房屋结构设计中的建筑结构设计优化探析

刘小辉

（汕头市升平建筑设计院有限公司 515000）

【摘要】建设房屋首先要保障其安全性，房屋经济性能强、适用范围广、建设方便、外观精美等多种要求已经成为群众的购房基本标准，为了在竞争愈加激烈的建筑市场中取得优势，建设单位对房屋结构的设计便显得尤为重要。本文首先分析了建筑结构优化的重要性，对房屋结构设计优化方法的应用进行探讨，最终得出建筑结构设计优化的一般步骤。

【关键词】房屋；建筑；结构设计；优化分析

1. 前言

建筑物性能指标有很多，安全性是其基本要求。但一栋建筑物是否容易被消费者接受、购买，仅安全性能优越无法满足群众需要，其结构是否完整、外形是否美观、实用性能好坏都已经影响到房屋的居住舒适度、整体功能的发挥。房屋结构的建设成本是整个住房建设工程中资金投入主要部分，进行结构设计优化，可以直接降低工程项目资金投入，同时也保证住房的质量和其外形的美观。优秀的房屋结构设计方案不仅能降低建筑成本，也可以方便施工人员进行具体操作，同时充分利用建筑物周边资源，提高建筑物实用性能、经济性能和质量标准。

2. 建筑结构设计优化的重要性

2.1 建筑结构设计优化方法的概念

建筑结构优化是为了在满足房屋建筑基本功能要求下，提高房屋的居住舒适度，在满足房屋质量安全的条件下，使房屋更美观，减少建筑成本。这种设计优化方法一般是将空间资源、设备资源、经济资源和材料资源进行合理配置，使得整体效益最大化，最大优势在于它比传统设计可以大幅节省工程造价。进行建筑结构设计优化时，要一切从实际出发，尽量减小质量中心和刚度中心的差异，确保建筑承受水平负荷时扭转程度很小，同时建筑平面结构要采取对称规则方式，在垂直负荷作用下承重构件可以上下贯通。

2.2 建筑结构设计优化方法的意义

进行建筑结构优化设计，不仅可以实现建筑物的使用价值、经济价值和美学价值，还可以降低建筑成本、保护建筑物周边生态环境。进行结构设计优化，首先保障了结构功能性的完整，对不同种类的房屋，根据其具体需求，在结构造型、受力性能、结构材料等各方面进行最优配置，如选择圆形结构进行平面设计可以提高结构最大承受力；其次结构优化设计可以大幅节约造价，建筑企业提高经济效益的有效手段之一便是节约造价成本，现代房屋建筑大多是多层建筑、高层建筑，层数越多，建筑面积越多，建筑结构要承受的力也越大，承重墙、梁和柱的质量品级、抗震性能等性能指标要求也更高，原材料成本就会提高，合理的结构设计可以使用更少原材料来达到各质量性能指标，实现结构的经济安全。

3. 房屋结构设计优化方法应用

3.1 整体优化和局部优化

建筑设计项目的层次性比较明显，一般包括设计体系、结构体系和安装体系等，每个体系中包含很多分支体系，在进行房屋结构设计时要对不同分支进行优化，层层递进，最终完成整个工程设计。建筑设计项目一般比较复杂，并且建设环节较多，关联性大，进行分阶段优化可以让每个环节的效率提高，在材料选取、零部件选择、结构类型选择方面效率更高。局部优化、整体优化会使得项目整体效益更大，给建筑设计企业带来更大经济效益。

3.2 桩基和上部结构优化

桩基主要有灌注桩和预制桩两种类型，灌注桩施工时较为复杂，工期长，质量难把控，而预制桩在制造时就满足相应的质量标准，具有量化的韧度和强度，当建设项目工程质量要求可以由预制桩满足时，一般选用预制桩。住房建筑上部结构中剪力墙的分别对房屋质量好坏有着较大影响，一般将剪力墙对称放置，将对称楼层平面中心和同楼层结构重心重叠到一起，在地震等极端情况下，可以更有效的支撑房屋，提高房屋不完全倒塌的概率。

