浅谈房屋建筑的结构设计优化技术

徐正红1李兵仁2

1.浙江泛城设计股份有限公司310015；2.中天建设集团有限公司310020

摘要：目前我国的经济发展已经达到了一定的水平，人们对于居住环境的要求也随之不断增加。在保证了房屋建筑所有的功能特点之后，应尽可能地控制施工成本，这就需要在进行房屋建筑设计时尽可能使用结构设计的优化技术。将从房屋建筑结构的优化技术的内容、房屋建筑的结构设计与经济性的关系以及优化技术在房屋建筑结构设计中的应用3个方面进行论述与分析，进而详细地对我国的建筑结构优化技术进行探讨。

关键词：房屋建筑；结构设计；优化技术；应用

0引言

如何实现结构的最优化设计，保证结构的功能性以及安全耐久性，同时最大限度节省建筑的占地面积以及追求经济性，是优化设计的主要目标。进行房屋建筑的结构优化包括进行整体房屋结构的优化设计以及细部结构的优化设计。计算机时代的降临，以及计算机结合相关设计理论，实现了工程设计问题向数学计算问题的一种转换。因此，对于相关计算机技术的掌握，也是实现最优化设计的一种前提条件。

1房屋建筑结构的优化技术的内容

要使用房屋建筑结构优化技术，就需要首先了解房屋建筑结构优化设计的主要内容，通常情况下，房屋建筑结构可以进行以下的优化技术。在考虑房屋建筑的结构使用功能以及安全设计要求的前提之下，应对于房屋结构设计过程中可能存在的问题进行考虑，通过最经济合理的方式来完成该结构设计的内容。这个过程就是房屋建筑的结构优化设计过程。其主要内容有：1）认真分析房屋建筑结构，对于整体设计过程进行最优化分析并进行相关的设计改进；2）对于房屋建筑结构设计的子结构作为单独对象进行最优化分析以及相关的设计改进。对于子结构的最优化分析与改进时，通常可以对于子结构进行进一步的细分，子结构主要包含细部构造、主体结构、屋盖结构、围护结构以及下部的基础结构部分。

2房屋建筑与经济性的关系

1）如何处理房屋建筑结构设计的层数与用地面积之间的关系。我们知道多层建筑与高层建筑，随着层数的不断增加，由于其使用的土地面积一定，因此，使得单位层数所使用的土地面积就会减小。但是实际的设计中并非如此，随着建筑物层数的增加，建筑物的高度随之增加，然而为了确保建筑物内部的光线质量，需要适当地增加建筑物之间的间距，如此就会增加建筑物的用地面积。由此可见，建筑物的总建筑面积所使用的土地面积与建筑物层数之间的联系不是一种必然性。因此就需要使用房屋建筑结构优化设计来实现建筑物层数与建筑物的占地面积之间的关系进行协调。通常情况下，高层建筑物的优化设计方法是通过减小上部的面积来实现建筑物整体光照的效果，这样可以尽可能达到减小占地面积的效果，然而上部的建筑面积也会随之相对减小。如何寻找两者之间的相互协调点来实现这种平衡，是需要通过相关的优化设计技术来实现的。

2）如何处理房屋建筑的结构分部部分与建筑物层数之间的关系。由于同一个建筑物只需要一个公用屋盖，因此，建筑物的屋盖部分的单位设计成本会随着建筑物层数增加而降低。但是对于建筑物的基础部分则又有所不同，我们知道同一个建筑物的基础部分是属于共同的，随着建筑物层数的增加，基础部分承受的上部荷载也会随之增加，那么，设计中就需要提高基础构件的承载力，这样就会增加基础设计成本。因此，建筑物的基础部分的设计成本是随着建筑物的层数增加而递增的。同样的对于房屋内部的梁柱墙等共用部分，随着建筑物层数的增加，这些构件所需要设计的承载力就会增加，这也会导致这些构件的设计成本变高。但是建筑物内部的不同分部构件，随着建筑物层数增加，其设计成本增加的幅度有所不同。

3）如何处理房屋建筑结构设计与建筑设备之间的经济关系。建筑物为了更好地实现其使用功能就需要进行给排水管道以及电气设备的建造。随着建筑物层数的增加，所需要的给排水管道以及电气设备都会出现递增，这样无疑会间接增大建筑设备的建造成本，对于房屋建筑的整体成本也会增加。

4）如何处理房屋建筑结构的外观与经济的关系。使用相同的建筑用地面积，若建筑平面形状由方形改为圆形，可以使得建筑物的周长最小，那么所建造的建筑物墙体面积就会相对变小，因此，前期的墙体投入降低的同时后期的装修成本也会随之降低。除此之外，方形或者圆形形状的建筑物结构的受力状态处于一种对称状态，使得结构本身会更加稳定安全。因此，大部分的房屋建筑物都是采用的方形或者是圆形的结构形状。

