房屋建筑结构设计中应用优化技术分析

2022-12-05九江市建筑设计院

门窗 2022年11期

胡敏九江市建筑设计院

1 前言

随着现代中国城市化进程的加快，建筑工程也在不断增加，人们对房屋建筑的标准、结构要求也越来越高。为确保住宅施工建造的安全性，必须重视住宅建造以及优化住宅构造。基于此，本文对房屋建筑结构设计中的优化技术展开分析。

2 结构优化设计的内容

结构设计的优化内容，包括基础结构方案的优化设计、建筑内围护结构的总体规划设计、基础结构细部的优化设计，以及屋盖体系方案的优化设计。为提升建筑物整体性能，需要将安全与美观有效结合，这样不仅可以满足人们的外观需求，也可以满足建筑物的使用功能。在对结构优化设计的过程中，也包含着选型、造价分析、布置等。

在实际优化的过程中，需依据实际情况充分考虑房屋建筑的综合效益，进而对房屋建筑的结构加以优化设计。而且在实际设计的过程中，也要保证满足设计意图，不能改变建筑的使用功能，且确保建筑的构建布置更加合理，以满足其安全性。此外，也因为转换层比较薄弱，可能会产生应力集中的现象，因此需要在竖直方向避开转换层[1]。

结构设计优化是决定建筑结构形式的主要因素，为了科学选择结构设计类型，必须对设计阶段优化完善，系统化分析现场计算结果，以此选择最优方案。比如，在计算柱子大小与梁的高度时，要选择既满足受力分析又能够节省空间的选型。

首先，选择影响参数，将影响较大的作为主要影响参数，而影响不大的作为预定参数。在优化计算的过程中，必须先计算主要参数，然后设定参数用来调整。

其次，要设定函数，并使用函数求解，按照有关规范对约束的条件加以设定，使其能够满足相关规范要求，保证结构更加安全、可靠。

对于结构设计优化算法来说，会涉及许多限制条件和变量。所以，在实际运算时，必须选择计算方法，把限制条件转换为没有约束的条件完成运算。因此，计算方法的编写非常关键。在运算方法编写好之后，只要通过应用计算程序，就能够得到优化的成果。

3 结构优化设计的必要性

3.1 降低建筑工程总造价

在现代化的建筑房屋设计中，住宅楼以及商品楼的楼层数越来越多，建筑面积也会更大，而各个单位的建筑物所占有的土地面积也会更小，以此节省土地成本。但是，一旦建筑物的楼层数增多，楼和楼之间的间距也会增大。通过这样的方法节约土地面积，占用的土地节约量与楼层数增加比例不同。

对于屋盖来说，对成本的节约会比较明显。如果层高增加导致基础荷载增加，虽然降低了建筑工程的总成本及总造价，但也因为占地面积较大，其建设成本也不会像屋盖一样减少得更加直观。因此，有必要对结构展开优化设计，进而降低建筑工程的总造价[2]。

3.2 提高建筑结构经济性

如果房屋建筑的层数增高，每增加一层构件数量就会增加，从而使得建筑结构增大了自重，同时各种管道数量也会增加。但是如果减少楼层，也就能够节约建筑材料，进而提高建筑的抗震特性。与此同时，假如建筑物的高度降低了，两个建筑物间的平均日照间距就会有所减小，这也会在一定程度上节约用地面积。

在两个建筑高度相当的情况下，不同的建筑结构也会影响外围墙的边长。但假如建筑外墙高度近似于方形或者圆形，边长也会减少，所以能够减少建筑结构的面积，从而达到建筑结构受力稳定性的合理要求，使建造房屋经济适用。由此可以得知，通过对结构优化设计，可以在一定程度上实现建筑结构的经济性。

3.3 提高管线工程的设计质量

在现代房屋建筑结构设计中，管线工程的建设非常关键，通过完善的管线设计，可以保证房屋建筑结构的安全性及稳定性。而在住宅建设结构设计中，通过运用优化技术，能够在一定程度上改善管线工程项目的设计品质以及应用品质。在实际运用优化技术的设计流程中，主要是通过运用BIM技术，优化管线工程的设计质量，以有效提升设计的整体性以及精确度[3]。

3.4 提高空间设计质量

随着我国经济的不断发展，商品房的销售价值将会更高。施工单位、建筑设计机构及业主，对于住宅项目的空间效益也将会有着更多需求。所以，在房屋建设的过程中，将利用空间优化技术，实现整体空间质量的提升，满足人们居住舒适度需求，并且提升建筑物价值。

