结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用

叶一舟　褚青惠

摘 要：当前社会经济在快速发展，人们生活水平获得显著提升，也逐渐提升了对房屋建筑的要求。建筑设计行业为了满足市场发展所需，房屋结构设计优化与人们生活与安全关联密切，故而逐渐受到关注。文章介绍了结构设计优化技术的原则，分析了结构设计优化技术所遵循的要点，探讨了结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用。

关键词：建筑工程；房屋结构；优化设计

1 结构设计优化技术的原则

结构设计优化要求我们从工程的设计和价值角度去思考方案。结构设计优化是追求最合理地利用材料的性能，使各构件或各设计专业得到最好的协调。它不仅具备了传统设计方案所要求的规范以及规范所要求的安全度，而且也具备了现今价值学和审美学的成分。结构设计优化是对结构设计进行深化、调整、改善与提高，也就是对结构进行高质量再加工的过程。结构设计优化不是以牺牲结构安全度与抗震性能为代价，而是经过结构设计优化的过程，使建筑功能更协调，成本更低，结构更安全。

2 结构设计优化技术所遵循的要点

2.1 科学地遵循结构设计规范

建筑结构设计工作要求结构设计工程师们不仅要具备丰富的设计经验，也要对结构规范的条文熟知，即在结构设计规范的要求下，将自身的结构设计方案贯穿于项目设计中。规范更多的是针对量大面广的工程，因而某些条文的规定会偏于保守；此外，用于一些特殊、复杂工程的设计时，有些条文则不够安全。所以，结构工程师在设计中应运用良好的专业知识与正确的判断力把握设计，做到设计成果不断优化与创新。

2.2 结构工程师前期参与和主动参与的重要性

强调结构工程前期参与和主动参与是实施结构优化技术的重中之重。在实际施工期间，建筑师很难对结构体系的受力做到正确的分析，既建筑师的结构思想不能完全替代结构工程师的设计理念、经验和判断，也无法弥补结构与建筑专业技术共识的空白与隔阂。既具有扎实的结构设计理论功底，又具有丰富工程实践经验的结构工程师，积极主动地参与前期方案设计，帮助建筑师构思与创新，才能创作出优秀的设计作品，更好使整个建筑的功能得到彻底的体现。

2.3 加强各专业之间的协调与合作

结构优化是一个系统的工作，需其它专业的协调与配合。从建筑学发展角度分析，现代建筑是建筑、结构、设备三大要素构成的综合产品，所以在实施中要强化分工与合作，强化专业之间的协调与合作，这样才能创作出各构成要素有机结合的完美作品。在整个项目开展中，建筑设计与结构设计是整个设计过程中最重要的两个环节，二者的结合不仅能够达到实用美观大方的效果，而且可以使结构受力更趋于合理进而降低成本和简化施工。

3 结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用

3.1 合理选择结构方案

建筑结构设计的目的是力求设计方案经济、合理、适用，概念设计必须选择一个经济合理的结构方案，即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震节点分析、应力等方面。同一结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和竖向规则。

3.2 建筑地基结构设计

对于建筑工程来讲，地基是保障建筑质量的根本性环节，同时也是整个结构设计之中的核心部分。地质因素是地基设计当中需要重点考虑的问题，房屋的承载力、水文地质条件以及区域性的抗震性等，都需要进行综合协调和处理。所以，针对房屋建筑结构设计的地基设计，需要在认真、细致的比对基础上确定出最为经济、可靠的形式。一般来讲当基础宽度在2.5米以内，需要首先考虑到四合土条形基础、灰土条形基础等刚性比较强的基础类型；而当建筑的基础宽度在2.5米以上，则需要采用一些柔性较强的基础类型。另外，对于建筑承载比较多并且没有地下室的多层建筑结构，由于其结构类型属于内框架结构，所以应当采用交叉梁的设计形式或者是十字型的地基，来增强地基的强度，有效的避免不均匀沉降情况。在地基设计之中，后浇带的地基设计结构样式可以合理的确保地基避免不均匀沉降现象，由于后浇带的设计形式所使用的建筑材料比原先的建筑构件更加具有稳定性，并且其混凝土具有微膨胀的特性，所以可以带来更好的牢固性。

3.3 砌体结构的设计优化

砖砌体在房屋建筑结构中主要担负着抵抗侧向位移和承重的作用，它的布置方式较为多变，但是在跃层结构或表现出过大的受力结构中却并不适宜。通常应该对其进行以下方面的优化，优化平立面结构，保证建筑形体的规则性，抗侧力构件平面布置宜规则对称，侧向刚度沿竖向宜均匀变化。纵向抗震墙体在建筑整体中，必须保证有三条以上，合理规划门窗的开口规格，一般要将宽度控制在2m或2m以下，这样的设计有利于增加建筑结构的稳固性。

3.4 剪力墙的设计优化

对剪力墙进行优化设计，其中连梁是最为重要的环节。如果将连梁的剐度增加，就一会产生增加建筑结构地震作用的情况，同时也就造成了连梁与墙肢的内部受力分配大幅度增加，这样就应该将此处构件的钢筋配置适度增加，从而使建筑材料受到不必要的浪费。所以，在进行房屋建筑结构的设计时，不应该选择将大刚度窗下墙当做连梁的设计。应该选择的设计方式应该是把连梁设计成刚度与截面较小的弱连梁，并且在达到结构的刚度与变形程度要求的条件下，进行经济与变形能力等多方面思考，对构件进行合理的布置。一般来说，剪力墙设计越多，建筑结构也就具有更大的抗侧力，从而减少建筑结构的位移，却导致了地震力的增大。

3.5 建筑结构细部设计优化

进行建筑结构的设计优化，不但要关注整体设计，也应该对各个细部结构部件的设计给予重视，比如进行现浇板的设计时，为了达到去除拐角裂缝与结构受力均匀的目的就需要将异形板划分为矩形板。对于建筑结构底部的框架抗震墙的钢筋配置通常较大，如果在材料选用上使用冷轧带肋钢筋则能够适当减少钢筋配置，从而更加便于施工和达到控制工程造价的目的。在有关设计技术优化方面，也可以增加对现代化高科技的利用。如今计算机仿真优化设计形式已经在建筑工程设计行业得到了广泛的运用，基于计算机软件对设计思路进行模型化的分析，直观而准确。因此人工设计配合计算机的运用进行房屋建筑工程的设计优化应该得到更加有力的推广。

随着人们生活水平的不断提高，我们不仅对建筑实用性的考量因素增强，而且对建筑房屋的安全性考虑也逐渐增多，在保证房屋建筑安全的前提下，体现出建筑节能的具体要求。在我们进行房屋结构设计的过程中，应该考虑到建筑技术运用过程中的绿色节能考量。着国内房屋建筑节能理念的深入推广，以及各类新型节能材料的研究与开发，在客观上促进了房屋建筑节能施工理念的发展和创新。

参考文献

[1] 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，2013（03）.

[2] 闫超合.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].科技风，2014（03）.