房屋建筑结构设计的经济性及优化技术运用

文／牛超、朱秀伟 新泰市国土空间规划服务中心 山东新泰 271200

引言：

我国对建筑结构设计方面的研究起步较晚，虽然近些年取得了一定的成就，但受到许多因素的影响与制约，其设计水平和实际使用效果还存在着一些问题。因此，计算与分析建筑结构的可靠度是十分重要的一项工作。国外主要从以下几个方面来考虑建筑结构设计的可靠度：（1）建筑物对抗震性能的要求较高，这也是建筑设计最大的特点；（2）在设计时，设计人员需要充分了解建筑工程的具体情况，并且根据这些条件来确定合理的设计方案；（3）在选择结构的刚度和强度时，设计人员不仅需要结合当地的气候环境，还需要注意不同地区的差异性，从而保证建筑的安全性与稳定性。目前，国内关于高层建筑抗震性的相关研究较少，对大型民用建筑的抗震性研究更是少之又少，这使得人们的安全意识淡薄。随着人口数量的不断增加，城市建设的规模越来越大，导致安全事故频繁发生，这严重威胁了人们的生命财产安全。

1、房屋建筑结构与经济性关系的处理

1.1 建筑结构设计与建筑设备之间经济关系处理

建筑结构设计是建筑工程的核心框架，对于项目质量安全和功能优化起到了关键性作用。建筑层数的增加导致建筑设备增多，无论是电路设备还是排水管道的建设难度增加，所需的施工材料增多，导致工程项目成本变多，因此把控建筑层数的合理性，优化设计建筑结构，满足人们的使用需求的前提下，分析大数据系数，从而进行科学的结构设计，实现经济效益最大化。随着建筑层数的增加，人们的用电需求和排水量也随之增加，不仅在房屋建筑结构设计建设过程中造成成本增大，在后期的建筑使用中还会造成排水压力，对于后期维护方面造成较大影响，因此科学的设计规划对建筑工程的建设与使用都有重要意义。

1.2 建筑结构外观和经济关系处理

建筑结构不仅决定了建筑外观和建筑形状，并且还决定了建筑整体的稳定性和安全性，因此前期进行建筑结构设计时，要遵循安全合理性原则，根据建筑项目的用途和特点进行结构优化，其中圆形结构和方形结构较为常见，使得建筑每个部位受力均匀，能够起到良好的承载支撑性，规避各类安全风险。若是考虑到外观造型的美观性，设计不规则的建筑外观，需要加强建筑基础结构的强化，提高结构强度，并设置剪力墙，提高建筑防震能力，有效避免在长期的风化和受力过程中造成墙面裂痕出现，提升建筑项目质量安全。

1.3 建筑部分结构与建筑层数经济关系处理

建筑的部分结构与建筑层数之间也有着直接关系，随着建筑层数的增加，建筑基层构件需要进行刚度和强度的优化，增加建筑基础构件的规格，扩大基坑面积，增加基坑深度，采用钢筋混凝土浇筑和支架固定结合的方式进行建筑本体的稳定，成本也会相对增加，超高建筑会导致建筑稳定性下降，因此加强建筑结构设计，设定科学合理的建筑层数，实现建筑项目利益最大化，保障建筑工程项目质量。房屋结构设计复杂也会导致整体成本增加，需要在后期装修时耗费更多的材料，但是结构的合理性和舒适性是决定用户满意度的关键因素，也是决定房屋出售效果的核心要素。

1.4 建筑用地面积和建筑层数经济关系处理

建筑工程项目所占面积基本确定，因此在面积恒定的基础上，增加建筑层数就可以增加购买需要，高层建筑的层数越多，平均分摊的用地面积会越来越少。但是建筑层数过多，会导致建筑部分区域光照效果降低，导致部分楼盘的采光性较差，不能满足人们的住房用房需求，对于部分楼盘的购买力下降，建筑成本上升，企业经济效益较差。因此科学测量建筑之间的距离，根据太阳移动轨迹，进行楼盘朝向的设计，并根据光照角度进行楼间距的设计，不仅要提升整体建筑采光效果，还要保障住房的舒适合理性。

2、房屋建筑结构设计中优化技术的运用

2.1 房屋建筑结构优化技术的前期应用分析

加强企业对建筑结构优化技术的重视，在前期进行项目的多项分析，并且根据地形特点进行全面优化分析，科学进行建筑结构设计，确保建筑项目施工建设的可行性。在前期房屋结构优化方案设计中，要综合建筑项目进行全方位设计规划，对工程项目具有非常关键作用，后期建筑使用与前期设计息息相关，有效规避建筑安全风险，科学节约施工成本。在前期设计工作中要融合工程造价技术，将工程造价管理融入到工程全过程中，从前期设计到最终的质检验收阶段都要进行充分的预算分析，将结构设计工作贯穿项目建设全过程，加强设计队伍与施工队伍之间的沟通协作，减少设计变更，降低成本浪费，保障工程在合理工期内完成。

