吴春萍
梧州学院，广西 梧州市543002
摘要：我国建筑业各地出现各种新型的房屋建筑物，其中建筑的样式已经与原来的单一模式而变为大规模、多样化以及高规格建筑风格。然而对于房屋建筑而言结构的设计质量以及安全问题受到人们的高度重视。本文分析当房屋建筑中其结构设计所出现的常见问题，然后针对这些问题而提出对应的解决策略，希望能对提升房屋建筑的安全性带来积极帮助。
关键词：房屋建筑；结构设计；常见问题；分析
近些年，人们对生活质量和居住条件的要求不断提升，相应地，对建筑工程的综合品质也提出了更高的要求。与此同时，国家也出台了相关政策呼吁建筑的节能化、高效化发展，这就要求建筑企业积极运用结构设计优化方法，使有限的空间与资源的价值得到最大化发挥，进而促进建筑工程实用性、经济性发展目标的实现，这对我国整个建筑行业的可持续发展来说也是大有好处的。
1建筑结构设计优化的重要意义
1.1、结构设计优化有利于提高材料的有效利用率
对于我国这样的发展中国家而言，建筑结构设计优化的主要目的就是以最少的资金建设出最好的建筑。站在优化设计的层面来看，结构性能最佳的方案并非一定是材料利用率最高的方案，这就要求设计者在开展设计工作的时候必须注重对结构材料的充分利用，与此同时，还要加强对各类新型建筑材料的应用，如钢管混凝土结构、预应力混凝土结构等。其中，钢管混凝土结构是在薄壁圆形钢管中填入混凝土的一种全新结构形式，其可将两类材料有机结合起来，通过填入的混凝土来提高钢管壁本身的稳定性水平，同时，还可利用钢管对核心混凝土产生的作用，使其处于三向受压状态，进而增强其抗变形能力以及抗压强度。与普通的钢结构相比，钢管混凝土结构在承载力和自重基本一致的情况下，可节省约50%的钢材，同时还可简化焊接工序，有效降低焊接工作量。相较于普通混凝土而言，钢管混凝土在确保钢材使用量相近以及承载性能一致的基础上，可减少大约50%的构件截面面积，相应的材料用量也可节省一半左右。事实证明，对房屋建筑结构设计的优化，可显著提升材料的利用率，使工程成本得到有效控制。
1.2、结构设计优化有利于提高建筑结构的经济性
建筑的层高越高，其墙体面积和柱体积也会相应地增加，进而致使结构的自重增大，各类水电管线也会加长。反之，若层高较低，便可大大节省材料，同时也能增强建筑的抗震性能，与此同时，建筑的总高度也会随之下降，两栋建筑之间的日照距离也会因此而缩短，这就间接节省了用地面积。在建筑面积相同的条件下，若选择圆形或接近于方形的平面形状，建筑外墙的周长系数相对来说较小，与此同时，建筑基础以及内外表面装修也会随之减少，这样就能有效提高建筑的经济性能。从以往的工程实践中可以看出，采用结构优化设计方法可使建筑工程的总造价降低6%~30%，从而使整个建筑工程的经济效益更为可观。
1.3、我国房屋建筑结构设计的发展趋势
现如今我国的经济飞速发展，并且随着城市化进程的不断加快，需要建设大量的房屋建筑设施，我国的房屋建筑行业呈现出一派生机勃勃的现状，产生了许多新兴的房屋建筑企业。大量的房屋建筑工程与房屋建筑公司推进了建筑行业的快速发展，但同时也加剧了行业的内部竞争，建筑企业认识到自己的企业想要在竞争愈加强烈的行业中求得一席之地，就需要加强自己的房屋建筑管理力度，提高房屋建筑结构设计的水平，为我国房屋建筑结构设计水平的进步打下基础。
2、房屋建筑结构设计中存在的问题
2.1、基础结构中的设计隐患
在实际中，有很多建筑普遍存在地基不均匀沉降，但是对房屋的影响却是各不相同，这容易使得基础结构稳定性的重要性并没有被相关人员所重视，建筑地址处的地质勘测质量才不会得到保证，只是随意参考周围建筑物的地质勘测资料，其实每个实际工程的地质情况千差万别，同一高程的地质条件更是变化剧烈，如果如果不能提供精确度很高的地质数据资料或未进行沉降验算，很容易在地基设计上出现漏洞，导致结构失稳的现象，使得建筑基础结构失去安全可靠性，如桂平市木乐镇的好几处建筑房屋，因为未进行基调查工作，就盲目开工，最后导致房屋地基出现沉降，地面出现裂缝问题，最终该房屋建筑被鉴定为危房。
