房屋建筑结构优化设计探析

赵真

摘要：随着我国建筑行业发展规模日益扩大，建筑市场面临着巨大的竞争压力，房屋建筑结构设计优化越来越受到行业内关注。房屋建筑结构设计的优化是指在保证建筑安全性的前提下，对房屋建筑结构设计中可能遇到的问题进行全面地分析，在满足人们对建筑基本功能需求的同时，最大限度地提高建筑物的经济效益。

关键词：房屋建筑；结构设计；优化措施

引言

建筑结构设计优化是指在满足结构功能和安全要求的前提下，寻找最优或近似最优的结构方案，使得结构材料用量最少、结构重量最轻、结构刚度最大、结构振动最小、结构造价最低等。建筑结构设计优化涉及多个学科领域，如数学、力学、计算机科学等，是一个复杂的系统工程。

1房屋建筑结构优化设计的作用

优化设计能够显著提高房屋建筑的安全性。在优化过程中，设计人员会对建筑结构进行深入分析，确保各个部位的静应力、动应力或变位不超过规定的容许值。此外，优化设计还会考虑元件的截面或厚度尺寸、结构频率以及失稳临界力等因素，确保建筑在各种工况下的稳定性。优化设计有助于降低房屋建筑的造价。通过优化结构参数、选用合适的材料和施工方法，可以在满足建筑功能和安全性要求的前提下，降低建筑的重量和成本。例如，在设计过程中，设计人员可以根据建筑物的实际需求，合理选择钢结构、钢筋混凝土结构等材料，以实现经济效益的最大化。优化设计可以提高房屋建筑的质量。通过优化结构设计，建筑物的刚度、抗震性能等指标得到提升，从而提高建筑的整体质量。此外，优化设计还可以确保施工过程中的安全性和顺利进行，进一步保障工程质量。优化设计有助于提高房屋建筑的舒适度。在设计过程中，设计人员会充分考虑建筑物的功能性、通风、采光等因素，以满足居住者的需求。通过优化建筑结构，可以有效提高室内环境的舒适度，为居住者创造一个宜居的空间。优化设计有助于实现房屋建筑的可持续发展。在设计过程中，设计人员会关注建筑物的能耗、环保等方面，力求降低建筑对环境的负面影响。通过优化结构设计和选用绿色建筑材料，可以降低建筑的能耗，提高资源利用效率，实现绿色建筑和可持续发展的目标。

2房屋建筑结构优化设计中存在的问题

（1）设计理念与实践的脱节：优化设计应遵循可持续发展的原则，注重建筑物的功能性、舒适性、安全性和经济性。然而，在实际操作中，设计理念与实践往往存在一定的差距。例如，设计人员可能过于关注结构本身，而忽视了建筑的各方面，如提高建筑空间利用率、降低建筑成本等。（2）地勘与设计阶段的对接问题：在房屋建筑结构优化设计中，地勘与设计阶段的对接至关重要。由于各种原因，如沟通不畅、信息传递不准确等，可能导致地勘与设计阶段的信息不对称，进而影响设计方案的优化。（3）建筑结构设计中的常见问题：房屋建筑结构设计中常见的问题包括刚度分布不均、构件尺寸不合理、连接节点不牢固等。这些问题可能导致建筑物的安全性、耐久性受到影响，进而影响整个建筑结构的优化设计。（4）设计与施工的衔接问题：设计与施工的衔接是房屋建筑结构优化设计中的一个重要环节。由于种种原因，如设计变更、施工技术水平等，可能导致设计与施工之间的衔接出现问题，进而影响建筑结构的优化设计。

3房屋建筑结构优化设计优化措施

3.1地基基础设计及优化

地基基础的作用是为上部结构提供足够的承载能力，其设计方法主要是综合考虑上部结构恒荷载、活荷载，通过对荷载的验算和地质土层的情况进行综合验算，应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。基础设计优化时，对于不同验算应注意校核其代入的作用组合值是否正确：基础底面积计算应采用相应于作用的标准组合时的基础底面处的压力值；基础受冲切、剪切、抗弯及局部受压承载力验算应采用相应于作用的基本组合时基础底面处的压力设计值；基础变形验算时应采用相应于作用的准永久组合时基础底面处附加压力设计值。

