房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

摘 要：在本文的研究活動中，針對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)價值展開分析，討論了房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，包括節(jié)能性原則、適宜性原則、美觀性原則、經(jīng)濟(jì)性原則等，分析了房屋建筑地基基礎(chǔ)、樓板結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)、剪力墻、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、安全結(jié)構(gòu)、整體布局等環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，其目的在于提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少施工時的施工變更問題。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；適宜性；經(jīng)濟(jì)性

1 前言

所謂房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指，在已有建筑工程施工基礎(chǔ)上，將美學(xué)、藝術(shù)、安全等理論融入設(shè)計(jì)中，以此來提高房屋建筑建設(shè)內(nèi)容的舒適性、美觀性與實(shí)用性?；谙嚓P(guān)應(yīng)用原則，做好房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容的整理工作，以此來提高設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)價值

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)擁有以下價值：

（1）提高建筑資源利用率。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時，會對作業(yè)區(qū)域基礎(chǔ)資料、當(dāng)?shù)亟ㄖ袌鲑Y料進(jìn)行整理，根據(jù)綜合分析結(jié)果來優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而為建筑材料、施工設(shè)備、施工技術(shù)等內(nèi)容的選擇和應(yīng)用提供可靠指導(dǎo)，在保證建筑工程作業(yè)質(zhì)量的同時，提高建筑資源利用率。

（2）保證建筑工程安全性。在BIM技術(shù)輔助下，能夠建立建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，依托模型來完成結(jié)構(gòu)間的受力分析，并可以據(jù)此來分析房屋建筑結(jié)構(gòu)可靠性，以此來提高建筑工程的安全性。

（3）降低工程整體造價。在項(xiàng)目競爭激烈程度不斷提高的背景下，如何在保證項(xiàng)目施工質(zhì)量的同時減少工程造價，也成為施工企業(yè)需重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動的進(jìn)行，能夠通過綜合分析結(jié)果來細(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，以此來降低工程造價，提高施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤空間。

3房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

3.1節(jié)能性原則

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中，應(yīng)遵循節(jié)能性原則，該原則集中體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）進(jìn)行施工材料選擇時，需要在滿足質(zhì)量性、安全性、功能性的基礎(chǔ)上，做好節(jié)能材料的選擇與應(yīng)用，以此來保證整個建筑工程設(shè)計(jì)結(jié)果的節(jié)能性。

（2）在施工技術(shù)選擇階段，也需考慮技術(shù)的節(jié)能環(huán)保性，同時在技術(shù)選擇時，還需要綜合考慮各項(xiàng)技術(shù)之間的協(xié)調(diào)性與匹配性，以此來降低技術(shù)應(yīng)用時產(chǎn)生的污染與能耗，提高施工結(jié)果的節(jié)能環(huán)保特性。

（3）房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，還需要從全局角度來引入綠色環(huán)保理念，對于細(xì)節(jié)上的內(nèi)容進(jìn)行不斷優(yōu)化，提高自然與建筑物之間的協(xié)調(diào)性，以此來降低設(shè)計(jì)方案落實(shí)過程中產(chǎn)生的污染問題。

3.2適宜性原則

不同地域因日照強(qiáng)度、夏季主風(fēng)向、最大風(fēng)力等參數(shù)而存在差異，因此在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容上也會出現(xiàn)一定差異?；诖?，在整個房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需秉持適宜性原則展開設(shè)計(jì)。該原則在實(shí)踐中需注意以下內(nèi)容：

（1）在對施工材料進(jìn)行選擇時，需綜合分析地域因素、市場因素、建筑風(fēng)格等內(nèi)容，基于綜合分析結(jié)果來篩選配套的施工材料，從而提高所選材料的適宜性與合理性。

（2）在施工技術(shù)選擇階段，也需考慮地方抗震強(qiáng)度要求、容積率要求等內(nèi)容，據(jù)此來篩選出最為適合的施工技術(shù)，保證施工技術(shù)最終的應(yīng)用效果。