空间优化技术主要运用GIS与BIM等技术，并以此技术手段优化设计建筑空间。通过对房屋建筑空间整体分布的优化设计，确保空间比例更加均匀，从而提高整体空间使用率。

4 房屋建筑结构设计中对优化技术的应用

4.1 优化设计方案

随着近年来我国城市化进程的不断加快，建筑业得到了较好的发展，使得建筑行业不断扩大自己的规模。而在房屋建筑施工过程中，其所涉及的内容较多，而且施工步骤也更加复杂，导致建筑工程的周期较长，资金较大。因此，部分企业为了提高经济效益，试图缩短工期，进而提高施工效率，导致房屋建筑结构在实际设计的过程中，没有结合实际状况加以分析，使得实际的设计方案出现了问题，严重影响施工品质。不仅没有推进施工速度，且还延迟了施工，从而损失了巨大的资源。

而要想有效减少工程设计中出现的问题，要求工程设计人员在房屋建筑构件设计过程中，结合实际情况制定优化设计方案，为建筑结构设计预留出充足的时间。通过对设计方案的优化，为后期的施工提供支持，防止在实际施工的过程中，由于存在设计方面的问题而影响施工进度。

不仅如此，通过优化设计方案，还可以降低工程造价，从而合理提升施工水平和施工效益的，降低资源浪费情况，推动建筑行业的平稳发展[4]。

4.2 充分利用计算机技术

随着当今科技的日益提升，计算机得到了普遍运用，也显著提升了工作效率，降低人工劳动力，简化了繁琐的作业过程，从而推动国民经济的发展。所以，在实际房屋建筑结构建设的过程中，相关工程设计技术人员须与时俱进，在建筑工程结构设计中，全面运用计算机技术。利用计算机的精确性，协助工程技术人员统计数据，对房屋建筑构造的设计提出更为科学且合理的方案。

通过对计算机的运用，还能够对有关数据加以汇总，构建建筑设计模式，使建筑物的设计更为立体，利于相关设计人员更为直接地观测住宅施工架构设计状况，分析住宅建筑施工架构设计的合理性，也便利于设计人员调整其存在的工程质量问题，降低建筑施工埋线的安全隐患，从源头上降低建筑施工产品质量的影响。

4.3 提高设计人员综合素质

在房屋建筑结构的设计中，设计人员属于执行人员，能够在一定程度上对建筑质量产生影响。现阶段，在对房屋建筑结构设计优化的过程中，设计人员需应用计算机技术展开工作，进而使得实际的设计结构更加安全、合理。但是，若设计人员过度注重对计算机技术的应用，也会为结构的设计优化带来影响。

虽然计算机技术可以更加精准地输入指令，但是却缺乏对数值全面处理以及数据分析的能力。若出现特殊情形，也将会产生更大的偏差，从而使得房屋建筑结构设计不具有合理性。所以，在对住宅建筑架构设计优化的过程中，必须提升设计人员的综合素质，保证设计人员能够切实了解优化技术的意义，并根据以往工作经验和相关法规标准，深入研究且不断的优化技术，从而科学、合理的运用于住宅建筑架构设计之中[5]。

在实际对房屋建筑设计的过程中，建筑设计人员必须综合考察情况，对建筑物的总体构造加以分析，同时仔细审查建筑设计参数，并及时发现和处理工程设计中的问题，以确保建筑构造能够满足工程质量需求，从而达到对施工企业效益的合理提升目的[6]。

5 房屋建筑结构设计中应用优化技术的注意事项

5.1 加强剪力墙的设计

剪力墙墙肢测试中表明，一旦轴压比达到了所规定的限值，很难形成可伸缩性剪力墙，影响压弯构件延性的主要原因就是轴压比与配箍特征值。对联肢墙来说，主要是利用对连接梁完成各墙肢的有效连接，因此如果增大连接柱的强度，则会增加对构件的抗震影响，连续柱和墙肢之间分配的内力就会增加，需加大结构的配筋量，所以也会造成结构材料的浪费。

不仅如此，通过对剪力墙结构的优化，可以发挥出扩展空间的作用[7]。比如，在某一房屋建筑工程中，因为户型的空间较小，优化了剪力墙结构设计，取消了框架墙，从而使户型具有较大的跨度空间，如图1、图2所示。

图1 原剪力墙结构设计

图2 剪力墙结构优化设计

5.2 注重细部的优化

在对整个设计体系优化的过程中，必须着重对建筑结构局部的构造特点做出较为细致的设计。比如，在现浇楼板的设计中，把异型楼板划分为矩形楼板，这样不但能合理的受力，还能够防止出现拐角开裂的情况。由于当今时代计算机技术和结构优化设计理论的进一步发展，可借助并利用计算机对结构优化设计建模（如图3所示），同时选取架构设计的目标，最后完成对架构设计的优化。因此，在实际优化的过程中，结构优化设计将从工程问题逐渐转变成数学问题。