2.2、构造柱与承重柱设计混淆
构造柱是墙体施工后，用来拉结固定墙体的混凝土构造件，其在使用时，要和圈梁结合在一起。承重柱是先进行浇筑施工的混凝土框架结构构件，用来承受上部建筑结构传递来的荷载。两者的区别在于施工顺序以及构件类型、配筋计算方式不同，但在两者设计中，经常会出现混淆现象，设计师经常以设计承重柱的思维设计构造柱。构造柱承受力有限，不能承受来自主体结构的荷载，其拉结约束墙体作用也会被弱化，因此在其发挥前者作用时，经常会因为应力突然集中，导致本身结构承受能力很快达到极限值，最后受到损失的是整个建筑结构。
2.3、承重柱截面设计隐患
承重柱作为房屋建筑的主要的竖向受力构建，对整体结构的安全稳定起着至关重要的作用，其最小截面的设计尺寸在抗震规范中有明确的规定。在抗震设计中，当柱截面面积适宜时，梁柱之间的线刚度比会和柱线刚度将相差无几，梁柱之间即使通过固结来计算，承重柱处于偏压状态，房屋结构设计依旧是稳定的。但在实际中，因为控制成本或建筑造型要求等等原因，会将截面面积往小处设计，使房屋建筑结构的整体刚度变差，梁柱之间的线刚度比变大，这种结构在施工时安全系数很小，在后期使用中，也会缩短使用期限。
3、结构设计优化在房屋建筑结构设计中应用的步骤
3.1、建立结构优化模型
要实现对房屋建筑结构设计的有效优化，首先就必须建立科学合理的结构优化模型。结构设计优化需要从大量变量中选择出最为重要的参数，通过这些参数建立函数模型，从而计算出最优解。一般来说，模型的构建主要可分成两大环节：首先，应选择最为合理的设计变量，这是构建模型的基础和关键，变量的设计将对参数的选择产生直接影响，科学合理地对变量进行计算可大大降低后期计算编程的工作量。其次，应对目标函数进行确定。相关人员应先找出符合函数条件的最优解，然后再确定约束条件，约束条件具体主要涉及到弹塑性、强度和尺寸等方面。在对建筑整体结构进行优化的时候，必须确保上述约束条件都处在规定范围内，尽可能满足设计的相关需求。
3.2、对计算方案进行优化设计
在建筑结构优化过程中，各方面的约束条件以及变量参数都会直接影响到优化过程。因此，在开展相关计算工作的时候，必须将所有的约束条件转化成非约束条件，保证整个优化过程的顺利完成。与此同时，还要综合考虑变量的因素，采用科学有效的计算方式对建筑结构设计加以优化。
3.3、程序设计
在完成计算方案优化设计的基础上，还要做好程序设计工作，首先需要对程序进行合理编写，然后再将其导入到计算机之中，为后期计算工作的开展奠定基础，在进行相关计算的时候，工作人员只需要将所需数据输入到系统之中，就可通过设定好的程序计算出准确而直观的结果。
3.4、结果分析
建筑结构优化设计的最后一环就是结果分析，所有计算机计算出的数据信息都需要经过详细的分析才能得出最终的结果，进而以此为依据确定最佳的优化设计方案。在开展结构优化设计工作的过程中，应对各方面的阻碍因素进行综合考虑，最大限度确保结构设计优化工作的顺利完成。对建筑工程而言，整个施工过程往往需要花费较多的人力、物力以及财力，结构优化的主要目的就是把上述指标控制在最低，并为建筑质量的可靠性提供保障。因此，在对建筑结构进行优化设计的时候，必须注意以下问题：第一，应找准建筑经济与技术之间的平衡点，尽可能降低或消除二者之间的矛盾，即使引入了一些现代化技术，也无需付出过多的成本。第二，应认识到技术所能带来的经济效益，明确技术的优化可在一定程度上降低经济成本，因此，必须加强对先进技术的应用。
4、结构设计优化在房屋建筑结构设计中的具体应用
4.1、整体优化和局部优化
