论房屋建筑结构设计中应用优化技术

马魁 刘庆贵

摘要：在建筑工程的成本中建筑结构的造价占有较大的比例，而建筑结构的优化设计可以实现可观的经济效益。为此，建筑结构设计人员在实际的协作中，应加强沟通，精心设计。应用优化技术，选择合理的建筑结构设计方案，降低建筑工程的成本。

关键词：房屋建筑；建筑结构设计；应用；优化技术

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2013）05-0193-02

当前，随着我国经济快速发展，在建筑方面的投入不断增加，同时为了满足人们居住条件及生活环境要求的愿望，建筑工程结构设计的基本要求在于建造的建筑结构应具有一定的功能性、安全性、耐久性。同时还要求具有一定的经济性、美观性和便于后期施工等几个方面的特点。而本文所讲的建筑结构优化设计是在满足以上基本要求下做的更进一步、更为合理地建筑结构设计，使建造的建筑工程不仅能够满足造型美观、结构安全以及经济合理等方面的实际意义，能够为广大民众提供一个良好的生活居住环境。

1房屋中建筑结构设计优化技术的内容

建筑结构优化设计的内容首先应遵循设计规范以及满足建设方的使用要求为前提，充分考虑房屋建筑设计遇到的实际情况，以实现经济上最合理为目的。我们把这个设计的过程称为优化设计。优化设计侧重于对建筑结构的结构选型、构件的布置方式、以及结构的受力情况进行优化设计分析。从大的方面可以分成两部分：一部分是以结构总体为对象的优化设计；另一部分是以房屋分部结构为对象的优化设计。其中分部结构的优化设计部分又可以细分为围护结构的优化设计、细部结构的优化设计、下部基础部分的优化设计、中间部分主体结构部分的优化设计、上部屋盖结构的优化设计。

2房屋建筑结构设计与经济的关系

（1）房屋建筑结构设计层数与用地面积之间的关系：从表面上看多层或高层建筑中，随着层数的增加，建筑物单位总建筑面积所使用的土地面积就越少。但是实际上不是这样的，随着建筑物层数的增加，建筑物的总高度也会增加。这样势必会增大相邻建筑物之间的间距，会增大建筑物单位总建筑面积所使用的土地面积。所以单位总建筑面积所使用的土地面积与建筑物的层数之间没有某种很必然的联系。为此进行建筑结构优化设计时应充分考虑，寻求建筑层数与用地面积之间的协调关系。

（2）房屋建筑结构的分部部分与建筑物层数之间的关系：由于同一个建筑物共用屋盖部分，所以屋盖部分的单位设计成本会随着建筑物层数的增加而降低。但是对于基本部分则不同，虽然同一个建筑物共用一个基础部分。但是随着建筑物层数的增加，上部主体部分给基础部分施加的荷载增加。为了保障建筑物的安全，基础部分的设计需要提高其构件的承载力，这样就会增加基本部分的设计成本。所以基础部分的设计成本会随着建筑物层数的增加而增加。

同样对于结构内部的一些承重结构构件，如墙、柱、梁等构件，随层数增加这些构件所需要面对的实际环境更复杂，为保障建筑物的安全，就需要采取提高这些基础构件承载力的措施，这样也会直接造成这些基础构件设计的成本增加。所以建筑物内部不同的分部部分，层数对其造价成本的影响是不同的。

（3）房屋建筑结构设计与建筑设备之间的经济关系：房屋建筑结构在建造的过程中需要大量的给排水管道以及电气设备材料。房屋的层高直接影响房屋建筑设备部分的造价成本，建筑物的层数越多，需要的给排水管道量越大，同时需要的电气设备量也会增加，这样就会间接的增大建筑设备部分的造价成本。

（4）房屋建筑结构的体型设计与经济的关系：要建造相同面积的建筑物，方形或圆形平面形状，其周长越小。所消耗的墙体面积越少，后期墙体的装修投入的成本越少。除此以外，方形或圆形平面形状的建筑物其结构内部构件的受力状态更稳定，结构更稳固。因此，大部分的建筑物采用方形或圆形的平面形状。

