房屋建筑結構設計中應用優化技術分析

胡 敏 九江市建筑設計院

1 前言

隨著現代中國城市化進程的加快，建筑工程也在不斷增加，人們對房屋建筑的標準、結構要求也越來越高。為確保住宅施工建造的安全性，必須重視住宅建造以及優化住宅構造?；诖?，本文對房屋建筑結構設計中的優化技術展開分析。

2 結構優化設計的內容

結構設計的優化內容，包括基礎結構方案的優化設計、建筑內圍護結構的總體規劃設計、基礎結構細部的優化設計，以及屋蓋體系方案的優化設計。為提升建筑物整體性能，需要將安全與美觀有效結合，這樣不僅可以滿足人們的外觀需求，也可以滿足建筑物的使用功能。在對結構優化設計的過程中，也包含著選型、造價分析、布置等。

在實際優化的過程中，需依據實際情況充分考慮房屋建筑的綜合效益，進而對房屋建筑的結構加以優化設計。而且在實際設計的過程中，也要保證滿足設計意圖，不能改變建筑的使用功能，且確保建筑的構建布置更加合理，以滿足其安全性。此外，也因為轉換層比較薄弱，可能會產生應力集中的現象，因此需要在豎直方向避開轉換層[1]。

結構設計優化是決定建筑結構形式的主要因素，為了科學選擇結構設計類型，必須對設計階段優化完善，系統化分析現場計算結果，以此選擇最優方案。比如，在計算柱子大小與梁的高度時，要選擇既滿足受力分析又能夠節省空間的選型。

首先，選擇影響參數，將影響較大的作為主要影響參數，而影響不大的作為預定參數。在優化計算的過程中，必須先計算主要參數，然后設定參數用來調整。

其次，要設定函數，并使用函數求解，按照有關規范對約束的條件加以設定，使其能夠滿足相關規范要求，保證結構更加安全、可靠。

對于結構設計優化算法來說，會涉及許多限制條件和變量。所以，在實際運算時，必須選擇計算方法，把限制條件轉換為沒有約束的條件完成運算。因此，計算方法的編寫非常關鍵。在運算方法編寫好之后，只要通過應用計算程序，就能夠得到優化的成果。

3 結構優化設計的必要性

3.1 降低建筑工程總造價

在現代化的建筑房屋設計中，住宅樓以及商品樓的樓層數越來越多，建筑面積也會更大，而各個單位的建筑物所占有的土地面積也會更小，以此節省土地成本。但是，一旦建筑物的樓層數增多，樓和樓之間的間距也會增大。通過這樣的方法節約土地面積，占用的土地節約量與樓層數增加比例不同。

對于屋蓋來說，對成本的節約會比較明顯。如果層高增加導致基礎荷載增加，雖然降低了建筑工程的總成本及總造價，但也因為占地面積較大，其建設成本也不會像屋蓋一樣減少得更加直觀。因此，有必要對結構展開優化設計，進而降低建筑工程的總造價[2]。

3.2 提高建筑結構經濟性

如果房屋建筑的層數增高，每增加一層構件數量就會增加，從而使得建筑結構增大了自重，同時各種管道數量也會增加。但是如果減少樓層，也就能夠節約建筑材料，進而提高建筑的抗震特性。與此同時，假如建筑物的高度降低了，兩個建筑物間的平均日照間距就會有所減小，這也會在一定程度上節約用地面積。

在兩個建筑高度相當的情況下，不同的建筑結構也會影響外圍墻的邊長。但假如建筑外墻高度近似于方形或者圓形，邊長也會減少，所以能夠減少建筑結構的面積，從而達到建筑結構受力穩定性的合理要求，使建造房屋經濟適用。由此可以得知，通過對結構優化設計，可以在一定程度上實現建筑結構的經濟性。

3.3 提高管線工程的設計質量

在現代房屋建筑結構設計中，管線工程的建設非常關鍵，通過完善的管線設計，可以保證房屋建筑結構的安全性及穩定性。而在住宅建設結構設計中，通過運用優化技術，能夠在一定程度上改善管線工程項目的設計品質以及應用品質。在實際運用優化技術的設計流程中，主要是通過運用BIM技術，優化管線工程的設計質量，以有效提升設計的整體性以及精確度[3]。

3.4 提高空間設計質量

隨著我國經濟的不斷發展，商品房的銷售價值將會更高。施工單位、建筑設計機構及業主，對于住宅項目的空間效益也將會有著更多需求。所以，在房屋建設的過程中，將利用空間優化技術，實現整體空間質量的提升，滿足人們居住舒適度需求，并且提升建筑物價值。

空間優化技術主要運用GIS與BIM等技術，并以此技術手段優化設計建筑空間。通過對房屋建筑空間整體分布的優化設計，確?？臻g比例更加均勻，從而提高整體空間使用率。

4 房屋建筑結構設計中對優化技術的應用

4.1 優化設計方案

隨著近年來我國城市化進程的不斷加快，建筑業得到了較好的發展，使得建筑行業不斷擴大自己的規模。而在房屋建筑施工過程中，其所涉及的內容較多，而且施工步驟也更加復雜，導致建筑工程的周期較長，資金較大。因此，部分企業為了提高經濟效益，試圖縮短工期，進而提高施工效率，導致房屋建筑結構在實際設計的過程中，沒有結合實際狀況加以分析，使得實際的設計方案出現了問題，嚴重影響施工品質。不僅沒有推進施工速度，且還延遲了施工，從而損失了巨大的資源。

