建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究

张罡睿

摘要：随着社会的进步及人们生活水平的提升，人们对生活质量的要求也在逐年提高，在住房建筑方面已不仅局限于建筑的安全性与适用性，而且还追求美观、时尚与环保等。这就要求在房屋结构设计中讲究结构的设计优化，才能更好与人们审美要求相适应。本文围绕建筑结构设计优化特点及重要性、进行结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用及注意的事项展开论述，希望对以后建设项目的房屋结构设计中起到一定的借鉴作用。

关键词：建筑结构 设计优化 房屋结构设计 应用途径

引言：社会的进步促进人们生活质量的提升，对住房的要求与由传统的安全实用性逐步向舒适、时尚个性化方面发展，这就要求在房屋设计中进行建筑结构优化，让房屋体现出科学性、艺术性，集设计、结构、时尚、美观一体化，提升人们审美观念，促进人们生活质量的再提高。

一、建筑结构设计优化的特点及重要性

建筑结构设计优化是指保障住房建筑施工安全、实用，满足人们最基本生活需求同时，尽可能的将结构设计与审美、艺术造型、和谐统一等进行合理整合，从而达到集安全性、适用性、经济性、科学性、美观等诸多优点于一体的综合性设计方案，一方面促进人们生活质量的提升，也促进建设设计的向前发展。

1.建筑结构设计优化特点

建筑结构设计优化的特征：（1）建筑结构优化设计多样性、综合性越来越明显；（2）建筑结构优化设计与艺术审美相融合，直观效果较强；（3）安全系数整体质量提高；（4）适用性增强；（5）体现新时代低碳要素，将节能与环保融入其中；（6）经济化趋向明显；（7）建筑结构优化设计在管理中越来越呈现出简易化，管理更方便，更快捷；（8）科学性体现的更加明显，科技要素渗透其中更能体现时代特色；（9）创新意识明显，在建筑设计优化中，敢于突破传统形式，向新的领域挑战与探索，大大促进了建筑设计的发展进程。

2.建筑结构设计优化的意义

传统形式的房屋建筑结构设计注重整体质量的安全性，在造型方面、与周边和谐统一方面不大注意，往往出现建筑形式千篇一律，结构形式单一，不能体现时代特色及艺术和谐的美。同时在建筑的造价方面缺少科学的预算，简单化比较普遍，容易造成在施工过程上相关费用的增加。调查分析表明，没有进行结构设计优化，按传统形式进行的设计绝大多数建筑项目在工程最终造价方面要增多5～8%左右，有的要超过10%，同时这些建筑结构设计在一定程度上许多的缺陷，如：过于统一化的模式不能适应时代发展的要求，不能很好的满足新时期人们对于居住房屋的总体发展需求，造成舒适感不强，总体满意率下降。

而新型房屋结构设计优化能很好的将以上传统意义上许多不足进行很好避免或改进，首先用现代的审美观来对待这一问题，必将现代的审美艺术要素渗透其中，避免了传统的形式单一、千篇一律一现象；其次是優化设计中突出其生态化与技术化，将生态要素融入其中，运用现代科技手段整体设计，使房屋结构更加稳定，大大提升了房屋的综合使用效益与艺术审美价值，满足了许多住户的心理需求，提升内心的幸福生活指数。

同时采用建筑结构优化设计，在建筑项目的成本预算、整体费用运用、降低房屋工程造价、节约成本等方面具有重要的作用。科学的结构优化设计不仅保障了安全可靠性，增强的审美艺术，还大大节省了房屋建筑的整体造价，减少人们的经济费用。调查研究表明，应用新型的建筑结构设计优化可节约成本大约20-30%，对一些大型的建筑项目来说，这是一笔不小的经济支出。从我国现阶段总体国情发展趋势看，城市化发展越来越明显，高层或者超多层住房占据主导地位，基于此种实际，保障安全质量，减少投入的资金，是新时期对房屋建筑的总体需求。

综上所述，加强房屋建筑结构设计优化对增强审美、提高材料使用率、增加科技含量、节约经济成本、提升房屋的整体经济效益方面有重要的作用，加强这方面的研究可谓意义深远。

二、建筑结构设计优化在房屋结构设计中的具体应用

建筑结构设计优化是一项综合性、科学性、技术性比较强的工程，要结合实际统筹规划，多方调研，制订符合实际的最有效优化设计。总体上多分为以下几个方面：

1.整体优化与局部优化有机统一

整个建设项目是一项的工程，牵扯到的内容要素非常复杂，要加强整体的层次性以及复杂性的研究分类，整体上要考虑到建设项目的地质特点，样式的设计、与周边环境的整体和谐统一，先进行整体框架的设计，再进行子系统的梳理分析与设计，如材料的选择、结构选型、比例的配置、安全设施的设计、电路、暖气等方面，这些内容还会分出许多的子系统来，要进行板书梳理，逐个板书的进行归类设计，注意各系统、子系统间的纵向、横向间的联系与配合，体现整体性，也要突出多样性的特点来，达到整体上与分支系统上的全面优化。

2.房屋结构的上部结构的优化设计与分析

上部结构的优化首先要考虑剪力墙的优化。要结合整体结构的重心位置、楼层平面的刚度中心位置及剪力墙的受力平面位置及分布的特点，多方面进行有机结合，重点要将重心放在上部受力作用下的安全保障，一方面是风力因素，整体建筑结构受力点，地层运动情况下受力情况及混凝土负荷数值等，如何建筑项目可以采用大开间的剪力墙的结构形式，设计中尽是要将剪力墙的墙上体部分的长度适当加大，这样设计优化可以大大减少剪力墙的墙肢数，也就减少受力面，可以在内部系统建造时的减少墙混凝土的用量，也就意味着内部的钢筋用量相应减少，在成本节约上明显体现出来。

