房屋建筑结构设计优化措施研究

郭林海 青岛市胶州建设工程设计有限公司

郭林江 青岛地质工程勘察院（青岛地质勘查开发局）

1 前言

现阶段，我国建筑行业实现快速发展，国家也推出各项节能降耗的政策方针，秉持可持续发展的建筑理念，建筑企业要给予建筑结构优化技术足够的重视程度。结构设计技术人员，要不断提升学习先进的建设理念和建筑结构优化技术，进一步深入优化建筑结构设计，达到更高的建筑工程设计目标，为人民提供一个更加安全、舒适的居住环境。

2 现阶段房屋建筑结构设计的现状

2.1 结构设计图纸的内容不够完善、详尽

建筑工程施工必须严格按照施工图纸开展施工，设计图纸是整个建筑工程项目建设中重要组成部分，作为具有重要参考和引导作用的图纸，必须具有完善性和科学性，便于施工企业有序施工，提供坚实的技术支撑，最大程度上减少施工工序出错而带来的返工、质量不达标等问题。然而，由于部分设计单位缺乏丰富经验的设计工作人员，导致设计的结构图纸不够完善、详尽，使施工单位在施工阶段无法将各个施工节点落实到位。

2.2 房屋建筑基础选型不够合理

为了满足房屋建筑的各项功能需求，设计往往会忽略其结构安全性。为了从根本上提升建筑结构的安全性能，必须给予建设结构设计工作足够的重视。应结合建筑结构专业知识及融合设计经验，确保建筑结构设计的科学性和合理性。

由于建筑结构的安全受各个专业影响，比如建筑结构类型的选择、建筑工程材料选择是否达到国家规范标准等，一旦不能科学选择建筑工程基础选型，将会直接影响建筑工程的结构安全性。现阶段，我国建筑行业的基础选择问题十分突出，由于基础选型不合理，导致房屋建筑承载性较低，施工基础质量达不到规范等级，经常出现不均匀沉降等问题，埋下了巨大的安全隐患，导致建筑安全施工频发。

3 建筑结构设计优化方法的内涵与重要性分析

3.1 内涵

随着新时代国民经济的快速发展，人民生活水平获得显著提升，住宅市场中的消费者对房屋质量与安全性能提出了更高的要求。建筑从业人员必须采取合理措施，优化建筑结构设计方案，结合不同地区的区位环境推出独具特色的建筑风格，在保证建筑施工效率与质量达到行业平均水平的同时，节省建筑成本，控制现代建筑建造工程对社会资本与自然资源的消耗量，提升建筑工程的社会效益与经济效益。

设计者应合理应用建筑结构设计优化方法，保证建筑发挥预设的基本功能，突出建筑本身的美感与独特的外观风格，分阶段做好建筑分层结构优化与工程总体优化工作，推出保证建筑结构安全性的全新结构形式，考虑到材料造价、选型、受力、施工难度等不同影响因素，优化房屋建筑中较为重要的屋盖、围护结构以及结构细部的设计方案，秉承经济性、安全性、美观性等基本原则，对比研究可能采取的设计方案，以找到能够满足各项基本需求的设计方案。

3.2 在房屋结构设计中的应用价值与重要性

在新时代房屋建造工程中，通过全面优化设计建筑结构，可在保证施工质量的同时，控制建造成本，提升资源利用效率，践行可持续发展理念与绿色建筑思想，让现代建筑业走向可持续发展道路，不仅满足住户的短期需求，还应维护现代房屋建筑的远期使用价值，主动淘汰传统房屋建造方案与设计思路，让建筑占地面积和房屋造价之间形成平衡关系，使工程总成本长期保持在合理范围以内，避免在建造高层建筑的过程中浪费稀缺资源。

4 做好房屋结构设计、合理利用优化方法的正确路径

4.1 构建房屋设计模型，科学选择变量

为在短时间内检验不同类型设计方案的合理性，找对优化方向，必须利用数字化软件搭建建筑模型，选择贴近实际的建筑内部参数变量，为建筑结构设计的进一步优化打好基础。在搭建数据模型、优化设计方案前，建筑设计师可立足整体性角度分析某一建造方案中建筑的各项基本性能，把握后期结构优化的切入点与关键点，准确认识影响整体方案应用效果的关键因素，例如地基土层的厚度、承载力以及空气湿度等。将建筑工程所涉及的各类参数引入建筑结构模型中，让结构设计优化工作获得可靠的数据支持。