3结构优化技术在房屋建筑结构设计中的应用

3.1重视概念设计优化技术的分析

建筑物的结构布置方式有很多种选择方案，对于同一个建筑结构，也可以有多种结构布置方案选择。同一种建筑物结构布置方案也可以有多种结构分析方法。由于建筑物结构布置方案的不唯一性，以及建筑物结构分析方法的不同，建筑物设计所选用的设计参数与指标以及选用的建筑材料、标准规范等等都会有所差别。因此，对于结构的设计处理，不应仅仅依靠计算机软件来得以实现，更重要的是要通过设计人员来进行概念化设计；但是不同的设计人员的设计方式、设计经验都会有所不同，对于概念设计的理解就会有着完全不同的模式。

因此，处理上述的问题时，就需要相关的设计工作人员对于一些方案以及设计参数进行最合理的选择与判断，这就是一种概念优化设计的技术过程，这种优化技术最重要的在于设计人员的经验积累。经验越丰富的人，对于设计的一些参数就可以做出越合理的判断与选择，就越能实现建筑物的结构优化设计。

3.2如何解决房屋建筑结构设计的实际复杂问题

房屋建筑结构设计最主要的目的在于实现房屋建筑本身的安全性以及功能性，当然对于建筑物的耐久性要求也是一项非常重要的指标。能够在所设计的规定年限内实现建筑物的各种功能需求，并且能够最大限度减少建设成本是建筑结构设计的优化目的。使用概念化设计技术就是指通过房屋建筑物的结构优化实现建筑物抵抗外部作用因素的能力提高，在一些外部因素的综合作用下，建筑物的使用功能以及耐久性都不会受到相应的影响。因此，进行建筑物在复杂应力环境下的最优化设计是结构设计的最主要内容。其中外部因素作用中，地震作用较为特殊，因为地震荷载作用的时间、地点以及强度都无法准确预测，地震活动没有任何规律性。一旦发生能量等级高的地震作用时，建筑物的破坏可能是毁灭性的。因此，房屋建筑结构设计中应对于地震荷载作用进行充分考虑，尽可能减小地震作用对于房屋建筑的损毁程度。目前对于建筑物的结构抗震设计，有着一些比较有效的设计方案。通常情况下，结构对称的建筑物其荷载承受处于均匀状态，建筑物的延性较大，结构的危险截面比较少，因此对于抗震性能也有着明显的效果。对强能量级别的地震作用，首先发生破坏的是一些次要构件，这样可以有效保证主要构件的稳定性，使得建筑结构不至于失稳。这种设计理念称之为多道设防思想，通过次要构件来保护主要构件，通过主要构件来保证建筑物本身的安全。

4房屋建筑结构优化技术的应用过程中应注意问题

1）房屋建筑结构优化技术主要应用于最初期的结构设计之中。前期结构设计方案的确定与建筑物项目本身的建筑成本直接相关，因此，如果前期设计过程中不使用房屋建筑的结构优化技术，那么就有可能导致初期设计中就存在着建筑物合理性与可行性的问题，这样会直接影响结构设计的设计成本。因此，房屋建筑的结构优化技术应在初期的结构设计方案中就考虑运用，这样才能实现结构设计的最合理化要求，实现建筑物成本的最合理性。

2）房屋建筑结构优化技术更多的是应用于结

构细部的优化工作。首先，除了房屋建筑的主体设计需要注重之外，对于结构的一些基本构件的精细设计也尤其有必要。比如进行矩形现浇板块的设计时，就需要进行现浇板的合理分析，尽可能避免现浇板的拐角处裂缝出现。其次计算机时代的来临实现了计算机技术与设计理论相结合，优化设计问题实际上已经由一个工程实践的问题转换成数学问题。因此，工程设计人员应加强对于计算机技术的优化设计方法的掌握。

5结束语

房屋建筑结构设计的主要目的在于实现建筑物的功能性与安全性，同时，尽可能保证建筑物的耐久性，在满足房屋建筑的以上功能的同时，最大限度节约建筑成本是设计者的目标。那么，就需要对建筑物进行结构优化设计，并将优化设计技术应使用于结构设计的各个阶段，这样可以尽可能保证结构设计的合理性与可行性。与此同时，结构设计理论也逐渐与计算机相结合，工程实践的问题更多地转化成为一种数学最优解的计算问题，因此，建筑结构设计人员应更多地掌握计算机优化设计方法，才能发挥计算机的设计优势。

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