房屋建筑结构设计中应用优化技术分析

王健雄

摘要：众所周知，建筑业是我国经济发展不可或缺的重要行业，所以国家对于结构优化措施研究也十分重视。进行结构设计优化，首先要保证结构安全，其次才是节约成本，是对工程师能力的极大考验，即要求工程师有高超的技术水平，又要求有丰富的工程设计经验。合理经济的结构体系选择，是一个多因素的复杂的系统工程，接下来我们具体了解结构设计优化措施，并分析其优化意义。

关键词：房屋；建筑结构；设计；应用；优化；技术

结构设计优化主要从控制成本、节约资源的角度对设计进行一一排查，排除结构设计的死角和盲区，剔除设计中的虚高，避免浪费不必要的成本，如同人减去身上多余脂肪，以达到健美的目的。结构设计优化的目的，不是以牺牲建筑适用性、结构安全度和抗震性能来达到的。优化技术在结构设计应用中应注意，在项目展开的各个环节中都充分参与，做好每一个设计环节的优化工作，随着计算机技术和各种设计工具软件的飞速发展，这使得结构设计更容易展开，各种实际问题的分析解决也更加便利。

1结构设计优化概念

结构优化设计是指在已经给定的约束条件下，以结构安全和成本最低为目标，求出最好的设计方案。

2结构设计优化必要性

对于投资方来说，结构成本约占整体造价的55%以上，进行结构优化可使建筑工程总造价降低8%以上.这笔隐形的利润，被投资者愈发看重，不惜耗费时间财力进行设计优化，以达到利益的增收。对于设计单位来说，现阶段设计人员的技术水平参差不齐，设计周期控制紧张，同时设计人员对工程是终身负责制，这些原因导致设计人员不重视工程造价的控制，一味放大安全系数，致使设计偏于保守，造成不必要的损失和浪费。进行结构优化，有助于督促设计人员提高技术水平，反复调整结构模型，充分利用各构件的承载力特点，使他们的作用发挥到极致，注重经验的必要性，设计出高质量的优化设计，使设计单位在竞争中处于不败之地。对于国家来说，进行结构优化，有利益节约材料，保护环境，符合节材、低碳、绿色的政策，对于可持续发展有着重大意义。

3优化技术的实际应用

3.1结构方案的优化分析

结构体系的选择对造价影响甚大，如不规则结构比规则结构含钢量大；短肢剪力墙结构比普通剪力墙结构含钢量大，框架结构比砌体结构含钢量大等等。因此设计人员在满足建筑功能的前提下，一定要选择合理的结构方案，这是结构设计的前提。结构的平、立面布置宜规则，结构体型适当，在与建筑方案协调时应考虑结构的高宽比、长宽比。结构各部分的质量和刚度宜均匀、连续。结构的传力途径简洁明确，竖向构件连续贯通。结构设计时，可通过设置结构缝将结构分割为相对独立的单元，以避免局部部位的不規则影响整体结构。

3.2地基基础设计优化分析

基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关，造价约占总造价的10%—20%，基础工程设计优化的重要性显而易见。选取基础平面布置方案时，应尽量使建筑物的重心和基础的平面形心重合，以避免局部地基反力过大。在计算分析中，建筑上部结构、地基与基础有着互相影响和制约的联系，可以尝试将其作为一个整体来进行计算，这样可以减小基础整体变形弯曲程度和降低内力，从而减小基础尺寸。在确定基础厚度时，不能为了使抗冲切强度和抗剪强度满足，而一味的提高基础厚度，应分析不满足的原因和不满足的位置，可局部设置暗梁，或将柱和剪力墙周围局部加厚，形成墩座式筏板基础。在基础的构造设计中，应选用水化热低和安定性好的水泥，这样可以预防和控制基础混凝土由水泥水化热引起的裂缝。总之，基础设计的合理性对建筑物的安全、使用和投资额度有着重要的关系。设计人员除了依据软件计算结果还应当科学的分析，适当增加基础面积，以降低地基反力，减少钢筋用量，不断提高工程的经济效益。

3.3主体结构设计优化分析

对于不同的结构形式，优化的侧重点也不一样。对于框架结构，柱网的布置至关重要，它直接影响柱的受荷面积从而决定柱的截面尺寸，粱的截面尺寸也与柱网尺寸息息相关，一般梁高为柱网间距的1/12。因而，柱网布局是否合理对工程造价影响很大，设计人员在承载力满足的前提下，应反复调整柱网，以寻求最经济的耗材。框架结构中柱占上部结构钢筋用量的20%左右，梁50%左右，板20%左右。柱网大，楼板用钢筋量大，反之，柱用钢筋量大，优化的重点是梁，采用强柱弱梁，粱的配筋宜采用分离式配筋，梁宽避免大于350mm，箍筋采用两肢箍，纵向配筋面积满足承载力即可。对于剪力墙结构，墙、柱钢筋比例最高，约占上部钢筋用量的40%左右，这是优化的重点。剪力墙布置合理与否直接关系到整个结构的技术经济指标，设计人员应遵循的原则是：强周边，弱中部；多长墙，少短墙；多规则，少复杂。对于受力钢筋，当直径大于12mm时，避免采用非绑扎搭接。对于砌体结构，除梁、板、柱等受力构件，需要计算配筋外，其它非受力构件如圈梁、构造柱等，均依据抗震设防烈度、房屋高度、房屋规则性等，采用构造配筋即可。

3.4节能方面设计技术优化

建筑耗能伴随着建筑总量的不断增加，呈急剧上升趋势，如果不采取有力措施，对于资源相对匮乏的中国，建筑节能已迫在眉睫。优化设计是建筑节能的根本途径。在设计过程中，应当对建筑的方位、体型、朝向进行优化，必须要为充分利用自然风、阳光等自然资源创造条件。同时，也须对建筑用料进行优化，充分考虑利用当地天然丰富的资源，减少大量不必要开发和运输，才能赢得较高利益。

3.5建筑抗震性能设计优化

20世纪90年代初，美国学者提出了抗震性能设计。结构抗震性能目标的选定，直接影响结构的用钢量从而影响工程造价。设计人员应根据使用者对结构的不同使用要求，确定相对应的性能水准和性能目标。

4结语

综上所述，要想在节约建筑成本与建造高质量工程中有效统一，就需要一定的建筑结构优化设计，实现在资源的有限条件下使建筑的质量功能水平最优化，发挥资源的最大功效，这对建筑业的发展以及未来经济的可持续发展都有着很重要的作用。

参考文献：

[1]徐巍.房屋建筑结构设计内容与存在问题探析[J].中国住宅设施，2017（04）.

[2]杨德鹏.房屋建筑结构设计中优化技术的应用[J].住宅与房地产，2017.

（作者单位：河北省水利水电勘测设计研究院）