建筑设计者必须基于数字化建筑模型，分析各类因素与环境条件对建筑使用性能所产生的负面、正面影响，控制后期结构优化工作给建筑设计方案精确度带来的偏差，选择能够提升优化效果的函数与计量标准，在保证现代建筑的安全性、实用性的前提下，突出房屋结构优化设计工作的经济性，压低建筑工程成本，合理选择较为适宜的房屋建造结构、技术器材使用方式、建筑材料，结合具体环境条件，调整施工工艺，全面提升建筑建造效率。

建筑设计师可基于数字化模型精确计算各类变量，选择经过实践验证有效的计算方法，根据建筑的整体功能与住户所提出的质量要求，设计配套的数据分析标准，模拟运算主要的变量数据，整合并深入研究基于模型和函数进行的数字化模拟活动的统计结果，发现建筑设计方案的潜在缺陷与固有优势，平衡对建筑质量产生影响的主要变量。

4.2 优化建筑上部结构

建筑设计者必须基于数字化模型，选择正确措施优化系统设计方案，坚持合理性、科学性原则，优化建筑内部剪力墙结构的设计思路，让建筑内部剪力墙数量保持在合理范围内，控制剪力墙的建造方式，强化建筑结构的刚度、强度，减少各类安全事故发生的概率，让我国现代建筑有能力应对地震、泥石流、台风等自然灾害，防止发生墙体破裂、管道泄漏等问题，给广大住户提供一个较为安全的居住环境。

建筑设计师应保证剪力墙重量均匀地分布于楼层整个横截面上，使用钢筋混凝土制作的梁柱支撑剪力墙，让高层建筑中不同楼层的结构中心保持一致，突出建筑平面的刚度。在保证建筑结构稳定性的前提下，调整剪力墙的水平方向和承重能力，处理好角度平衡性问题，强化剪力墙的延展性，根据现代建筑项目的整体质量要求、参数指标，对在现场搜集到的数据进行分析研究，争取满足工程的实际质量需求。

4.3 优化整体设计方案

建筑从业者必须针对具体的设计方案进行全面、深入的分析研究，调查具体施工现场的环境，准确定位建筑工程的规模、质量、使用性能、参数标准；从整体角度入手，规划关键性技术设备的使用方式、资源调配机制，严格控制容易影响建筑建造质量的外部因素，如人工操作错误、建造工艺不合标准、原材料质量差等。做好配套的质量控制工作，反复核查建筑结构设计方案，分析建筑的受力条件与结构稳定性，合理化控制各类建材的使用数量，避免浪费工程资源，消除可能存在的安全隐患。

设计者必须根据质量要求简化大型建筑、高层建筑的内部结构，控制在建筑结构优化设计环节计算的误差大小，压低施工成本，确认与建筑结构设计相关的各类约束条件，如应力约束、尺寸约束、空间约束等，在建筑建造过程中将实际约束条件和建造规划中的目标约束条件进行比对，保证主要约束条件符合基本要求。

5 房屋建筑结构设计优化注意事项

5.1 结构细节设计

建筑企业在开展建筑工程结构设计工作时，不仅需突出整体结构的设计优化，同时还要突出结构细节的设计优化。建筑工程开发具有不可逆性，在工程完成建设后，存在的安全隐患、设计隐患将直接影响建筑物的整体使用安全性与稳定性。为此，在实际建筑工程结构设计工作中，需落实结构细节设计优化工作，主动消除设计隐患。如在建筑工程的不同项目设计中，配筋率作为常见的设计环节，要合理控制配筋率，以提高相关项目的建设质量与安全。又如在开展框架结构、剪力墙结构设计工作时，应选择冷轧带肋钢筋进行施工，通过使用该类钢筋材料，可有效控制钢筋投入成本，提高建筑工程开发的整体安全性与经济性。

建筑企业在开展结构细节设计工作时，应合理引进信息技术，保证建筑项目结构设计的可行性与有效性。如部分项目建设过程中，通过合理引进BIM技术，围绕结构设计方案，建构虚拟的三维立体模型，进而可视化分析构件设计细节，可及时发现设计方案中存在的问题，便于对其进行有效解决。在计算机信息技术应用过程中，相关技术人员必须熟练掌握信息技术，以保证技术应用的可靠性与合理性，有效提升我国建筑行业发展水平[1]。

