房屋建筑結構設計中應用優(yōu)化技術分析

胡 敏 九江市建筑設計院

1 前言

隨著現(xiàn)代中國城市化進程的加快，建筑工程也在不斷增加，人們對房屋建筑的標準、結構要求也越來越高。為確保住宅施工建造的安全性，必須重視住宅建造以及優(yōu)化住宅構造。基于此，本文對房屋建筑結構設計中的優(yōu)化技術展開分析。

2 結構優(yōu)化設計的內(nèi)容

結構設計的優(yōu)化內(nèi)容，包括基礎結構方案的優(yōu)化設計、建筑內(nèi)圍護結構的總體規(guī)劃設計、基礎結構細部的優(yōu)化設計，以及屋蓋體系方案的優(yōu)化設計。為提升建筑物整體性能，需要將安全與美觀有效結合，這樣不僅可以滿足人們的外觀需求，也可以滿足建筑物的使用功能。在對結構優(yōu)化設計的過程中，也包含著選型、造價分析、布置等。

在實際優(yōu)化的過程中，需依據(jù)實際情況充分考慮房屋建筑的綜合效益，進而對房屋建筑的結構加以優(yōu)化設計。而且在實際設計的過程中，也要保證滿足設計意圖，不能改變建筑的使用功能，且確保建筑的構建布置更加合理，以滿足其安全性。此外，也因為轉(zhuǎn)換層比較薄弱，可能會產(chǎn)生應力集中的現(xiàn)象，因此需要在豎直方向避開轉(zhuǎn)換層[1]。

結構設計優(yōu)化是決定建筑結構形式的主要因素，為了科學選擇結構設計類型，必須對設計階段優(yōu)化完善，系統(tǒng)化分析現(xiàn)場計算結果，以此選擇最優(yōu)方案。比如，在計算柱子大小與梁的高度時，要選擇既滿足受力分析又能夠節(jié)省空間的選型。

首先，選擇影響參數(shù)，將影響較大的作為主要影響參數(shù)，而影響不大的作為預定參數(shù)。在優(yōu)化計算的過程中，必須先計算主要參數(shù)，然后設定參數(shù)用來調(diào)整。

其次，要設定函數(shù)，并使用函數(shù)求解，按照有關規(guī)范對約束的條件加以設定，使其能夠滿足相關規(guī)范要求，保證結構更加安全、可靠。

對于結構設計優(yōu)化算法來說，會涉及許多限制條件和變量。所以，在實際運算時，必須選擇計算方法，把限制條件轉(zhuǎn)換為沒有約束的條件完成運算。因此，計算方法的編寫非常關鍵。在運算方法編寫好之后，只要通過應用計算程序，就能夠得到優(yōu)化的成果。

3 結構優(yōu)化設計的必要性

3.1 降低建筑工程總造價

在現(xiàn)代化的建筑房屋設計中，住宅樓以及商品樓的樓層數(shù)越來越多，建筑面積也會更大，而各個單位的建筑物所占有的土地面積也會更小，以此節(jié)省土地成本。但是，一旦建筑物的樓層數(shù)增多，樓和樓之間的間距也會增大。通過這樣的方法節(jié)約土地面積，占用的土地節(jié)約量與樓層數(shù)增加比例不同。

對于屋蓋來說，對成本的節(jié)約會比較明顯。如果層高增加導致基礎荷載增加，雖然降低了建筑工程的總成本及總造價，但也因為占地面積較大，其建設成本也不會像屋蓋一樣減少得更加直觀。因此，有必要對結構展開優(yōu)化設計，進而降低建筑工程的總造價[2]。

3.2 提高建筑結構經(jīng)濟性

如果房屋建筑的層數(shù)增高，每增加一層構件數(shù)量就會增加，從而使得建筑結構增大了自重，同時各種管道數(shù)量也會增加。但是如果減少樓層，也就能夠節(jié)約建筑材料，進而提高建筑的抗震特性。與此同時，假如建筑物的高度降低了，兩個建筑物間的平均日照間距就會有所減小，這也會在一定程度上節(jié)約用地面積。