3优化技术在房屋建筑结构设计中的应用

3.1重视概念设计优化技术的分析

由于建筑物结构布置方案的多样性，对于同一个建筑方案，可以选择不同的结构布置方案；由于分析方法的不唯一性，对于已经确定结构布置方案的建筑物，在考虑相同荷载作用情况下可以选择不同的分析方法；另外建筑物的设计选用的设计参数指标、取用的建筑材料、荷载标准值的取法也是不唯一的。以上部分的处理，无法直接依靠设计的软件也就是计算机给出答案。这些部分的处理，需要依靠设计人员确定。然而不同的设计人员对以上部分的处理意见是不同的。为此处理这些问题就需要设计人员有一定的经验积累。经验越丰富的设计人员，在处理这些问题时，方案的选择越灵活、判断的过程越充分、做出的选择越合理，越优化。这就是我们所说的概念设计优化过程。这说明，实现优化设计要重视设计人员的经验积累。经验越丰富的设计人员，越能实现建筑结构的优化设计。

3.2概念设计优化要解决的是建筑设计中实际的复杂问题

房屋建筑结构设计的主要目的是要保证所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能够在规定的使用年限内满足各种功能的要求，同时做到最大限度的节约资金。

为此概念设计优化的最终目标是希望所完成设计的建筑物能抵抗各种不期而遇的外部作用因素。在外部因素的作用下设计的这些建筑物不至于倒塌。因此，分析建筑物应对复杂的外部复杂环境因素成为概念优化设计的重要内容。在这些复杂环境因素中，以地震作用比较特殊。地震作用无法确定其发生的时间，地点，能量等级。其活动没有规律可参考，一旦发生地震作用，其对建筑物产生的破坏性也是严重的。为此在设计过程中应该充分的考虑建筑物受到的地震作用，避免地震作用对建筑物产生的破坏。加强建筑物的抗震设计，取用一些有效的抗震设计方案。采用刚度对称均匀的建筑布置方案可以提高建筑物的抗震能力；遵循建筑物的延性设计理念，也可以有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；如果在特大地震作用下首先发生破坏的是次要的构件，次要构件在破坏的过程中会消耗一部分地震能量，这样可以有效的保护主要构件，我们把这种设计理念称为多道设防思想，加强采用多道设防思想。

4房屋建筑结构优化技术的应用需注意的事项

（1）房屋建筑结构优化技术的应用需注意到前期的参与。前期方案的确定会直接影响建筑项目的总成本，而目前普遍存在前期方案确定中结构优化设计技术并不参与其中，以致相关设计人员在进行房屋建筑结构设计时往往会不注意建筑结构的合理性和可行性，这样的建筑结构设计结果会对结构设计造成直接的影响，增加了结构设计的困难度，并且增加了房屋建筑结构设计的成本。为此，设计人员应充分的融入结构优化设计方案，使结构优化设计方案初期参与其中，优化选择合理的结构形式和设计方案，可以节约成本。

（2）注重细部优化：① 除了注重整体设计的同时，也应加强结构基本构件的精细设计。比如尽量划分矩形板块的现浇板设计，这样既可以使现浇板设计的受力合理，也可以避免拐角裂缝的出现。②随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已由一个工程实践问题转化为一个数学问题。因此，工程设计人员应加强自身基于计算机技术的优化设计分析。

5结语

房屋建筑结构设计的主要目的是要保证所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能够在规定的使用年限内满足各种功能的要求，同时做到最大限度的节约资金。建筑结构的优化设计可以实现可观的经济效益。为此，建筑结构设计人员在实际的协作中，应加强沟通，精心设计。应用优化技术，选择合理的建筑结构设计方案。降低建筑工程的成本。

参考文献

[1]罗福年，张慧英，杨军.建筑结构概念设计及案例[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]肖燕武.浅谈建筑结构设计的安全度[J].科技创新导报，2007，（35）：107.