房屋建筑结构优化设计研究

2020-03-05张瑞

工程建设与设计 2020年6期

张瑞

（安徽水利开发有限公司，安徽蚌埠233000）

1 引言

在我国经济快速发展的背景下，城市化建设进程也不断加快，使人们提高了对房屋建筑结构设计质量的要求，为了满足人们对房屋建筑结构设计的基本需求，不仅要确保房屋建筑使用的舒适度，还要凸显房屋结构性能的特点，以此提高人们的生活质量，满足人们对房屋建筑的需求，带动整个房屋建筑行业的发展。

2 房屋建筑结构优化的原则

在对房屋建筑结构进行优化设计时，必须对房屋建筑的原有结构进行全面的了解与认识。通常情况下，必须在确保建筑安全性和功能性的基础上，对房屋建筑结构进行优化设计，制定更具有经济性和科学性的房屋结构优化方案。同时，必须对房屋建筑整体结构进行深入研究，选择最优设计方案，采取更加高质量的优化措施，实现房屋建筑结构设计的优化目标。

3 房屋建筑结构优化设计的重要作用

对房屋建筑结构的优化，不仅可以提高房屋建筑的质量，还可以改善人们的生活质量。具体而言，主要具有以下4 个方面的作用：（1）通过对房屋建筑结构进行优化设计，可以进一步提高房屋建筑使用的安全性；（2）在合理完成房屋建筑结构设计同时，可以全面提高建筑工程的施工效率，实现节约资源的目的，有效地降低施工成本；（3）在房屋建筑结构的优化设计中，可以实现绿色节能设计，使建筑的建设和使用满足环境保护的要求，与国家所提出的可持续发展策略相呼应，以此推动我国建筑行业朝向更加环保、绿色、节能以及低消耗的方向发展[1]；（4）在房屋建筑结构进行优化设计后，可以对居民的安全做出保障，因为房屋结构的优化设计更加重视房屋建筑的安全性，而且也会重点考虑居民的实际需求，进而使设计方案更加完美，有效缩短施工周期，节省人力、财力以及物力的投入，提高企业的经济效益。

4 房屋建筑结构设计的优化

4.1 优化房屋整体结构体系

对于现代房屋建筑，其不仅功能性较强，而且造型也非常复杂。所以，优化房屋建筑整体结构体系时，要在满足房屋建筑的功能性要求、规范要求以及造型要求的基础上，通过设计合理的结构布局，有效降低工程造价。同时，房屋整体结构体系也会直接影响工程造价，因此，应加强对这方面工作的重视程度，结合房屋建筑的功能，合理对房屋结构体系进行优化，以此提高房屋结构优化设计的整体效果。

4.2 优化房屋结构设计模型

对房屋建筑结构进行优化设计时，应先建立房屋结构模型，而后围绕该模型，完成后续工作[2]。对于一些结构比较复杂的房屋建筑，模型优化非常重要，因为通过模型优化能够有效地将一些复杂的造型进行简化，并利用结构分析软件对结构进行工况分析，避免在方案实施时发现问题。

4.3 变量的合理选择与目标函数的确定

通常情况下，选择设计变量时，会选择对设计产生影响比较大的参数，将影响较小的参数作为预定参数，以减少计算编程的工作量。另外，确定目标函数时，应利用函数寻找能够满足既定条件的最优解，同时要确定约束条件。优化设计房屋结构可靠度的约束条件主要包括裂缝宽度约束、应力约束、尺寸约束以及结构强度约束等，在实际设计过程中，必须确保各种约束条件都能够满足行业规范。

4.4 优化桩基础设计

桩基础是整个建筑的根本。桩基础的作用是承载整个建筑，并将自身承受的荷载传递到周围的土层中。通常情况下，房屋建筑结构的桩基础有预制桩和灌注桩2 种形式。对桩基础的优化设计，主要指的是在确保施工质量不受到影响的前提条件下，科学、合理地降低工程成本。

对桩基础进行优化设计时，应综合考虑房屋建筑上部结构的荷载与地质条件，选择最为合适的桩基础类型。确定桩基础的类型后，应通过优化设计提高桩基的承载力，比如，提高桩周围土体的承载能力以及扩大桩柱的尺寸等。布置桩基时，应合理利用桩基材料的固有强度，确保桩基础可以均匀受力。

4.5 优化地下室结构

进行地下室结构优化设计时，应从2 个方面进行[3]：（1）应在满足房屋建筑使用要求的基础上，合理降低地下室的层高，不仅可以有效降低房屋建筑施工中钢筋、混凝土等材料的使用量，还可以减少施工过程中土方的挖掘量，进而减少维护、维修等费用的支出；（2）因为地下室结构受到的地下水的浮力以及土压力较大，需要使用大量的钢筋，所以，设计工作人员在进行优化设计时，需要对结构构件的实际受力状态进行全面、细致的分析。在确保其能够满足规范计算的基础上，实现分段配筋，一般情况下，受力比较大的位置需要进行局部加强。

4.6 优化室内建筑结构

房屋建筑结构设计优化时，必须保证房屋建筑本身以及室内结构的合理性和美观性。在这个过程中，务必确保剪力墙、结构柱与建筑平面可以保持一致性，在确保结构安全的基础上，尽可能地减小剪力墙与结构柱的截面尺寸。布置结构梁时，应尽量与建筑墙体保持同一宽度，如果结构梁宽于建筑墙，应将结构向次要的空间内偏移，如卫生间、厨房等。