房屋结构设计中的建筑结构设计优化

赵尚

摘  要：建筑结构体系与经济、科学技术的发展均存在紧密的关联。古代建筑结构具有笨重、内部使用空间狭小的特点，自19世纪80年代工业化改革后，建筑结构内部使用空间逐步扩大，以钢材与混凝土材料相结合的不同类型新型结构体系持续涌现，开启了现代工程建筑结构的新历程。但是，在当前建筑结构设计过程中仍然存在性能分析不足、外部框架抗剪力与内部刚度矛盾显著等问题，影响了建筑行业发展。基于此，探讨建筑结构设计优化方法至关重要。

关键词：房屋;结构设计;优化

1探讨优化房屋建筑结构设计的重要性

1.1能够有效提升建筑材料的利用效率

优化房屋建筑结构设计，不但可以保证房屋建筑质量，还可以提高资金的利用率，进而实现节约资金，创造更大经济效益的目的。从以往的建筑结构设计案例的统计来看，优秀的结构设计不一定需要较高价格的材料，往往是那些性价比更高的材料，通过利用率的提高，不但可以满足建筑结构性能，而且还能够大大的节约项目造价。因此，房屋结构设计人员在设计建造方案时，应当努力提高建筑材料的利用率，以及在结构设计当中加入新材料的应用，尤其是近些年应用越来越广泛的预应力混凝土结构和钢管混凝土结构等等，这些材料与其他材料相比优势十分明显。钢管混凝土的优势在于可以使建筑结构更加稳定，在抗压强度和抗变形能力等方面都表现优异。把钢管框架填充混凝土材料后，混凝土可以将钢管框架进行有效固定，使建筑整体框架结构呈现出三面受压的理想状态，能够使建筑材料的结构稳定性以及抗压强度大大增加。与其他的钢管结构相比，钢管混凝土不但可以将本身承载力和自重保持高度一致，还可以节省下50%的钢材材料，而且由于施工工艺的变更，可以将原来的焊接工序进行简化，减少了人力的投入之外，还极大的缩短了建设工期。与其他混凝土结构相比，钢管混凝土结构可以减少构建的截面积，节省大量施工材料的同时，还保障了建筑材料结构的强度和稳定性。通过优化房屋结构设计，使用优质建筑材料，在确保建筑结构质量的前提下，提高了材料的利用率，實现降低建筑项目成本的目的。

1.2能够很好的推动建筑结构的经济性的提升

近年来，随着城市化的不断发展，城市土地逐渐成为稀缺资源，高层建筑层出不穷，建筑高度的不断提高，使得建筑墙体和承重墩的面积不断增加，承载力和建筑材料的体积也随之增大。这进一步压缩了建筑的使用空间。因此，有必要在保证建筑质量的同时，不断优化建筑结构设计，尽量减少建筑材料的使用，进而降低建筑单层高度。建筑总高度降低后，可增加建筑密度，达到减少建筑用地和工程投资的目的。建筑结构形式可以设计成正方形，这种建筑结构可以获得最小的外周长和相同使用面积的外墙面积，从而降低建筑内外表面的装修成本和基础装修成本，也可以大大提高建筑结构的经济性。

2建筑结构设计优化应用

2.1开发设计模型集成框架

建筑结构设计模型集成的最终要求是涵盖建筑全生命周期数据信息。比如对于开有门和窗的一段墙体，其对应的模型集成框架需要涵盖门、窗、墙等对象，具体信息为：类型、面积、宽/高、长/高、洞口面积、洞口数量、高/厚度以及界面属性、材料、高×宽、受力特性、钢筋布置等。建筑模型在建筑结构设计阶段处于支配地位，由此产生的数据信息可以被结构设计所提取、集成，为建筑二次建模设计提供支持。以基于BIM技术的建筑结构信息模型ASIM为例，可以Auto-desk的Revit、Graphisoft的ArchiCAD为例，可以IFC支撑下的标准数据模型格式为数据对象表达基础，容纳建筑对象材料、建筑基本绘图信息、造价信息为依据，开展完整建筑模型集成框架的构建。具体建模流程为：在IFC标准约束下，接入基于DXF设计软件、BIM设计软件以及建筑规范，形成包含绘图、造价、材料的建筑产品模型。进而将建筑产品模型中IFC工程文件转化为中心文件，并借助C++编译器、FORTRAN编译器、PKPM图形形式平台，提取结构信息。提取结构信息后输入结构产品模型中进行分析，形成结构规范的模型数据库。在结构规范的模型数据库形成后，可以面向建筑结构设计过程，搭建ASIM集成框架体系。ASIM集成框架体系从纵向来看，ASIM集成框架体系涵盖了不同设计阶段;从横向来看，ASIM集成框架涵盖了不同的体系，可以为设计者使用相关软件、应用结构设计信息提供充足支持，满足结构设计优化要求。

