深圳市建筑设计研究总院有限公司 518000
摘要：我国城镇化进程的加快，促进了建筑工程项目的增多。在房屋建筑设计工作开展的过程当中，加强其结构设计能够有效提高房屋建筑的质量，且能够有效提升房屋结构的安全性和稳定性。人们对住房环境和居住质量的要求越来越高，也给了房屋建筑设计者极大的挑战，居住的房屋不仅要有很高的安全系数及使用功能，还需要考虑其经济实用和美观的效果，所以，如何在房屋建筑结构设计中应用更多的优化技术，在降低建筑成本的基础上满足人们对居住房屋的要求是很重要的。为了满足不同用户对房屋建筑的需求，人们加强了对结构设计优化技术应用的重视。现代房屋结构设计期间，利用资源优化设计方案，完成对各项资源的合理分配，在满足房屋结构自身安全性、耐久性的基础上，提高了房屋建筑的美观性和经济性。本报告就房屋建筑结构设计中优化技术应用展开探讨。
关键词：结构设计；优化；房屋建筑；应用
前言：在房屋结构设计过程中，建筑结构设计是重中之重，在提高房屋结构安全性能、利用空间资源等方面发挥着不可比拟的作用和优势，这已经得到了建筑企业的高度重视与关注。建筑企业想要在市场发展中更进一步，就必须保障所建房屋的质量，建造出更加美观、更加坚固、更加安全、更加实用的房屋，就必须在建筑结构设计时优化技术应用，本文就房屋建筑结构设计中优化技术的应用做简单介绍。
本文以恒德花苑为例展开论述，该项目位于惠州市，设防地震烈度Ⅵ度（0.05g），场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为0.45s。购物中心共6层（局部有夹层，7层），平面尺寸约226.2m×77.15m，长宽比2.9，屋面高度为32.950m，作为公寓A栋和B栋的共有裙房，建筑抗震设防类别按重点设防类设计考虑；住宅屋面高度96.000m，平面尺寸29.600m×30.100m，长宽比1.0，核心筒尺寸7.400m×13.350m，住宅部分按标准设防类设计；地面以下3层，地下一层为商业功能，并设置连接通道，与周边地铁服务厅连接；地下2～3层为停车功能及设备功能房。
一.房屋建筑结构设计的重要性描述
1、做好建筑构件分类工作。往往不同构件在房屋建筑施工中的用途也不尽相同，因此需根据房屋建筑施工规模来合理选择构件材料；
2、严格遵循优劣互补原则。房屋建筑结构设计前设计人员需对建筑整体情况有一个细致考察，通过反复测量充分掌握建筑结构软硬程度，一旦建筑结构较软则非常容易出现变形隐患，并且在外力影响下还会受到严重破坏；
3、层层设计原则。在进行房屋结构设计特别是房屋建筑结构的安全性设计工作时，需能严格按照此原则实施操作确保房屋建筑工程安全性得到大幅度提升。新时代到来背景下，社会大众对于房屋建筑质量重视程度是越来越高，层出不穷的新技术新工艺也被广泛应用到建筑行业中，尤其是计算机技术的深入发展，更为建筑结构设计起到了十分积极作用。在房屋建筑结构设计过程中可为其提供强有力技术保障，有利于做好资源配置优化工作，拓展房屋建筑空间利用率，并且还要加强对结构设计和建筑构件使用二者关系的重视程度，往往这不仅能反映出设计人员整体设计水平，还能为后期施工成效奠定基础。从房屋建筑结构设计人员角度来看，主要负责工作包括设计经验总结、基础设计工作等，并且在计算机技术广泛应用后还要具备计算机熟练操作能力，将计算机技术与建筑行业密切联系起来，促使房屋建筑结构设计水平进一步提高。
二.建筑结构概念的优化设计
建筑结构概念优化设计主要包括建筑体系和场地的选择、建筑的外形和布局的合理化。在建筑方案确定前要先进行建筑结构概念优化设计。选择合适的建筑结构体系是结构概念优化设计中最重要的一步，合理的选择可以节省建筑企业的建造成本。
房屋建筑结构设计的优化内容由主体结构优化和子结构优化构成。首先，要先分析柱结构，它就好比人的神经中枢一样，一旦中枢结构的设计出现问题，整个建筑都会存在隐患，所以要及时对柱结构进行优化设计和改进。其次，需要分析子结构（由屋盖结构及下部的基础结构构成）的优化设计，它就好比人体神经中枢的神经末梢，会影响整个建筑的平稳性。因此，设计着在对建筑房屋结构进行设计时也要对子结构进行科学、合理地调整和优化，使之更好地与主结构匹配。
三.房屋建筑结构优化设计需要遵循的准则
