房屋建筑结构设计中应用优化技术探析

摘要：在现代化的房屋设计当中，不仅需要注重结构性，同时还需要注重美观性和功能性，所以，需要针对房屋结构设计之中的建筑结构设计优化方案进行细致的分析。本文就房屋建筑结构设计的相关问题进行了具体分析。

关键词：房屋建筑；建筑结构；结构设计；优化技术

中图分类号：TU318文献标识码： A

结构优化的目的是满足房屋建筑的基本功能需求和舒适度要求，满足建筑质量安全和美观度要求，对房屋建筑结构造价进行控制。建筑房屋结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5%―33%的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的方法出发，结合现场实际情况，一切从实际出发，提高工程的经济效益。

一、对建筑结构进行优化的重要性

在房屋结构的设计中，采用合理的建筑结构优化方案，不仅能够实现建筑物的实际使用价值，还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。此外，好的结构方案还可以最大程度上减少建设单位的资本投入，为企业带来更多的经济效益，还可以保护建筑施工现场的生态环境，实现经济利益与环保相结合的良好经营模式。因此，合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建筑物的综合效益。建设单位开发建筑物的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、建筑材料使用的基础上，实现建筑物的高质量和长期使用。况且建筑物只有在保证良好质量的基础上实现其美观、耐用、新颖等特点，才能够满足不同人群的需要，为企业带来更多的经济利益。与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计优化模式可以降低建筑成本。其采用的设计优化措施可以有效地实现建筑施工中各个资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且协调好房间的布局，使得这些布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑物安全性能的前提下能够充分的体现出其创新性。此外，这种技术还能够帮助设计人员选择最为合理的设计方式。

二、结构设计优化方法的意义

1.优化设计、保证结构功能性

结构优化设计能够根据工程的需求对结构造型、受力性能、结构材料等进行优化配置。比如选择圆形、方形的结构进行方面平面设计能够增加结构的受力性能。因此，工程结构的优化技术，是工程实现既经济又安全，既美观又实用的途径。

2.节约造价

建筑工程造价控制是保证企业经济利润的关键因素。结构优化设计能够降低15%到30%的工程造价，具有实际的经济性。房屋建筑大多是多层建筑，甚至很多都是高层建筑，层数的增加会因为建筑面积的增加而增加投资。层数增加对结构承载力的要求也随之增加，为了保证结构的安全性，承重墙、梁、柱的承载等级和抗震性能都要随之增加，因而提高了房屋的造价。合理的结构设计能够根据建筑结构的空间和层面，增强结构的各种性能，结构设计受力性增加、抗震性增加不断可以减少结构所需物料，还能减少基础和装修物料，达到统一协调的目的，实现了结构的经济安全。

三、房屋建筑结构设计中的应用优化技术

1.地基条件对基础受力状况的影响

地基基础的受力情况，与地基土的压缩性和分布具有一定的关系。当地基土压缩性较小时，其基础结构的整体和局部弯曲都会较小，上部结构的稳定性也较好。但在实际施工中，地基土通常都会具有一定的可压缩性，而且在分布上也较不均匀，这样基础弯矩则会具有较大的差异性。这样不可避免的会在基础和地基界面处产生一定的摩擦力，但这种摩擦力基本上都不会超出土的抗剪强度。孔隙水压力的变化情况会对摩擦力的大小和分布带来一定的影响，同时界面的状况还会受到外荷载分布及性质、基础的柔度及土的蠕变等的影响，所以对于界面摩擦所产生的影响还要进行充分的考虑和慎重估计。

2.上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法

上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。

3.立面设计的优化

在轻钢结构的设计中，除了要对力学性能进行优化设计以外，还需要对其立面设计进行优化。尤其是要对轻钢结构的规模、线条、色彩等方面进行优化设计。由于厂房一般多用于生产，因此在设计其立面的规模和线条时，可以考虑设计简单统一的立面。在色彩选择上，也可以尽量考虑彩色的钢板，避免整个厂区都处于一种单调沉重的混凝土结构中。尤其是在厂房的出入口、外天沟已经收边泛水等部位进行合理优化设计，在保证其基本功能的基础上，实现良好的立面效果。使厂房给人一种亲切的感觉，从而调节员工的心情，提高工作积极性。另外，线条是表现轻钢结构建筑风格最独特的特征，均匀的线条或横或竖，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，体现了强烈的现代工业气息。很多厂房在设计上往往考虑到采光问题而在墙面上挖较多的孔洞，破坏了立面效果，笔者建议可以大量使用屋面采光板，以此来解决采光和立面效果的矛盾，同时还能解决厂房的通风问题。

4.优化上部结构

要想模型建立与优化房屋建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。此外，因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材，通过大开间的剪力墙构造应用，是可以有效缩减钢筋的使用数量。

5.协调优化结构与建筑

对房屋结构进行设计的时候，应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证，使得结构合理、造型美观的效果可以有效的实现出来。对建筑墙与柱进行布设的时候，应该和房建平面的功能需求一样，每个房建的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统，不可以使柱与墙之间出现错位的情况，而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。

6.排水结构协调优化

进行工程建设的过程中，关于建筑的给排水专用房，在其中会有大量的机械设备工作，这样设备工作运行的负荷会比较大，因此要将水泵在地下室中进行安置。目前的排水房间管道数量较多、粗细不同、大小不一，为了保证安装的质量，要在楼板上进行穿孔位的加固，保证其按照标准的孔洞规格进行预留，尽量不要设置会影响水平方向管线贯穿柱和建筑梁结构的孔洞。如果出现管道贯穿房屋承重墙的现象，要采取一定的措施对墙体进行维护和加固，避免管道绕柱或梁状况的出现，保证结构之间的相互协调和作用的充分发挥。

7.结构同电气的协调优化

在建筑结构优化的过程中，进行电气管线的安装采用导线的形式安装在楼板处、金属管外部、墙体等地方，施工的难度就会加大。因此在建筑梁中为了保证管线贯穿，在保证墙体厚度的同时，要在建筑梁上打孔，保证不能让管线暴露在墙体外，墙体一侧平面和建筑梁齐平。