房屋建筑結構設計中的優(yōu)化技術研究

李龍

北方工程設計研究有限公司貴州分公司 貴州 貴陽 550000

房屋建筑結構設計工作是建筑工程的核心，也是工程建設的根據(jù)，要想保證建筑工程經(jīng)濟安全且質量合格，首先需要提高建筑結構設計水平。全面做好前期設計分析工作，結合實際經(jīng)驗了解房屋建筑結構設計的相關問題，做好各項準備工作。人們生活日益提升的基礎之下，對于建筑結構設計有著更高的要求，很多人都非常重視建筑形態(tài)多元化與創(chuàng)造性。要想達到這一要求，必須做好建筑結構設計工作，提高設計水平，保證建筑工程經(jīng)濟安全且質量合格，不會給人們的生命健康與財產(chǎn)安全產(chǎn)生任何負面影響，還會為建筑領域的高水平發(fā)展起到一定的推動作用。

1 房屋建筑結構的優(yōu)化技術的內(nèi)容

要想實現(xiàn)房屋建筑結構設計得到優(yōu)化配置，首先應該了解建筑結構優(yōu)化設計的內(nèi)容，通常來說，可以從房屋建筑工程結構的功能、安全性方面出發(fā)進行分析，充分掌握建筑結構設計的問題，采取經(jīng)濟性、合理性符合要求的建筑結構設計方案。具體來說，房屋建筑結構優(yōu)化設計必須做好下述工作：①房屋建筑設計人員對房屋建筑結構充分的分析，對于整體結構進行優(yōu)化設計改進；②房屋建筑結構的子結構進行充分的分析，了解各個部位的經(jīng)濟和安全要素，實現(xiàn)結構設計方案的優(yōu)化。結構優(yōu)化設計中，應該從整體結構布置到具體的某一個結構構件，以及結合建筑的細部構造、主體結構、屋蓋結構、圍護結構等方面統(tǒng)一考慮，保證結構的安全性達到要求的同時，能有很好的經(jīng)濟性和合理性[1]。

2 房屋建筑與經(jīng)濟性的關系

2.1 處理層數(shù)與用地面積的關系

房屋建筑中，分為多層和高層建筑，隨著層數(shù)不斷的增加，因為使用的土地面積是相同的，所以單位層數(shù)占用的土地面積會減少。但是在具體的設計中，并不是這樣的，隨著建筑層數(shù)的增加，建筑結構高度也會增加，但是為了保證建筑結構的光線符合人們居住生活的需要，必須合理的增大建筑的間距，這樣就會造成用地面積的增大。因此，建筑工程的總面積所使用的土地面積與層數(shù)并不是直接對應關系。在房屋建筑結構設計中，設計人員必須綜合分析建筑層數(shù)與占地面積的關系，協(xié)調處理這一關系，提高處理的效果。一般來說，高層建筑物在優(yōu)化設計中，通常會通過減小上部面積以保持內(nèi)部光線符合要求，從而減少土體面積的占用，產(chǎn)生較高的綜合價值?；诖耍课萁ㄖY構設計中，設計人員必須尋找到層數(shù)和用地面積的平衡點，實現(xiàn)優(yōu)化和改進，才能更好的提高設計質量和效果，為房屋工程項目綜合效益的提升奠定基礎。

2.2 處理建筑的結構分部部分與建筑物層數(shù)之間的關系

因為同一座建筑物共用同一個屋蓋結構，所以建筑物的屋蓋結構部分設計成本也會隨著建筑物的層數(shù)增加而不斷的降低。但是建筑物的基礎結構部分又有很大的不同，我們都知道，相同建筑物共同使用同一個基礎結構，隨著建筑物層數(shù)的增大，基礎結構承受的荷載也會升高，此時設計人員在保證建筑基礎結構的承載性能達到要求的同時，會造成基礎結構的成本升高。因此，建筑物的基礎結構設計成本是隨著層數(shù)的增加而升高的。同樣，對于房屋建筑結構的內(nèi)部的柱、墻等豎向構件來說，層數(shù)的增大，這些結構部件的承載力需求也會增加，也會造成這些結構的成本升高。承載能力要求高了，鋼筋材料的強度，混凝土的等級標號也會要求更高，隨著層數(shù)增多，其成本也會有所升高[2]。

