房屋建筑结构设计中的优化技术应用分析

袁江

（陕西省建筑设计研究院有限责任公司 710018）

结构设计是房屋建筑设计中的重要组成成分，直接影响着房屋建筑质量与房屋结构的安全性及稳定性。随着建筑行业的现代化发展，人们对于建筑工程的结构设计要求也具有了全新的标准，为了满足人们对建筑结构设计的更高要求，相应的设计人员需要不断的优化结构设计方案，找出其中的不足并加以改进。优化技术在房屋建筑结构设计中的运用，有效的弥补了以往建筑结构设计中的诸多问题，提高了结构设计质量，有助于建筑行业的长远发展。因此相关的设计人员需要科学合理的运用优化技术，发挥优化技术在房屋建筑结构设计中运用的预期价值。

1 房屋建筑结构优化技术及存在的问题

1.1 房屋建筑结构优化技术

1.1.1 传统结构设计

通常所说的结构设计的方法是根据不同设计的要求需要，给出初步设计方案，然后利用力学知识进行分析，使其刚度、稳定性、承载力、尺寸等满足规范等强制进行或者构造要求。所有的结构设计方案都可以用一些设计变量和一些给定的参数来表现，这些都随着设计方案的变动而变动。传统的结构设计就是设计人员凭借自己的设计经验或者参考已经完工的类似的设计第案列确定基本的设计方案，进而进行刚度、稳定性、承载力等方面的计算、演算或者校核，一般只要可行符合规范便采纳之。其实这个只是可行设计，也就是传统的设计。可行的东西是建立在安全的基础上的，但是不是“最优的”，最优的方案是在若干个传统的设计中进行量的优劣取舍，从中选择或者合并一个最好的方案最为优化设计的结果。可以说传统设计是为优化设计做准备的，传统设计是基础，没有前者就谈不上后者的进行。

1.1.2 结构优化设计

在房屋建筑结构设计的过程中，工程结构的优化设计即在满足各种设计规范或者一些特殊需要，通过各种方案的反复推敲对比使结构设计最终达到最佳的设计方法。通常情况工程结构设计对提高工程结构的经济效益和功能方面具有重大的实际意义。结构设计中可以通过方案优化或者精细化优化删除不安全的无效的成本，优化后结构安全系数不会降低，有时候反而更加合理，或者使整体结构更加结实。结构优化设计要求用优化方法去搜索所有的设计方案，从里面得出最好最优的方案后进行后续施工图设计。同时结构设计是一种技术行为，对专业知识要求很强，找出既经济又合理的方案。这些可选的方案都要求满足规范规定的最低限，这样就能做到避免浪费，既减小了财力、人力，控制成本，这是当今社会的发展所趋，也是建设现代化节约型社会、科学发展观所要求做到的。

1.2 存在的问题

1.2.1 基础设计问题

房屋基础结构设计关系着整体建筑的稳定性以及使用寿命，部分设计人员在房屋基础结构设计中缺乏重视度，没有对施工现场的地质环境进行实地勘察，仅仅凭借相关部门提供的数据资料以及自身设计经验进行房屋基础结构设计，导致设计方案与实际施工建设情况不符，基础结构实际存在盲目性，从而降低了基础结构设计质量。

1.2.2 框架设计问题

框架设计分为横向结构设计与纵向结构设计，但是设计人员在框架结构设计中往往重视横向框架结构设计，而忽视了纵向框架结构设计的重要性，导致框架结构承载力不足。框架结构中的横向与纵向是框架水平与垂直承载力的主要来源，若是一方设计出现缺陷，就会导致整体框架结构承载力不足，在遇到如地震等突发自然灾害情况时，将会无法承受巨大的压力，造成框架整体稳定性失衡，从而危害人们的生命财产安全。

2 房屋建筑结构优化的主要应用

2.1 房屋建设过程中的主要分类

房屋按照其结构形式不同可分为：砌体结构房屋、框架结构房屋、剪力墙结构房屋等等，种类很多。考虑到造价、抗震性能以及使用要求等，针对不同的需要则采用适当的结构形式。一个工程，选择合理的结构体系很重要，不光其使用安全得以保障，在其造价上也能够得到一定比例的成本节约。房屋建筑按照层数一般可以分为三类：低层、多层、高层。3层以下为低层，4～7层为多层，8层以上为高层。这只是一般笼统的划分，我们知道，房屋的使用功能不同，综上所述，结构优化设计势在必行，在发展国民经济的今天又重大意义。