在兩個建筑高度相當?shù)那闆r下，不同的建筑結構也會影響外圍墻的邊長。但假如建筑外墻高度近似于方形或者圓形，邊長也會減少，所以能夠減少建筑結構的面積，從而達到建筑結構受力穩(wěn)定性的合理要求，使建造房屋經(jīng)濟適用。由此可以得知，通過對結構優(yōu)化設計，可以在一定程度上實現(xiàn)建筑結構的經(jīng)濟性。

3.3 提高管線工程的設計質(zhì)量

在現(xiàn)代房屋建筑結構設計中，管線工程的建設非常關鍵，通過完善的管線設計，可以保證房屋建筑結構的安全性及穩(wěn)定性。而在住宅建設結構設計中，通過運用優(yōu)化技術，能夠在一定程度上改善管線工程項目的設計品質(zhì)以及應用品質(zhì)。在實際運用優(yōu)化技術的設計流程中，主要是通過運用BIM技術，優(yōu)化管線工程的設計質(zhì)量，以有效提升設計的整體性以及精確度[3]。

3.4 提高空間設計質(zhì)量

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，商品房的銷售價值將會更高。施工單位、建筑設計機構及業(yè)主，對于住宅項目的空間效益也將會有著更多需求。所以，在房屋建設的過程中，將利用空間優(yōu)化技術，實現(xiàn)整體空間質(zhì)量的提升，滿足人們居住舒適度需求，并且提升建筑物價值。

空間優(yōu)化技術主要運用GIS與BIM等技術，并以此技術手段優(yōu)化設計建筑空間。通過對房屋建筑空間整體分布的優(yōu)化設計，確保空間比例更加均勻，從而提高整體空間使用率。

4 房屋建筑結構設計中對優(yōu)化技術的應用

4.1 優(yōu)化設計方案

隨著近年來我國城市化進程的不斷加快，建筑業(yè)得到了較好的發(fā)展，使得建筑行業(yè)不斷擴大自己的規(guī)模。而在房屋建筑施工過程中，其所涉及的內(nèi)容較多，而且施工步驟也更加復雜，導致建筑工程的周期較長，資金較大。因此，部分企業(yè)為了提高經(jīng)濟效益，試圖縮短工期，進而提高施工效率，導致房屋建筑結構在實際設計的過程中，沒有結合實際狀況加以分析，使得實際的設計方案出現(xiàn)了問題，嚴重影響施工品質(zhì)。不僅沒有推進施工速度，且還延遲了施工，從而損失了巨大的資源。

而要想有效減少工程設計中出現(xiàn)的問題，要求工程設計人員在房屋建筑構件設計過程中，結合實際情況制定優(yōu)化設計方案，為建筑結構設計預留出充足的時間。通過對設計方案的優(yōu)化，為后期的施工提供支持，防止在實際施工的過程中，由于存在設計方面的問題而影響施工進度。

不僅如此，通過優(yōu)化設計方案，還可以降低工程造價，從而合理提升施工水平和施工效益的，降低資源浪費情況，推動建筑行業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展[4]。

4.2 充分利用計算機技術

隨著當今科技的日益提升，計算機得到了普遍運用，也顯著提升了工作效率，降低人工勞動力，簡化了繁瑣的作業(yè)過程，從而推動國民經(jīng)濟的發(fā)展。所以，在實際房屋建筑結構建設的過程中，相關工程設計技術人員須與時俱進，在建筑工程結構設計中，全面運用計算機技術。利用計算機的精確性，協(xié)助工程技術人員統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對房屋建筑構造的設計提出更為科學且合理的方案。

通過對計算機的運用，還能夠?qū)τ嘘P數(shù)據(jù)加以匯總，構建建筑設計模式，使建筑物的設計更為立體，利于相關設計人員更為直接地觀測住宅施工架構設計狀況，分析住宅建筑施工架構設計的合理性，也便利于設計人員調(diào)整其存在的工程質(zhì)量問題，降低建筑施工埋線的安全隱患，從源頭上降低建筑施工產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

