房屋建筑结构设计中结构设计优化应用

韦展艺

摘要：现代化建筑施工，建筑结构设计不仅影响建筑整体美观性，同时对于建筑质量、安全性有着直接影响。随着高速发展的经济，社会对于房屋结构的设计越发的关注，建筑既要讲究整体性美观要求，也需要符合经济性原则，同时保障建筑体具备良好的质量安全性要求，因此本文就对房屋结构设计中的建筑结构设计优化做相关研究，并就其中的问题做讨论，提出优化策略。

关键词：房屋结构设计；建筑结构；优化策略

1.引言

随着改革开放的进一步加深，建筑行业得到了长足发展，与建筑行业相关的房屋设计行业发展迅猛。房屋建筑结构设计是否合理直接关系到房屋建筑工程结构的安全性、适用性和经济性。现代房屋建筑结构设计可在原有设计理念的基础上进行设计优化，以综合提升房屋建筑结构设计的安全性、适用性和经济性。本文主要探析了房屋建筑结构设计优化方法及其应用，为房屋建筑工程结构设计提供参考。

2结构设计优化在房屋建筑结构设计中的具体应用

房屋建筑具有结构复杂等特点，因而，对其进行结构设计优化也将是一个复杂的过程。设计单位在对结构进行设计优化时，需在综合考虑建筑结构的质量、使用及美观等方面的基础上，形成可靠、有效的设计优化方法。

2.1整体优化和局部优化

建筑结构设计表现出明显的层次性和复杂性。首先，从层次性上来看，其主要涉及到建筑设计体系、结构体系和安装设计体系等，且上述每个体系之下还包括诸多小的分支体系。设计人员在开展建筑结构设计工作的时候，应当结合工程的具体情况以及各个分支的特点加以优化，循序渐进地解决各环节遇到的困难，进而确保整个工程的顺利完工。其次，站在复杂性的层面来看，其主要涉及到建筑原材料的选择、零部件的选择以及结构类型的确定等内容。所以，不管是哪种类型的房屋建筑，都可从整体和局部出发进行优化，最终实现建筑结构设计水平的最大化提升。

2.2分阶段优化

建筑工程项目各个环节的施工都是密切联系的，且每一个环节都有着自身独特的优化设计方法。因此，在实际开展工程建设工作的时候，应坚持分阶段优化设计的原则，首先应对建筑施工建设的阶段进行合理划分，然后将不同阶段的性质作为参考依据，对建筑结构设计加以优化，同时还要注重对整个工程寿命的优化，这样才能使企业的经济效益得到进一步提升。

2.3基础优化设计

房屋建筑的基础结构与建筑整体功能的正常发挥及其稳定性有着十分密切的联系，所以，在进行建筑基础结构设计的时候，设计人员必须注重对结构优化设计方法的运用，尽量实现对地基基础这一重点环节设计工作的全方位把控，在基础设计方案中，应处理好建筑基础与施工成本、施工技术的关系，找准三者之间的平衡点。对于框架结构来说，应根据地质勘察报告对基础形式进行合理选择，若施工现场的地基承载力较好，则最好选择浅基础形式；若施工现场的地基承载力较差或者土质状况不佳，首先应考虑地基处理方案是否具备可行性，若可行则选用地基处理方案，若不可行则需采用桩基础。灌注桩和预制桩是两类比较常见的桩基础形式，其中，灌注桩的施工过程比较复杂，整个施工工期也比较长，且很难对施工质量进行有效控制。因此，在沉降满足相关规范标准要求的前提下，可采用预制桩，利用深层桩基增大土壤对桩身的摩擦力，并尽可能选用长度较长的预制桩。

2.4上部结构优化

在对房屋建筑的上部结构进行优化的时候，以剪力墙结构为例，首先应对剪力墙进行科学合理设置，具体而言，应让剪力墙的平面布置保持一定的均匀性，确保对称楼层的平面中心与同楼层的结构重心相重合，尽量降低大风、地震等外部因素带来的不良影响。在房屋类型满足标准要求的前提下，应优先采用大开间的剪力墙结构形式，适当增长剪力墙的墙肢，控制墙肢总数，从而节约混凝土使用量。另外，通过采用大开间剪力墙可以降低钢筋的使用量。但是，在遇到建筑施工现场地质条件较差或者地质环境比较复杂的情况时，不适用采用大开间剪力墙的结构形式。也就不能减少钢筋的使用量。

2.5建筑内部结构优化

房屋建筑结构根据建筑本身结构位置关系，可以分为建筑外结构与建筑内结构，建筑内结构即所有处于建筑内部的建筑结构。由于建筑内结构主要分布在建筑内部，大多数建筑设计人员往往会忽视内部结构设计优化，使得建筑结构优化质量提升空间受限。相关设计人员可以充分关注建筑结构内部设计的优化，从施工的每一个细节之处优化建筑结构，提升建筑结构优化质量。同时在内部结构设计优化方面，相关设计人员要充分考量不同设计方案所需要的施工量，尽可能地从多角度分析每一个参数优化设计，提高建筑结构优化设计质量。

2.6排水结构协调优化

现代房屋建筑工程中往往设有给排水专用房，其中涉及到大量的机械设备，如此一来就会加大建筑的负荷量，所以，在设计的时候应尽量将水泵房设置在地下室中。需要注意的一点是，由于水泵房中的管道数量非常多，且管道规格尺寸各不相同，因此，必须适当加强楼板上的穿孔位，预留出满足规范要求的孔洞，最好不要让孔洞影响到楼板水平方向力的有效传递及管线对结构梁的贯穿。若管道需要贯穿房屋的承重墙，则还要注重对贯穿部位墙体的加强设计，整个排水结构优化设计中，必须处理好结构布设与管网体系的关系，以免发生管道穿梁或柱的问题。