2.2 不同建筑形式对结构优化需求不同

2.2.1 纵墙和横墙的布置设计要求

砌体结构中主要受力构件就是砌体墙，结构体系布置得合理性直接关系到结构的抗震要求。砌体结构有纵墙承重体系、横墙承重体系和纵横墙共同承重体系。抗震规范中明确要求优先采用横墙承重体系或者纵横墙共同承重体系。不应釆用砌体墙和混凝土混合和承重的结构体系。纵横墙的布置宜均勻，沿平面宜对齐，沿竖向应上下连续；同时纵横墙的数量不宜相差过大。

2.2.2 配筋砌体结构设计要求

多层砌体房屋中，有时候会出现墙体受压不满足的情况，这时在墙体里面配上钢筋网片或者钢筋来增强抗压抗震。同时，墙中柱和局部配筋带也提高了抗剪承载力，不仅对整个墙体有一定的约束作用，也对抗震有很大的作用，提高了砌体的竖向和水平承载力。材料的合理先用：提倡轻质高强墙体材料的使用；合理的提高砌筑砂装的等级有效地提高了墙体抗震能力，这个措施即经济又有效；当使用现饶板并合理设计板厚、配筋：通过抗震计算来满足抗震设计是抗震设防区工程设计必不可少的一步。

2.2.3 框架结构的设计要求

工程设计依据抗震等级、人防等级，地基的状况和地基的承载力，活荷载值，材料等级，施工中需要注意的事项，选用详图等。各层的梁板柱结构配筋图一般是先使用结构设计软件进行设计校核，在基础上在人为适当修改。比如对于楼梯设计多采用板式楼梯，从施工的角度来看较方便，从设计的角度看也比较美观。基础方面：独立基础它的偏心要求不能太大，必要时可做成柱下条基。也可采用台阶形或者梯形的基础底板，或着把挑梁两端的挑出的长度进行调整。

2.2.4 多层框架结构房屋结构设计要求

对于一些特殊要求的多层房屋，特别是一些大开间、大跨度的建筑一般都采用框架，如：报告厅、图书馆、商场、一些学校的大教室等等。框架结构是多层和高层房屋的主要结构形式之一。其中最常用的是混凝土框架结构包括现浇整体式、装配式、装配整体式和钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。

3 房屋建筑结构设计中优化技术应用的注意要点

3.1 结构优化的整体要求

3.1.1 要改变设计人员的观念

很多人怕结构设计出安全隐患，一般都进行了保守又保守的设计，这样无形中增大了成本，是没有必要的。一般软件已经有一定的安全储备，人为的再放大设计系数就不必要。

3.1.2 注意前期技术优化的应用

优化技术在房屋建筑结构设计中的运用，需要做好前期的技术应用准备工作。结构设计方案是后期施工建设的主要依据，相关设计人员需要在前期结构设计方案中对其中可能涉及到的因素进行全方面考量，减少后期一些不合理费用的支出也能使整个工程的开展按计划进行。

3.2 机构优化的具体措施

3.2.1 结构设计模型的优化

结构设计模型优化的具体步骤如下：合理的选择设计变量；确定目标函数；确定约束条件。

3.2.2 结构设计优化方案

在进行建筑结构优化设计时，可以用无约束条件来替代有约束条件进行计算，具体的方法有拉氏乘子法、符合型法等方法。比如在设定完结构设计时，要编制相应的运算程序即可获得结构设计的最优方案。采用装配式的梁、柱时，可以缩短工期；采用现绕钢筋混凝土结构时使结构的整体性、抗震性增强，而且在施工时可以浇筑成各种形状的柱子。

3.2.3 有区分的优化设计

针对不同房屋结构制定有针对性的优化设计，如加强对砌体房屋构造措施的优化（尤其是构造柱和圈梁）以及基础承载力和埋深的修正能够有效的控制含钢量，从而达到降低工程造价的目的。对多层框架结构房屋的结构优化设计是设计人员不可忽视的问题。框架结构对其梁、板、柱以及基础数据的有效控制并结合规范的规定设计，能够使含钢量降低左右。而且优化后的建筑物更有利于抗震的要求，既做到了省材又做到了安全。

3.2.4 注重设计与经济的兼顾

在房屋建筑工程面积相同的前提下，平面形状、圆形或者圆形的周长也会相对较长，前提投入墙体消耗的面积也会相对较少，成本投入也会相对较低。同时，不断的比对可以发现，不管是平面形状、方形或者圆形的内部构件相对较为稳定，并且具有相对良好的受力性，这在很大程度上降低了辅助材料和设备的使用，节省了工程的施工成本。