3.3美觀性原則

從目前的發(fā)展情況來看，人們對于房屋建筑外形設(shè)計(jì)的要求也在提高，這也要求設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用中，能夠在保證房屋建筑結(jié)構(gòu)安全性和質(zhì)量性的基礎(chǔ)上，提高整個房屋工程的美觀性。該原則在落實(shí)過程中，需要設(shè)計(jì)人員針對房屋建筑業(yè)主的相關(guān)需求進(jìn)行記錄，圍繞此項(xiàng)內(nèi)容做好配套信息采集工作，包括房屋建筑外形要求、市場建筑物發(fā)展趨勢等，依托信息技術(shù)提供的便利條件，搭建配套的房屋建筑設(shè)計(jì)方案，以此來保證外形設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性。

3.4經(jīng)濟(jì)性原則

在國內(nèi)建筑領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程持續(xù)加快的背景下，房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容在整體上呈現(xiàn)出較大的發(fā)展趨勢，同時，有關(guān)房屋建筑的投資金額也處于不斷增加的狀態(tài)，進(jìn)而增加金融風(fēng)險發(fā)生概率。目前有關(guān)房屋建筑工程的建設(shè)過程，主要通過招投標(biāo)的方式來籌集資金，很容易帶來工程造價失控風(fēng)險?；诖?，在整個房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中，設(shè)計(jì)人員需重點(diǎn)關(guān)注此類內(nèi)容，結(jié)合工程所在區(qū)域的實(shí)際情況，積極引入各類應(yīng)對措施，以此來保證整個房屋建筑工程設(shè)計(jì)內(nèi)容的經(jīng)濟(jì)價值，從根源上提高房屋建筑工程成本控制水平。

4房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1地基基礎(chǔ)

在房屋建筑工程中，地基基礎(chǔ)屬于重要組成部分，這也是整個建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的重要保障。

首先，設(shè)計(jì)人員需要對各類建設(shè)指標(biāo)進(jìn)行充分梳理，基于現(xiàn)場實(shí)際情況，獲取完整的勘測數(shù)據(jù)，包括土質(zhì)數(shù)據(jù)、地層數(shù)據(jù)、地下水?dāng)?shù)據(jù)等?；诘刭|(zhì)勘測結(jié)果，綜合分析該區(qū)域的基礎(chǔ)性能，了解區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，以此來提高地基安全設(shè)計(jì)內(nèi)容的安全性。其次，在對地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需要基于數(shù)值法來整合基礎(chǔ)資料，再基于基礎(chǔ)資料分析結(jié)果，對地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案展開系統(tǒng)化分析，了解土體用料的各項(xiàng)屬性。同時，在數(shù)值模擬法輔助下，也能夠提高所整理數(shù)據(jù)的合理性，并可將其導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件中生成三維模型，直觀展示地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容。最后，依托有限元軟件，能夠搭建可靠的群樁地基方案，針對方案中的細(xì)節(jié)展開綜合化分析，做好細(xì)節(jié)優(yōu)化處理，如基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果調(diào)整樁帽尺寸、樁體間距等內(nèi)容，以提高整個地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容的科學(xué)性。

4.2樓板結(jié)構(gòu)

在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，樓板（如圖1所示）也屬于重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需綜合考慮樓板所承受的荷載情況、傳力過程等參數(shù)。在對樓板承載性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需要綜合考慮樓板厚度和配筋率，以此來得到科學(xué)的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果。在樓板剛度設(shè)計(jì)方案中，也需要綜合分析樓板形狀與設(shè)計(jì)荷載，確保樓板在受力情況下不會出現(xiàn)較大撓度與形變。

