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房屋建筑结构设计优化方法及应用探析田廷磊1杨林林2

发表时间：2021/4/14 来源：《城市建设》2021年2月作者：田廷磊1杨林林2

[导读] 近些年来，我国房屋建筑事业取得了不错的成就。房屋建筑结构设计是否合理直接关系到房屋建筑工程结构的安全性、适用性和经济性。现代房屋建筑结构设计可在原有设计理念的基础上进行设计优化，以综合提升房屋建筑结构设计的安全性、适用性和经济性。

1.山东省济南市中建八局第二建设有限公司设计研究院田廷磊1 250101
2.山东省聊城市东阿县建设工程服务中心杨林林2 252200

摘要：近些年来，我国房屋建筑事业取得了不错的成就。房屋建筑结构设计是否合理直接关系到房屋建筑工程结构的安全性、适用性和经济性。现代房屋建筑结构设计可在原有设计理念的基础上进行设计优化，以综合提升房屋建筑结构设计的安全性、适用性和经济性。本文综合考虑房屋建筑结构安全、适用及经济效益之间的关系，并以异型柱框架为例，简要探析房屋建筑结构设计优化方法及其应用，为房屋建筑工程结构设计提供参考。
关键词：房屋建筑结构；设计优化；应用
        引言
        在房屋建筑施工领域，针对建筑进行整体结构性优化是一个复杂且全面的工作，在对房屋结构的优化中需要不断改善结构的各项性能参数，以满足人们对房屋建筑的苛刻要求，同时在优化中需要企业不断创新技术，做好全面性技术研究，保持先进的创新理念，能够有效的提高建筑结构设计的整体性能要求。在优化前需要实地对建筑施工环境进行全面性勘察，了解水文地质情况，并根据地地理条件与用户需求对房屋建筑结构做优化调整，确保整个建筑结构优化过程符合科学性与标准性要求。
        1房屋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房屋建筑结构设计优化方法
        2.1科学构建房屋建筑设计的模型
        在具体的房屋结构设计优化中，需要精准科学化的对房主建筑结构进行模型建构。首先，就是需要科学选择变量。

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变量就是在房屋建筑设计中可以用来进一步优化的参数值，通常而言在设计优化前需要整体性分析建筑结构的各项性能，认真了解需要优化的内容点以及关键点，从而对整体的设计方案能有全面的掌握认识，同时也要考虑建筑建设中其他因素的影响。从具体的结构优化环节来看，特别是相关工程涉及到的细节参数，需要作为优化的理论依据，在选择最佳方案时在其中做合理的取舍，参考房屋工程建设的参数，明确数据目标，最大限度降低对建筑的直接性影响，同时降低设计优化所带来的偏差;然后是科学化选择优化函数，在以实用性跟稳定性的前提下，既要做好成本控制，同时对房屋整体结构、尺寸、用料等进行合理选择，保障稳定，再结合具体施工的条件，最终合理施工。
        2.2重视计算模型的优化
        建筑结构设计需要进行大量的计算，计算的基础就是结构计算模型。准确合理的结构计算模型是做好结构设计的关键，因此，建筑结构优化设计必须从结构计算模型入手。准确合理的结构计算模型不仅是在空间几何上和建筑一致，还包括荷载取值的准确性、计算假定的正确性、平面结构构件布置的合理性等。荷载取值的准确性关系到整个工程的成本，荷载的取值应尽量精确，做到不漏算、不重算、不多算、不错算。荷载取值应严格按照荷载规范取用，不要擅自放大。填充墙上门窗开洞面积较大时，应扣除洞口部分的重量。地面、楼面、屋面、填充墙、隔墙、构架、线条等恒荷载取值应按建筑做法和大样详细计算。应执行荷载规范要求的荷载折减系数，尤其是楼层活荷载折减系数和消防车活荷载折减系数。计算假定的正确与否关系结构计算的准确性和正确性。计算假定应从结构概念出发，根据建筑的结构特性合理设置软件的计算参数。合理的结构平面布置不可能一蹴而就，需要根据可能的多种结构方案进行优化、试算、对比，最后确定出最优方案。
        2.3针对房屋形体的优化研究
        房屋结构设计优化既要保障建筑体的结构稳定与安全稳定，同时对建筑体的整体室内布局、外观布局也有着严格的要求。建筑结构的设计优化讲究科学性要求，在不断提高建筑的整体稳定性的同时，对建筑的布局、外观优化也同样提出了更好的要求，符合当下对建筑的审美要求，并在结构优化设计中做创新设计，在原有优化措施的基础上，科学调整建筑内部的形状和结构，提升设计的完整性，并不断提高客户的住房需求体验。所以在具体的设计优化中，设计师需要根据建筑体的选址、设计方案、结构布局、水文气象等综合性因素进行分析，同时还要结合设计的要求与相关标准，初步确定相关优化设计方案，并在后续的数据模型优化中不断对相关内容进行优化与改进。应用外形优化设计的方法，借助建设计筑标准和外形结构的特征，进行高度整合重新优化设计。在设计中也要注重对连续性结构以及秆系结构的设计与优化，保障其发挥相应的功能作用，同时也符合功能美观性需求，确保建筑的整体外貌完整一体化，满足设计的审美要求。
        结语
        综上所述，房屋建筑结构设计优化将会是我国今后房屋建筑工程结构设计领域的重点发展方向，其可在很大程度上提升房屋建筑工程的应用价值。在房屋建筑工程结构设计优化的应用实践中，设计单位应根据不同房屋建筑工程的实际情况，即其建设目标、结构特点、施工条件、经济条件等方面，强化结构设计优化思想，引入概念设计理念，借助现代化计算机技术，创新结构设计优化方法及相关技术，促进房屋建筑结构设计优化工作的有效实现，推动结构设计优化工作工程应用，以提升房屋建筑工程结构的安全性、适用性及经济性。
参考文献
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[2]马文瑞,刘海涛.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计,2020,(18):781.
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