2.2科学归纳设计方案

要想对建筑结构设计方案进行优化，必须加强对设计方案的分析和研究，找出设计方案当中存在的问题，以及影响因素等。建筑结构设计方案的优化需要详细分析与结构相关的每个影响因素，例如内部结构影响因素，外部环境影响因素以及经济影响因素等，从而对设计方案进行针对性的优化调整，保障设计方案的科学性和合理性。对于房屋内部结构进行的优化，需要做到尽量简化，因为越复杂的内部结构，需要校核的受力情况就更复杂，对建筑结构设计方案进行简化后，能够最大限度地保障受力的稳定性，进而降低建筑施工风险，提高建筑完工质量。对建筑结构设计方案有影响的外部因素比较复杂，如重力载荷、风力载荷以及地震强度等等，因此优化结构设计方案，要从建筑结构的抗变形、抗沉降方面着手，来提高建筑设计方案的合理性以及建筑安全性。不仅如此，建筑结构优化还要提高对原材料质量的重视程度，完善的建筑结构设计还需要高质量建筑材料的使用，才能保证建筑结构的整体性，安全性更高、耐久性更强的建筑材料可以有效保障建筑结构的强度质量。

2.3确定初始目标、约束条件

在ASIM集成框架体系设计完毕后，设计人员可以结合预定条件，寻找相应尺寸的钢筋截面面积以及已失效的概率参数，以便达成建筑工程整体造价最少要求。同时以保证结构可靠性为初始目标，进行与优化设计相符的约束条件设定，比如建筑裂缝宽度约束、尺寸大小约束、建筑本身强度约束、结构体系相关约束等，逐一对比目标性质的约束条件、实际性质的约束条件，保证每一约束条件与整体建筑结构设计要求相符。

2.4剪刀墙结构的长度、厚度和延性的设计

在对建筑结构的剪力墙设计优化过程中，应当重点关注剪力墙的厚度数据、长度数据以及延性设计。长度和厚度尺寸属于剪力墙的主要尺寸，对剪力墙的质量能够起到决定性的影响，因此设计剪力墙时一定要在满足建筑建设强度需求的同时，遵守相关技术规范和标准的要求。根据相关建筑规范要求，剪力墙的长度和厚度是由建筑物的抗震等级进行确定的，建筑物抗震等级的不同，决定了剪力墙长度和厚度的设计区别。因此，要想确保建筑物结构的安全稳定以及抗震效果，剪力墙的结构设计厚度不能小于0.2m，厚度和高度数据的比例不能大于1/6。当剪力墙的长度和厚度比例不满足要求时，可以替换为T、L型截面形式的剪力墙，其翼缘长度也要适当增加。在设计剪力墙的延性数据时，其高度和宽度比例尽量要不大于2，这时剪力墙的延性最佳，可以有效降低剪力墙受到的损伤，当高度和宽度比例大于2时，需要将剪力墙局部开洞处理。所以，为了确保建筑物的承载能力，需要高度重视剪力墙的厚度数据、长度数据和延性数据的设计合理性。为了使剪力墙的稳定性和抗震性满足标准要求，需要保证剪力墙内钢筋的配置率大于千分之二，且水平和竖直方向配置均匀。

3结论

随着社会经济的不断发展，高层建筑的需求逐年增加，人们对于建筑结构的安全稳定性也越来越重视，因此，要提高设计人员的专业技术水平，应用信息化设计技术，不断对房屋建筑的结构设计进行优化，使建筑物的安全性、实用性和美观性不断提高，为房屋建筑事业不断向前发展做出贡献。

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