建筑结构设计表现出明显的层次性和复杂性。首先，从层次性上来看，其主要涉及到建筑设计体系、结构体系和安装设计体系等，且上述每个体系之下还包括诸多小的分支体系。设计人员在开展建筑结构设计工作的时候，应当结合工程的具体情况以及各个分支的特点加以优化，循序渐进地解决各环节遇到的困难，进而确保整个工程的顺利完工。其次，站在复杂性的层面来看，其主要涉及到建筑原材料的选择、零部件的选择以及结构类型的确定等内容。所以，不管是哪种类型的房屋建筑，都可从整体和局部出发进行优化，最终实现建筑结构设计水平的最大化提升。
4.2、基础优化设计
房屋建筑的基础结构与建筑整体功能的正常发挥及其稳定性有着十分密切的联系，所以，在进行建筑基础结构设计的时候，设计人员必须注重对结构优化设计方法的运用，尽量实现对地基地质、基础结构等重点环节设计工作的全方位把控，在基础结构设计方案中，应处理好建筑基础结构与施工成本、施工技术等的关系，找准三者之间的平衡点。对于框架结构来说，应根据地质勘察报告对基础形式进行合理选择，若施工现场的地基承载力较好，则最好选择浅基础形式；若施工现场的地基承载力较差或者土质状况不佳，首先应考虑地基处理方案是否具备可行性，若可行则选用地基处理方案，若不可行则需采用桩基础。灌注桩和预制桩是两类比较常见的桩基础形式，其中，灌注桩的施工过程比较复杂，整个施工工期也比较长，且很难对施工质量进行有效控制。因此，在沉降满足相关标准的前提下，可采用预制桩施工法，利用深层桩基增大土壤对桩身的摩擦力，并尽可能选用长度较长的预制桩。
4.3、分阶段优化
建筑工程项目各个环节的施工都是密切联系的，且每一个环节都有着自身独特的优化设计方法。因此，在实际开展工程建设工作的时候，应坚持分阶段优化设计的原则，首先应对建筑施工建设的阶段进行合理划分，然后将不同阶段的性质作为参考依据，对建筑结构设计加以优化，同时还要注重对整个工程寿命的优化，这样才能使企业的经济效益得到进一步提升。
4.4、上部结构的优化
在对房屋建筑的上部结构进行优化的时候，首先应对剪力墙进行科学设置，具体而言，应让剪力墙的质量保持一定的均匀性，确保对称楼层的平面中心与同楼层的结构重心相重合，尽量降低大风、地震等外部因素带来的不良影响。在房屋类型满足标准要求的前提下，应采用大开间的剪力墙构造形式，适当增长剪力墙的墙肢，控制墙肢总数，从而节约混凝土使用量。另外，由于剪力墙的暗柱一般采用的是钢筋，这样一来，就可通过采用大开间剪力墙来降低钢筋的使用量。但是，在遇到建筑施工现场地质条件较差或者地质环境比较复杂的情况时，不能减少钢筋的数量，在这种情况下也就不适用采用大开间剪力墙的构造形式。
4.5、排水结构协调优化
现代房屋建筑工程中往往设有给排水专用房，其中涉及到大量的机械设备，如此一来就会加大建筑的负荷量，所以，在设计的时候应尽量将水泵设置在地下室中。需要注意的一点是，由于排水房间中的管道数量非常多，且管道规格尺寸各不相同，因此，必须适当加固楼板上的穿孔位，预留出满足规范要求的孔洞，最好不要让孔洞影响到水平方向管线对建筑梁结构的贯穿。若管道需要贯穿房屋的承重墙，则还要注重加强对墙体的维护，整个排水结构优化设计中，必须处理好结构布设与管网体系的关系，以免发生管道绕梁或柱的问题。
5、房屋建筑结构设计问题解决策略
5.1、做好地基承载力核算工作
地基安全可靠主要表现在富余承载能力的大小的把控，即使建筑上部施加的负荷变多，地基依旧能保持稳定，不会发生不均匀沉降。所以在地基础进行设计之前，岩土工程师还要为设计人员提供准确的地质勘测资料，如此设计人员才能准确计算并核算地基承载力，从而杜绝无地勘的基础设计。地基设计中如果遇到换土垫层，设计的准备工作除了地质勘测，还有土层垫层厚度的测量计算工作，如此这些影响地基承载力的因素才不会被遗漏，经过折减系数的地基承载力相对值核算值才会和实际相差无几，为基础设计提供参考依据，进而结构的安全系数增加。
