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房屋建筑结构优化设计探析来源：人大经济论坛论文库 作者：阿明 时间：2015-04-03
房屋建筑结构优化设计探析
摘要：由于房屋结构形式多种多样，每一种都有其各自的特点，设计也相对较为复杂，这就需要设计者在实际工作中将建筑结构优化方法应用在其中，从而使房屋结构设计优化，并节省工程造价。本文首先分析了房屋建筑结构优化方法的重要性，然后阐述了结构优化设计与经济性之间的关系，最后详细探讨了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用。关键词：房屋建筑；优化设计；经济性；节能；细部结构
一、房屋建筑结构优化设计的必要性
随着人们生活水平的提高，人们对于建筑的要求也不断的呈现多样化发展的趋势，也就是说现代人们在人口和土地矛盾日益凸显的情况下，对于建筑的成本控制的考虑也是非常重要的。所以，在建筑设计的过程中，不仅仅要注重建筑的质量和功能的形成，还应该在此基础上实现建筑的成本节约和空间优化，以更好的现有的资源，发挥最大的使用功效。而这一切都要靠相关的结构设计优化来实现。
目前来看，结构优化设计理论已经逐渐的进入了我国的建筑领域，其主要的意义在于对建筑过程中的建筑环境和品质进行全面的综合，以保证用户的实际使用感受得到提升。在这个过程中，建筑结构的质量控制和管理就必须要结合使用一定的经济适用原则。
二、房屋结构设计与经济性之间的关系分析
（一）房屋结构设计与土地资源占用方面的关系
在现代化社会发展中，高层建筑、多层建筑不断涌现。一般来说，高层建筑的总建筑面积也就是每一层建筑面积之和，也就是说，如果建筑物的层数越多，那么单位建筑面积内土地占用面积也就有所降低。但是我们也需要清楚的知道，随着高层建筑的不断增多，建筑企业为了保证其采光程度，每个建筑物之间的距离也就随之拉大，因此建筑同样会占用较大面积的土地。
（二）房屋结构设计与工程造价方面的关系
在建筑工程建设过程中，每一个部分的工程造价都有很大的差异，例如在建筑物的屋盖部分，不管建筑楼层多高，都是同一个房屋盖，因此建设者在对屋盖进行施工的过程中，所投入的资金也不会有太大的变化。而围护结构在建设中产生的工程造价会随着楼层的增高而不断增多。这就需要我们对其进行合理的分析，并对其中的建设成本进行严格控制，从而保证建筑物达到经济性目的。
（三）高层住宅结构设计与经济性的关系
一般而言，住宅层数高矮将本质的影响住宅开销，其根本原因乃是伴随层高不断上升，墙体面积和柱体积也会慢慢上升，而且会加大结构自重，进而还会增加柱以及基础承受荷载力，于是让电气以及水卫的管线同比例变长。如果将层高降低，那么可以有效地节省材料物资，而且还可以节约能源等，对于抗震非常有利，能最大程度的节约金钱输出。
另一方面，减少层高不但可以降低房屋的高矮，有效地缩小建筑和建筑间日照的距离，所以降低层高也在一定程度上对于节约土地资源有很大的作用。
三、房屋建筑结构设计中的优化设计技术
（一）房屋建筑结构优化设计的阶段
设计人员对房屋建筑结构的设计优化可以分为三个阶段：
1、第一阶段是变量的选择
通常情况下，对设计人员决定最终设计方案起到重要作用的参考数据，都可以作为变量工设计者进行选择。如工程的目标参数包括房屋价格参数和预期产生的损失参数；工程的控制与约束参数包括表示房屋架构可靠性能的参数等。如果房屋建筑的设计者以变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考指标，那么相应的建筑结构设计、编程和计算有关的工作难度将会降低，设计者也可以更好地找到符合优化设计的参考数据。
2、第二阶段是对相关函数的确定
设计者要根据事先设定的房屋横截面尺寸和钢筋尺寸面积的那一组函数，从众多组相似的参考函数中进行合理科学的选取，并分析这组数据函数的相关各种性质，从而最大限度的降低房屋建造的成本费用。
3、第三阶段是条件的衡量
处于对增强房屋结构稳定性和耐用性的考虑，房屋设计的约束指标应当包括房屋尺寸、架构稳定性、架构刚性、受力限度和变形限度、结构的可塑程度和结构的确定程度等。在实际的设计过程中，设计者应当结合房屋建造工程的具体情况，对施工实际中的约束性条件和目标确定的约束性条件进行比较和分析，确保各种条件都符合相关的建筑规定要求，从而实现优化设计的目的。