如果若跨高比超过5，设计时较大跨度的框架梁高度要控制在取跨度的十二分之一，对建筑项目中的各项参数进行反复核算，并将计算结果进行科学论证分析，确保各项数据的科学性，达到相应的标准，保证建筑安全系数的整体提升。

3.房屋结构的中桩基础优化设计分析

如今建筑行业，中桩设计多采用灌注桩或预制桩两种，两种方式各有优缺点，灌注桩比预制桩的安全性能要好，但在成桩过程中难以把握，技术要求相对要高，施工周期要比预制桩时间上长一些，所以在同等条件下，中桩的使用率要大些。由于建筑中基础深度会不断增加，周边地基对桩端阻力会不断增大，相应增加了桩体的受力面，在保障整体建筑基础质量的前提下，尽是设计采用轴线桩，可以在一定程度上减少钢筋用量与基础底板的厚度，从而节约一定成本。

4.房屋结构设计中整体协调优化设计

在建筑设计过程中要关注建筑整体结构、平面设计与周边要素间的协调一致。与周边设计及周边环境相适应是促进建筑整体美感的重要内容。首先是建筑内部的协调统一，注重各楼层内部的标高设计尽量保持一致，尽是不要出现夹层结构，在受力相对集中的位置，也不要安置一些转角部位或特殊装置，如楼梯或电梯等，对于一些特殊位置要采用硬度相對高的特殊材料或增加受力保障措施，以增强局部建筑材料的负荷数值，增强建筑的质量安全。其次是要考虑与周边要素的协调，如两栋建筑间的距离、风力承担值要尽是保持相当，实现力量分担效应，同进兼顾生态的和谐与环境美化的统一，达到人文、生态、环保等相对统一。

5.建筑中相关辅助设施的优化设计

首先是排水系统的优化设计。排水系统是现代建筑的重要组成部分，它的科学合理直接关系到建筑项目的正常使用与住户的正常生活。所以在设施中要综合、长远考虑，确保排水系统的科学实效。先是要统一规划布置，位置的选定、各位置水管的长度、粗度、相关的尺寸、预留孔洞的位置、预埋件等等，都要进行逐一设计优化，尤其是部分管道穿墙后的安全措施、特殊位置、地段的排水系统等要重点对待，尽量避免管道绕梁或绕柱的现象，以防出现意外发生安全事故，造成不必要人员伤亡或财产损失。

其次是房屋结构设计中电气类的优化设计。电气管道线路也是建筑中不可或缺少的部分，对人们生活息息相关，但如果处理不当也易造成巨大的安全隐患，所以在电线、气体管道的设计安装中，切切注意线体不要在墙体的外面裸露，不要出现管道或线路与墙体磨擦现象，防止漏电现象的发生。气体管道安装进行专门设计预留孔，保证管外部不受压、受磨擦或受腐蚀等，保障管道畅通，以防安全事故的发生。

再次是加强结构设计寿命期内各段进行优化设计。每一项目工程都有限定的使用期限，在设计中要明确建筑的前期方案、中期方案及临近寿命的具体情况介绍，优化设计的内容及优势与不足，每一个阶段中的优点及可能出现的问题，以便更好的掌握整体建筑项目详细资料，为后期的各项工作的顺利开展作好铺垫。

案例分析：

某集团建设一写字楼，工种的高度为为18.2米，抗震8级。设计时首先要考虑到整体结构的抗震效果，可以将短柱形式作为重点，基础拉梁截面高度控制在相邻两短柱间中心距的二十之一以内。

荷载设计优化。该写字楼工程有五层，不用进行抗震能力校验，只需要进行风荷载的计算。框架结构优化。该建筑采取钢筋混凝土框架结构，在掌握结构截面数据基础上，对建筑整体结构受力分析，利用结构分解图将受力结构进行优化，得出最优化的施工方案。计算周期设计优化。写字楼轻质墙体，材料的使用年限等同于设计所限为宜，用计算周期乘以折减系数0.7～0.8进行折减计算得出。

三、优化设计中需要注意的问题

建筑结构优化设计促进了房屋建筑的发展，以下几个方面问题要引起注意：

首先是不要重形轻质。优化的目的是更好的提高建筑的质量，建筑结构设计中都要坚持工程质量第一为总的原则，在此基础上进行结构的优化设计，切不可过分追求艺术性，设计中缩材减料、降低建筑的质量标准、弱化建筑的技术性能，这样会带来极大的安全隐患。

其次是要遵循一定的科学标准。科学性是优化设计的保障，离开的科学性，一味的进行所谓的优化创新，在形式上看似亮眼，实质上却得不到保障，这样的优化失了最基本的内容。

再次还要注重设计中每个具体阶段的设计寿命优化研究，为每一个环节设计提供出多种方案以供选择，在保障质量的基础上尽量节约成本提升效益。

还要加强设计优化局部优化与整体优化的协调统一。每一个工程项目都有呈现复杂性与层次性的特点，复杂性是指各种材料的选取与利用，层次性是指整体结构层次、安装施工体系及每个体系中包包含地子系统等，在此基础上加强研究，确保房屋设计的达到整体上的优化。

结语：建筑结构设计优化在房屋结构设计中能够够很好将安全性、经济性及美观性融为一体，既能满足人们的生活与审美需求，也促进建筑业的发展。

参考文献：

[1]何冬霞；；建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J]；中华民居（下旬刊）；2013（10）：18-19.

[2]王也；；建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]；中华民居（下旬刊）；2013（3）：81-82.

[3]王爱娟；刘士英；；探析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]；城市建设理论研究（电子版），2013，23（5）：39-41.