5.2、增加承重柱承载能力
关于承重柱和构造柱设计问题，首先设计人员要对构造柱与承重柱的区别弄清楚，并在承载力方面，将承重柱作为设计重点，在抗震设计中承重柱的承载能力提升，建筑结构的安全性才能得到保证，如此设计人员对构造柱也能按规范要求设计。此外建筑结构的稳定性还要借助梁结构来保证，以便使影响建筑结构刚性的挠度能得到提升，所以还要对和挠度有关的承重柱与梁之间的铰支能力进行提升。在对承重柱何在进行计算时，最后能用于设计的是经过荷载系数折减后的数值，这一点设计人员要格外注意，以保证数据的准确度。
5.3、做好承重柱截面设计工作
承重柱是唯一的纵向受力构件，在进行承重柱设计时，主要做好承重柱截面设计，使截面尺寸合理。截面积具体尺寸是要符合诸多规范要求的，比如要考虑承重柱系数折减后的承载力，还要考虑用来强化承载能力的混凝土材料的强度，此外，还要考虑地基结构的承载力，如果截面尺寸过大，将会对基础结构稳定性构成威胁。如果截面面积过小，承重柱结构将会失稳，截面面积过大，基础结构会有发生沉降的可能性。总之承重柱截面尺寸设计合理，才能保证承重柱以及其他结构稳定性不会受影响。而每一处结构都保持稳定，建筑整体结构才更安全可靠，所以承重柱截面设计一定要慎重。
5.4、在框架结构上合理布置横梁
在建筑结构中，整个框架结构要保持稳定，就要使框架结构的横纵双向受力是均匀的，唯有如此，横纵相搭的梁柱才能保持稳定。另外要对框架结构设计受力不均问题进行解决，就要重视纵向设计，主要指纵向受力设计，横梁直接布置在纵向柱上，其布置方式会对纵向受力产生影响，所以为了平衡纵横双向受力均匀，相关人员要对横梁布置进行设计，使横向梁和柱以及基础结构之间能构成完善的荷载传递路径，以达到消散荷载的作用。此外，框架结构设计的相关参数也要能应对地震剪力以及楼层侧向刚度比等要求，在横纵方向施加的配筋条件更是满足诸多要求，比如配筋率的大小、配筋数量以及在横纵方向上搭接位置和数量分配等。横向梁还要保证截面尺寸以及各方向尺寸和空间利用相适应，既能满足框架稳定要求，还使空间内部有大量使用空间。
6、结语
在房屋建筑结构设计中，无论是地基承载力问题、承重柱与构造柱设计问题还是框架结构设计问题，都会影响结构的稳定性，虽然都有对应的解决方法，但在实际中，还是存在不足之处的，比如在地基承载力方面，存在数值精度、计算准确率与实际有偏差的问题，所以相关人员还要提高测量数据的精度，以减少计算偏差。此外，相关人员还要加强对其他结构问题以及解决措施的研究，以使这些结构出现问题的可能性降到最低。
参考文献：
[1]黄左莹.房屋建筑结构设计中常见的问题探析[J].中国建设信息,2013(23).
[2]张鹏.探讨房屋建筑结构设计中的常见问题[J].中国建筑金属结构,2013(20).
[3]张莉，阮景，满敬涛.浅谈房屋建筑结构设计中常见的问题及改进措施[J].科技创新导报,2015(14).
[4]王琴,何嘉,郑剑.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].四川水泥,2020,(4):63.
[5]高伟,林同棪.结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用分析[J].建筑与装饰,2020,(10):25.
[6]吴德庆.有关建筑空间结构的设计及其优化探讨[J].价值工程,2020,39(22):197-198.
[7]孟宪川.面向建筑设计的结构优化策略[J].建筑学报,2020,(6):100-105.[8]彭士谦.高层建筑混凝土结构优化设计分析[J].建筑工程技术与设计,2020,(21):4548..