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房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用程瀚

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：程瀚

[导读] 摘要：房屋建筑结构关系着房屋建筑及人们的居住安全，不断尝试技术上的创新优化，对房屋建筑结构予以调整和稳固，是目前业内探讨的重要课题。

        中外建工程设计与顾问有限公司安徽分公司
        摘要：房屋建筑结构关系着房屋建筑及人们的居住安全，不断尝试技术上的创新优化，对房屋建筑结构予以调整和稳固，是目前业内探讨的重要课题。随着经济的进步，应用到房屋建筑结构设计中的技术方法也逐渐丰富，这为房屋建筑行业发展奠定了基础。文章将重点对房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用展开详细说明。
        关键词：房屋结构设计；建筑结构设计优化方法；应用
        科学合理的房屋建筑结构设计，不仅是对建筑空间的合理划分，完善建筑的功能性，还是对建筑结构稳定性的保障，是做好应力均衡排布的基础。完善房屋建筑结构设计，采取科学的优化方法，可提升房屋建设价值，创造更大的经济效益。
        1建筑结构设计优化方法的内涵
        建筑结构设计优化是利用先进技术，结合建筑要求，采取合理方式对结构设计方案实行调整和改进的一种方式，能够在原有基础上，以更加经济合理的方式做好空间划分，加强建筑结构总体稳固性。房屋建筑结构设计优化分为整体优化和细节处理两部分。整体设计优化是最为核心的内容，也是决定建筑质量的关键要素，细节处理则是对结构设计调整的重要手段。在整体优化设计中，需要根据建筑自身特征及所在区域环境状况实行综合分析，适当调整方案，做到建筑与周边环境的有机融合。优化后的建筑外观美观性、空间和谐性均得到显著提升。设计人员在建筑结构设计中，需秉持精益求精的态度，以长远发展的眼光看待问题，加强方案合理性、科学性。
        2房屋建筑结构设计中建筑结构设计优化的步骤
        2.1结构优化模型的构建
        房屋建筑结构设计优化需要注重两方面内容，优化计算方案和优化设计模型。在房屋建筑结构设计优化中，会存在较多数据参数，优化计算方案是从众多数据参数中选出有用的参数数据建立函数模型，得出最优解，为房屋建筑结构设计提供依据。结构优化模型的建立则包含以下两部分内容：
        其一，设计变量的科学选择。是模型构建的关键工序，同时，设计变量的确定对于参数选择和计算有着直接影响，是加强结构设计可靠性的重要指标，也是降低工作量的有效措施。其二，目标函数的确定。目标函数确定分为两步，先是得出函数计算最优解，之后考虑存在的约束条件，对于房屋建筑结构来说，约束目标函数的条件包括尺寸、强度、弹塑性、应力等，通过合理分析计算，将约束条件控制在规定范围内，以加强模型建立合理性，提高设计水平。
        2.2设计优化计算方案的编制
        房屋建筑结构设计优化中，涉及到较多的数据参数，尤其是变量参数和约束条件，如不加以控制，将会对结构设计优化带来较大影响。为此，需要进行科学计算来确定最终参数值，为结构设计规划提供依据。同时，在参数计算中，使用科学方式，将约束条件转变成非约束条件，将变量因素加以严格管控，提高结构优化设计的合理性。
        2.3程序设计
        如上所述，房屋建筑结构设计优化需要精准的参数数据，如果采用传统的人工计算，则会因偏差、错漏影响难保参数精确性。为此，应利用计算机技术开展计算工作，这就需要设计合理的计算程序，将众多参数数据导入程序中，由程序自动筛选和控制，达到精准计算的目的。再者，程序计算后的结果也可直观展现在设计人员眼前，为设计方案的调整、优化提供依据。
        2.4结果分析
        结果分析是最后一步，也是确定优化设计方案的关键一步。计算机计算得出的结果需要经过比对分析，确定其是否符合房屋建筑最初的建设要求，考虑建筑所在区域的地质环境、周边建筑等，对可能存在的影响因素加以预测，配合计算结果，得出最终方案，完成优化工作。对于建筑工程来说，会耗费较多的财力物力和人力，结构优化的最终目的就是要将这些指标降到最低，保证建筑质量的可靠性。

