郑伯：建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究

郑伯

摘要：现阶段，我国的经济飞速发展，人们的生活水平逐渐的提高，建筑工程的发展也日新月异。建筑行业的市场竞争也越发激烈，为了确保企业能够在如此激烈的竞争环境下占有一起之地，企业要根据实际情况进行相关结构的设计优化以为业主提供更优质的环境。将结构进行优化设计不但可以保证房屋的质量安全，同时能够减少资金投入，对于企业以及业主来说一举两得。本文通过对建筑结构设计方法在房屋结构设计中的应用进行探讨，以供相关人士参考。

关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；应用研究

1尺寸优化

尺寸优化主要是优化建筑结构的尺寸，提高建筑结构各部件尺寸和应力的准确性。一般情况下，尺寸优化的变量是建筑各部件的横截面积、应力、厚度，优化的计算方法是有限元计算。在优化时不需要重新划分建筑网格，只需结合使用建筑敏度分析、数学规划方法便可。如将200mm厚剪力墙的墙肢长度控制在1650mm或1700mm，以避免出现短肢剪力墙。这种做法不仅违背剪力墙结构设计的基本原则，同时由于墙肢两端需要设置边缘构件，连梁配筋也大于墙体配筋，在剪力墙结构尤其是高度较高（如房屋高度不小于60m）的剪力墙结构中，应尽量采用一般剪力墙，以提高结构的抗震性能，并降低房屋的综合造价。地下室层高的原因而需加厚剪力墙的厚度（至bw0），导致不满足一般剪力墙 宽厚比要求，此时应根据不同情况区别对待：当以墙厚为bw、墙长为hw按《高规》附录D验算，满足剪力墙墙肢的稳定要求时，该墙肢（墙厚为bw0，墙长为hw）可不按短肢剪力墙设计。在剪力墙结构中设置少量的短肢剪力墙是允许的，设置少量的短肢剪力墙并不影响对原结构体系对的判别，其结构仍可确定为一般剪力墙结构或可称其为短肢剪力墙较少的剪力墙结构。在房屋结构设计中，对于建筑部件的固定节点、单项连接的房屋框架结构，设计人员只需要对横截面积发生变化的部分进行有限元计算、分析即可，不需要重新分析、计算。连续性的房屋框架结构，优化设计尺寸时只需要将房屋框架部件的厚度作为可变量，对可变量进行应力分析即可。一般而言，连续框架结构设计的优化结果为梯形分布的板厚度，它优化出的图形大多是线性。

2建立结构优化模型

在建筑工程施工中，工程设计人员在开展结构优化设计时需要事前建立优化模型，并设计好结构优化方案。在建立建筑结构优化设计模型时，设计人员应对其中涉及到的主要设计参数进行明确，之后根据数据分析结构构建相应的函数模型。利用科学方法，计算出优化结构。在建立结构优化模型时，主要步骤如下：①选取合理设计变量，进而对模型构建更好完善。在选取变量时，要注意其可能对房屋结构产生的影响，区分好参数重要性，保证设计工作的合理性，减少工程涉及到的计算量。②需要对目標函数进行确定。设计人员应对函数优化条件事先满足，之后对这种约束条件可能产生的效果进行分析。设计人员在优化结构时，需要对这些约束条件进行分析，对裂缝宽度、强度都充分保证。

3空间整体布局的优化

空间整体整体布局设计是房屋建筑结构设计方案中，不可缺少的一项内容，具有一定的复杂性和层次性，从复杂性来说主要包括有：采光、空间布局、朝向等方面，从层次性的角度来说，主要包括有：结构体系、设计体系、安装体系等方面，并且在每个体系下面包含着很多的分支。因此，在房屋建筑空间整体布局设计优化的过程中，可以从以下几个方面展开：（1）设计人员一定要整体性和前瞻性的设计意识，从整体逐渐向细节深入。同时，在设计优化的过程中，通过对整体结构与选择材料和构建合理布置，以及良好的配合，达到房屋建筑结构中最的承载能力、稳定性和安全性，保证了房屋建筑工程结构设计的质量。（2）一定要严格遵循着我国规定的标准，进行房屋结构结构设计，对各项参数存在的误差，进行严格的控制。另外，在空间规划的过程中，对光线的采光性，一定要作为重点考虑的对象。同时，在朝向方面，一般都是选择双阳或者南北的格局，这样可以在一定程度上保证采光的稳定性，也降低了能源的大量消耗。例如：在我国某在建筑工程空间结构优化的过程中，为了保证良好的采光度，以“南北设计”为主，使其空间在大部分的时间内，可以感受到外界的阳光，也为人们提供了良好的居住环境。