2.3 處理建筑設備之間的經(jīng)濟關系

房屋建筑結構要想達到人們使用的功能性要求，必須在建筑內(nèi)部設置多個設備與管道，這些組成部分是非常復雜的。隨著建筑物層數(shù)的增多，排水管道、電氣設備的數(shù)量持續(xù)增多，建筑成本也隨之升高，也會對整個建筑的成本控制產(chǎn)生一定的影響。

2.4 處理外觀與經(jīng)濟的關系

房屋建筑結構設計中，如果用地面積是相同的，將建筑結構的外形從方形改變?yōu)閳A形，讓建筑結構的周長縮短，建設工程中墻體的面積也會相應的縮小，這樣一來前期墻體部分的投入會減小，建筑工程的裝修成本也會降低。此外，方形或者圓形形狀的建筑物受力條件是對稱的，讓建筑結構在運行中更加的安全。因此，在房屋建筑結構的設計中，盡量的使用方形或者圓形外形結構形式，以達到降低成本、提高安全性的效果。

3 房屋建筑結構設計的基本方法

3.1 建筑結構基礎設計方法

房屋建筑結構在設計中，要做好混凝土，鋼筋等材料的選擇工作，保證符合設計方案的要求，達到國家標準規(guī)范和相關規(guī)定的要求，從而達到耐久性、安全性要求。建筑物基礎形式的選取，地勘報告的仔細分析研究對比，以及配筋率的控制極為重要，選擇合理可以實現(xiàn)成本的降低?；A計算中要考慮不均勻沉降帶來的隱患，遇到復雜的地質情況還要及時和地勘單位溝通，制定安全可行又經(jīng)濟的基礎方案，基礎除了滿足承載力的要求，還要根據(jù)裂縫和抗剪要求進行基礎尺寸的復核。根據(jù)建筑地基的具體情況，合理計算分析，完善基礎結構設計，保證結構受力合理。

3.2 房屋建筑結構設計的平面圖

房屋建筑結構基礎平面圖設計中，分析了解建筑施工地理位置條件，根據(jù)具體的情況，符合相應規(guī)范標準和規(guī)定要求，確定合適的設計方案，明確設計方法。進行手算結合軟件計算分析，在設計工作前期，需要使用計算機及相關建筑結構計算軟件輔助計算處理，通過建模設計方式進行模擬試驗，提前消除局部設計缺陷，對不滿足規(guī)范要求和不合理的部位及時做出改進調整。通過反復設計與計算，優(yōu)化建筑方案平面布局。

3.3 屋頂（面）結構圖

建筑工程結構的坡面屋頂設計中，建筑結構設計中，主要是梁板與折板的形式。梁板式結構應用到建筑結構不規(guī)則的情況下，板跨度尺寸較大，屋面坡度與屋脊線轉折復雜的坡屋面形式，折板式應用在相反的條件下。根據(jù)結構受力條件分析，重點復核偏心受拉條件下樓板配筋與裂縫。板配筋設計中，通常考慮雙層雙向配筋，以抵抗溫度應力，且屋面板厚度最小考慮為120mm。此外，梁板折角的部位上，設計大樣圖標記好鋼筋布置方式。對于坡屋面板的結構，平面設計中，應用剖面圖、大樣圖的方式設計，施工人員對于設計方案有充分的了解，結構設計理念準確表達，施工人員能夠按照設計方案順利實施。因為屋面起坡容易導致閣樓層結構的墻體超高，可以考慮窗頂設置圈梁的方法以減小梁體高度。

3.4 大樣詳圖

建筑詳圖達到準確性的要求，大樣詳圖繪制以建筑詳圖為基礎進行，根據(jù)之前設計的詳圖做出局部改進。在該環(huán)節(jié)，要保證建筑結構外形設計符合要求，受力條件滿足要求，標高與外形尺寸與建筑專業(yè)是協(xié)調的，滿足結構相關規(guī)范要求的同事，盡量節(jié)約成本。