5.2 整体方案选型

当今社会，房屋设计不仅是解决人们的衣食住行，而应注重外观造型和艺术价值。这给房屋建筑结构设计带来了一定的技术难度，因此结构方案选型十分关键，结构选型是房屋建筑结构设计中的重要一环，对控制造价有着决定性作用，影响着整个工程的经济性。结构设计要合理应用计算机技术完善约束条件，使其充分满足设计要求，不断增强优化设计方案的准确性和可操作性。结构设计中要科学应用多种先进软件技术，有效保证建筑结构的安全性，增强设计模型的科学性，可结合实际选择结构设计变量，根据房屋建筑的重要性和关键参数，明确结构设计中的主要变量。

5.3 综合分析

建筑工程建设过程中，为保证结构设计的科学性与合理性，应综合分析结构设计方案，如考量建筑物的周边环境、建筑物的功能设定、经济效益、使用寿命等，以保证结构设计方案，具有一定的可操作性。设计人员在开展结构设计工作时必须考虑多个因素，确保科学严谨地规划布局，基于实际建设环境条件制订合理的设计方案，最大程度上利用当地建筑材料，以达到建筑结构设计预期效果。建筑企业在开展综合分析工作前，应组建专业的设计评审小组，由技术专家组成，确保综合分析过程中，能及时发现结构设计问题，消除设计质量隐患，提高房屋建筑的整体建设质量，充分发挥开展综合分析工作的实际作用。

6 房屋建筑结构设计优化措施

6.1 结构协调优化

在进行建筑物的建筑结构设计时，需要协调多个项目，如管道、基本构件、供暖、通风和空调以及电气，以确保建筑物的完整性和安全性。这要求在优化结构设计时有效优化结构兼容性，例如风管/管道与结构的协调，供暖和风管/管道与建筑主体的优化，电气设备和消防系统的结构优化，以确保单个项目的安全，并提高建筑设计的可行性和效率[2]。

6.2 建筑室内结构优化

优化室内设计时，设计师应遵循美观、安全和合理的原则。比如建筑物内部设计的滑动墙应与建筑平面图相匹配，外墙的切割尺寸应相应调整，以改善内部的使用。在建筑内部设计梁的时候，梁的宽度要和建筑墙一样，以保证结构优化的可行性。一些复杂的建筑构造需要高水平的建筑内部设计，因此要确保宽阔、明亮的层。所以在优化室内和室内设计的时候，要避免设置横梁。否则，应控制梁的高度和尺寸，以满足建筑设计要求[3]。

6.3 地下室结构优化

地下室是现代建筑发展的重要组成部分，高效优化设计，确保地下室整个建筑的安全性和可靠性。在优化地下室建筑时，设计者应在建筑地块的总体要求中适当控制楼层，以减少地下室的楼层，降低未来项目的建筑成本。因为地下室的层高直接影响后续工程中钢筋的质量补偿和消耗，意味着材料成本无法再得到控制。如果某些地区地下水密度较高，开发商在优化建筑平面设计时，应合理安排水因素，以减少地下室的桩头数量，降低地下室的支化率[4]。以此提高地下室整个建筑的安全性和可靠性。

由于地下室的结构具有高载荷和高水流，要确保地下室结构的总体设计可靠性，应适当控制侧墙的弯曲率，并智能计算各种结构元件的受力状态，以优化性能、尺寸、配置、布置等，确保地下室设计的可靠性和可行性。为了更好地可视化地下室的设计结构，建议使用BIM技术优化设计结构[5]。

6.4 重视结构体系优化

在建筑结构设计中，存在平面不规则和竖向不规则的情况，需要设计人员结合建筑功能，控制平面的长宽比和立面的高宽比，尽可能保证建筑质量中心与结构中心重合。在竖向结构设计中，应该避免有较大的外挑或者内收，规避薄弱层以及转换层等不利因素，这样才能更好地保证结构水平抗剪承载力，以及侧向刚度的均匀分布[6]。

7 结束语

总的来说，建筑师在进行建筑结构设计时，需要制定科学严谨的控制机制有效解决结构设计中的问题，从而提高结构设计的有效性和可靠性。本文从结构设计的各个方面开始，例如结构调整，建筑内部结构优化，地下室的结构优化，建筑的优化等，并分析和检查具体措施，以优化各自员工的建筑设计。