结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用

阎琛

（北京维拓设计有限公司太原分公司，山西太原 030006）

0 引言

近年来，我国社会经济快速发展，人民生活水平不断提高，对建筑工程的安全性、稳定性、美观性以及节能环保性能都提出了新的要求，因此，在建筑结构设计工作中，也要以绿色建筑的发展理念为指导，通过技术优化提升建筑结构设计的水平和质量。建筑结构设计人员应严格遵守相关设计规范要求，科学运用优化技术，对建筑整体结构、平面结构、承重结构以及细部结构等各个设计环节进行技术优化，同时，应根据新型建筑给排水以及电气系统的要求对建筑结构设计方案进行优化改进，以适应现代建筑多元化功能的要求。此外，在建筑结构设计技术优化中，还应充分考虑建筑外观的美观性等因素，进一步优化建筑结构设计方案，推动我国建筑行业向绿色可持续性发展方向升级转型。

现代建筑工程对结构的稳定性和安全性有更高的要求，因此需要通过技术优化提高建筑结构设计质量，使建筑结构设计更加科学，其平面布局更加合理，以确保结构受力的平衡性。通过技术优化可以提高建筑结构设计的经济性，在保证建筑结构安全的基础上降低工程造价，创作更大的经济效益。此外，通过技术优化还使建筑结构设计与建筑外观的美观性要求相互协调统一，以实现现代社会的审美要求，并丰富建筑结构的功能，从而全面提高建筑结构设计的水平。

1 建筑结构设计基本原则

建筑结构关系到整个建筑的稳定性、承载能力等，对于建筑的整体质量和性能有着直接的影响。

1.1 绘图准确原则

建筑结构设计图纸要准确、全面、清楚地标注设计结构尺寸数据等内容。建筑结构设计方案内容也要基于各种数据的准确测定和计算。因为建筑结构是建筑物最关键的承载架构，也是建筑框架，所以，在建筑结构图纸的各种数据标注方面，需要根据建筑力学、结构稳定性等指标进行设计[1]。

1.2 安全性原则

保证建筑结构在施工或使用过程中具有承受可能产生外加变形、各种荷载、约束变形的能力，在火灾、地震、撞击等意外事件发生后，仍能保证建筑整体的可靠性和稳定性，不会出现倒塌等情况。

1.3 适用性原则

建筑结构要满足预定的各项要求，在正常使用中不会产生安全问题。设计人员应根据建设要求，确定建筑结构各部分的参数，在后期不会出现裂缝宽度、变形等影响建筑应用的问题，提高建筑整体结构的稳定性。

1.4 耐久性原则

建筑投入使用后，材料性能会随时间而变化。若建筑裂缝宽度超过容许范围、保护层碳化、混凝土老化，都会缩短建筑的寿命。设计人员应按照设计要求，论证建筑结构参数，提高参数的可靠性和有效性，使建筑能够达到使用年限[2]。

2 建筑结构设计中技术优化要点分析

2.1 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。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、短肢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。而短肢剪力墙结构对建筑材料的消耗相对较少，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[3]。

2.2 建筑平面结构设计技术优化

设计人员在对建筑工程平面结构设计方案进行技术优化时，应积极应用专业模型构建以及结构设计软件，以提高建筑工程平面结构设计的合理性和可行性。利用三维建筑技术以及专业结构设计软件可以更好地对平面结构设计中所需要考虑的如建筑烈度要求、抗震要求、整体受压以及局部受压等因素进行综合性的分析，为荷载道短以及截面抗震验算等设计工作提供便利，从而达到优化建筑工程平面结构设计的目的。

2.3 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，其施工工期相对较长。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[4]。

2.4 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。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。

2.5 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。

2.6 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。

2.7 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。

2.8 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[5]。

2.9 抗震缝设计管理

建筑结构设计管理人员应高度重视抗震缝设计管理工作，找出以往设计人员在抗震缝设计中存在的问题，整理出以往工作中存在的不足，完善抗震缝设计方案。结合建筑结构功能的实际情况，分析建筑结构内部构造方式和各类影响建筑结构功能的因素，结合已掌握的信息，完善抗震缝设计方案，使之能有效规避建筑结构问题。设计期间若出现不规则现象，需了解建筑在连接性能方面的要求，重新思考建筑构造设计要求并进行适当调整，使建筑构造设计具有较高的可靠性、合理性[6]。

2.10 地梁建筑结构设计管理

建筑结构设计管理人员需要从多角度、多方面，按照对地梁建筑质量方面的要求进行科学控制，掌握地梁建筑结构在设计方面的规定，科学、合理地控制地梁框架结构，将地基结构产生的不良影响控制在最低程度，通过合理的控制方式将载荷传递到框架梁柱部位。在地梁建筑结构设计期间，围绕规定合理处置地梁框架结构，使建筑结构设计管理具有较高的有效性，使其工作质量跨级式增长。管理人员应掌握框架结构在设计中的要求，调整框架结构设计内容，优化设计，通过合理控制，提高建筑结构的可靠性，解决以往地梁建筑结构部位出现的质量问题。

2.11 建筑结构设计经济性管理

为保证施工单位的经济效益，建筑结构设计管理人员必须重视建筑结构设计期间该项工作的经济性，对建筑结构设计的适用性和安全性进行控制，从而提高建筑机械设备和原材料的整体质量。设计人员要根据结构设计成本方面的要求掌握控制要点，按照建筑结构安全方面的规定，分析结构的受力状况，在力学理论和规定下设计建筑结构，以保证建筑设计能够在管理要求下有序进行。选择符合质量要求的工程材料，提高材料的利用率，使工程在满足建设求的同时，有效地控制工程成本。在建筑结构设计期间，管理人员要从经济的角度重视各种管理活动，根据工作需要调整工作方案，使管理工作形式更加灵活，从而满足建筑结构设计的管理要求，使建筑结构设计达到合同要求。

2.12 建筑结构设计资料管理

建筑结构设计管理人员要做好各类工程资料的管理，在项目实施过程中优化管理方式，引导设计人员整理工程勘察资料、梳理勘察信息、围绕勘察信息进行设计。管理人员还需督促监理人员完成材料查阅和借阅，并在材料使用后完成后续的整理任务。

3 结语

在现代建筑结构设计工作中，应运用现代化的结构设计理念以及先进的技术手段对建筑结构主体、平面、细部以及各相关结构设计环节进行优化。同时，在建筑结构设计中还应结合现代电气系统技术要求、给排水系统技术要求等优化建筑结构设计方案，完善建筑功能。此外，现代建筑结构设计还应充分考虑建筑外观美观性要求等要素，通过对设计方案的技术优化全面提高建筑结构设计的水平和质量，使建筑工程更加安全、稳定、美观且具有较高的经济性和美观性，从而推动我国建筑行业的现代化发展。