3.5 樁基礎及設計要點

樁基礎承載能力非常高，應用到地基下部巖層硬度高且上部承載性能不足的情況，尤其是針對溶洞發(fā)育的地質條件，應用樁基礎形式可以滿足承載性能要求。對于樁體長度較長的基礎工程，應結合地勘報告合理制定基礎施工方案，避免塌孔，施工現(xiàn)場大型機械設備造成的地面不均勻沉降等。結合上部荷載的情況，在滿足規(guī)范要求的前提下，合理利用承載力較低的上層覆土為樁基礎提供側阻力，從而減小樁徑，節(jié)約成本[3]。

3.6 箱形或筏型基礎及設計要點

箱形或筏板形基礎應用到地基持力層比較均勻或者高層建筑地基整體性要求較高的情況下，而有全埋地下室的結構應用筏板基礎形式，既能滿足規(guī)范對基礎的埋深要求，又能夠節(jié)約基礎的成本造價。箱型基礎和筏形基礎設計中，要充分利用主體結構的上部剛度，把上部結構和基礎看做整體形式，采取合理的方法進行設計。另外，箱型基礎和筏形基礎都是大體積混凝土結構形式，容易存在溫度裂縫和收縮裂縫的問題，所以設計中要做好考慮與分析，可以采用在合理位置增設后澆帶，在結構的邊緣位置加強溫度鋼筋的布置，從而有效的控制裂縫和變形。

4 結構優(yōu)化技術在房屋建筑結構設計中的應用

4.1 重視概念設計優(yōu)化技術的分析

建筑物結構布置方案較多，對于相同建筑物來說，有多種結構形式可供選擇。相同建筑物結構設計方案，也可以有多種結構分析方法可以使用。因為建筑物結構設計方案并不是唯一的，可供使用的建筑結構分析方法也不同，建筑物設計中的設計參數(shù)、材料、標準規(guī)范等都有差異。因此，在房屋建筑結構設計中，不僅要充分利用計算機軟件實現(xiàn)，還要重視人員專業(yè)知識的培訓，而不同人員的素質、經(jīng)驗上有差異，對于建筑設計的理解程度有差異，使用的機構設計方案也會不同。因此，在房屋建筑結構設計中，設計人員就工程實際情況進行分析，明確設計參數(shù)和分析方法，總結經(jīng)驗教訓，了解建筑工程實施和運行中容易發(fā)生的問題，提出合理的應對措施，實現(xiàn)房屋建筑結構的優(yōu)化設計，促進設計水平的提升。

4.2 解決房屋建筑結構設計的復雜問題

房屋建筑結構設計的目的就是保證建筑結構運行的安全性與功能滿足要求，而耐久性也是重要的考慮指標。在房屋建筑結構設計使用年限合格的基礎之下，還要滿足人們使用的各項功能要求，實現(xiàn)房屋建筑結構的優(yōu)化設計。通過概念化設計方式，通過房屋建筑結構的優(yōu)化設計，有效的消除外部因素的干擾和影響，做好各個方面因素控制，確保建筑工程結構的功能、耐久性完全滿足要求。從這個方面出發(fā)，建筑結構設計人員應分心清楚不同環(huán)境因素和受力工況對建筑造成的不利影響，確保建筑結構設計方案滿足要求。對于不同的工況，地震作用的影響是最為重要的的，所以在設計中要仔細分析建筑場地的場地類別，抗震設防分類標準，地震烈度以及抗震等級等，但是地震發(fā)生的情況是無法預測的，且能量是巨大的，一旦發(fā)生，會給建筑結構產(chǎn)生毀滅性的傷害。因此，房屋建筑結構設計除了要考慮到地震作用的影響，盡量避免地震作用產(chǎn)生嚴重的損壞以外，前期方案也要優(yōu)化建筑方案的布局，一般來說，房屋建筑結構采取對稱設計方式，保證結構受力達到均勻性要求，從而提高建筑結構在往復荷載作用下的抗震性能，從而保證主體結構安全的同時節(jié)約成本。針對大震之下的地震破壞影響，要從概念設計的角度出發(fā)，保證主要受力構件和重要的構件安全的同時，允許一些次要的耗能構件破壞，即可以保證建筑結構的穩(wěn)定性，也使建筑結構更加經(jīng)濟合理。這一理念就是多道設防理念，利用次要構件保護建筑結構，確保建筑工程結構運行的安全性。

