结构设计优化技术在房建结构中的实践应用

结构设计优化技术在房建结构中的实践应用

阳富明

广西匠工坊置业有限责任公司   广西   530002

摘要：建筑结构设计是确定建筑主体框架构造的过程，是房建工程中最重要的阶段。结构设计不仅要考虑几何空间美感、结构艺术性，形构的推陈出新，更要充分考量力学因素，考虑结构的稳定性、抗震性，以保证建筑使用的安全性。当然，结构性能的稳定与否和多种因素相关，除了符合结构力学原理之外，建筑材料也是影响房建结构安全性能和外观美感的因素之一。在人们对建筑的外观美感和安全性能要求不断提高的背景下，设计师需要不断尝试新的结构设计，在保证建筑安全性的前提下，尽可能创造出打破常规、结构新颖、辨识度高的建筑结构设计作品。文章对建筑结构设计优化措施进行分析，仅供参考。

关键词：建筑工程；结构设计；优化

引言

在经济迅速发展的时代背景下，人们对房屋建筑实用性、功能性等要求越来越高，高层住宅成为当代人们关注的重点。为了提高住宅的品质，满足当代人们对房屋建筑品质的追求，住宅结构设计的要求越来越高。如果结构布置不合理，尤其是作为关键构件的剪力墙，如果布置不当，受风荷载或者受到地震等自然灾害影响时，结构位移很难达到标准要求。地震灾害对建筑结构的影响相对较大，在高烈度地区尤为明显。所以，急需探究基于提升抗震性能的高层房屋结构优化设计方案。目前，针对高层房屋结构设计及优化的研究比较多，本文尝试引入结构设计优化思想，从不同的视角提出新的房屋建筑结构设计方案优化思路。

1 建筑结构布置基本原则

（1）框架结构：在民用和公共建筑的框架结构平面布局中，为提高结构的整体刚度，一方面按开间等跨和进深等距（或近似于等距）对柱网进行布置，并缩短边跨柱距；另一方面合理利用连续受力特点，降低结构中弯矩，使各跨梁截面趋于一致。（2）剪力墙结构:遵循“周边、对称、成对、封闭”原则去布置剪力墙，可有效提升剪力墙的平面刚度和扭转刚度，优化剪力墙的位置。在设计中，剪力墙的布置应使各墙肢轴压比接近。（3）框架剪力墙结构：框架剪力墙结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件，其布置应遵循“均匀、分散、成对、周边”的基本原则。

2 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用路径

2.1 合理选取设计参数

建筑结构设计优化方法的应用，较为主要的是设计者需要针对工程特点，按照设计标准，为其选取合理的设计参数。例如对于住宅结构层高的设计，需要房屋内部空间至少应有2.2.m以上的净高。如若属于复式建筑，其两层房屋结构的净高应在3.6m至5.1m范围内。而对于具有居住功能的卧室空间，最小净高应为2.4m。而在房屋建筑阳台设计上，也要保证阳台栏杆的最大净距为0.11m。设计者还要针对房屋结构的墙角以及墙段构造进行优化处理，即要求在钢混结构中需要将防潮层设在地面60mm以下，并且按照规范的墙段尺寸确定相关参数，如240mm或者1240mm。对于这些基础参数的设计，都是设计者需要遵循的基本要求，具体参数的确认范围应当根据工况而定，但要注重合理性。同时，在参数设计中，还要上升到抗震性等功能参数层面上，以房屋建筑结构构件的分布情况予以优化设计。

2.2 优化地基基础设计

在房屋建筑中，地基的作用不言而喻，作为建筑项目的基础工程，地基设计的合理性将直接影响到房屋内部的整体形态。另外，由于建筑物的形态和功能不同，因此对地基的要求标准也存在较大的差异。在进行地基基础设计时，需要严格按照相关标准要求，特别是在进行地基构造设计的过程中，更需要进行全面地把控并优化地基基础的设计，同时，相关工程建设企业需要适当地加大地基建设过程的资金和技术投入。

