浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化

2015-04-17安鹏飞

建筑设计管理 2015年1期

关键词：房屋设计房屋结构概念设计

安鹏飞

（北京亚瑞翰景建筑工程咨询有限公司，北京 100071）

浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化

安鹏飞

（北京亚瑞翰景建筑工程咨询有限公司，北京 100071）

利用有限的资源打造美观实用的住房建筑是建筑发展的目标之一，在进行建筑结构设计优化的研究时主要针对房屋的实用、造价、美观等几个方面进行调查研究，致力于找到合理的方案使房屋设计得到最大限度的优化。

房屋；结构设计；优化分析

0 引言

房屋设计的优化主要是针对在设计房屋的构造时合理设计建造设计的各个因素，是房屋建筑设计中的各个因素如经济、实用、美观、造价等方面得到协调。一方面，在进行优化设计时要合理考虑建筑的实用性的问题。使房屋中的各个方位的设计都能满足人们的生活的需求，同时让各个层面的设计都以方便于人、服务于人为目的，实现最大化的实用的特点。第二是在满足人们的生活需求的同时也要把经济和造价的因素考虑进去，合理进行建筑的造价设计，实现低价打造高质量建筑的要求。此外，在满足实用性和经济性的基础上还要考虑到美观的问题。即要有一定的观赏性，满足人们的心理和视觉的要求。杜绝设计的时候过分强调实用性而忽略其他两个方面的要求，同时也不能一味地追求经济和美感而忽视了建筑的实用性。

1 建筑结构设计优化的方法及意义

1.1 建筑结构设计优化的方法

在对房屋的建筑进行优化时要注意从房屋的各个层面进行优化，房屋的优化设计主要包括房顶、周围的支护部分、房屋的基础部分等几个方面。充分保证房屋的各个部分都进行了结构的优化，从部分到整体的优化的方式是目前的房屋设计采取的一种比较可行的方法。此外，在对房屋的各个部分的结构进行优化后，整体的房屋的结构质量和优化质量也得到了一定程度的保证。优化设计需要在一定的理论和实际操作的基础上来进行，合理计划房屋的优化措施，调查研究房屋的优化的最佳手段，这对于房屋的整体设计质量以及房屋的造价评估都有一定的帮助。对房屋的设计和建筑进行造价的合理评估有利于房屋建筑的造价的节约，有利于节约资源。

1.2 建筑结构设计优化的意义

实施房屋的优化设计不仅仅可以满足当前的节约资源的需求，同时也使房屋的建筑质量得到了保障，使建筑的房屋具有高质量、高层次的特点。在进行建筑的优化设计时，并不是仅仅局限于节约资源、降低房屋的建筑成本这一个方面来进行设计的，从上文可以知道，房屋建筑的优化设计是多层面的，它是着手于房屋的经济、美观、实用等多方面的要求来进行设计的。

2 房屋设计中建筑结构设计优化的技术

2.1 概念设计优化技术与房屋结构设计优化相结合

概念设计是相关建筑技术人员通常采用的一种建筑设计手段之一，这种方法是设计者先提出多个房屋设计方案，这些方案可以从不同的角度进行设计，可以有针对房屋风格、房屋的造价、房屋的实用性等方面来进行设计，然后在提出的多种方案中综合考虑找到最能够体现房屋设计的优化理念的一种方案。通常，技术人员会结合建筑的实际的场所，以及建筑的特点来选用最佳的方案。采取概念设计的方法来进行房屋设计的建筑优化能够起到从优中筛选出最佳的效果，一般选出的设计方案都能够满足建筑优化的要求。选取的过程需要相关的建筑设计人员综合性考虑并分析，这样才能满足房屋的优化设计理念。

2.2 概念设计优化技术与实际建筑的设计问题相结合

近年来，我国多个地区发生了不同级别的地震，这对我国人民的生活以社会的发展都有一定的限制，地震导致了多起因房屋建筑质量不到位而引发悲剧。房屋建筑的抗震优化应该被充分地重视起来，结合抗震的设计方案和房屋整体的设计来进行房屋的建筑设计，这样才能保障房屋的抗震性能。因为地震不可预料，地震的级别以及区域更是不确定的，因此，很难根据一个地区的实际情况来进行抗震的设计。这时可采用概念设计的方法来进行房屋的建筑设计，综合考虑房屋的各方面的设计因素。在抗震的设计中至少要能够保障以下几点：房屋在遇到级别小的地震时能够不被破坏；遇到中级的地震能够保持不倒而进一步地进行修复；遇到大级别的地震时房屋能够不被地震震倒，防止因为房屋建筑的原因造成人员伤亡。在进行房屋的优化建筑的理念中常见的一种为多道设防，这种方案是为了减轻房屋倒塌对于人们的影响。这种理念具体是在发生地震时，房屋的主要的骨架部分非常坚固，没有倒塌，只是房屋的一些次要的部分发生不同程度的损坏。在进行房屋建筑设计的优化时结合两种理念即概念设计和多道设防思想，尽可能做到最大限度的地震防护。