5 房屋建筑結構優(yōu)化技術應用的注意事項

5.1 房屋建筑結構優(yōu)化技術主要應用于最初期的結構設計之中

前期結構設計方案的確定和建筑物結構自身的成本存在關系，所以如果前期結構設計環(huán)節(jié)，不應用房屋建筑結構優(yōu)化技術，就會造成初期設計方案內(nèi)建筑結構合理性、可行性方面無法滿足要求，從而導致設計方案存在缺陷，也會導致項目成本的升高。因此，在房屋建筑結構優(yōu)化設計中，必須要在初期結構設計方案設計中應用，以保證結構優(yōu)化設計效果，將成本控制在合理的范圍內(nèi)，對于提高工程的總體效益有重要意義。

5.2 房屋建筑結構優(yōu)化技術更多的是應用于結構細部的優(yōu)化工作

首先，除了進行建筑主體結構設計外，還會對一些基本構件精細化設計，比如異形現(xiàn)澆板結構的設計中，需要對該結構的性能和設計參數(shù)展開全面深入的分析，從而防止現(xiàn)澆板結構的拐角部位上出現(xiàn)裂縫的問題。其次，計算機技術的全面發(fā)展和應用，將其使用到房屋建筑結構的設計中，提高優(yōu)化設計的效率，解決設計存在的問題，從而提高工程的總體設計水平。因此，房屋建筑結構優(yōu)化設計應該做好細節(jié)優(yōu)化工作，促進整體設計水平的提升，滿足建筑工程各方面需要。

6 房屋建筑結構優(yōu)化中建筑工程的選址及結構體系注意事項

6.1 房屋建筑結構優(yōu)化中建筑工程的選址注意事項

地震造成建筑的破壞，除地震動直接引起結構破壞外，還有場地條件的原因，諸如：地震引起的地表錯動與地裂，地基土的不均勻沉陷、滑坡和粉、砂土液化等。因此，選擇有利于抗震的建筑場地，是減輕場地引起的地震災害的第一道工序，抗震設防區(qū)的建筑工程宜選擇有利的地段，應避開不利的地段并不在危險的地段建設。

6.2 房屋建筑結構優(yōu)化中建筑工程的結構體系注意事項

在結構體系優(yōu)化中不能只顧經(jīng)濟性而忽略安全性，整個結構體系應考慮多道防線，多道防線對于結構在強震下的安全是很重要的，所謂多道防線的概念主要從以下兩個方面進行考慮：第一，整個抗震結構體系由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作。如框架-抗震墻體系是由延性框架和抗震墻二個系統(tǒng)組成；雙肢或多肢抗震墻體系由若干個單肢墻分系統(tǒng)組成；框架-支撐框架體系由延性框架和支撐框架二個系統(tǒng)組成；框架-筒體體系由延性框架和筒體二個系統(tǒng)組成。第二，抗震結構體系具有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，有意識地建立起一系列分布的塑性屈服區(qū)，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破壞也易于修復。設計計算時，需考慮部分構件出現(xiàn)塑性變形后的內(nèi)力重分布，使各個分體系所承擔的地震作用的總和大于不考慮塑性內(nèi)力重分布時的數(shù)值。

7 結語

房屋建筑工程是人們賴以生存的基礎，對于人們生活質量提升以及社會發(fā)展有重要價值。房屋建筑結構設計方案關系到工程運行的安全性、耐久性，所以需要選擇合適的設計方案，設計人員學習先進設計理念和知識，把現(xiàn)代化設計理念應用到實踐中，并且總結經(jīng)驗教訓，真正的提升房屋建筑結構優(yōu)化設計水平，促進設計水平的全面提升。只有如此，才能保證房屋建筑結構設計達到較高的水平，滿足工程建設和運營的需要，對于建筑領域發(fā)展、社會進步都會產(chǎn)生積極的作用。