浅谈结构优化在房屋结构设计中的应用

孙久晖

【摘 要】在当前的建筑工程中，最为常见的结构形式有：框架结构、框剪结构、框剪结构等。不管设计怎样的结构形式，其造价都占有非常大的比例。为了在稳定结构的基础上降低其工程造价，就需要在房屋结构设计中采取合理的措施优化建筑结构，坚持适用、经济的设计原则，制定合理的结构设计方案，从而最大限度的降低工程造价，并提高建筑的社会、经济效益。本文就结构优化在房屋结构设计中的应用作简要论述，以供相关技术人员参考。

【关键词】结构设计；建筑结构；优化技术

近年来，随着城市建设的不断发展，城市用地面积越来越紧张，这就导致了城市土地的价格不断上涨，给房地产开发商带来了巨大的压力。另外，由于人民生活水平的不断提高，对于建筑物的要求也越来越高。房地产开发商要想在降低工程造价的基础上满足人们的高需求，就需要在建筑结构设计过程中不断优化结构，尽量提高建筑空间与资源的利用价值，从而实现经济性、实用性和适用性的目标。

1.建筑结构设计优化方法的应用及实践价值

1.1结构设计优化方法的应用

设计师在对建筑结构进行设计的过程中，主要分为两个方面的设计：建筑工程整体结构的优化设计以及建筑工程局部结构的优化设计。通常来说，建筑工程局部结构优化设计主要包括基础结构、屋顶结构、护围结构以及建筑结构的各个细节的优化设计。在建筑结构优化设计过程中，我们必须要根据建筑的实际情况出发，从结构的选型、布局、受力特点、工程造价等各个方面进行分析，然后根据相关规定要求来制定一个合理的设计方案，从而提高建筑的社会经济效益。

1.2结构设计优化方法的实践价值

在设计建筑结构的过程中，首先我们需要考虑到建筑结构的长远效益，所以在设计中应该尽量减少近期的投资，这样可以有效的提高建筑结构的安全可靠性。相对于传统的结构设计而言，采用这种结构优化技术有利于降低工程的造价，提高了建筑材料与资源的利用价值，能够将建筑结构与内部各部位具有协调性，从而满足了国家的规范要求。另外，采用这种结构优化技术还能够合理的决策建筑的设计方案，使建筑结构达到适用、安全、经济的目的。

2.民用建筑结构设计与经济性的关系

2.1结构设计与用地的关系

目前，随着城市化建设的不断发展，高层、多层、大跨度建筑迅速崛起。我们通常所说的建筑总面积也就是各层楼建筑面积的总和，也就是说，在一些多层或者高层建筑中，如果层数多的话，那么每一层楼的占地面积就会相应减少。现阶段，我国城市中的建筑越来越高，这就要求各个建筑必须要有足够的间距，所以说，建筑的层数与城市的用地面积没有太大的关系。

2.2结构设计与造价的关系

建筑层数或者高度直接影响到整个工程的造价，但是不同的建筑结构形式对于工程造价的影响程度也就不同。在建筑的屋顶结构中，无论需要盖多少层楼，都是共用一个屋盖，这个屋盖的造价是根据每一个建筑的实际情况而定的，并不会随着建筑层数的增加而增加。反之，屋盖的造价会随着建筑层数的递增而逐渐降低。在建筑的基础结构中，由于一项建筑工程只需要制作一个地基，它与建筑层数也呈反比。而在建筑的护围结构中，建筑层数越高，我们就越需要对其加强质量的控制，不仅需要提高建筑物的承载力，还需要增强建筑的抗震能力，所以这就增加了建筑的工程造价。

2.3高层住宅结构设计与经济性的关系

住宅的层高直接影响住宅的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力，并使水卫和电气的管线加长。降低层高，可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。同时，除降低层高可以减少住宅建筑总高度，缩小建筑之间的日照距离，所以降低层高能也取得节约用地的效果。

在相同建筑面积时，住宅建筑平面形状不同，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形外墙周长系数越小外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性，通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。

3.结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

3.1直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计

对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

3.2概念设计处理的实际建筑设计问题

概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而'建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段：延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

4.结构设计优化的现实意义

进行结构设计优化提高建筑结构经济性。建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利用抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能。

5.结语

建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异：使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

【参考文献】

[1]谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009（4）.

[2]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008（11）.