房屋建筑結構設計優化方法與應用

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摘要：房屋建筑結構設計是否合理直接關系到房屋建筑工程結構的安全性、適用性和經濟性。現代房屋建筑結構設計可在原有設計理念的基礎上進行設計優化，以綜合提升房屋建筑結構設計的安全性、適用性和經濟性。本文綜合考慮房屋建筑結構安全、適用及經濟效益之間的關系，并以異型柱框架為例，簡要探析房屋建筑結構設計優化方法及其應用，為房屋建筑工程結構設計提供參考。

關鍵詞：房屋建筑結構；設計優化；異型柱框架

房屋建筑是人們生產和生活的重要場所，其結構設計工作受到普遍關注。因而，若對房屋建筑結構進行設計優化并加以應用，可有效提升其設計質量，進一步滿足人們的生活和生產需求，這同時也是當前所有的房屋建筑結構設計單位需要重點考慮的問題。本文根據房屋建筑工程的特點，從其與經濟效益之間的關系出發，結合工程結構設計實踐，探討房屋建筑結構設計優化相關方法，同時基于某一實際工程案例，淺析房屋建筑結構設計優化的實際應用，以驗證結構設計優化的實踐效果，體現房屋建筑結構設計優化方法及其應用的實際價值。

1房屋建筑結構和經濟效益之間的關系

設計單位在進行房屋建筑結構設計優化時，首先需平衡房屋建筑結構安全與經濟效益之間的關系，這是其進行結構設計優化技術應用的基礎。對于房屋建筑，其建設成本與結構設計之間有著很大的關系，結構設計是否合理、優化，將直接決定實際造價。因此，在對房屋建筑結構進行設計優化之前，有必要從建筑層數和用地面積、建筑體型和經濟以及房屋建筑結構和設備三個方面之間的關系加以分析，從而為后續的房屋建筑結構設計優化工作做好前提工作。1.1建筑層數和用地面積之間的關系。在實際工程中，隨著建筑物層數的不斷增加，其高度也會相應增加，隨之帶來的是，相鄰建筑之間的距離也需增加，從而增加用地面積，即建筑物層數與用地面積之間具有一定的關系。因而，設計單位在實際工程結構設計過程中，需盡可能的減少用地面積，增加建筑工程的層數，以此來降低建設成本，這同時也是房屋建筑結構設計優化設計的重點。1.2建筑體型和經濟性之間的關系。如果兩個房屋建筑工程的建筑面積相同，而其中一個工程的平面形狀呈圓形或圓形相對較多，其前期墻體所消耗的面積就會相對較小，成本上也就相對較低。經過相關專家的研究發現，建筑構件平面形狀呈方形或者圓形可具有良好的力學性能，同時可在很大程度上減少相關輔助材料和設備的使用。因此，設計單位在對建筑結構進行設計優化的過程中，還需從建筑物的平面形狀等方面加以考慮和合理選擇，以降低建筑結構設計的成本，從而提高經濟效益。1.3房屋建筑結構和設備之間的關系。隨著現代房屋建筑工程高度的增加，其給排水管道和電氣設備的材料需求量也越來越大，房屋建筑工程的設計成本也會因此而提高。因此，設計單位在房屋建筑結構進行設計優化時，可對這一方面加以合理考慮及具體應用。設計單位在進行房屋建筑結構設計優化時，需綜合分析建筑結構和建筑設備之間的關系，根據不同房屋建筑結構的特點，根據工程實際情況，選擇設計優化方法。在保證建筑工程質量的前提下，選擇一些性價比高的建筑結構類型，合理配置相關建筑設備及材料，以此來降低建筑結構設計及施工成本，并最終提高資金利用率。

