淺談如何做好房屋建筑結構的優化設計

文杰

摘 要：本文主要探討了房屋建筑結構優化設計中的相關內容，最后重點介紹了結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用。

關鍵詞：房屋建筑結構優化設計

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

房屋結構優化設計對于整個工程建設的貢獻是不容忽視的。每個工程建筑想要達到的目標就是用最少的資金投入提高整個工程結構的堅固性和可靠性，以至達到最大最長遠的經濟效益。優化設計方案與傳統的設計方案相比較下的優勢就是，它可以節省工程的開支，使工程造價最高可達百分之三十，可以合理的優化工程資源配置，把每種材料的利用率發揮到最大限度，它是達到工程設計的“安全、適用、經濟”目標的最有效的方法之一。

1、房屋建筑結構優化設計的內容

通常，結構設計的工作主要是根據建筑設計的要求，采用合理的設計理念和方法，來確定適當的結構形式、布置以及具體的構件設計尺寸。對常見的鋼筋混凝土住宅結構體系進行優化時，可以從結構整體的布局以及具體構件兩方面的因素來加以考慮。影響結構整體布局的因素包括了建筑物的體型特征、柱網尺寸、層高以及抗側力構件的位置等；具體構件因素主要包括結構的布置、構件的截面、混凝土和鋼筋強度等級及配筋構造等。綜合考慮兩方面的因素影響是必須的，為了實現這一目標，對工程師提出了更高的要求，即需要結構工程師對結構和構件受力特征有充分的把握，能根據構件設計的合理經驗和規范的深刻理解，采用合理優化方法進行有效設計。

2、房屋建筑結構優化設計的措施

2.1. 加強剪力墻的設計

剪力墻設計中連梁的設計是關鍵。聯肢墻是通過連梁連接的各墻肢聯結而成，從而增加了墻肢的約束條件。連梁的剮度增大必將使得結構的地震作用也增大，這樣連梁和墻肢分配內力也相應增大，此時必須增大構件的配筋量，顯然這一設計結果必然會造成材料的浪費。因此，在住宅結構設計時，有經驗的設計師都不會采用大剛度的窗下墻作為連梁，而是將連梁設計成為截面、剛度較小的弱連梁。同時，在滿足結構剛度與變形要求時，應從經濟角度與抗力、變形方面綜合考慮，合理布置抗側力構件。顯然，剪力墻數量越多，結構抗側力剛度愈大，相應結構位移會減小，但是結構地震力會隨抗側力剛度增大而加大，對結構的造價控制不利。因此剪力墻應以周邊均勻、對稱、分散等原則合理布置，以規范規定的水平位移限值為準盡可能減少剪力墻數量。

2.2. 加強設計中建筑結構形式的選用

不同的建筑類別和功能要求決定了戶型的選擇，從砌體結構和底部剪力墻結構談起。

(1) 加強砌體結構的設計。作為承重構件和抗側移構件的磚砌體，其平面布置較為靈活，但不適宜做躍層結構，杜絕受力較大的突兀結構形式。門窗開洞寬度不宜超過 2.1m，縱向墻體數量不宜少于三道，這一措施可以適當減少構造柱的配筋。

(2) 加強底部框架剪力墻的設計。底部框架剪力墻結構由于豎向抗側力構件不連續，使得設計中受力平衡容易出現問題，因此對建筑平面的要求較為嚴格。承重墻盡量放在框架梁上，如果出現放在次梁上的墻體時，應加大該次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚該處的樓板厚度。結構樓板不能隨便錯層，只有在樓板上填輕質材料實現的方式才可行。戶型設計中宜讓大房間布置在臨街面，衛生間、廚房等小房間布置在背面，這樣方便臨街面柱網的布置等。

2.3. 注重細部優化

(1) 在注重整體設計的同時，也應加強結構局部構件的精細設計。比如現澆板設計中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現。