遵循工程设计与价值来优化设计建筑结构，对建筑材料的性能应该合理的利用起来，建筑构件与部分地设计之间要加强协调，确保统一性。要求房屋建筑结构优化设计既要符合安全准则，更要符合传统设计方案，有一定的审美性，从而使建筑结构设计质量得以提高，将其建筑功能最大程度的发挥出来，达到最低的工程造价。其次，工程实际情况是结构设计工作开展的基础和保障。房屋建筑结构设计优化技术针对的主要内容为：屋盖结构、建筑基础结构、维护结构等，施工时必须要遵循工程实际情况，将工程进度与发展作为其重点，对工程造价合理控制，只有这样才能保证结构设计优化满足人们需求，并与设计理念相符，使建筑结构美观、实用，还能在一定程度上改善人居环境。
环保性。环保节能成为一种主流趋势在社会上被广泛推宠，也一直被国家所倡导，环保节能理念也被广泛的应用到各行各业中，所以在建筑房屋结构设计中，尽量使用节能环保型材料，不仅能提高建筑档次，还能引来广大消费者的青睐，另外，在设计时考虑到废气、废水、废渣等的可循环利用或可回收利用也是节能环保的一种体现。
四.房屋建筑结构优化设计中的应用研究
1、结构整体计算
①、弹性阶段计算分析
小震计算分析采用主要计算软件SATWE，辅助计算软件MIDASBUILDING，采用刚性楼板假定对多塔结构、单独A栋带裙房、单独B栋带裙房的结构方案主要指标进行评价，采用弹性板假定对结构构件作内力分析；（除注明外，下列数据均为多塔计算模型提供）主要结果如表1、图1所示。
.png)
图1：本项目结构建模简图
根据两个不同模型计算分析结果及《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关要求，分析如下：
总质量基本接近，前三个周期基本接近，误差均不超过5%；风及地震作用下，X、Y向最大层间位移角都能满足规范要求。在规定水平地震力作用工况，同时考虑偶然偏心影响，结构最大扭转位移比处于1.2～1.40之间，是扭转不规则结构。各个楼层抗侧力结构的层间受剪承载力均大于其相邻上一层结构受剪承载力的75%，可判断是无薄弱层。下图1为本项目结构建模简图，下表1为本项目所用计算软件SATWE和辅助计算软件MIDASBUILDING的计算参数结果：
表1：本项目参数计算结果
.png)
②、弹性时程分析
本篇采用SATWE对购物中心裙房进行弹性动力时程分析，选用地震波为小震的5组实际地震记录和2组场地合成人工波，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第4.3.5的规定，分析时按Ⅵ度地震（0.05g），Ⅱ类土，加速度峰值为18.00cm/s2，持续时间按建筑结构基本自振周期5倍和15s取大值，即15s选用。经过分析得出如下结论：时程分析结果可以满足时程曲线主方向作用下的底部剪力平均值不小于振型分解反应谱法结果的80%～120%之间，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65%～135%之间的条件。在多遇地震作用下，时程剪力平均值小于反应谱剪力的楼层，故按振型分解法的小震弹性作用分析是较为安全的。
2、房屋耐久性优化设计
耐久性的优化设计。在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是保证房屋建成之后，在合理使用期限内，要能满足用户正常使用要求。但是很多的设计未能达到，造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降。
对一般高层混凝土结构设计来说，低造价和省材料设计都应为满意的结构设计，但随着人们生活水平的提高和在实际工程中，有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时，设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以混凝土结构优化为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，达到满意效果。
3、建筑结构的抗震性能优化
选择合理的抗震结构体系，建筑抗震结构体系应符合的原则：具有多道抗震防线，避免因部分结构或构件破坏导致整个结构体系丧失抗震能力或者对重力荷载的承载能力；具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；具备必要的承载能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力；具有合理的刚度和强度分布，避免在结构薄弱部位产生过大的应力集中或塑性变形集中。结构的延性是指结构吸收地震能量后的变形能力，延性好的结构能吸收较多的地震能量，能经受住较大的变形。延性结构的设计原则是：强柱弱梁或强墙弱梁；强剪弱弯；强节点、强锚固；强压弱拉。
