浅谈现代建筑房屋结构优化设计应用

摘要：一栋房屋结构设计要适用、安全、经济、美观等等结合在一起才算是完美的，这就需要用到建筑结构设计优化方法，来提高有限空间实现完美目标。本文笔者对结构设计优化在现代房屋结构设计的应用进行了探讨。以期利用有限的资源实现经济化和实用性的目标。

关键词：房屋结构设计，优化技术

Abstract: a house to apply the structure design, safety, economy, beautiful and so on together is just perfect, it needs to use the building structure design optimization methods, to improve the limited space realize perfect target. In this paper the author to the structure design optimization in the modern building structure design of the application are discussed. In order to use of limited resources to achieve the goal of economic and practical.

Keywords: housing structure design, optimization technique

中图分类号： TU318 文献标识码：A文章编号：

引言

随着我国城市建设用地日趋紧张，城市居民住宅向中高层方向发展，与之相适应的结构形式也取得了许多新的成果。在高层住宅的开发建设中，结构设计是相当重要的一个环节，它与规划、建筑、设备和施工等专业紧密相联。同时时代的发展，建筑风格的变化多样，又给高层住宅结构设计提出了新的课题和新的挑战，高层建筑结构设计也越来越成为结构设计工作的重点和难点，如何对高层建筑设计中存在的一些问题进行优化应该是每个结构设计人员时刻应该思考的问题。

一、建筑结构优化方法以及实践意义

建筑结构优化方法主要体现在房屋工程分部结构设计优化和房屋工程结构总体的设计优化两方面。房屋工程分部结构设计优化主要分为以下几方面：基础结构设计优化、房屋顶部系统发案的设计优化、房屋周边围护结构发案的设计优化以及结构细节部分优化等方面。这几个方面进行设计优化时，还要对房屋建筑物的受力分析、布局、内部结构、造价、成本等内容进行具体的分析，并且要在在设计规范内，实用性好的条件下，还要结合实际工程的情况，对其综合的经济效益和工程成本进行结构设计。

建筑结构优化的实践意义：与传统的结构设计相比，进行建筑结构设计后的发案可以将建筑工程的成本造价降低5%～30%。这种先进技术的实现，最大程度上的利用了材料和设备的性能，将房屋结构的内部各个单元都能够互相协调。互相配合，具有高度的建筑规范的安全度，这样的、在满足房屋建筑结构长远效益的前提下，为其设计整体性发案提供合理的前期决策，因此，房屋结构设计的优化设计是实现民用建筑“经济、适用”等目标的有效途径。

二、结构设计优化技术

1、结构设计优化技术的原则

结构设计优化要求我们从工程的设计和价值角度去思考方案。结构设计优化是追求最合理地利用材料的性能，使各构件或各设计专业得到最好的协调。它不仅具备了传统设计方案所要求的规范以及规范所要求的安全度，而且也具备了现今价值学和审美学的成分。结构设计优化是对结构设计进行深化、调整、改善与提高，也就是对结构进行高质量再加工的过程。结构设计优化不是以牺牲结构安全度与抗震性能为代价，而是经过结构设计优化的过程，使建筑功能更协调，成本更低，结构更安全。

2、实施结构设计优化技术所遵循的要点

1）科学地遵循结构设计规范

建筑结构设计工作要求结构设计工程师们不仅要具备丰富的设计经验，也要对结构规范的条文熟知，即在结构设计规范的要求下，将自身的结构设计方案贯穿于项目设计中。规范更多的是针对量大面广的工程，因而某些条文的规定会偏于保守；此外，用于一些特殊、复杂工程的设计时，有些条文则不够安全。所以，结构工程师在设计中应运用良好的专业知识与正确的判断力把握设计，做到设计成果不断优化与创新。

2）结构工程师前期参与和主动参与的重要性

强调结构工程前期参与和主动参与是实施结构优化技术的重中之重。在实际施工期间，建筑师很难对结构体系的受力做到正确的分析，既建筑师的结构思想不能完全替代结构工程师的设计理念、经验和判断，也无法弥补结构与建筑专业技术共识的空白与隔阂。既具有扎实的结构设计理论功底，又具有丰富工程实践经验的结构工程师，积极主动地参与前期方案设计，帮助建筑师构思与创新，才能创作出优秀的设计作品，更好使整个建筑的功能得到彻底的体现。

3）加强各专业之间的协调与合作

结构优化是一个系统的工作，需其它专业的协调与配合。从建筑学发展角度分析，现代建筑是建筑、结构、设备三大要素构成的综合产品，所以在实施中要强化分工与合作，强化专业之间的协调与合作，这样才能创作出各构成要素有机结合的完美作品。在整个项目开展中，建筑设计与结构设计是整个设计过程中最重要的两个环节，二者的结合不仅能够达到实用美观大方的效果，而且可以使结构受力更趋于合理进而降低成本和简化施工。在建筑设计中，许多建筑设计人员只强调方案创作的新奇，不遵循建筑的基本力学规律，这样的方案往往会造成结构设计困难。还有一些建筑师在设计过程中往往忽视力学的基本规律，如将抗震设防区的高层建筑电梯或楼梯偏置在建筑一侧，使得刚度中心与质量中心之间的偏心距过大，在水平荷载作用下产生大的扭转效应。从以上的例子可以分析出，加强专业的合作与协调是实现结构合理、成本降低的重要途径。

三、结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用

1、结构优化技术的基本应用

结构设计优化方法的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用的前提下，结合具体工程的实际要求，来实现规范要求和经济要求的最大化。

2、结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用

1）结构设计优化技术与建筑结构设计的结合

一般建筑物的设计方式总是从结构布置开始，确定了结构布置后根据不同的荷载情况来分析过程中的参数、材料等要求，然而这些数据的分析往往是计算机不能达到的，需要结构设计人员对整个方案进行充分的例证，才能做出判断。而这些判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是结构概念设计。因此，结构概念设计是开展施工的必要前提。

2）结构设计优化处理的建筑抗震缺陷问题

结构优化技术不仅能在降低成本、简化施工方面得到体现，而且在建筑物的抗震方面也是颇有作为的。结构设计能够使建筑物在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析建筑物可能遭受的各种不确定因素成为结构优化设计的重要内容。实际中，地震破坏最为难以预测，且破坏性最大。所以，建筑设计过程中应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施。例如：刚度均匀、对称是减小地震对建筑物产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生的脆性破坏；多道设防思想能使建筑物在特大地震作用下次要的构建先破坏，从而使整个建筑物得到局部的缓冲。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为结构优化设计的重要指导理念

四结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

1、直觉优化(概念设计优化)技术与建筑结构设计对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法：析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。3-2概念设计处理的实际建筑设计问题 概念设计 所要 处理的问题多种多样 。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑 结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提 高抗 震能力的措施，不利于抗 震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计 过程 中都应该作为概念设计的重要指导思想。

结语

总之,建筑结构优化设计方法的研究是一个非常复杂的综合决策问题。适用、安全、经济、美观和便于施工是进行建筑工程设计的一般原则,而这五个方面各有所重,又互为矛盾,一个优秀的设计往往是这五个方面的最佳结合，寻求最为平衡的点。我们需在实践过程中多实践、多探索,在安全第一的要求下，以更低的造价实现最佳的经济效益,实现经济、合理和美观的设计要求。