浅谈如何做好房屋建筑结构的优化设计

文杰

摘 要：本文主要探讨了房屋建筑结构优化设计中的相关内容，最后重点介绍了结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用。

关键词：房屋建筑结构优化设计

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

房屋结构优化设计对于整个工程建设的贡献是不容忽视的。每个工程建筑想要达到的目标就是用最少的资金投入提高整个工程结构的坚固性和可靠性，以至达到最大最长远的经济效益。优化设计方案与传统的设计方案相比较下的优势就是，它可以节省工程的开支，使工程造价最高可达百分之三十，可以合理的优化工程资源配置，把每种材料的利用率发挥到最大限度，它是达到工程设计的“安全、适用、经济”目标的最有效的方法之一。

1、房屋建筑结构优化设计的内容

通常，结构设计的工作主要是根据建筑设计的要求，采用合理的设计理念和方法，来确定适当的结构形式、布置以及具体的构件设计尺寸。对常见的钢筋混凝土住宅结构体系进行优化时，可以从结构整体的布局以及具体构件两方面的因素来加以考虑。影响结构整体布局的因素包括了建筑物的体型特征、柱网尺寸、层高以及抗侧力构件的位置等；具体构件因素主要包括结构的布置、构件的截面、混凝土和钢筋强度等级及配筋构造等。综合考虑两方面的因素影响是必须的，为了实现这一目标，对工程师提出了更高的要求，即需要结构工程师对结构和构件受力特征有充分的把握，能根据构件设计的合理经验和规范的深刻理解，采用合理优化方法进行有效设计。

2、房屋建筑结构优化设计的措施

2.1. 加强剪力墙的设计

剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成，从而增加了墙肢的约束条件。连梁的剐度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而是将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。

2.2. 加强设计中建筑结构形式的选用

不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。

(1) 加强砌体结构的设计。作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不适宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过 2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。

(2) 加强底部框架剪力墙的设计。底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续，使得设计中受力平衡容易出现问题，因此对建筑平面的要求较为严格。承重墙尽量放在框架梁上，如果出现放在次梁上的墙体时，应加大该次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚该处的楼板厚度。结构楼板不能随便错层，只有在楼板上填轻质材料实现的方式才可行。户型设计中宜让大房间布置在临街面，卫生间、厨房等小房间布置在背面，这样方便临街面柱网的布置等。

2.3. 注重细部优化

(1) 在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的精细设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板，这样既达到合理受力的目的，也避免了拐角裂缝的出现。

(2) 底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大，此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，便可减少箍筋肢数或箍筋直径，达到造价的降低以及施工的方便化。还有，为减少底部截面，采用高强度的混凝土是柱构件不错的选择，但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号，满足了受力要求，也节约了成本。

(3) 随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计达到的目标要求，最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。

3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

3.1 直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计

对于我们想达到的目的可以有不同的途径和方法。建筑工程中也不例外，对于同一个建筑方案可以有不同的实现途径和结构设计；对于我们分析的设计方案，由于参数、荷载、所用的材料的不同都会导致各项的取值是不尽相同的，对于建筑物结构设计的细节处理方法也不是唯一的，这就需要我们设计人员根据自己多年的经验和实际的理论以及当时的情况进行自行的判断，计算机是无法解决这些不确定的问题的。但是我们的判断也只能在结构设计规律的指导下进行主观的概念设计，而这种概念设计是设计人员在多种备选方案中的选择过程。

3.2概念设计处理的实际建筑设计问题

我们必须承认的是概念设计的确可以帮助我们使建筑工程结构不受一些来自自然和人为的不确定因素的破坏，最起码也会将这种破坏程度降至到最低。所以概念设计为了达到这一目的所面临的问题是非常多的，它把如何使建筑物不受这些不期而遇的外力因素的影响作为自己的设计内容。在这些外力因素中，地震是相对比较常见的，它的活动没有规律，一旦发生破坏力极大，所以在设计过程中应该充分的考虑到地震的破坏作用，采取一些行之有效的抗震措施，尽量清除一切不利于抗震措施实施的举措。为了减小地震在建筑结构中的破坏作用，我们一般采用刚度的对称均匀；为了使在特大地震到来时可以减少更多建筑物的破坏作用，我们可以采取多到设防的方法，使地震在次要的结构中就消耗了本身的部分能量。我们应该充分的把抗震思想融入到概念设计当中去。

建筑师的艺术创作主要通过建筑物来体现的，他们力求实践和艺术的完美结合，通过建筑物来表达自己对生活的感悟，满足自己对艺术的追求。作为一名优秀的建筑师，不仅要保证建筑物的可靠和实用性，还应该大胆的创新，在建筑物的结构设计上追求独特之美。建筑师在进行结构设计时要考虑的因素很多，例如，在设计时应该尽量用规则的和对称的形式，尽量的减少质量和高度的差异；应尽量避免使用转化层，使用转换层既不经济而且也容易造成结构应力的集中，增大结构设计上的困难；在竖向设计中，应该尽量让竖向结构的承重构件能够融会贯通。总之，在进行结构设计时应该综合考虑，保证每一个环节的准确性，使工程建设能够顺利进行

4 结束语

由于目前我国高层建筑发展迅速，在其结构设计中经常遇会到各种问题，这就需要结构设计人员不断地积累经验，自主创新，利用正确概念进行结构设计。因此，结构工程师必须在每一个工程项目的设计中都能做到不断地探求自然法则，不懈地追求相对的最佳最优，要通过反思比较，在经验积累中不断提高自己的判断力和创新力。

参考文献

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［4］肖燕武． 浅谈建筑结构设计的安全度［J］． 科技创新导报，2007，35∶ 107．