房屋建筑结构设计优化措施研究

莫佳杰

（大象建筑设计有限公司上海分公司，上海 200002）

0 引言

在建筑工程项目施工前，建筑结构设计的优化需要建立在施工前期的概念优化上，而房屋建筑的结构设计将直接影响房屋建筑的施工质量。房屋结构的概念设计主要是指设计师根据自身的专业知识和已有经验，结合客户对建筑的相关要求进行建筑的结构设计。在建筑结构设计过程中，设计师必须综合考量多方面因素，确保设计方案与整体房屋建筑结构有效结合，促使房屋建筑结构充分展现其实用性和美观性价值。近年来，人们对房屋建筑结构设计提出了更高的要求。为适应时代潮流，房屋建筑结构设计师应打破传统思想禁锢，充分展现房屋建筑结构的美观性、实用性及经济性。

1 房屋建筑结构优化设计概述

1.1 房屋建筑结构优化设计概念

房屋建筑结构优化设计，指的是在能够充分满足房屋建筑施工便利性的基础上，有效结合美学和艺术学的特点及优势，将房屋建筑的功能性更好地展现出来，从而能够在实现降低房屋建设成本的同时，提升房屋建筑的安全性、实用性以及美观性。对房屋建筑的结构进行优化设计时，需要打破传统房屋建筑设计方法的约束，制订更加科学合理的优化设计方案，提升房屋整体的设计效果[1]。在设计过程中，需要将优化设计理念贯穿始终，充分体现房屋建筑结构优化的核心内涵，具体可注意以下两点：①将房屋建筑结构作为维护基础，对房屋设计进行整体优化，在把握整体结构的基础上进行设计创新与改进。②对房屋建筑的各个细节加强分析与研究，包括建筑的细节构造、主体结构、屋顶结构、维护结构以及地基等，实现对整体房屋建筑结构的合理优化与改善。

1.2 进行房屋建筑结构设计优化的重要性

随着我国建筑业的高速发展，建筑能耗越来越高，建筑行业的发展必须走可持续发展的道路，而这也对房屋建筑结构设计师提出了更高的要求。设计师必须开拓自身眼界，用更宽泛的眼光完成结构优化设计。在完成房屋建筑结构设计后，设计师还要综合考量多方面需求，对结构设计内容进行进一步的修改与完善，从而减少投入成本，同时为后续施工提供便利。此外，我国房屋建筑规模不断增加，现阶段的房屋建筑结构设计应建立在缩减建筑工程造价，凸显房屋建筑后期使用功能的基础上。基于此，进行房屋建筑结构设计的优化，促使房屋建筑结构科学化、合理化的发展也势在必行。

1.3 房屋建筑结构设计优化的要点内容

房屋建筑结构设计的优化在一定程度上是指设计理念的完善与创新。在完善理念的同时，设计师还应合理选用设计方法，确保设计方案的科学合理，以实现结构设计效果的最优化。房屋建筑结构主要是由地基基础、主体结构、屋面结构等共同组成的，为全面实现房屋结构的优化，设计师在进行结构设计时，也应着眼于细节，充分考量房屋位置、工程造价结构受力及结构选型等影响因素，在保障经济效益的同时，合理选择最优化的设计方法[2]。

简而言之，设计师在设计过程中需要关注以下要点内容：首先，充分掌握房屋建筑平面的平整度和结构的对称情况，尽量缩小刚性结构和房屋建造质量之间的冲突，提升建筑结构的抗扭曲能力，避免在水平作用力下扭曲变形情况的发生。其次，为防止外来压力的集中，有效降低建设成本，设计师不得改变房屋建筑原有的转换结构；再次，在进行房屋建筑承重结构设计时，应选择竖直贯通样式，以充分增加房屋竖直向上的承受力；最后，在进行房屋建筑竖直方向的刚性设计时，必须充分保障其层次性，尽量避免因刚性结构突变而出现应力集中的问题，从而降低房屋的整体抗压性能。

2 房屋建筑结构优化设计的原则

2.1 安全性

房屋建筑工程建设中，安全性是非常重要的指标。因此，在进行房屋建筑结构优化设计时，需要加强对安全性的重视，在充分考虑建筑整体结构安全性的基础上，对建筑物的功能性及技术性进行优化与改进[3]。