3.3 建筑给排水系统优化

给排水系统是房屋结构中重要组成部分之一，每栋建筑物都会有一个专业的给排水专用房间，该房间内往往会有很多机械设备，负荷量较大，如果将水泵安置在地下室内，不仅可以节约建筑空间，还可以减少水泵压力。给排水房间内一般有较多管道，管道穿墙部分要进行加固，防止长久使用后晃动，同时避免管道贯穿承重墙，加强结构布设与管网体系的协调性。

3.4 建筑电气系统优化

电气设施在当今社会已无法缺少，房屋在结构设计时必须考虑电气导线穿插安放路线、插座位置分布等，在设计时要考虑到如果管线需要贯穿建筑梁，在建筑梁制造时要预留出孔洞，并保证梁宽与墙体厚度相同，如果无法达到相同要求，要保证墙体的一侧平面与梁侧平面平齐，即保证导线在墙体内。高层房屋建筑中几乎都包含电梯房间，空洞很多，预埋构件较多，在设计时要单独计算强度要求，保障建筑的安全性。

4. 建筑结构优化设计一般步骤

4.1 建立建筑结构模型

建筑结构优化设计首先要建立最符合现实情况的模型，建模过程一般分为三个阶段：

（1）变量的选择。变量一般选择会对最终设计方案选择起决定作用的那些数值，如：工程的目标参数，包括房屋价格参数和预期损失参数；工程的控制与约束参数，包括房屋价格可靠性能参数等等。如果选用变化幅度小，考虑因素少的参数作为参考指标，在建筑结构设计、编程计算时工作量会大幅减少，模型处理难度会大幅降低。

（2）函数的确定。挑选多组相似函数中房屋横截面尺寸和钢筋尺寸面积最符合的一组，使用这组函数进行分析，最大程度减少房屋建造成本。

（3）约束条件的判定。约束条件一般包括房屋大小、架构稳定性及刚性、横梁受力限度和变形限度、墙体裂痕限度、单元组件规格、架构体系规格、结构可塑程度等等。在设计时，设计者要根据具体情况，对实际中的约束性条件进行分析，确保各项条件满足相关规定，来达到设计结果的最优化。

4.2 选择计算方法

在房屋结构设计过程中计算很多，优化设计过程就是进行复杂变量和多种设计条件的计算过程。对于整个建筑项目中所有的数据进行计算，要注意附加条件的约束，对计算出的不符合规范或实际情况的结果进行舍弃。选择最简便的计算方法，获得精确的结果，节省时间和精力。

4.3 选择最优程序

当模型和计算方法都确定后，设计人员要选择最优的程序，即功能完整、用途齐全、运转高效的程序，一般由若干可以实现某特定功能的小程序组成，在结构设计上发挥着重要作用。

4.4 分析统计结论

进行各种数据统计汇总之后，设计者要对采集到的数据进行分析，寻找不同设计方案之间的区别和各自的特色、优点，通过全方面综合衡量，选择出最佳方案作为施工方案。在选择最终施工方案时，设计人员要全面考虑，不能忽视细节方面的问题，确保建造好的房屋无论在质量安全方面、还是在美观舒适方面都达到最优的效果。

5. 总结

房屋结构设计中的建筑结构设计优化是一项复杂程度高，对建筑项目整体效益有着巨大影响的建设前期工程。它要实现房屋的安全、耐用、实惠、美观、舒适，一般是在各种设计方案中进行挑选并进行适当改进，符合当前建筑项目实际情况，使得各种资源充分利用，最终实现房屋的各种价值。设计人员在进行房屋结构设计时首先要遵守设计的基本规则，也要采用新型技术，为建筑企业节约更多成本，提高房屋建筑项目的经济效益。

参考文献

[1] 胡天水. 房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J]. 中华民居（下旬刊），2013，4（25）

[2] 龚强. 房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J]. 江西建材，2014，7（15）

[3] 王也. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]. 中华民居（下旬刊），2013，3（25）

[4] 周汉杰. 建筑结构优化方法在房屋结构设计中的应用[J]. 中华民居（下旬刊），2014，1（25）

[5] 刘沂川. 关于建筑结构设计优化法在房屋结构设计中的应用探究[J]. 科技创新与应用，2014，5（8）__