(2) 底部框架抗震墻的底框梁箍筋配箍量一般較大，此時若選用冷軋帶肋鋼筋作為箍筋，便可減少箍筋肢數或箍筋直徑，達到造價的降低以及施工的方便化。還有，為減少底部截面，采用高強度的混凝土是柱構件不錯的選擇，但是水平構件混凝土可適當減少混凝土的標號，滿足了受力要求，也節約了成本。

(3) 隨著計算機技術以及結構優化設計理論的結合，基于計算仿真的優化設計思路已經在工程結構設計中得到了廣泛的應用。通過利用計算機分析軟件建立優化設計的分析模型，采用高效的計算機優化計算方法，設立結構設計達到的目標要求，最終實現結構設計的優化目的。在具體的優化設計過程中，優化設計實際上已經由一個工程問題轉變為一個數學問題。在大型復雜結構的優化設計中，基于這一思想的結構優化設計方法具有其他算法無法替代的優勢。因此，工程設計人員加強基于計算機技術的優化設計分析非常必要。

3、結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

3.1 直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計

對于我們想達到的目的可以有不同的途徑和方法。建筑工程中也不例外，對于同一個建筑方案可以有不同的實現途徑和結構設計；對于我們分析的設計方案，由于參數、荷載、所用的材料的不同都會導致各項的取值是不盡相同的，對于建筑物結構設計的細節處理方法也不是唯一的，這就需要我們設計人員根據自己多年的經驗和實際的理論以及當時的情況進行自行的判斷，計算機是無法解決這些不確定的問題的。但是我們的判斷也只能在結構設計規律的指導下進行主觀的概念設計，而這種概念設計是設計人員在多種備選方案中的選擇過程。

3.2概念設計處理的實際建筑設計問題

我們必須承認的是概念設計的確可以幫助我們使建筑工程結構不受一些來自自然和人為的不確定因素的破壞，最起碼也會將這種破壞程度降至到最低。所以概念設計為了達到這一目的所面臨的問題是非常多的，它把如何使建筑物不受這些不期而遇的外力因素的影響作為自己的設計內容。在這些外力因素中，地震是相對比較常見的，它的活動沒有規律，一旦發生破壞力極大，所以在設計過程中應該充分的考慮到地震的破壞作用，采取一些行之有效的抗震措施，盡量清除一切不利于抗震措施實施的舉措。為了減小地震在建筑結構中的破壞作用，我們一般采用剛度的對稱均勻；為了使在特大地震到來時可以減少更多建筑物的破壞作用，我們可以采取多到設防的方法，使地震在次要的結構中就消耗了本身的部分能量。我們應該充分的把抗震思想融入到概念設計當中去。

建筑師的藝術創作主要通過建筑物來體現的，他們力求實踐和藝術的完美結合，通過建筑物來表達自己對生活的感悟，滿足自己對藝術的追求。作為一名優秀的建筑師，不僅要保證建筑物的可靠和實用性，還應該大膽的創新，在建筑物的結構設計上追求獨特之美。建筑師在進行結構設計時要考慮的因素很多，例如，在設計時應該盡量用規則的和對稱的形式，盡量的減少質量和高度的差異；應盡量避免使用轉化層，使用轉換層既不經濟而且也容易造成結構應力的集中，增大結構設計上的困難；在豎向設計中，應該盡量讓豎向結構的承重構件能夠融會貫通?？傊?，在進行結構設計時應該綜合考慮，保證每一個環節的準確性，使工程建設能夠順利進行

4 結束語

由于目前我國高層建筑發展迅速，在其結構設計中經常遇會到各種問題，這就需要結構設計人員不斷地積累經驗，自主創新，利用正確概念進行結構設計。因此，結構工程師必須在每一個工程項目的設計中都能做到不斷地探求自然法則，不懈地追求相對的最佳最優，要通過反思比較，在經驗積累中不斷提高自己的判斷力和創新力。

參考文獻

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