在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中還需注意以下內(nèi)容：

（1）科學(xué)控制樓板厚度。對于普通跨度在3.0 m～4.0 m的樓板，其厚度不能低于100 mm；針對高層建筑核心位置，樓板厚度不能低于150 mm；對于客廳當(dāng)中存在異形的位置，樓板厚度應(yīng)控制在120 mm～150 mm；房屋建筑工程的地下室頂板厚度不能低于180 mm，以保證樓板厚度的可靠性。

（2）合理調(diào)控樓板配筋率?；趶椥岳碚搧碛?jì)算配筋率的理論值，隨后結(jié)合實(shí)際載荷來調(diào)整配筋率，從而提高樓板配筋率設(shè)計(jì)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

4.3梁結(jié)構(gòu)

在房屋建筑工程中，梁結(jié)構(gòu)（如圖2所示）屬于重要的水平結(jié)構(gòu)，其主要承擔(dān)樓板、屋頂?shù)壬喜拷Y(jié)構(gòu)荷載，并且還會將部分荷載分流到其他豎向結(jié)構(gòu)處。針對梁結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需綜合考慮梁體荷載、綜合強(qiáng)度、應(yīng)用剛度等內(nèi)容，以此為基礎(chǔ)來優(yōu)化梁結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)。

基于以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具體優(yōu)化活動中的要點(diǎn)如下：

（1）科學(xué)控制梁高。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)可以得知，梁體高度會和工程成本保持緊密聯(lián)系，通常情況下的梁體高度會控制在跨度值的1/12～1/18。針對跨度不統(tǒng)一的房屋建筑，會按照最短跨度來控制梁高。

（2）在對框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要綜合考慮整個結(jié)構(gòu)的塑性調(diào)幅狀態(tài)，盡量降低梁端的負(fù)彎矩，以此來保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。同時，在整個框架設(shè)計(jì)活動中，也需要做好不合格裂縫的規(guī)避工作，降低此類問題帶來的直接影響。

（3）在梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要做好梁高空間和機(jī)電管道之間的容差設(shè)計(jì)，同時需要在設(shè)計(jì)時提前預(yù)留好洞口，保證管線的順利穿過。除此之外，在整個設(shè)計(jì)活動中，也需要做好梁體布置與管線的協(xié)調(diào)管理。

4.4柱結(jié)構(gòu)

在對柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要盡量使柱結(jié)構(gòu)處于中心位置，從而減少柱結(jié)構(gòu)的偏心問題。并且，在柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，也需要根據(jù)軸壓比參數(shù)來減少配筋數(shù)量，以此來滿足“強(qiáng)柱弱梁”要求。在對縱筋進(jìn)行配置時，需要提前預(yù)留好適當(dāng)余量，使用到的角筋也需要選擇較大直徑材料，使其可以為整個結(jié)構(gòu)提供較大支撐力。

在對箍筋進(jìn)行選擇時，需要在契合最小配筋率的基礎(chǔ)上，將Ⅰ級和Ⅲ級鋼混合在一起進(jìn)行使用，一般情況下，外圍箍筋會使用Ⅲ級鋼，而內(nèi)部箍筋則會使用Ⅰ級鋼。需要注意的是，利用拉筋復(fù)合箍進(jìn)行施工時，使用到的拉筋結(jié)構(gòu)需要緊挨縱向鋼筋，并且能夠穩(wěn)定鉤住封閉箍筋，從而形成一個穩(wěn)定整體，提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，利于后續(xù)施工活動的推進(jìn)。

