1、结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用【摘要】在建筑工程中，建筑结构的造价占据着最大的比例，而对结构设计进行的优化技术则能够为整个建筑工程提供一定的经济效益。广大的建筑设计部门和单位，通过对建筑结构的优化设计，多采用现代化的科学技术手段，在保证建筑质量的前提下，实现降低建筑工程成本的目的，能够节约造价，并提升建筑的经济效益。 【关键词】结构设计；优化技术；房屋结构设计；应用 引言 在众多的建筑工程中，成本造价都是必须要重视的一个问题，而在整个造价中，建筑结构的设计占据着较大的部分花费，而如果通过结构设计的优化技术，就能够将这一问题解决，减少造价的压力。因此，在建筑工程中，建设的设计单位在进
2、行结构设计的时候，在满足建筑需求的前提下，通过结构优化技术对建筑结构进行优化，对整个建筑工程非常有利。 1.结构设计优化技术 1.1 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。 1.
3、2 实施结构设计优化技术所遵循的要点 1.2.1 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。 1.2.2 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
4、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。 1.2.3 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
5、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。 2.民用建筑结构设计与经济性的关系 2.1 结构设计与用地的关系 在多层或者高层住宅建筑中，各层建筑面积
6、的总数就是整个工程的建筑总面积，因此，建设的楼房层数越多，单位面积上分摊的房屋面积就少。但是，同时建筑的层数增加对建筑房屋之间的楼间距是有影响的，并不是层数越多，产生的经济效益就越大。2.2 结构设计与造价的关系 建筑的层数和单位建筑的面积造价是有直接的关系的，但是在影响的程度上是各有不同的。例如在楼顶的部分，因为不管建造多少层的楼，都是只有一个楼顶，因此，楼顶的建筑造价并不是因为层数的增加而增加造价，而是随着层数的增加楼顶单位面积的造价是下降的。但是在基础的部分，各层是共用的，楼层越高，对于基础部分的承载要求也越高，这就需要增加造价，以达到整体建筑的承载要求。另外，在承重部分，和基础部分一样
7、，随着楼层数的增加，对于承重的要求也提升，造价也会增加。 2.3 高层住宅结构设计与经济性的关系 住宅楼的楼层数和住宅楼的造价也是有直接的关系的，楼层数越多，整个工程的墙面面积以及支撑结构的要求也越高，这就会增加基础和承载结构的造价，同样建筑内部的水电结构管线也会增加，这些都是提升造价的地方。降低住宅楼的层数，不仅能够减少建筑的成本，以及建筑附属设施的成本，还可以节约土地，因为楼层低，日照好，楼间距会适当的缩小，单位土地面积上的利用率也会增加。 建筑的平面形状对于建筑的成本也有一定的影响。在建筑面积相同的情况下，建筑的平面形状在接近方形或者圆形的情况下，整个建筑的造价会降低。但是在设计的时候，
8、需要考虑到建筑的使用方便，因此通常我们的单体建筑平面形状都是设计成矩形，不仅降低了成本，还适合人体的视觉感官以及满足了使用要求。 3.结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用 3.1 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。 3.2
9、 结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用 3.2.1 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。 3.2.2 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
10、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。 4.结束语 结构优化是系统工程，要求结构工程师与其他工种的设计人员密切配合，通过正确地使用结构分析软件、选择最佳结构体系、充分挖掘基础设计的内在潜力，运用科学的方法与手段，让结构优化贯穿设计的全过程，充分体现结构优化的价值，使建筑功能更为合理甚至得到提升，使结构安全度和抗震性能提高，减少和避免设计差错，降低工程建设造价，缩短建设工期。 参考文献 1张炳华.土建结构优化设计M.上海：同济大学出版社，2008：34-36. 2汪树玉.结构优化设计的现状与进展J.基建优化，2007：12-13. 3王光远.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法M.北京：中国建筑工业出版社，2007：35-37