2房屋建筑結構設計優化方法

房屋建筑具有結構復雜等特點，因而，對其進行結構設計優化也將是一個復雜的過程。設計單位在對結構進行設計優化時，需在綜合考慮建筑結構的質量、使用及美觀等方面的基礎上，形成可靠、有效的設計優化方法。本文基于房屋建筑結構特點，結構工程設計實際，從結構設計優化前期工作、結構設計優化中一些關鍵問題及結合參數進行結構設計優化三個方面進行分析，以導出結構優化設計思路，在實際工程結構設計過程中，可結合具體房屋建筑結構特點，形成切實可行的結構設計優化方法，應用于結構設計工作實踐。2.1前期工作。結合設計工作實踐可知，對房屋建筑結構進行設計優化，需有效做好以下幾項前期工作：1、設計人員需對具體的工程建設目標、工程實際情況等方面進行綜合分析，從而進行初步方案設計及后期方案調整；2、設計人員還需明確建筑工程設計的關鍵內容，然后分析建筑材料、結構模型和結構荷載值的基本參數等，在此過程中，設計人員可以結合計算機信息技術進行參數獲取和分析，以確保結果的直觀性和準確性；3、設計人員自身需具備較為充足的設計經驗，并掌握當前較為先進的計算機知識及相關軟件程序編寫方法，從宏觀的角度對房屋建筑結構進行規劃和分析，從而可在正式開始結構設計優化之前，預防一些常見的設計質量問題和通病的出現[1]。關于結構設計優化前期工作的幾項內容，關鍵在于設計人員對工程項目特點的關注程度、投入程度及自身設計實踐儲備，以動態的思維參與結構設計優化工作，及時、主動介入，厘清思路，切實做好結構設計優化前期工作，為后續進一步的結構設計優化做好鋪墊性工作。2.2結構設計優化中的一些關鍵問題。對于房屋建筑結構設計優化工作，因房屋建筑結構的復雜性，其勢必會涉及到很多結構設計問題[2]。根據結構設計實踐，設計單位應將工作重點放在對關鍵問題的設計優化方面，即通過對關鍵的設計問題進行分析和解決，并在房屋建筑結構方案設計中加以清晰地體現?，F階段，房屋建筑結構設計中常見的關鍵問題主要有建筑體型、結構體系及剛度之間的平衡關系及抗震性能等方面，這些都需要設計單位對其進行有效處理，以保證房屋建筑結構的整體協調性。為了提升房屋結構穩定性，設計單位需對房屋建筑的抗震性能這一關鍵問題進行結構設計優化。以異型柱框架為例，設計單位在進行結構設計優化時，可做到以下幾點[3]：1、對整個異型柱的橫向柱肢、豎向柱肢的兩端，需要設置一定數量的鋼筋；2、采用對稱配筋，如果一排不能實現，可通過仿真軟件進行優化設計；3、對于L型異型柱，柱底部鋼筋應雙向共用。4、進行有效的抗震設計，這也是結構設計優化的重點。對于建筑體型、結構體系與剛度三者之間的平衡關系這一關鍵問題，需認真分析不同房屋建筑結構特點，強化概念設計，借助現代計算機軟件或編制相關程序進行系統、合理地分析。設計人員應結合設計實踐，有效匯總、梳理分析結果，科學地進行選擇和調整，從安全、適用、經濟的角度解決這一關鍵問題。2.3結合相關參數進行結構設計優化。房屋建筑結構設計優化工作具體過程可通過建立結構設計優化模型、計算方案選擇、程序創新及結果分析幾個方面進行具體實施[4]。具體而言，在結構設計優化時，可建立相關函數模型，以提高結構設計優化的有效性。對于鋼結構的優化設計，可通過函數模型中分析其截面尺寸等參數，從而實現對鋼結構施工成本的控制。此外，對于結構的穩定性和耐久性，設計人員可從房屋的尺寸、結構的牢固性等多方面加以考慮，從而實現設計優化。與此同時，設計單位應加強現代計算機技術在房屋建筑結構設計優化工作中的有效應用。計算機技術在結構優化設計工作中，具有較多的優勢，但同時也存在一定的缺陷，如存在無法對多方面的主客觀因素進行充分考慮，人性化水平需進一步提高等問題。

3工程案例應用

3.1案例介紹。某商業綜合體，地下3層，地上6層，結構形式為異型柱框架。在本商業綜合體結構設計優化過程中，設計人員對工程施工現場的實際條件和業主的具體要求進行綜合考慮，在此基礎上科學選擇結構設計優化方法，同時在結構設計優化的過程中應用了相關現代計算機技術，促進了設計優化措施的有效落實。3.2前期參與。在前期階段，設計單位首先對工程項目的施工條件以及施工要求進行了詳細分析，然后在結構形式上進行整體性選擇，以確保工程項目的經濟性；其次，設計單位注重加強設計人員與施工人員之間的溝通和交流，并聽取一線施工人員對房屋建筑結構設計優化的相關建議，確保結構設計優化措施切實可行。3.3概念分析。在結構設計優化過程中，設計單位注重明確不同的房屋建筑布局對設計效果的影響，即將結構設計優化、概念設計以及建筑內部結構三者之間的關系進行充分融合，并將其貫穿于整個房屋建筑工程結構設計優化過程中。以房屋建筑工程結構的抗震性能分析為例，如果僅僅對其進行簡單的數據分析及公式計算，其結果將很難對工程結構的整體性能進行反饋，若將概念設計的思想引入到設計優化中，設計人員則可根據相關概念，解決建筑工程結構抗震設計的關鍵問題，從而提升房屋建筑結構設計的整體質量。3.4設計優化經濟效益分析。通過結構設計優化，商業綜合體結構整體性能得到明顯改善，工程造價比預期降低20%左右，達到了較好的結構設計優化技術應用效果[5]。不同房屋建筑工程的結構特點、施工條件等方面存在著差異，其結構設計優化的思路和方法選擇將有所不同，建設成本的控制及經濟效益也會所差異，這一點需要根據工程實際加以綜合考慮和目標制定。

綜上所述，房屋建筑結構設計優化將會是我國今后房屋建筑工程結構設計領域的重點發展方向，其可在很大程度上提升房屋建筑工程的應用價值。在房屋建筑工程結構設計優化的應用實踐中，設計單位應根據不同房屋建筑工程的實際情況，即其建設目標、結構特點、施工條件、經濟條件等方面，強化結構設計優化思想，引入概念設計理念，借助現代化計算機技術，創新結構設計優化方法及相關技術，促進房屋建筑結構設計優化工作的有效實現，推動結構設計優化工作工程應用，以提升房屋建筑工程結構的安全性、適用性及經濟性。

參考文獻

[1]楊純華.房屋建筑結構設計中優化技術應用分析[J].建材與裝飾,2019(21):122.

[2]韋緯嬌.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用探討[J].中國住宅設施，2020（03）:43,63.

[3]周暉.以異型柱框架為例淺淡房屋建筑結構設計優化技術應用[J].綠色環保建材,2019(05):72,75.

[4]郭睿.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].住宅與房地產，2017（03）：93.

[5]孫廣.高層建筑結構設計及優化方法探析[J].安徽建筑,2018(04):68,239.

作者:杜定發 單位:江蘇聯合職業技術學院南京分院