房屋结构设计中的建筑结构设计优化

唐洪良 曹梦婷

摘要：房屋结构设计的好坏与房屋整体功能是否能发挥密切相关，对房屋结构设计的优化亦是为最大程度完成居民对房屋功能和审美两方面的需要。此外，房屋设计者通过结构的优化使给定的空间资源获得最佳利用，同时又不会因为对空间的注重而失去美观以及对居民隐私的保护，还能节约建筑成本，给施工方带来更多利益的同时也减少了购房者的负担。

关键词：房屋建筑；结构设计；优化

引言：房屋结构设计中建筑结构设计的优化就是利用最少的造价和有限的资源、空间，实现房屋安全、适用、经济、美观的综合最优化。在房屋建筑结构设计过程中，对建筑结构进行设计优化的主要目的就在于在保证房屋内部基本结构优化协调的同时，还能够保证房屋工程结构的“安全性、经济性、适用性和美观性”，能够在一定程度上降低工程造价。房屋工程的施工质量直接关系到了我国人民的生命财产安全，因此，对房屋结构要更加重视，并根据工程的实际情况进行优化，而随着科学技术的发展，房屋结构设计的优化技术也在不断进步。

一、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

建筑结构设计优化的方法分为对房屋的分部结构设计的优化方法和对房屋总体结构设计的优化方法[2]。房屋结构设计中建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对房屋基础结构的设计进行优化；对房屋顶部结构的设计进行优化；对房屋的护围支撑结构进行优化以及对房屋总体设计结构及细节部分进行优化；最重要的是在房屋设计要求及设计规范内，在满足房屋功能及技术要求的前提下，合理降低工程造价，即对房屋的造价进行最优化设计。

1.2 建筑结构设计优化的意义

建筑结构设计优化的意义在于可以最大程度地充分利用资源与空间，高效利用材料与设备，使房屋结构功能合理、协调，安全可靠。实现房屋结构设计的“安全性、适用性、经济性、美观性”的最优化设计。

二、房屋建筑结构设计优化技术

2.1 房屋建筑整体结构的选择

房屋建筑的项目投入与其自身的结构类型息息相关，普通房屋建筑工程的结构类型大致可以划分为以下几种：

（1）抗风墙类型，该种建筑方式在高层建筑当中被广泛使用，以混凝土的使用为基础，这种优化方式具有非常显著的特点，自身抗震能力很强，而且钢筋等材料使用数量明显降低；

（2）框架类型，该种优化方式在布局的灵活性以及造价的低廉性等方面具有很大优势，但是免不了存在一些缺陷，其柱结构自身的截面大，在面对地震侵袭的时候抗震能力相对比较低；

（3）混合结构类型，这种混合结构类型可以视为上述两种优化方式的综合体，充分吸收了两者的优势，并且适当的规避了不必要的缺陷，这种方式在日常的工程建设当中被广泛使用，自身的应用性比较强，而且结构布置等方面相对合理，更重要的是该种结构所具备很强的抗震和抗侧力的能力。

2.2节能结构设计的优化

节能结构设计的优化是需要以绿色建筑理念为基础，并积极应用设计学中的方法。首先，优化布局和表面形状。布局就是指建筑的主要朝向，受到我国气候条件的影响，为了保证房屋的阳光照射量的通风良好，房屋的朝向尽量要朝南。表面形状的优化就是要保证所设计的房屋建筑外表面积不要接受冷风的直接朝向，这样就能够减少热能的消耗，起到节能效果。其次，维护结构设计。维护结构主要指的就是门窗和屋顶，对于门窗而言，在房屋朝南的方向所设置的门窗要尽量要大和多，这样能够最大限度吸收阳光辐射，朝向北的就要减少门窗，防止热量的流失，材料也要选择保温效果好的。屋顶的设计可以采用架空的方式或者是铺设循环水管，夏天降温冬天保暖。

2.3结构设计信息优化技术

由于房屋建筑结构受到设计变量等条件的约束，很难用单一的结构优化方法。因此应开发一种更为实用方便的参数定义优化软件，减少设计者在结构优化方面的精力和时间。我较为推崇的是 TBCAD 系统，这种系统是针对结构方案设计、建模、分析、评估等为一体的成本控制软件系统，该可以进行结构方案的指导设计，使得方案的人力、物力和财力资源等趋于最优状态。系统的信息分为两个时间段进行优化，第一个时间段是通过对材料的分配调整，使用最少的混凝土用量满足侧向刚度的要求，系统在这个时间段的目标函数是混凝土的使用量，而结构构件的断面大小则是设计的变量。第二个时间段是对构件强度的优化，通过对构件结构的断面大小以及钢用量的调整，使得构件的强度要求实现只需较少的结构造价。

2.4对建筑主体上部结构进行的科学性优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。另外，剪力墙里的暗柱是拿一般性钢材铸造而成，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，减少相应的成本。

三、结构设计优化的现实意义

进行结构优化设计中，多層住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。另如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

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。

结语

随着我国人口的不断增长，一寸土地一寸金的情况在我国也一直持续着。土地价格的飞涨要求建设单位更加严格的控制建设成本，这也导致建筑行业的竞争越来越激烈，而优化房屋的结构设计是建设单位实现低投入高回报的有效途径之一。 综上所述，对于防护结构设计的建筑结构优化并不是从单一方向即可完成的，需要从多个方面入手系统的完成，同时也会涉及到安全性、合理性和节能性等多方面问题。在条件允许的情况下，应尽可能做到对信息化辅助设备的合理利用，降低房屋的施工成本，从而使优化目标能够得到更好的实现。需要注意的一点是，在实际的施工过程当中，设计人员的优化方案应针对不同建筑需求、地理地貌进行差异性选择，切忌出现生搬硬套以往做法的行为，以保证优化方案的科学性与可行性。

参考文献：

[1] 王福全，杨永江，李忠伟.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].中国科技博览，2013（38）：162.

[2] 赵红林，丛丽娟，李雁敏，等.外墙外保温技术在建筑设计中的应用[J].中国科技博览，2013（38）：481-482.