（二）选择节能指标较高的结构类型
房屋结构形式的选择，意味着选择不同工程造价的建设模式，常见的结构设计模式有如下三种。
1、短肢剪力墙结构，这种结构形式常见于高层建筑，以混凝土结构技术规程为依托，这种结构形式相对于剪力墙的抗震级别要高，比起剪力墙，构造钢筋使用数量不多。
2、框架结构，具有大开间、布局灵活性强和造价成本低的优点，但这种结构抗震能力弱，柱截面较大，形成的柱角凸出部位会妨碍家具的布置。
3、框架一剪力墙结构，即在框架结构中合理进行一定数量剪力墙的布置，这种结构合理，适用能力强，而且能够应对各种不同的变形压力，是一种抗侧力较好的结构。
以上的三种结构模式各具优缺点，但我们在选择结构模式的时候，不能片面认为造价最低的方案就是最科学合理的方案，而是我们要结合房屋业主的功能需求，以及建设单位的投资水平和施工能力等方面的因素进行结构类型的综合分析，将投资与收益进行平衡优化，根据工程条件的客观实际情况选择最为合适的结构模式。
（三）房屋结构工程师要积极主动参前期工程规划
房屋建筑结构工程师要积极主动参前期工程规划是实施结构优化技术的重点内容。因为，在在实际施工中，房屋建筑结构工程建筑师难以把握对结构体系的受力的正确分析，相关房屋建筑结构工程师要积极主动地参与前期方案设计，帮助建筑师构思与逐步创新，使整个建筑的优化功能能够全部体现出来。 （四）房屋建筑结构优化设计要将概念设计结合细部结构进行设计优化
概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法，是通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。但是概念设计应用于没有具体数值量化的状况时，计算式不可避免与实际出现较大的差异，譬如在地震设防烈度就没与不确定性，计算式与实际差别较大，因此，房屋建筑结构在优化设计中，通过采用概念设计的方法，将数值作为辅助和参考的依据，同时设计人员在设计过程中还需灵活运用结构设计优化的方法。在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。同时在设计的过程中，注重优化细部的结构设计，譬如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。在选择钢筋型号时，充分考虑其极限抗拉力等。
（五）房屋结构优化设计要充分考虑下部地基基础结构设计
地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一，地基基础虽然埋置在地下，属于隐蔽工程，但其重要性不言而喻，建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。因此，房屋建筑结构中的地基基础的结构设计优化必须选择合适的方案，譬如属于桩基础，就要依据现场地质条件，综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计，选择桩基类型，最大程度的节省造价。
（六）材料的优化选择
房屋建筑结构设计的目的便是花尽可能少的钱，做最安全、适用的建筑，这就要求结构设计时对材料的选用要合理，利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点，选用合适的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。梁板以受弯为主，可采用高强度钢筋，以减少钢筋用量，同时要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配，最大限度地发挥出材料的性能。
参考文献：
[1]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008.11. [2]卢亦焱，黄银觯红.房屋加层外框架结构方案的优化设计[J].哈尔滨工业大学学报，2009.4. [3]肖伟.通过房屋结构优化设计提高房屋抗震性能[J].福建建筑，2008.11.
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