4.3 提高設計人員綜合素質(zhì)

在房屋建筑結構的設計中，設計人員屬于執(zhí)行人員，能夠在一定程度上對建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響?，F(xiàn)階段，在對房屋建筑結構設計優(yōu)化的過程中，設計人員需應用計算機技術展開工作，進而使得實際的設計結構更加安全、合理。但是，若設計人員過度注重對計算機技術的應用，也會為結構的設計優(yōu)化帶來影響。

雖然計算機技術可以更加精準地輸入指令，但是卻缺乏對數(shù)值全面處理以及數(shù)據(jù)分析的能力。若出現(xiàn)特殊情形，也將會產(chǎn)生更大的偏差，從而使得房屋建筑結構設計不具有合理性。所以，在對住宅建筑架構設計優(yōu)化的過程中，必須提升設計人員的綜合素質(zhì)，保證設計人員能夠切實了解優(yōu)化技術的意義，并根據(jù)以往工作經(jīng)驗和相關法規(guī)標準，深入研究且不斷的優(yōu)化技術，從而科學、合理的運用于住宅建筑架構設計之中[5]。

在實際對房屋建筑設計的過程中，建筑設計人員必須綜合考察情況，對建筑物的總體構造加以分析，同時仔細審查建筑設計參數(shù)，并及時發(fā)現(xiàn)和處理工程設計中的問題，以確保建筑構造能夠滿足工程質(zhì)量需求，從而達到對施工企業(yè)效益的合理提升目的[6]。

5 房屋建筑結構設計中應用優(yōu)化技術的注意事項

5.1 加強剪力墻的設計

剪力墻墻肢測試中表明，一旦軸壓比達到了所規(guī)定的限值，很難形成可伸縮性剪力墻，影響壓彎構件延性的主要原因就是軸壓比與配箍特征值。對聯(lián)肢墻來說，主要是利用對連接梁完成各墻肢的有效連接，因此如果增大連接柱的強度，則會增加對構件的抗震影響，連續(xù)柱和墻肢之間分配的內(nèi)力就會增加，需加大結構的配筋量，所以也會造成結構材料的浪費。

不僅如此，通過對剪力墻結構的優(yōu)化，可以發(fā)揮出擴展空間的作用[7]。比如，在某一房屋建筑工程中，因為戶型的空間較小，優(yōu)化了剪力墻結構設計，取消了框架墻，從而使戶型具有較大的跨度空間，如圖1、圖2所示。

圖1 原剪力墻結構設計

圖2 剪力墻結構優(yōu)化設計

5.2 注重細部的優(yōu)化

在對整個設計體系優(yōu)化的過程中，必須著重對建筑結構局部的構造特點做出較為細致的設計。比如，在現(xiàn)澆樓板的設計中，把異型樓板劃分為矩形樓板，這樣不但能合理的受力，還能夠防止出現(xiàn)拐角開裂的情況。由于當今時代計算機技術和結構優(yōu)化設計理論的進一步發(fā)展，可借助并利用計算機對結構優(yōu)化設計建模（如圖3所示），同時選取架構設計的目標，最后完成對架構設計的優(yōu)化。因此，在實際優(yōu)化的過程中，結構優(yōu)化設計將從工程問題逐漸轉(zhuǎn)變成數(shù)學問題。

圖3 計算機對結構優(yōu)化設計建模

6 結束語

總而言之，在房屋建筑結構設計中，應用優(yōu)化技術，也是建筑工程施工發(fā)展的技術應用趨勢。通過對優(yōu)化技術的應用，可以降低建筑工程的總造價，提高建筑結構的經(jīng)濟性。

因此，相關工作人員需要注重對優(yōu)化技術的應用，優(yōu)化完善設計方案，并且對計算機技術加以運用，以此提高設計人員的綜合設計水平。在實際應用的過程中，還要加強剪力墻的設計，并注重細節(jié)的優(yōu)化，保證房屋建筑結構的設計質(zhì)量，有效提高建筑結構后期應用性能。