2.2 功能性

在满足房屋建筑结构设计安全性的基础上，需要考虑房屋建筑使用者的需求，细致地了解使用者对房屋结构设计的功能需求，并总结梳理，从而提升房屋建筑整体的功能性，确保各项结构设计能够充分满足用户的使用要求。另外，还需要关注房屋建筑结构设计的实用性、美观性以及协调性等，通过运用优化技术促使整体结构设计功能的统一性。

2.3 经济性

在房屋建筑结构优化设计中，为提升建筑企业的经济与社会效益，需要加强对建筑成本的管理控制。在满足房屋建筑结构的安全性与功能性后，对整体结构进行完善，在严格遵守房屋设计标准的条件下，提升建设的规范性，进而减少建设材料的损耗，提升资源的利用率以及房屋建筑结构设计的经济性，从而满足更多消费者对经济及成本的考量。

3 房屋建筑结构设计优化措施

3.1 建筑整体结构设计技术优化

建筑工程整体结构设计是建筑结构设计工作的核心环节，其设计质量和水平将对建筑工程结构的抗侧能力、抗震能力以及对资源的消耗程度等产生重要的影响，因此，在设计实践中应不断总结实践经验，按照设计规范要求对设计方案进行技术优化[4]。目前，在建筑国内工程整体结构设计中大多采用的是框架结构、剪力墙结构以及框剪结构等结构类型，其中框架结构设计需要采用较大截面的墙柱结构，会影响建筑工程内部空间的利用率。而剪力墙结构对建筑材料的消耗较少，且能够有效提高建筑工程整体结构的抗震性能。框剪结构则能够广泛适应多种环境条件下的建筑工程结构设计要求，且其抗侧性能以及抗震性能较为突出。不同的建筑工程结构形式的性能特点存在一定的差异，设计人员应根据建筑工程的具体情况，通过对各项影响因素的综合分析对建筑工程整体结构设计方案进行技术优化，以提高建筑结构的安全性和稳定性，降低工程造价，使建筑工程项目能够实现更大的社会经济效益。还有就是，将内部建筑结构设计有效融入设计各环节，不仅能保证工程施工符合相应的规范标准，而且能进一步展现房屋建筑工程价值及使用性能。以现浇板设计为例，设计人员必须对现浇板的受力情况进行综合分析，并在此基础上进行优化设计。只有这样，才能有效避免后续施工中出现的拐角裂缝的现象。

3.2 建筑基础结构设计技术优化

建筑基础结构设计对保证建筑结构的安全稳定以及控制工程造价均会产生较大的影响，因此，要对此环节进行技术优化。目前，在建筑工程基础结构设计中，桩基础结构被广泛应用。比较常见的桩基础主要包括预制桩以及灌注桩等类型。其中灌注桩虽然能够较好地满足建筑基础结构承载上部荷载、总重控制以及沉降控制要求，但是，其施工工期较长。而预制桩由于可以采用工厂化方式进行批量规模生产加工，所以其施工效率较高，能够有效加快施工进度。设计人员应根据建筑工程的实际情况以及工期要求等优化选择相应的桩基结构。同时，为了适应建筑深基坑的要求，合理控制作用于桩身以及桩端部分的地基土压力，设计人员还应优化设计桩身长度，以降低摩擦阻力，提高桩身结构的稳定性。此外，在建筑基础结构的桩位设计中，应尽量即将轴线桩设置于建筑剪力墙结构的下方，以达到控制底板厚度以及减少钢筋等资源的消耗量的目的，从而实现对建筑基础结构的技术优化。

3.3 科学计算梁、板跨度

对于建筑结构设计工作来讲，跨度计算工作非常重要，在进行设计计算工作过程中必须要严格按照相关规定开展，同时需要结合建筑物实际情况开展动态调整。对于建筑物选择常规结构的，跨度计算需要按照净跨度1∶1；如果选择建筑物的结构形式为宽扁梁结构，就需要选择别的方式。对于梁板结构的设计，设计过程中可以将其当成变截面板；扁梁结构设计过程中首先需要对梁高与板厚之间的差异进行确定，如果差异并不是太大就可以选择在长度计算过程中直接进行梁中心计算，按照相关参数进行合理配筋。

3.4 重视箱、筏基础底板跳板的设计

对于箱、筏基础底板跳板设计过程中，对于边跨底板钢筋要求合理进行优化。如果选择通长布置法这种方式，则不需要进行通长筋增加，这样能够将材料浪费和损耗有效减少。对于建筑物窗井部位计算不能与跳板计算方式一样，如果建筑物有地下室，则需要对各项问题进行灵活考虑。