2.3 剪力墙设计优化

具体来说，一方面，应以剪力墙结构类型为基础，选择抗弯、刚度等性能合适的钢筋材料，并依据工程建设的实际情况对其进行调整；另一方面，应对工程建设区域的地质情况加以明确，了解建筑预期的抗震等级，并以此为基础明确剪力墙结构的配筋、混凝土等建材的质量等级要求，适当地进行优化，提升材料使用方案的可靠性。剪力墙设计是否可靠影响到整个建筑物的安全。现阶段，为切实提升建筑工程的安全性，应在保证剪力墙设计满足规范和计算要求的基础上，尽量减少剪力墙结构布置的数量，并且保证方向一致的剪力墙位于多道轴线上，尽量不要错位布置剪力墙；L形、T形的剪力墙有较好的稳定性，可以优先选用；剪力墙应沿建筑平面两主轴方向均匀布置，并尽量使得结构刚度中心与结构平面几何形心、质量中心“三心”重合，适当增强建筑外围的剪力墙，以减少结构的扭转效应。在刚度不满足的情况下，应尽量加长墙肢而不是加厚墙肢。剪力墙边缘构件的优化可按以下方法：（1）剪力墙边缘构件纵筋直径可以通过改变角筋及其他纵筋直径，使实配纵向钢筋面积最大限度地接近最小配筋面积；（2）边缘构件的纵向钢筋直径为14≤d≤22，建议采用焊接连接；（3）边缘构件箍筋尽量采用拉筋或计算中可计入箍筋重叠面积，外筋采用封闭箍，内箍尽量采用拉钩。

2.4 明确整体与局部的关系

在融合建筑结构整体与局部设计方法中，设计者应运用“由小见大”的思维，先行给出整体设计框架，而后依照整体设计要求，对基础以及建筑结构中的局部区域进行优化设计，保证局部设计成果与整体设计方向保持一致性。如果设计人员脱离了整体设计要求，则很容易产生建筑结构不协调的后果，还会影响建筑结构功能。因此，设计人员在对建筑结构进行优化设计时，务必以统筹思想处理好整体与局部结构的分布关系。一方面，设计人员在确定好建筑结构类型后，需对其承载力、抗震性进行均衡设计，而后保证上部结构以及地基区域的设计标准符合整体设计要求。另一方面，设计人员需对局部结构的安全性予以优化。例如对于绿色建筑的钢框架结构，要求内部设计的阳台、卧室等结构都与整体建筑结构的环保设计理念相契合，从而权衡好两者关系。与此同时，设计人员还可以对建筑结构中的剪力墙等局部结构展开优化设计。一要分析剪力墙承载作用，判断是否分布均匀；二要对剪力墙其他性能进行研究，如外延性，设计人员应当围绕整体设计规定，不断对局部区域的建筑结构实施优化改造，促使剪力墙结构建成后，与整体结构设计要求拥有较高的匹配度。故此，在设计人员明确整体设计思路后，需在局部设计环节，始终坚守整体设计立场，以便优化后整个建筑结构满足房屋结构设计需求。

3 结束语

综上所述，在房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法，不但能够促成投资者对房屋结构的审美要求，帮助建设单位节约成本，而且还能进一步推动建筑行业的转型进程，故应予以重视，并从选取设计参数、布置结构构件、协调整体与局部关系、把控安全与造价关系等方面着手，促使经过优化后的房屋结构功能齐全，性能稳定，保障建筑质量的同时，也能提高人民群众居住水平。

参考文献：

[1] 赵洛亭.探讨房建结构设计中的节能环保问题[J].绿色环保建材,2018(08):46+48.

[2] 黄柱华.浅谈房建结构设计的优化技术与经济性[J].住宅与房地产,2018(21):112+122.

[3] 乔勖.房建结构设计中节能环保设计探究[J].山西建筑,2018,44(20):189-191.

[4] 杨东.基础设计在房建结构设计中的应用研究[J].住宅与房地产,2018(13):102-103.

[5] 赵玲.房建结构设计体系选型及抗震设计[J].山东工业技术,2018(08):132.