4.5剪力墻

在整個房屋建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻屬于保證建筑穩(wěn)固性與安全性的重要載體。據(jù)此，在對剪力墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，首先，需要對于工程建設(shè)要求展開系統(tǒng)化分析，基于得到的分析結(jié)果，對于墻體結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行調(diào)整，從而保證建筑結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的均衡性。其次，在對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要對剪力墻質(zhì)量承載性能以及水平方向進(jìn)行科學(xué)化調(diào)整，以此來保證整個剪力墻角度的平衡性與承載性。而且，在剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中，也需要切實(shí)考量施工現(xiàn)場的具體情況，了解整個施工活動中不同結(jié)構(gòu)部件的具體性能，科學(xué)測算墻體結(jié)構(gòu)的受力參數(shù)，并據(jù)此有序完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的綜合化設(shè)計(jì)。最后，整個設(shè)計(jì)活動中，還需要系統(tǒng)化分析房建工程抗震設(shè)計(jì)系數(shù)，同時也需要積極引入綠色施工理念，依托理念中的相關(guān)內(nèi)容來科學(xué)調(diào)整建設(shè)資源應(yīng)用情況。除此之外，在剪力墻設(shè)計(jì)活動中，也需要做好結(jié)構(gòu)抗震性能的綜合化分析，根據(jù)分析結(jié)果科學(xué)調(diào)整剪力墻布設(shè)位置、布設(shè)數(shù)量、結(jié)構(gòu)厚度等內(nèi)容，從而提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性。

4.6電氣系統(tǒng)

在對房屋建筑工程電氣系統(tǒng)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需注意以下內(nèi)容：

（1）對電氣設(shè)備安裝過程進(jìn)行科學(xué)化設(shè)計(jì)，并且需要對整個電氣程序結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般情況下，電氣設(shè)備多安裝在樓體、墻板等部位，這也需要在設(shè)計(jì)活動中充分梳理施工現(xiàn)場具體情況，優(yōu)化電氣設(shè)備安裝方案，營造良好的電氣系統(tǒng)運(yùn)營環(huán)境。

（2）基于設(shè)計(jì)圖紙中的相關(guān)內(nèi)容，提前預(yù)留好相關(guān)孔洞，如果在設(shè)計(jì)階段遇到電氣橫穿梁體的情況，那么此時在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，也需要做好設(shè)計(jì)方案的科學(xué)化處理，仔細(xì)檢查各管線所處的穿梁部位，盡量避免管線直接暴露在外部環(huán)境中。除此之外，在整個設(shè)計(jì)活動中，也需要做好關(guān)乎電梯結(jié)構(gòu)便捷性、安全性等內(nèi)容的考量工作，使其可以維持健康的運(yùn)行狀態(tài)。

4.7給排水系統(tǒng)

在對房屋建筑工程給排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要科學(xué)考量管線布設(shè)情況、管線運(yùn)行荷載、管線承壓上限值等，據(jù)此來完成管線的裝配工作。并且在管線排布時，也需要依托BIM技術(shù)來建立三維模型，對于整個管線排布情況進(jìn)行梳理，并以此篩選出最為合適的布設(shè)方案，確定管線預(yù)留規(guī)格、布設(shè)深度等，避免管線出現(xiàn)布設(shè)沖突問題。在樓板鉆孔位置的布設(shè)活動中，需要保證鉆孔布設(shè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，對于特殊位置也需要做好相應(yīng)的加固工作，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。如果所布設(shè)的管線需要穿過承重墻，那么此時也需要做好對于方案細(xì)節(jié)的調(diào)整工作，并以此來做好相應(yīng)的加固工作，從而確保整個給排水管網(wǎng)布設(shè)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。除此之外，在整個設(shè)計(jì)活動中，也需要做好中水系統(tǒng)與徑流管線的科學(xué)化布設(shè)，以提高水資源利用率，減少水資源的額外損耗。

5結(jié)論

綜上所述，進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，是能夠提高設(shè)計(jì)方案內(nèi)容的功能性、安全性，以此來推動工程項(xiàng)目的有序進(jìn)行。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中，需要做好各細(xì)節(jié)內(nèi)容的綜合化分析，以此來提高設(shè)計(jì)方案的合理性與有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧良平.房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].居舍，2023（32）：110-113.

[2]劉學(xué)坤，張兆瑾，高燕.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化重要性及措施[J].中國住宅設(shè)施，2023（9）：137-139.

[3]戚世鋒.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].陶瓷，2023（9）：121-123+168.