3 房屋设计中建筑结构设计优化的步骤

3.1 构造结构设计优化模型

构建结构设计优化的模型函数可以科学地估量房屋的造价，因此确定这个优化模型至关重要，一般是选用那些对最后的结果即整体的建筑设计影响很大的建筑设计的因素作为所建立的结构设计优化模型的自变量，选择对建筑设计影响大的因素作为计算的自变量能够使后续的分析的工作顺利进行。在确立了自变量之后要进一步确定目标函数，目标函数一般选取的因素是最后的建筑设计的优化的表现即为最终的建筑造价。此外，构建这个函数需要满足一定的限制的条件。在约定的条件下进行函数的运算。

3.2 选定结构设计优化方案

上文构建的结构设计优化的模型函数是一个比较复杂的函数，它具有很多的不确定因素，因此在进行分析时也比较复杂，存在一些人工计算和分析比较困难的步骤。解决这种比较复杂的函数时可以使用计算机的方法来进行计算和统计，这样得出的数据比较科学，同时，操作也比较简单。

3.3 进行计算机编程

虽然利用计算机来计算和分析结构设计优化的模型函数存在一定的优势比如简单易行，但是利用计算机来进行分析操作的同时要先做一个计算机的编程，建立好这个编程才能进行运算，进行建立计算机编程的操作也是需要一定的资费的，因此也要合理设计所建立的计算机编程，使其能够合理计算并分析出函数模型的结果，此外，也要考虑到建立计算机的编程所需要的费用，合理运用经费，保证操作的合理性、科学性和经济性。

3.4 实例分析

在运用上述优化理论对某七层现浇写字楼工程设计中，将建筑工程所处地区的水文地质、温湿度、风向风速及降水量等因素进行了全面分析，并进行了结构优化工作。包括：1）建筑基础拉梁设计优化，针对高层较低设计较大基础拉梁，保证建筑抗震结构及拉梁正负弯矩与建筑上部混凝土框架处于一致状态。2）基础荷载设计优化，因该建筑层数不多，在进行优化时，只需考虑到风荷载问题。3）框架结构设计优化，应用准则法，通过递推公式，最终获得优化结构。4）计算周期设计优化，对建筑结构计算周期进行一定的折减.如填充墙砌体属于轻质型，则折减系数控制在0.7～0.8范围内；如填充墙砌体为重质型，则其折减系数控制在0.6～0.7范围内。

4 房屋设计中建筑结构设计的经济性

4.1 房屋结构设计中用地面积方面的经济性

由于我国的土地资源逐年递减，随着时代的发展，我国许多的城市出现了大量的高层的建筑。进一步对这些高层建筑进行分析可以发现，高层建筑节约了地面的土地资源，有效地缓解了土地的压力，但是同时高层建筑的增加给现代的楼房建筑增加一定的难度，施工、设计等方面都受到一定的限制。此外，由于高层建筑的高度升高，如果不合理安排设计楼房之间的间距会出现有些楼层没有太阳光的情况，影响住房的质量。日照和高层建筑设计都是高层楼房的建筑时的限制因素，影响着建筑的优化设计。此外，随着楼层的高度的增加，抗震的难度也在增加，同样的建筑的施工质量和设计方案可能保障不了高层建筑在地震中的安全。因此，合理对高层建筑设计，选出最佳的设计的方案，做到最大限度的建筑优化。

4.2 房屋结构设计中造价方面的经济性

随着建筑的高度的升高，在进行高层建筑的施工时也出现不少的难度和限制因素，在进行高层建筑的建筑优化设计时，要综合考虑高层建筑的造价问题，因为层数的增加，相应的建筑材料用量以及其他的一些材料的质量要求在增高，同时建筑的费用也在增加。这时，要综合考量建筑的造价的问题，做到设计的经济性和合理性。房屋的总造价并不是一直随着层数的增高而增加的，通过以往的经验可以知道，达到一定高度的层数之后，建筑的造价会出现降低的趋势。至于这个具体的层数是多少还需要合理进行设计加以计算出来。

4.3 高层住宅结构设计的经济性

由上文可知，建筑的层数的增加会导致建筑的费用呈现先增加后降低的趋势，并且，层数的增高会造成太阳直射不足和防震性能下降的问题。但是建筑层数的增高解决了土地资源的缺少的问题，因此，在进行建筑优化设计时应该针对这些的因素进行综合的考虑，设计出合理的建筑的方案。