震设计

建筑结构的优化设计，最重要的目标是提升整体结构的稳定性，减少地震等自然灾害对人力、财力的负面影响。因此，在对建筑结构优化设计方案进行提升时，应当充分规划结构中的防震设计，着重注意对截面的高度确定和调整。同时需要对不同的主轴方向和水平方向上的承重柱进行抗震防范分析与计算，充分考虑到整个建筑结构横纵方向的框架的稳定作用，不能存在偏差。避免出现忽略框架或几点钟箍筋与纵筋的实际配置情况和地震作用下产生力的疏导，在实际的设计与施工过程中出现配筋不足的现象。

（三）细部优化设计

（1）一方面应注重建筑结构的整体设计，一方面也应注重结构的精细化设计。如竖向构件（主要指柱）根据其截面、配筋、混凝土强度等级等竖向分段设计，可节约材料，同时让竖向刚度从小往上缓慢减小，有利于计算参数更容易满足规范要求。（2）住宅结构设计时，因其柱网一般较密，梁板跨度较小，楼板设计时应考虑采用较大强度的钢筋（如三级钢），除个别大客厅板按计算配筋外，其他满足最小配筋率即可;对次梁箍筋，宜采用强度较小钢筋（如一级钢），除个别大跨度次梁外，其他次梁箍筋满足规范规定的最小配筋要求即可。

（四）节能构造规划的优化

节能构造规划的优化是需要以绿色建筑理念为前提，并充分运用设计学当中的方式。首先，优化表面形状以及布局，布局指的就是房屋建筑的主要朝向，受到我们国家气候条件的极大影响，为了进一步确保房屋建筑的通风以及阳光照射量良好，房屋建筑的朝向应当尽最大的可能朝南。表面形状的优化指的就是需要确保所规划的房屋建筑表面不接受冷风的直接朝向，这样一来就可以进一步降低热能的消耗，进一步达到节能的效果。其次，维护构造规划，房屋建筑维护构造主要就是指屋顶以及门窗，对于房屋建筑的门窗来说，在房屋建筑朝南的方向所设计的门窗需要尽最大的可能多、大，这样一来才能够最大程度地吸收太阳光的辐射，房屋建筑朝向北的就需要进一步的减少门窗的设置，进一步防止房屋建筑当中的热量流失，施工材料需要选取一些保温效果良好的。

（五）对高层建筑结构进行合理设计

在建筑结构的设计中，高层建筑结构的框架设计难度更大、安全性要求也更高，通常需要较大的防震能力来稳固整体结构。当前的高层建筑结构框架设计中主要采用混凝土作为建筑材料，在具体的设计与施工中必须注意混凝土的强度不能超过 C40，严格控制混凝土混合和使用的强度，以此来增加建筑结构在高层设计与施工、使用时的抗弯、抗压、抗震能力。优化建筑结构的设计，最重要的是其能够灵活应对多种地质情况的变化，使其在各种情况下仍然能够保证安全性和稳定性。在对高层的建筑框架结构进行基础部分的详细设计时，应当考虑到注下拓展基础宽度较宽或地基不匀、地基较软的多种情况。

结束语

高层建筑结构设计直接关系到建筑工程质量和结构稳定性、安全性，因此，在设计过程中，设计人员需要遵循严谨、认真的态度，对高层建筑结构设计中可能存在的问题进行分析，并针对这些问题制定行之有效的预防措施和解决方案。在进行结构设计前，设计人员还需要深入到建设场地，对其周边环境和地质情况等进行细致的勘察，为结构设计工作提供可靠的数据支持，也为后续工程的施工给予正确的指导和规范。

参考文献：

[1]冯俊标.结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的运用[J].低碳世界，2020，10（1）：134-135.

[2]周晖.以异型柱框架为例浅淡房屋建筑结构设计优化技术应用[J].绿色环保建材，2019（5）：72+75.