4下部地基结构的优化设计

地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。万丈高楼平地起，地基基础的优化设计非常的重要。例如，高层建筑的地基基础，由于高层住宅房屋的建筑高，对房屋的稳定性要求非常严格。为此，高层建筑的地基更深，一般情况下，建筑的埋置深度应该大于等于地下5m，超高层的建筑物超过15层以上的，其埋置深度应该是超过地下的20m。由于埋置深度大，地下施工工作也有很大的难度，尤其是地下土壤的土质属于软土层时，施工可选择的方案非常多，每种方案的预算和进度都有考量，因此，应该根据实际需求选择地下挖掘的技术和方案。

5科学分析综合结果

通过一定的方式得出基本的计算结果后，我们必须将结果与最初的设计方案进行比较和分析，在保证整体建筑要求的基础上，选择一个符合企业、业主等各方要求的最佳的方案。在问题分析上，我们必须从房屋建筑整体出发，综合全面的考虑相关问题，对一些可能带来严重影响的问题可以立项研究，进行多角度的、深层次的分析，严禁模棱两可、差不多现象的存在。该流程在房屋建筑结构优化中占有非常重要的位置，选择一个科学的方案，不仅能保证建筑房屋的安全性、实用性，还能保证建筑结构的艺术性和美感性，同时，还能对建筑工程的整体投入产生有利的影响。

6 建议

实际工程中，为迎合建设单位控制结构与混凝土用量及钢筋用量的要求，常有设计人员不区分工程的具体情况，对较高的高层建筑，机械地控制剪力墙截面的高宽比（hw/bw），如将200mm厚剪力墙的墙肢长度控制在1650mm或1700mm，以避免出现短肢剪力墙。其实，这种做法不仅违背剪力墙结构设计的基本原则，同时由于墙肢两端需要设置边缘构件，连梁配筋也大于墙体配筋，在剪力墙结构尤其是高度较高（如房屋高度不小于60m）的剪力墙结构中，应尽量采用一般剪力墙，以提高结构的抗震性能，并降低房屋的综合造价。

对地下室中上部结构嵌固端的下一层墙肢，如果对应的地上墙肢为一般剪力墙（墙厚为bw，墙长为hw），由于地下室层高的原因而需加厚剪力墙的厚度（至bw0），导致不满足一般剪力墙的宽厚比要求，此时应根据不同情况区别对待：

（1）当以墙厚为bw、墙长为hw按《高规》附录D验算，满足剪力墙墙肢的稳定要求时，该墙肢（墙厚为bw0，墙长为hw）可不按短肢剪力墙设计。

（2）当以墙厚为bw、墙长为hw按《高规》附录D验算，不满足剪力墙墙肢的稳定要求时，该墙肢（墙厚为bw0，墙长为hw）应按短肢剪力墙设计。

在剪力墙结构中设置少量的短肢剪力墙是允许的，设置少量的短肢剪力墙并不影响对原结构体系对的判别，其结构仍可确定为一般剪力墙结构或可称其为短肢剪力墙较少的剪力墙结构。

7结语

对房屋结构进行设计优化，就是要对建筑本身功能进行保证，从这个基础上再实现企业的经济收益。想要实现这个目标，就要对自我知识水平予以提高，进行自我水平创新开拓，只有这样，才能为人民创造一个舒适且安全的良好建筑空间。

参考文献：

[1]范国兴.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].鸡西大学学报（综合版），2016（8）：23～25.

[2]景毅.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用分析[J].科技资讯，2015（27）：36.