3.5 建筑承重结构设计技术优化

承重墙是建筑结构中的重要组成部分，其结构规模以及设置数量的合理性将对建筑工程整体结构的安全性、稳定性以及建筑空间的利用率等产生较大的影响，因此，需要对建筑承重墙结构设计进行技术优化[5]。在建筑承重墙结构的设计实践中，应采用具有及较高稳定性和强度的建筑材料提高承重墙结构的抗压能力以及抗震能力。同时应优化承重墙的设置数量以及结构规模，虽然较大较多的承重墙设计能够提高建筑结构的稳定性和安全性，但是会影响建筑室内空间利用率，且较不美观，不符合现代建筑结构设计理念，所以在设计实践中应在保证建筑结构安全稳定的基础上将其结构规模适当减小，并提高墙体结构的抗剪能力，从而兼顾建筑结构设计在稳定性以及美观性等方面的要求，达到技术优化的目的。

3.6 建筑细部结构设计技术优化

在对建筑工程结构设计进行技术优化时，还应高度重视对建筑细部结构设计的优化。在设计实践中可以采用多个矩形板拼接方式处理异形板，以提高结构受力的平衡性，并减少拐角缝的存在。同时，在建筑框架抗震墙的结构设计中，如需使用冷轧带肋钢筋材料时，应对钢筋用量进行合理控制，以便于后续的施工操作，并达到降低工程造价的目的。设计人员应积极应用三维仿真模拟等先进的信息技术对建筑细部结构设计进行优化，通过计算机软件构建三维模型能够对建筑细部结构设计效果进行直观准确的呈现，从而使建筑细部结构设计优化更加便捷。

3.7 建筑结构设计美观性技术优化

随着我国社会经济的发展以及人民生活水平的提高，对建筑工程设计也提出了新的要求，在保证建筑结构安全稳定的基础上，还应兼顾建筑外观的美观性，以满足现代社会对建筑结构设计的实际需求。因此，在建筑结构设计实践中，设计人员应充分考虑建筑外观的视觉效果要素，将现代审美元素融入建筑结构设计方案中，对结构设计方案进行技术优化，通过应用先进的设计手段妥善协调建筑结构与外观美观性之间的关系，以取得二者的平衡性，实现建筑结构设计技术优化目标，创作出富有现代建筑风格的结构设计作品。

3.8 根据建筑给排水技术要求优化结构设计

给排水系统是现代建筑工程中不可或缺的组成部分，因此在对建筑结构设计进行技术优化时，应充分考虑建筑给排水系统的技术要求。给排水系统往往需要使用较多的机械设备以及管网设施，这些设备客观上加大了建筑结构的荷载，其在施工时经常会对建筑梁柱结构造成破坏。为了保证建筑结构的安全性和稳定性，并确保给排水系统能够正常运行，在建筑结构设计中应优化给排水设施的布设位置，并科学布设预留孔洞以及预留空间，尽量避免在后期施工时给排水管线贯穿对建筑梁柱结构的影响。对预留孔洞以及贯穿墙体应采取必要的加固处理，以确保建筑结构的稳定性。

3.9 根据建筑电气系统技术要求优化结构设计

现代建筑中涉及的电气设备较多，电气系统较为复杂，电气管线以及设备安装均对建筑结构设计提出了较高的要求，同时，高层建筑中电梯等系统安装对建筑结构的荷载计算以及空间布局等都会产生较大的影响，因此，需要对建筑结构设计方案进行技术优化，以适应建筑电气系统的实际要求。例如，在建筑结构设计中应优化梁体以及墙体结构厚度，合理预留孔洞位置，以便于后期电气管线的安装。此外，还应根据电梯特点对相关建筑结构进行技术优化设计，以确保电梯运行安全等。

4 结语

综上所述，为了充分保障房屋建筑结构的整体设计质量，顺利推进建筑工程后续施工，满足人们对房屋建筑结构的多样化需求，相关单位及设计人员必须对房屋建筑基础结构、设计方案及设计模型进行全方位优化，以实现我国房屋建筑事业的可持续发展。建筑结构设计具有较大的复杂性，要求设计人员对各方面的因素进行充分考虑，科学处理设计中的细节问题，尤其要做好基础设计，重点关注设计中的常见问题，从而提高建筑结构设计的质量，为建筑工程的顺利开展打下良好基础。