淺析房屋建筑設計中結構設計優(yōu)化的應用

楊高起

摘要：進行房屋建筑設計時，對相關的結構進行優(yōu)化設計十分有必要，其可以減少材料的使用，降低施工成本，減少施工工序，優(yōu)化施工流程，縮短施工周期，而且提高建筑結構的整體的性能，保證建筑中人們的安全，提高建筑安全系數(shù)。下面就結合實際工程案例，分析具體的優(yōu)化措施，希望給有關人士一些借鑒。

關鍵詞：房屋建筑設計；結構設計；優(yōu)化應用

中圖分類號：TU31 8文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）08-0222-01

引言

對建筑結構進行優(yōu)化設計，可以把經(jīng)濟實用型以及美觀性結合起來，符合人們對現(xiàn)代房屋居住的審美和質量要求，同時還提升了人們的文化素養(yǎng)。除此之外，通過對其結構分部的優(yōu)化設計，能節(jié)約大量的施工成本，提高建筑材料的利用率，進而在保障質量的前提下，讓企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟利益。

1.房屋建筑設計中結構設計優(yōu)化存在的問題分析

1.1房屋建筑選址出現(xiàn)的問題。進行房屋建筑設計中，建筑物的選址非常重要，如果選擇建設地基土質為軟土，或者地下水位較高，水文環(huán)境不適合，將會給以后的施工設計帶來很多問題，為了縮短施工周期，提高施工質量，必須重視房屋的選址工作。但是對當前選址工作的調查分析，選址不合理，缺乏科學性，導致建筑工程安全系數(shù)低，不利于整個工程項目的建設。

1-2整個建筑結構沒有合理的均衡性。進行房屋建筑結構設計中，整體布局非常重要，先考慮所在街道的寬度和長度，以及周圍其他建設的標準，再考慮建筑自身的設計情況，為了保證設計的合理性，裙房和主體建筑尺度空間必須控制均衡，除此之外，建筑坐標要和城市街道布局相互適應，避免建筑位置突兀，影響整體的美觀性。將建筑、街道、環(huán)境等相互融合和協(xié)調，確保交通出行方便。

1.3分析圖紙設計中存在的問題。進行圖紙設計中，要考慮施工步驟情況，如果圖紙設計不合理，將會影響建筑工程的整體質量，但是很多設計單位忽視圖紙的設計，設計態(tài)度不端正，設計的圖紙不嚴謹，在尺寸方面存在較大出入，對各層結構進行設計時使用不標準圖集，不清楚各層具體的墻、柱、梁的結構，因此影響房屋的整體設計工作。

2.案例分析

2.1工程概況分析。某房屋建筑工程為6層，總面積為6375平方米，長56.2米，寬16.2米，房屋的開間是4.8米，走廊寬度是2.4米，高度為3.6米，基礎持力層設置為粉砂層，凍土深度在1米，地下水的水位在4米左右，要求抗震要求在8度，通過對整體建筑要求的分析，在結構設計中要進行建筑結構優(yōu)化。

2.2前期工作的優(yōu)化工作。進行結構優(yōu)化時要先建立房屋建筑安全監(jiān)管體系，確保建筑工程質量，強化監(jiān)督力度，在此基礎上，靈活運用，對工程重點內容進行勘察，這樣就可以建立起監(jiān)管范圍廣、高水平的質量安全監(jiān)管體系。做好結構優(yōu)化的前期準備工作，確保進行結構優(yōu)化安全進行。

2.3構建房屋建筑優(yōu)化模型。第一點，合理選擇設計變量，可以將主要的影響參數(shù)作為變量，例如結構的造價、損失的期望等，對有關的參數(shù)進行約束，例如結構的可靠度等。在此基礎上，還可以將一些局部相關參數(shù)列入其中，可以使用預定參數(shù)表示，能夠減少計算量、編制程序的工作量、設計量等。對目標函數(shù)進行確定，優(yōu)化建筑結構中，選擇符合要求的截面幾何尺寸、失效概率函數(shù)、鋼筋截面積等，有效對工程造價進行優(yōu)化。

2.4對房屋實施分步優(yōu)化。在該工程結構設計中，為了優(yōu)化施工流程，提高施工質量，可以對基礎拉梁進行優(yōu)化設計，該房屋建筑的高度為18.2米，工程制定的抗震強度是8級，為了達到良好的抗震效果，可以將基礎設計成短柱形式，將兩端距離中心十分之一位置作為拉梁的高度，如果建筑的結構很低，設置鋼筋利用率為最小，同時為了保證拉梁抗震結構、正負彎矩相互均衡，必須將基礎拉梁設計最大。還可以優(yōu)化房屋的基礎載荷，該房屋建筑只有6層，抗震能力測驗基本沒有這個必要，因此只需要優(yōu)化風載荷即可化?？梢詢?yōu)化鋼筋混凝土結構的框架，一般使用推測法進行優(yōu)化。建筑截面使用有限單元格方式，需要分析所有結構的具體受力情況，再對結構的受力情況進行分解，對框架中的每一個構件都做好結構的優(yōu)化設計，再通過計算公式，計算并模擬出其最優(yōu)的結構設計。有必要優(yōu)化建筑結構的計算周期，選擇的墻體是輕質墻體，想要提高最終的建筑質量，設計中其年限和使用年限一定要相同，這樣既保證了質量，又節(jié)約了資源。優(yōu)化計算時可以將建筑結構計算周期乘以折減系數(shù)，折減系數(shù)在0.7～0.8范圍，進而計算折減情況。

2.5對房屋上部結構進行優(yōu)化設計。優(yōu)化過程必須設計好剪力墻，剪力墻一定要均勻，質量過關，這樣樓層的結構重心和平面剛度才能有效重合，同時可以減少上層結構所承受的風荷載，還能有效避免發(fā)生地震時對上層結構造成扭轉。對于這一建筑而言，為了提高其質量，可以設計剪力墻為大開間，在此基礎上增加剪力墻的肢長，這樣在一定程度上縮減了剪力墻的數(shù)量，還保證剛度符合國家標準規(guī)定，有效降低混凝土的用料，節(jié)約施工成本。在剪力墻施工中需要使用大量的鋼筋材料，對上部建筑設計為大開間之后，可以很好的減少使用鋼筋的量，優(yōu)化企業(yè)的經(jīng)濟利益。

3.總結

通過以上對房屋建筑設計中結構設計優(yōu)化的應用分析，發(fā)現(xiàn)在結構優(yōu)化之前，先選擇好設計變量，然后確定目標函數(shù)，確定約束條件，設定好優(yōu)化設計方案等，優(yōu)化中做好整體性的優(yōu)化，再進行細致分析，進行分步優(yōu)化，達到優(yōu)化的目的，尤其要重視對上部結構的優(yōu)化設計，其對整個建筑的安全性有很大影響，希望引起設計人員的重視。