而要想有效減少工程設計中出現的問題，要求工程設計人員在房屋建筑構件設計過程中，結合實際情況制定優化設計方案，為建筑結構設計預留出充足的時間。通過對設計方案的優化，為后期的施工提供支持，防止在實際施工的過程中，由于存在設計方面的問題而影響施工進度。

不僅如此，通過優化設計方案，還可以降低工程造價，從而合理提升施工水平和施工效益的，降低資源浪費情況，推動建筑行業的平穩發展[4]。

4.2 充分利用計算機技術

隨著當今科技的日益提升，計算機得到了普遍運用，也顯著提升了工作效率，降低人工勞動力，簡化了繁瑣的作業過程，從而推動國民經濟的發展。所以，在實際房屋建筑結構建設的過程中，相關工程設計技術人員須與時俱進，在建筑工程結構設計中，全面運用計算機技術。利用計算機的精確性，協助工程技術人員統計數據，對房屋建筑構造的設計提出更為科學且合理的方案。

通過對計算機的運用，還能夠對有關數據加以匯總，構建建筑設計模式，使建筑物的設計更為立體，利于相關設計人員更為直接地觀測住宅施工架構設計狀況，分析住宅建筑施工架構設計的合理性，也便利于設計人員調整其存在的工程質量問題，降低建筑施工埋線的安全隱患，從源頭上降低建筑施工產品質量的影響。

4.3 提高設計人員綜合素質

在房屋建筑結構的設計中，設計人員屬于執行人員，能夠在一定程度上對建筑質量產生影響?，F階段，在對房屋建筑結構設計優化的過程中，設計人員需應用計算機技術展開工作，進而使得實際的設計結構更加安全、合理。但是，若設計人員過度注重對計算機技術的應用，也會為結構的設計優化帶來影響。

雖然計算機技術可以更加精準地輸入指令，但是卻缺乏對數值全面處理以及數據分析的能力。若出現特殊情形，也將會產生更大的偏差，從而使得房屋建筑結構設計不具有合理性。所以，在對住宅建筑架構設計優化的過程中，必須提升設計人員的綜合素質，保證設計人員能夠切實了解優化技術的意義，并根據以往工作經驗和相關法規標準，深入研究且不斷的優化技術，從而科學、合理的運用于住宅建筑架構設計之中[5]。

在實際對房屋建筑設計的過程中，建筑設計人員必須綜合考察情況，對建筑物的總體構造加以分析，同時仔細審查建筑設計參數，并及時發現和處理工程設計中的問題，以確保建筑構造能夠滿足工程質量需求，從而達到對施工企業效益的合理提升目的[6]。

5 房屋建筑結構設計中應用優化技術的注意事項

5.1 加強剪力墻的設計

剪力墻墻肢測試中表明，一旦軸壓比達到了所規定的限值，很難形成可伸縮性剪力墻，影響壓彎構件延性的主要原因就是軸壓比與配箍特征值。對聯肢墻來說，主要是利用對連接梁完成各墻肢的有效連接，因此如果增大連接柱的強度，則會增加對構件的抗震影響，連續柱和墻肢之間分配的內力就會增加，需加大結構的配筋量，所以也會造成結構材料的浪費。

不僅如此，通過對剪力墻結構的優化，可以發揮出擴展空間的作用[7]。比如，在某一房屋建筑工程中，因為戶型的空間較小，優化了剪力墻結構設計，取消了框架墻，從而使戶型具有較大的跨度空間，如圖1、圖2所示。

圖1 原剪力墻結構設計

圖2 剪力墻結構優化設計

5.2 注重細部的優化

在對整個設計體系優化的過程中，必須著重對建筑結構局部的構造特點做出較為細致的設計。比如，在現澆樓板的設計中，把異型樓板劃分為矩形樓板，這樣不但能合理的受力，還能夠防止出現拐角開裂的情況。由于當今時代計算機技術和結構優化設計理論的進一步發展，可借助并利用計算機對結構優化設計建模（如圖3所示），同時選取架構設計的目標，最后完成對架構設計的優化。因此，在實際優化的過程中，結構優化設計將從工程問題逐漸轉變成數學問題。

圖3 計算機對結構優化設計建模

6 結束語

總而言之，在房屋建筑結構設計中，應用優化技術，也是建筑工程施工發展的技術應用趨勢。通過對優化技術的應用，可以降低建筑工程的總造價，提高建筑結構的經濟性。

因此，相關工作人員需要注重對優化技術的應用，優化完善設計方案，并且對計算機技術加以運用，以此提高設計人員的綜合設計水平。在實際應用的過程中，還要加強剪力墻的設計，并注重細節的優化，保證房屋建筑結構的設計質量，有效提高建筑結構后期應用性能。