探析房屋建筑的结构设计优化

桑志奇

【摘要】随着社会经济的不断发展，人们热衷追求更高质量的生活，对房屋建筑的功能需求也逐步加大，房屋建筑的结构设计面临着重大挑战。为满足人们日益增长的建筑功能需求，设计人员应重视房屋建筑的结构设计优化，创新设计理念与方法，为建筑用户提供一个舒适实用、美观安全的住宅建筑环境。本文主要深入探究关于房屋建筑结构设计优化的相关问题。

【关键词】房屋建筑，结构设计，优化

1. 引言

随着社会经济发展步伐的不断加快，人们的生活水平日益提高，人们在追求高质量生活的同时对房屋建筑居住环境的要求也日益提高。事实上，建筑面积大、外形美观且建设质量高的建筑结构一般较为完善，所采用的施工材料质量也很好，这样就会加大了工程投资。对房屋建筑结构设计进行优化，不仅可以全面提高房屋建筑结构的安全性和可靠性的同时，还能满足住宅用户的舒适性和经济性需求，节约工程建设投资成本，提高房屋建筑建设项目的社会效益和经济效益。

因此，房屋建筑结构设计人员应积极探索房屋建筑结构设计的优化策略，真正实现建筑资源的优化配置，最大限度提高工程资金的利用率，增强房屋建筑结构的安全可靠度，为人们提供一个舒适优质的居住环境。

2. 房屋建筑的结构设计优化对策

在房屋建筑设计过程中，房屋建筑结构设计的任务是根据工程建设总体要求和目标，采用最先进科学的方法，对房屋建筑结构的整体形式、结构构件布置和各个建筑构件进行科学设计。而房屋建筑结构优化设计主要是指设计人员转变设计理念，综合设计建筑基础结构、屋盖系统结构、围护系统结构及其他细部结构，真正实现建筑结构的设计优化，全面提高工程建设的经济效益。

2.1 构建结构优化设计模型

房屋建筑结构优化设计的实质是在设计人员在各种设计变量参数中，选取主要影响因素，并为其构建结构优化设计模型，结合科学先进的计算方法获得最优设计变量参数。构建房屋建筑结构优化设计模型主要步骤为：

（1） 选取合理設计变量

设计变量的合理选取对房屋建筑结构设计的影响是至关重要的，因此，在设计建筑结构时，设计人员应根据不同变量对设计结果的影响程度将各种变量进行合理分类，将一些对设计结果影响不大的参数作为预定参数，以减少该项工作的计算和工作量，节省人力物力。

（2） 科学确定目标函数

事实上，房屋建筑结构可靠度优化设计的约束条件主要包括应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束等。因此，设计人员要在优化设计建筑结构时，确保各种约束条件必须满足设计要求，通过科学确定各个设计目标函数，获得满足设计要求的最优解。

2.2 优化建筑结构计算参数

通过计算机得出建筑结构计算参数后，设计人员要对计算结果进行分析判断，确认计算参数合理有效后，方可应用到工程设计中。一般情况下，计算机计算的参数主要包括结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移、楼层的侧向刚度比、墙和柱的轴压比、柱底内力设计值等。此外，为进一步提高计算结果的合理性，不仅要保证结构方案、结构计算简图合理，还需要正确填写建筑的抗震设防烈度和场地类别，保证电算程序总信息中的各项计算参数合理可靠，全面提高建筑结构设计的合理性。

2.3 建筑结构的整体优化方法

（1） 建筑地基结构设计优化

地基结构是决定整个建筑物稳定性、安全性的关键，因此，设计人员在设计建筑地基结构时，应以因地制宜为设计原则，以建筑周边情况为设计基础条件。优化建筑地基结构设计，先要确定合理的优化设计方案，如建筑基础较深时，就要对拟建工程施工现场的水文地质情况进行全面勘察分析，同时结合施工场地各种建设条件科学确定基础选型及埋深。

（2） 建筑砌体结构设计优化

砖砌体是房屋建筑中的受力结构，主要发挥着抵抗侧向位移和承受重力的重要作用，由于砖砌体布置形式多样，但不适用于跃层结构或表现出过大受力的建筑结构中。对建筑砌体结构设计进行优化，就是优化砖砌体的平立面结构，提高建筑形体的规划性，保证抗侧力构件平面布置能够对称规则，而侧向刚度则能沿着竖向均匀变化。在建筑整体结构中，必须保证至少三条的纵向抗震墙体，同时要求对砖砌墙体的门窗位置、开口规格进行合理规划，一般要求将门窗宽度不超过2 m，以保证建筑结构具有良好稳固性。

（3） 建筑底部剪力墙设计优化

框架剪力墙主要位于房屋建筑的底部位置，由于它具有竖直方向抵抗侧力部件的不连续性特点，不仅增加了结构受力不平衡出现的情况，还提高了对建筑结构平面设计的要求。因此，在进行建筑底部剪力墙结构设计优化时，应尽量将承重墙放置于框架梁上，若设计条件受限只能将承重墙置于次梁上，此时要适当增大主梁与框架梁的钢筋配置，加大放置承重墙的楼板厚度。另外，在设计过程中若需要设置错层楼板时，必须要选用质量轻的板层填充材料。

（4） 建筑剪力墙设计优化

对建筑剪力墙结构进行设计优化，其中的关键环节就是对连梁的优化设计。在设计过程中增加连梁剐度时，除了会增加建筑结构地震作用，还会大大增加连梁与墙肢的内部受力分配，从而导致该部位构件的钢筋配置适度增加，浪费了建筑材料。因此，在优化设计房屋建筑结构时，尽量不要在大刚度窗下墙当做连梁的优化设计，而应将连梁设计成刚度与截面都相对较小的弱连梁，当剪力墙结构的设计刚度与变形程度满足设计要求后，还要全面考虑结构设计的经济性条件，合理布置构件。

（5） 建筑结构细部设计优化

对房屋建筑结构设计进行优化，除了要重视整体结构的设计，还要充分重视建筑各个细部结构部件的优化设计，例如优化设计现浇板时，为实现去除拐角裂缝与结构的受力均匀，应将异形板划分为矩形板。一般来说，建筑结构底部框架抗震墙的钢筋配置会较大，而在建筑材料选择上应当选用冷轧带肋钢筋，以求减少钢筋配置数量，便于施工，进一步实现资源节省的目的，有效控制工程造价。

目前，计算机仿真设计优化技术已广泛应用于建筑工程设计行业中，这种基于计算机模拟技术对建筑结构设计思路进行模型化的仿真分析，结果直观且准确。因此，基于人工设计配合计算机分析技术的运用进行房屋建筑结构的优化设计，应被大力推广，全面推进建筑行业的可持续发展。

3. 结束语

就房屋建筑而言，结构设计是房屋建设的关键环节，优化房屋建筑结构设计除了能有效节省房屋建设成本，还能提高房屋建设专业技术的质量指标，加快房屋建设效率，满足建筑住户的使用功能需求，全面推动我国建筑行业朝着可持续的方向健康发展。因此，设计人员在进行房屋建筑结构优化设计时，要全面考虑建筑周边环境因素，严格遵循建筑结构设计原则，利用科学的控制方法，使建筑结构设计各个方面优化整合，最大限度提高建筑结构优化设计的可行性、合理性与安全性。

参考文献：

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