例如，在现阶段的房屋结构设计中，多数设计单位已经应用了BIM技术。此时，可以将房屋结构二维平面图的电子版本导入到3D Revit 软件之中，生成房屋结构BIM模型。为了保障整个房屋结构设计优化的可靠性，可以配合“族库”设置，将结构设计数据代入到模型参数中进行验证处理。同时，也可以将经验值代入到模型中，比较设计值与经验值条件下，房屋结构BIM模型差异。由于当前的房屋建筑工程项目中应用了工业设计思想中的产业链思维，创建了以设计、采购、施工、订单、营销、售后为基本环节的生产建设产业链条。因此，在应用BIM技术时，可以根据设计施工一体化体系搭建BIM技术信息平台，使设计单位、施工单位、业主、监理单位在统一的BIM信息技术平台上，通过信息交互、数据共享，实时的进行沟通，并结合协同合作机制，降低各方的纠纷与矛盾。尤其是在设计变更方面，应用BIM技术后，总项目、分项目、子项目、各个构件的BIM模型十分清楚。此时，即使发生设计变更问题，也可以根据BIM设计一体化体系，通过一次性的系统性变更，降低变更过程中花费的时间、人力、财力等，进而达到节约变更成本的目标。需要说明的是，在BIM技术应用过程中，能够将生成的BIM模型导入到4D Navisworks 软件，对施工进行可视化模拟，预测施工环节可能发生的问题，进而制定匹配的预防措施。

2.2 注重细节的优化处理

注重细节的优化处理，根据工程项目特点进行建筑局部的合理调整，确保整体建筑结构安全稳定，不会因为局部因素造成整体安全隐患出现。例如，在进行房屋结构矩形板的浇筑设计时，要注重矩形板规格的设定，根据建筑造型和结构进行矩形板几何结构的设计，加强原材料的搅拌制作管控，使得原材料可以充分搅拌，精细化的制作流程避免气泡产生，增强矩形板梁结构的坚固性，分二层浇筑保障结构的稳定性和安全性，确保矩形板能够有较强预应力，实现对建筑内外的安全支撑，提升建筑结构的荷载力。

再如，当前房屋建筑结构设计中，随着新材料、新工艺和新技术的运用，已经逐渐开始应用装配式建筑。这种装配式建筑的结构设计时，牵涉到预制件的制作。可是由于预制件规格大小不同，在预制件的设计过程中，要从结构设计的不同组成要素出发，进行整体设计、局部设计方面的比较与检验，尽可能保障整体设计与局部设计关系的一致性。从当前装配式房屋建筑结构设计经验看，楼梯预制构件、楼板预制构件、剪力墙预制构件等设计时，要将它们与整体建筑结构设计联合起来，进行局部设计、整体设计方面的拼合检验。另外，由于装配式建筑中的拼装施工要求做到严丝合缝，所以，通常可以利用BIM技术进行装配施工模拟，检验其是否达到设计优化目标。具体操作方面，要求使用BIM技术中的碰撞检查功能，对各个连接位置的节点定位、连接数据、拼装效果等进行全面检验与评估，确保装配式房屋建筑结构设计方案的有效性以及在优化技术应用的条件下，提高其设计的经济性，使其产出综合效益。需要注意的是，在设计施工一体化体系之下，设计方面的科学技术与管理技术，一般采用融合应用方式。所以，在细节层面应用基于BIM技术的优化方案时，也应该配套的做好设计环节的管理。建议将结构优化设计管理与定额管理结合起来，保障装配式建筑结构设计的经济性及优化技术应用效用。

2.3 融合信息技术进行结构设计优化

传统的建筑结构设计已经无法全面满足现代建筑的需求，高层建筑工程项目需要进行分析的数据较多，人工分析会出现很多漏洞。因此加强信息技术在建筑结构设计中的应用，通过BIM系统进行前期的建筑模型设计，将建筑结构和整体建筑群之间的距离进行分析，实现建筑工程项目设计合理性与可行性，融合工程造价技术进行成本预算的精准化控制。设计部门通过CAD 进行建筑平面结构的设计，并进行数据的标注，再通过3D 模型的设计进行施工预演，分析施工的可行性，针对性的进行设计方案的修改，避免施工阶段出现较为严重的设计变更，实现建筑设计的精准化。

具体而言，在当前的房屋建筑结构设计优化时，可以将CAD技术、BIM技术、数据库技术、大数据技术全面融合起来，按照CAD—3DRevit—4DNavisworks——碰撞检查的技术应用流程，进行全面而系统的结构优化。从当前实践经验看，应用上述技术时，可以配套选择数据库技术完成房屋建筑结构设计要素库、结构设计指标库(技术指标、成本指标),提高结构设计的精准性。同时，由于结构设计可以被划分为多个部分的设计。此时，分部项目设计数量增多后要实时同步、统一管理，就需要应用大数据技术，使各个分部项目设计时可以实时的完成设计数据采集、数据上传、数据存储、数据抽取、数据分析、生成分析报告、下发分析报告、调整设计方案等。当前阶段，在设计施工一体化条件下，可以将成本、质量、环境、文档、资源、进度等专项管理，贯彻到设计、采购、施工、运维各个环节，保障在房屋建筑结构设计施工一体化方案实践中，达到低成本投入、高技术融合应用目标。简单讲，应该积极发挥设计环节的引领性作用，使设计环节完成对后续各环节的系统性控制，并通过设计环节提高建筑产品的可营利空间等。