4、在房屋建筑结构设计中对设计模型的优化
在信息技术飞速发展的今天，在房屋建筑结构设计中，设计人员要重视对设计模型的应用。在设计模型中，对变量的选择很重要，合理的选择变量能够降低建筑结构设计的难度，提升设计优化效果。除了合理的选择变量以外，选择合适的函数对降低建筑成本也有着必不可少的作用。除此之外，通过对建筑设计模型的直观观察，可以对建筑结构的尺寸等有更详细的了解，因此对建筑结构设计中的制定标准可以更加严格，保障建筑的安全性。现今建筑设计中，应用设计模型进行设计应用广泛。
5、预制混凝土墙和预制混凝土板的结构优化应用
装配式建筑是传统建筑业与先进制造业良性互动、建筑工业化和建筑信息化深度融合的产物。装配式住宅一体化设计，各专业间互为条件，互相制约，大量施工及安装工作需在前期设计时精准确定，必须通过最大限度配合实现最优方案。为尽量降低现场操作的复杂性，使装配后的墙板整体性能等同现浇剪力墙结构，对于预制墙体的选择采用如下原则：（1）竖向受力相对较小，承重构件竖向应上下对齐无转换；（2）方便现场装配连接，利于发挥预制结构精度高、质量好的地方；（3）本工程的边缘构件均采用现浇混凝土墙。同时剪力墙结构底部加强部位的剪力墙采用了现浇混凝土；考虑对弹性计算的内力进行调整适当放大现浇墙肢在水平地震作用下的剪力和弯矩。装配整体式剪力墙结构中预制板的厚度选取多种多样。其中图集的最小厚度规定如下：预制厚度≥60mm，现浇板厚度≥60mm，叠合板总厚度≥120mm。本工程初始采用厚度为60mm+60mm后调整为60mm+80mm的叠合板。两者对比中120mm厚的叠合板做法有叠合板现浇部分钢筋容易露筋，保护层厚度难以保证，设备管线不易预埋等缺点。同时采用140mm的叠合板有叠合板底筋可不伸入支座，现场吊装简便，施工操作性便捷，施工质量容易保证等优点。结构优化采用60mm+80mm的叠合板进行设计。
6、房屋建筑的安全性结构设计
建筑房屋的安全方面是衡量一个建筑物质量的重要指标之一，是最基础的要求，在日常生活中，通常会遇到很多不可抗的外力因素，特别是在地震等自然灾害多发区，所以在房屋建筑设计时，要充分考虑多方面的因，对房屋建筑的承载力进行重点研究和分析，采取合理的技术优化，如，在设计房屋建筑时，尽量使结构成对称性，可以在最大程度上使得建筑物受力均匀，减少危险截面，或采用多道设防，增加房屋延性，通过对重要构件进行多重保护，以增加房屋建筑的抗破坏力度，减小地震等自然灾害带来危害。
7、房屋建筑的结构优化技术可以降低建筑企业成本
建筑企业想要在激烈的竞争中脱颖而出，就必须重视建筑质量，控制好工程造价成本，了解客户住房要求，把客户住房要求在设计中突显出来，紧密融合，以此来实现自身的经济效益和社会效益。要想降低工程造价成本，房屋建筑结构的优化设计是非常必要的。在房屋建筑中应用合理的结构优化设计，能直接在工程施工时控制工程造价成本，增加建筑企业的经济利益。所以在对房屋建筑进行结构设计优化时，在保证其结构性和安全性的前提下，设计人员要最大限度的对设计方案进行更进一步的优化，根据结构设计优化的内容，重视细部节点优化设计，及时发现设计方案中存在的问题，从而进行补充与修正，确保房屋建筑结构设计的科学性和合理性。通过实际案例表明，设计人员对房屋建筑进行结构优化设计以后，能够在保证房屋建筑质量的前提下，大大降低建筑企业成本。
结语
房屋建筑结构的优化设计不但需要满足建筑结构的长远效益，还需要有效地控制建筑结构的投资成本、有效提升建筑结构的可靠性及合理性，所以在不影响经济效益的前提下,打造出符合人们需求的建筑工程，必须要注重建筑结构设计的技术优化。优化技术的应用可使房屋建筑结构设计更加科学和先进，提高结构设计合理性的同时节约建筑成本，并且使建筑在满足人们基本需求的同时具有更高的美观性和经济性。
参考文献
[1]陶小林，杨杨．浅谈房屋建筑结构设计中的应用优化技术[J]．科技创新与应用，2013（16）
[2]韩少春.关于房屋建筑结构设计中优化技术应用的探讨[J].智能城市，2018，401：31-32.