3.建筑结构设计中结构设计优化应用案例分析

3.1工程概况

B办公楼工程项目为镇办公楼，初步拟建框架结构，但出于节省造价考量，选择使用砌体结构。该建筑面积为2 400.00 m2，楼层为4层，楼高12.00 m，要求设防烈度7度、场地类别Ⅱ类，地震（基本）加速度0.15 g，设计使用年限50年。该建筑所处施工场地实际情况基本雪压为0.35 k N/m2，基本风压为0.35 k N/m2，上部采用砖混结构，基础形式为条形基础。建筑结构需要遵循《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）、《砌体结构设计规范》（GB 50003-2011）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2016）等标准。

3.2.建筑结构设计优化

该工程建筑结构主要为砌体结构，其主要工程材料为钢筋与砖等。施工企业针对建筑结构情况对工程量进行统计，其中初步设计施工钢筋量为30.95 kg/m2，属于同类建筑中钢筋量相对比较高的，也说明该工程具有一定优化余地，进行钢筋用量优化，可以大大节省工程造价。结构设计人员根据建筑具体情况，做出如下结构优化方案。

(1）基础优化

地基承载着整个建筑重量，因此在设计中基础必须要稳固。同时基础也属于整个工程造价相对比较高的部分，设计人员根据工程实际情况在确保建筑结构质量基础上对基础进行优化设计，以降低建筑工程造价。该办公楼工程主要为钢筋混凝土条形基础，基础埋深为1.80 m，根据地勘资料，，基础持力层主要为第二层粉土层，地基承载力特征值为120Kpa，考虑到该土层较为稳定，作为基础持力层比较理想，因此在1.80 m基础高度基础上进行适当优化，原本在1.80 m基础高度情况下，实际埋深为1.35 m(h=0.45～1.8），考虑到该办公楼只有4层，填埋1.35 m略深，因此建立数据模型对地基基础进行优化，最终优化设计到地基基础为1.60 m，实际埋深1.15 m。

(2）优化构造柱

这里所述构造柱主要指在房屋的适当位置，设置圈梁连接的各种柱子，这种柱子的合理设置可以增强房屋安全性与稳定性一般构造柱主要具有抗剪、抗震等作用，并非承担竖向荷载，在施工中需要先砌墙再进行构造柱浇筑，大多构造柱设置在休息平台处、横墙和纵墙的交界处、转角处（墙）等，另外构造柱还应当设置在5 m长墙中间。该办公楼建筑构造柱主要设置在墙体中部，且与圈梁形成封闭连接状。经设计人员优化之后，构造柱设置位置为电梯间四角、楼梯斜梯段所对应的墙体、转角（外墙四角对应）等，去除一些非必要位置的构造柱，降低工程造价。

(3）优化梁、板

该办公楼建筑主要采用现浇筋混梁、板等结构。现浇板、梁可以分隔楼层，还具有隔热等作用，可以有效增强房屋抗震性及整体性[5]。在该工程建筑结构设计上可以充分优化梁、板，从梁截面与板厚度、配筋等方面入手进行分析。设计人员在梁截面与板厚度优化上，可以根据办公楼具体情况暂定一个梁高与板厚度，之后利用BIM技术设计相应模型，将设计梁高、板厚度与建筑结构具体参数代入BIM模型之中，选择最为适合梁高与板的厚度。比如：根据该工程3.3 m开间房间设计120 mm板厚，之后利用模型进行模拟计算，最终得出100 mm板厚也可以满足建筑结构具体要求，故最终确定该结构板厚度为100 mm。在配筋方面，原本结构设计中，板中所用钢筋为8@200，钢筋主要承载垂直、内侧方向力等，根据建筑质量要求建立BIM模型，对钢筋进行优化，最终发现6@180的钢筋即可以满足该工程质量标准要求，故最终在板梁钢筋选择上使用6@180钢筋。

3.3 优化效果分析

该办公楼设计人员针对优化之前与优化之后的钢筋量具体情况进行比对分析，发现优化之后在钢筋量上用钢量每平米减少了4.359 kg，大大节省了该工程施工成本。由此不难看出在该结构优化上，设计人员可以从基础优化、构造柱优化、梁与板优化等方面进行结构优化设计，在确保建筑工程质量同时降低工程造价。

4结束语

综上所述，房屋建筑结构设计优化将会是我国房屋建筑结构设计领域的重点发展方向，其可在很大程度上提升房屋建筑的应用价值。在实际应用中，设计单位应根据不同房屋建筑工程的实际情况，强化结构设计优化思想，创新结构设计优化方法及相关技术，促进房屋建筑结构设计优化工作的有效实现，推动结构设计优化应用，以提升房屋建筑工程结构的安全性、适用性及经济性。

参考文献

[1] 赵洛亭.房屋建筑结构设计中优化技术的应用探讨[J].绿色环保建材，2018(07)

[2] 韦纬娇.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探讨[J].中国住宅设 施，2020(03)

[3]周晖.以异型柱框架为例浅淡房屋建筑结构设计优化技术应用[J].绿色环保建 材，2019(05)

[4] 马文瑞.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计， 2020(18)

[5] 郑懿.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].建筑工程技术 与设计，2020(15)

[6] 高伟.结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用分析[J].建筑与装饰， 2020(10)