2.4 提高房屋建筑结构的耐用性及安全性

加强房屋建筑结构的耐用性分析，选用合适的材料进行建筑结构的施工建设，建筑结构框架是确保建筑安全稳定的核心部分，因此，加强房屋建筑结构设计优化，提升建筑的耐久性和安全性，科学减少材料用量，用钢结构进行框架建设，用较轻的新型环保材料进行建筑体的施工建设，提升建筑外表的密度和强度，减轻建筑自身重量，在遇到地震或强风大雨时可以避免高层建筑的横向剪切，提升建筑稳定性，提高建筑的抗震抗灾实效性。通过优化建筑结构，采用先进的工艺进行结构韧性的提升，从而保障人们的生命财产安全，规避建筑安全风险。

2.5 建筑主体优化设计

建筑主体优化设计在房屋建筑结构当中占据重要比例和地位，其根本意义和作用在于使建筑整体更加科学精确，实施优化过程中，借助互联网信息技术与3D 建模技术，模拟操作，使建筑整体形象更加生动可视化，借助模型了解建筑详细参数和各项组成内容，针对不合理的情况，进一步整改并落到实处，避免在施工过程中出现误差和损失情况。

通过这种优化，能够节约大量的成本费用和建筑材料，墙体设计和使用更加符合实际情况，拓宽使用面积和空间，剪力墙优化设计应当符合实际需求，以稳定性和牢固性为基础前提。混凝土材料在施工建设当中应用频繁并且广泛，建筑物的坚固性与牢固程度，与混凝土使用配比密不可分，在进行建筑主体优化设计时，混凝土配制比例需要进一步明确，混凝土施工、维护方案设计也要尽可能的详细精确，确保混凝土施工建设科学合理，降低失误和差错现象的发生，避免重新返工等情况出现，设计人员应当高度重视这一问题。工程项目建设存在人员专业水平不够高，工程质量无法得到彻底保障。

因此，建筑项目在整体优化设计当中，应当选择专业人员和高素质人才进行保障，准确计算混凝土成分比例，确保配比科学合理，提高混凝土坚固性与牢固程度，保障房屋建筑的整体质量水平。混凝土浇筑工作结束后，需要加强混凝土维护保养力度，以混凝土施工质量为基础，改善建筑整体质量和安全性能。

2.6 建筑结构设计可靠度试验

建筑结构设计可靠度试验是指在建筑结构设计中，检测建筑结构的可靠度，并且根据测试结果来评价建筑结构的可靠度。

在施工时，建筑结构设计可靠度试验是一项非常重要的工作内容，它能够准确反映建筑的质量，同时也能为后期的设计工作提供参考依据。建筑结构设计可靠度试验主要包括两个方面：测量建筑结构设计的可靠度、评估和分析建筑结构设计的可靠度。在分析建筑结构设计可靠度时，设计人员可以利用可靠度计算方法来综合评价建筑工程的整体质量和安全性能，从而为建筑结构设计提供可靠的参考依据。在实际工作中，在评估建筑的安全性和稳定性时，设计人员需要考虑各种因素，例如地震、水文、地质条件等因素（这些因素都会影响建筑物的使用年限）。因此，在设计过程中，设计人员需要充分利用相关理论知识，并且根据具体的情况确定最合适的方案以及措施，从而实现建筑工程效益的最大化。针对不同的设计方案，设计人员需要采取相应的保护措施，以防止发生安全事故，从而保证人们的生命财产安全。除此之外，一旦发生突发事件，设计人员需要及时解决，以免造成不必要的经济损失。另外，设计人员必须严格按照规范要求来开展设计工作，避免因为人为因素而埋下安全隐患。因此，建筑结构设计可靠度试验是做好建筑设计工作的重要保障。

结语：

房屋建筑结构需要根据项目的特点和市场指标进行设计，在项目前期设计阶段，设计人员要对实地进行勘测，分析建筑施工的安全性和可行性，根据地形特点和土地面积进行针对化设计，科学合理的进行建筑结构设计，根据建筑高度进行间距规划，保障房屋建筑每层的采阳效果。当前高层建筑逐渐成为行业内的主流，随着建筑层数越来越多，建筑高度不断增加，实现了土地资源的合理化利用。但是层数的增加，导致管道设备使用数量和成本增加，建筑基础结构和地基都需要进行优化，使用的施工材料数量增多，成本也不断上涨。因此科学合理设计建筑结构，根据建筑的用途进行层数的设定，并根据周围建筑环境和生态环境进行高度和间距的设计，使得房屋建筑更加具备舒适性与合理性。采用新型环保材料，降低建筑自重，提高建筑的保温效果和隔音效果，提升建筑结构的刚度，确保建筑结构安全稳定，促进建筑行业的健康态发展。