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        为此，在建筑结构设计上，还需注意以下两点：一是做到经济性和技术性的平衡，在保障房屋建筑结构和功能性的同时降低资金成本损耗，维护企业经济效益。二是加强认知能力，了解优化技术应用对房屋建筑结构设计带来的优势，加大对优化技术的研究和应用，减少资金、资源的损耗，改善房屋建筑结构设计的整体效果。
        3房屋建筑结构设计中建筑结构设计优化方法的应用
        3.1上部结构优化设计
        房屋建筑结构设计中，上部结构优化设计以梁板柱、方案选型设计为主，目的是增强房屋建筑结构的稳定性、安全性，减少混凝土和钢材料的使用量，做到科学配比，维护上部建筑结构的建设和使用安全。具体来说，上部结构优化设计的内容为：
        首先，剪力墙的科学设置。剪力墙结构是目前房屋建筑设计中最常出现的结构类型，对应力平衡有着积极作用。但不是剪力墙结构越多，规模越大，带来的效果就越明显，需要结合房屋建筑特征及受力情况加以科学规划和调整。实际设计中，应将平面刚度与楼层结构重心重合，加强应力分布的均衡性，优化建筑抗震性，降低灾害影响。或者还可采用大开间剪力墙结构设计，增大墙肢的长度，减少剪力墙数量，尽量满足建筑功能的要求。
        其次，在剪力墙结构中，底部加强区的约束边缘构件（暗柱、端柱、翼墙）若独立设置箍筋，与墙身水平钢筋重复配置，现场施工难度大，造成水平钢筋及箍筋的浪费。采用墙身水平钢筋计入剪力墙约束边缘构件的体积配箍率，既可满足规范要求，又可以避免结构钢筋配置中的浪费。在实际施工图设计中广受业主好评。
        3.2梁板柱配筋的设计优化
        在房屋建筑结构设计优化中，应保持清晰的设计理念，明确结构受力情况、掌握力传导路径，这样才能加强结构设计合理性，减少外界压力对结构稳定性带来的影响。梁板柱施工配筋作为重要支撑结构，在设计中需遵循上述要求，注重图纸设计合理性，减少钢筋材料使用量。
        例如，在楼板配筋图纸设计中，要在满足规范要求时，对裂缝和挠度加以综合考量，加强计算结果准确性，配筋规划合理性。再比如在四级剪力墙结构中，其他部位的构造边缘构件,在满足计算要求和构造要求的情况下，构造边缘构件的竖向钢筋，固定钢筋按规范采取直径为12的钢筋，中间的钢筋也可以采用直径为10的钢筋，从而节省含钢量，节省造价。
        3.3基础结构设计优化
        基础结构作为建筑重要承载部分，只有确保基础结构稳固性，才能保证上层建筑的高度落实，降低灾害或外界压力带来的影响，维护建筑使用的安全性、可靠性。故而设计人员需做好房屋建筑基础结构设计优化，增大基础结构承载力，维护结构安全性。同时也可降低资金成本损耗，节省更多资源。而做到基础结构设计优化的重要环节，就是做好前期地质勘察，提交完善的勘察报告。地勘报告会根据本工程的特点，层数，房屋高度，竖向构件的内力，以及结合场地土层特征，水文地质条件及邻近工地建筑经验，结合施工周期，地下水对基础的影响，工程造价的影响，综合考虑基础形式。
        某18层高层住宅建筑，设计单位按照设计要求和勘察报告，共设计三种地基结构，即PHC预应力管桩、人工挖孔桩、机械钻孔桩，并绘制了详细施工图纸，之后工作人员结合图纸内容，从经济性、施工难易程度、稳固性、工期等因素对这三个方案进行对比分析，最终选择PHC预应力管桩施工，在保障基础结构安全性的同时，减少时间和成本的浪费，获得了较好的社会和经济效益。
        4结语
        希望通过上文的论述，建筑单位可对建筑结构设计优化技术和方法有进一步的认知，注重基础结构、梁板柱配筋、上部结构的设计优化，以此提升整体工程设计水平，促进房屋建设的顺利完工。
        参考文献
        [1]陈哲.结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用[J].居业.2020(02)
        [2]王永胜.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].建筑技术开发.2020(03)
        [3]侯登科.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].居舍,2020(01):86.