3.2楼板设计及优化

楼板也是房屋建筑结构设计优化中的重要环节，它作为建筑物地面，承担着人们行走、家具摆放等载荷。楼板的主要考虑因素包括：荷载大小、传力路线等。在承载能力方面，楼板的厚度和钢筋布置密度需要根据设计荷载进行合理地计算；在刚度方面，楼板的形状和设计荷载也需要考虑，以保证楼板不产生过大的挠度和变形。楼板厚度的控制优化要点：普通3-4m跨度的楼板可取100mm；高层核心筒部位的楼板可取150mm；客厅处的异形大板可取120-150mm；普通屋面板可取120mm；管线密集处可取120mm；地下室顶板可取180mm。楼板的配筋，当设计边支承双向板时，按弹性理论计算的双向板，当板的短向跨度大于3m时，可将板在两个方向各分为三个板带，边板带宽为短跨的1/4，中间板带为短跨的1/2，中间板带按计算配筋，边板带按相应中间板带的一半配置，且每个边板带内钢筋不少于3根，这种分板带的配筋方法，可降低板的含钢量。在楼板设计时应尽量采用低标号的混凝土。

3.3剪力墙的设计及优化

剪力墙设计应在满足结构的刚度和变形的同时还要综合考虑经济因素，合理进行抗侧力构件的布置。剪力墙是最重要的抗侧力构件，结构抗侧力的刚度随着剪力墙数量增多或剪力墙长度增加而增大，相应的结构位移随之减小，但是抗侧力刚度变大的同时招引的结构地震力也随之增大，非常不利于控制结构造价。因此剪力墙应该遵循周边分散、均匀等原则进行合理地布置，对水平位移的限值进行规范化，尽最大程度地把剪力墙数量降到最低。剪力墙布置应在建筑物的两端和周边重点布置，建筑物的内部和中间位置减少布置，避免单个剪力墙布置的长度太长。短肢剪力墙抗震性能不好，构造配筋成倍放大，成本也会增大，应限制短肢剪力墙的使用，结构设计中应优先采用有效翼缘的一般剪力墙，以提高结构的抗震性能，并降低房屋的综合造价，最优化的剪力墙长度是其宽度的8倍+100mm。剪力墙的翼缘小于600mm时，应关注其结构设计结果。

3.4重视设计人员专业素养不断提升

设计人员专业素养的提升对实现房屋建筑结构设计的优化具有非常重要作用。设计人员要积极参与房屋建筑结构设计优化的相关培训、教育活动，了解自己所从事的行业，掌握行业发展趋势、前沿技术和标准规范等知识，以便更好地进行设计工作，并熟练掌握CAD、PKPM、盈建科、迈达斯、3D3S等各种设计工具和技术的最新发展状态，提升设计效率和质量；具备创新思维和动手实践能力，勇于尝试新的设计方法和技术；养成持续学习的习惯，不断更新自己的知识和技能，了解行业新动态和前沿技术，以便更好地适应行业发展和客户需求变化。

结语

房屋建筑结构设计优化是一个复杂的过程，需要设计人员在结构设计的各个方面进行综合考虑，以达到最优设计效果，通过合理选材、优化结构布局来提高建筑的安全性并降低建筑成本。促进建筑行业高质量可持续发展，在保证居住安全的同时，满足人们日益增长的居住需求。

参考文献

[1]钟智谦.房屋建筑结构设计优化措施研究[J].中华建设,2019(07):67-68.

[2]李云杰.房屋建筑结构设计中的问题与对策分析[J].科技与创新,2018(12):161-163+170.

[3]刘立培.房屋建筑结构设计中建筑结构优化设计方法的应用探讨[J].居舍,2019(17):88-91.