房屋结构设计中的建筑结构设计优化策略

2018-02-13朱慧鹏

建材与装饰 2018年9期

朱慧鹏

（北京清水爱派建筑设计股份有限公司太原分公司山西太原 030012）

引言

随着社会经济的快速发展，人民生活水平不断提高，人们对于房屋结构有了更高的要求，不但要求其安全实用，还要求具有一定的审美和经济性，能够更加有效地利用房屋空间。随着我国经济的发展及土地资源的短缺，未来的房屋建筑将会以高层或超高层为主。而且现在越来越多的年轻人由于各方面的原因更倾向于选择设计合理，空间利用率高的小户型。这些都要求建筑商在房屋设计阶段要充分考虑房屋的使用性能，进行建筑结构设计优化。同时建筑结构设计优化应用于房屋结构设计中，也能够节省工程成本，提高工程质量，增加建筑企业的经济效益。

1 房屋建筑结构设计中的优化技术应用的意义

房屋建筑结构设计中的优化技术应用的意义主要表现为以下两个方面，首先，对于施工企业而言，能够大大提高企业的经济收益，根据有关数据分析可知，传统建筑设计模式下的房屋施工花费的资金比现代结构优化设计模式下的房屋施工费用多30%，因此，经过结构优化设计的房屋建筑项目能够降低施工企业的施工成本，从而提高企业的经济收益。另一方面，房屋建筑的直接受益对象是消费者，在经过结构优化设计的房屋建筑中居住或办公能够有效提高人们的舒适度。

2 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

2.1 形状优化

形状优化是指在指定的房屋结构下，根据要求调整结构外部设计，或者调整房屋内部结构部件的几何形状，以优化房屋结构设计的实用性、经济性。由于形状设计优化方法需要不断改变分析、计算模型，模型的改变势必需要重新生成有限元网格，网格的增加使原有结构设计关系网更加复杂。使用形状优化方法，在房屋结构设计中单元结构、房屋性能和设计变量之间不再是线性关系，它的敏度分析和有限元计算比尺寸优化复杂且量多，因此形状优化设计方法难度比尺寸优化大的多。

2.2 结构设计优化技术与建筑结构设计的结合

建筑物的设计通常从结构的布置开始展开，只有定了结构布置之后，才能结合相应的负荷要求来确定具体的参数、材料的要求，这些数据分析不仅要借助于计算机，还应当结合人工的测量和计算，经过大量的测量和数据分析，才能做出最科学的判断。这就要求相关的技术工作人员，要树立积极工作、认真负责的工作态度，不断提高自我的专业水平，在一定的技术的支持下，尽可能对每一个环节的数据都做到详细的记录和分析，不忽视每一个环节，精准的记录，为以后的设计或者突发事故的处理，提供各项数据的可靠参考。

2.3 协调电气优化以及结构的优化

一般情况下，会在楼板或墙体以及金属管体外部，以导线形式来安装电气管线。这种安装方式增加了预制结构施工的难度。因此要想让管线从梁体穿过，就要在梁体上留下对应的空洞，并且要确保相应墙体同梁体有同样的宽度。假如情况不同，就应对齐梁体一面以及墙体一面，确保墙体表面没有暴露出管线。此外，房屋的整体建筑上，在电梯会埋下非常多的建筑构件且有较多空洞存在，而作为设计者要单独地分析以及电梯区域的建筑，确保较为安全以及合理的设计，从而使施工质量得以保障。

2.4 房屋建筑上层结构的分析

对房屋建筑的结构建设优化分析，房屋上层建筑设计的结构优化处理是主要部分。房屋建筑设计的上层墙体建设中，剪力墙的作用对平衡房屋建筑的受力作用的分析上具有影响作用。如果在实际房屋建设中，房屋建筑设计的整体优化情况改善通过增减剪力墙的长度进行调节，促进我国房屋建筑整体结构的受力平衡性提高，使房屋建筑的受力面积提高，房屋建筑的剪力墙在实际中发挥的作用性越大，房屋建筑各个受力点之间的平衡关系性越均衡，房屋建筑的整体结构优化作用性越大。

2.5 房屋结构外套框架结构的优化设计

基本思路。房屋结构平面框架的优化设计是一个多次及高次超静定问题，框架荷载使用条件是不变的设计因素，因此优化设计上也就剩下梁柱杆件截面尺寸为变量，因此可以通过调整相应的截面尺寸进行优化设计。房屋基本框架中，任何一个梁柱截面积的尺寸发生改变，都会影响整个结构内力分布，然而这种影响仅仅只针对杆件附近内力影响较大的情况。在每次优化设计过程中，对于单个构建截面尺寸发生改变的情况，往往需要重新计算结构内力，这样必然会浪费大量时间。为此，在实际的操作中，就可以近似假定杆件截面尺寸的改变不会影响到框架内力的重新分布，但是需要注意的是这个假定只能够在一次优化中使用，全部杆件优化有获得新的方案就需要放弃假定，对内力进行重新分析，这样才能够逐渐获得最优的方案，之后将最优方案借助常规框架计算进行一次分析即可。

2.6 优化基础设计

在结构造价中，占据比重最大的是基础造价，其决定了整个工程造价。在设计建筑基础时，要恰当选择建筑基础类型。通常情况下，底层建筑较多应用浅埋天然基础，而高层建筑较多应用沉降控制符合基础。对于深埋独立地下室，可考虑采用补偿式基础。在进行地下室设置时，要充分比较并验证地下室的桩型、埋深、底板结构形式、顶板结构形式、抗浮水位、基坑围护以及侧墙设计等问题，同时要尽可能的降低工程造价。