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房屋建筑结构设计优化方法及应用探析杨太成

发表时间：2021/1/29 来源：《建筑科技》2020年8月上作者：杨太成

[导读] 建筑结构设计主要指在满足建筑各项功能要求的基础上，实现建筑各项数据优化，即在所有可选择的建筑结构设计方案中，选择一个相对更为优质的结构设计方案。建筑结构优化可以提升建筑质量，满足用户对建筑质量要求，同时通过结构优化设计，还可以在一定程度上节省建筑工程造价，促进工程整体效益提升。因此近些年建筑企业对建筑结构优化的重视程度越来越高。

四川银科建设工程有限公司杨太成 637000

摘要：建筑结构设计主要指在满足建筑各项功能要求的基础上，实现建筑各项数据优化，即在所有可选择的建筑结构设计方案中，选择一个相对更为优质的结构设计方案。建筑结构优化可以提升建筑质量，满足用户对建筑质量要求，同时通过结构优化设计，还可以在一定程度上节省建筑工程造价，促进工程整体效益提升。因此近些年建筑企业对建筑结构优化的重视程度越来越高。
关键词：房屋建筑；结构设计；优化方法；应用探析
        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。
        2.当前房屋建筑结构设计的现状
        2.1建筑结构设计图纸不够详细
        建筑工程施工中一个最为基础的要素就是图纸，这也是必不可少的一大关键要素，整个施工过程相关工作的开展都需要以图纸作为基本参照，只有设计出一个科学完善的建筑结构图纸，才能为施工提供方便，避免在后期出现不必要的变更。然而，当前部分施工企业所提供的建筑结构设计图纸并不完善图纸中的细节内容不够详细，经常出现结构类型不明确、缺乏抗震等级要求、没有规定墙体材料类型等问题，另外，还有些图纸本身设计不够专业，没有严格按照相关标准进行图纸的绘制，图纸中的内容标识也不是很清晰，这种不规范的设计图纸对施工造成的不良影响非常大，严重时甚至会致使现场施工陷入混乱无序的状态，最终引发施工安全事故。
        2.2基础选型缺乏科学性
        对于房屋建筑来说，使用功能的重要性毋庸置疑，但安全性也是非常重要的，建筑物的安全水平主要是由建筑结构设计的合理性决定的。建筑结构的选型是否科学、使用的材料是否满足标准要求、承载性能是否达标、抗震等级是否合理等，都会直接影响到建筑工程的整体安全水平。从当前的现状来看，我国建筑行业经常出现建筑结构选型不合理的问题，如建筑承载性能偏低、施工基础差等，这就极易导致建筑物在后期出现不均匀沉降的问题，最终引发各种安全隐患。

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        3.房屋建筑结构设计优化方法
        3.1前期工作
        结合设计工作实践可知，对房屋建筑结构进行设计优化，需有效做好以下几项前期工作：1、设计人员需对具体的工程建设目标、工程实际情况等方面进行综合分析，从而进行初步方案设计及后期方案调整；2、设计人员还需明确建筑工程设计的关键内容，然后分析建筑材料、结构模型和结构荷载值的基本参数等，在此过程中，设计人员可以结合计算机信息技术进行参数获取和分析，以确保结果的直观性和准确性；3、设计人员自身需具备较为充足的设计经验，并掌握当前较为先进的计算机知识及相关软件程序编写方法，从宏观的角度对房屋建筑结构进行规划和分析，从而可在正式开始结构设计优化之前，预防一些常见的设计质量问题和通病的出现。关于结构设计优化前期工作的几项内容，关键在于设计人员对工程项目特点的关注程度、投入程度及自身设计实践储备，以动态的思维参与结构设计优化工作，及时、主动介入，厘清思路，切实做好结构设计优化前期工作，为后续进一步的结构设计优化做好铺垫性工作。
        3.2结构设计优化中的一些关键问题
        对于房屋建筑结构设计优化工作，因房屋建筑结构的复杂性，其势必会涉及到很多结构设计问题。根据结构设计实践，设计单位应将工作重点放在对关键问题的设计优化方面，即通过对关键的设计问题进行分析和解决，并在房屋建筑结构方案设计中加以清晰地体现。现阶段，房屋建筑结构设计中常见的关键问题主要有建筑体型、结构体系及刚度之间的平衡关系及抗震性能等方面，这些都需要设计单位对其进行有效处理，以保证房屋建筑结构的整体协调性。为了提升房屋结构稳定性，设计单位需对房屋建筑的抗震性能这一关键问题进行结构设计优化。以异型柱框架为例，设计单位在进行结构设计优化时，可做到以下几点[3]：1、对整个异型柱的横向柱肢、竖向柱肢的两端，需要设置一定数量的钢筋；2、采用对称配筋，如果一排不能实现，可通过仿真软件进行优化设计；3、对于L型异型柱，柱底部钢筋应双向共用。4、进行有效的抗震设计，这也是结构设计优化的重点。对于建筑体型、结构体系与刚度三者之间的平衡关系这一关键问题，需认真分析不同房屋建筑结构特点，强化概念设计，借助现代计算机软件或编制相关程序进行系统、合理地分析。设计人员应结合设计实践，有效汇总、梳理分析结果，科学地进行选择和调整，从安全、适用、经济的角度解决这一关键问题。
        3.3结合相关参数进行结构设计优化
        房屋建筑结构设计优化工作具体过程可通过建立结构设计优化模型、计算方案选择、程序创新及结果分析几个方面进行具体实施。具体而言，在结构设计优化时，可建立相关函数模型，以提高结构设计优化的有效性。对于钢结构的优化设计，可通过函数模型中分析其截面尺寸等参数，从而实现对钢结构施工成本的控制。此外，对于结构的稳定性和耐久性，设计人员可从房屋的尺寸、结构的牢固性等多方面加以考虑，从而实现设计优化。与此同时，设计单位应加强现代计算机技术在房屋建筑结构设计优化工作中的有效应用。计算机技术在结构优化设计工作中，具有较多的优势，但同时也存在一定的缺陷，如存在无法对多方面的主客观因素进行充分考虑，人性化水平需进一步提高等问题。
        4.结语
        综上所述，房屋建筑结构设计中优化技术种类较多，在具体优化方面相关设计人员需要结合工程具体情况，进行房屋建筑实地勘查，制定初步建筑结构设计方案，并在优化上充分利用多种技术，尽可能地保障工程质量的同时，达到结构优化目的。房屋建筑设计人员可以根据房屋建筑结构不同，适当制定相应建筑结构优化设计方案，全面提升优化质量，促进建筑工程综合效益提升。
参考文献
[1]高瑞军.简析结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中国住宅设施,2019(10):44-45+24.
[2]郁春春.试论建筑结构设计优化方法在房屋中的运用[J].居业,2019(10):46+48.
[3]赵红艳.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].现代物业(中旬刊),2019(10):72.
[4]陈咚咚.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].居舍,2019(28):37.