建筑结构设计的经济性及优化技术的应用

2019-11-28李彦宾

建材发展导向 2019年21期

李彦宾

（万荣县住房和城乡建设管理局，山西万荣 044200）

1 房屋建筑结构设计优化技术

结构优化设计是合理利用建筑材料自身的功能，通过不同的组合搭配来提升房屋建筑结构的性能，更好的满足人们的生活需求。房屋建筑结构优化不仅能够完善房屋建筑原本功能，还能进一步提升建筑的安全性和美观性。同时，房屋建筑结构的优化设计对于降低建筑成本，维护建筑的经济效益也有着显著作用。结构的合理优化，能够控制建筑材料的用量，降低材料采购成本，并通过先进技术的应用，完善建筑的安全性能和抗震性能。

2 房屋建筑结构设计与经济性的关系

2.1 基础结构与建筑层数的经济性关系

房屋建筑工程中，建筑层数与经济性成正比例关系。房屋建筑的房盖只有一个，也就说明建筑层数越高，相应的设计成本就越低；而基础结构与经济性之间存在反比关系，基础结构虽然也只有一个，但是随着楼层的增加，基础结构所需承受的荷载也将逐渐增大，所需的梁体结构也会增多，相应的设计成本也会不断提高。

2.2 建筑用地面积与建筑层数的经济关系

只考虑建筑层数与用地面积之间的关系，建筑层数越多，相应的占地面积也就越小，所造成的成本损耗越低。但是结合目前高层建筑的建设特点分析，高层建筑设计中，对于室内结构空间的采光效果有着较高要求，所以在建筑用地规划时，需要做好前期考察工作，以加强建筑的采光效果，一旦出现采光效果不佳，则会直接影响建筑的销售和居住，进而造成土地资源浪费及成本流失。

2.3 建筑结构设计与建筑设备间的经济关系

房屋建筑设计中给排水管道及电气工程至关重要，而现代房屋建筑设计主要以高层建筑为主，楼层的增高，相应的各种类型的管道数量及电气设备也会增多，这无疑会增加整体成本。

2.4 建筑结构外观与经济性的关系

建筑结构设计时，需要先考虑结构的安全性能，之后再考虑结构的美观性和实用性，这样才能促进房屋建筑的销售，获得更大的经济效益。而在考虑安全性能时，设计者们可以改变建筑的外形形态，如方形变成圆形，以加强建筑的稳固性，并在此技术上，缩小建筑外墙面积，减少外墙装饰材料及装修成本的支出，在保证美观性和实用性的基础上，提高经济效益。

3 建筑结构设计优化方法的应用

3.1 整体与局部的优化设计

房屋结构设计本身就是一项较为复杂的项目，在优化设计中需要注意的内容有：一是设计过程中，充分考虑安装、结构、设计等子系统之间的联系，并在此基础上开展优化设计工作。二是对房屋建筑设计中涉及的配件及材料予以优化设计，确保整体使用效率。三是调整房屋建筑结构的相关参数数据，通过模型建立调整各项参数，加强设计方案中各项数据的准确性，为后续施工作业提供帮助。一般情况下，设计模型的构建需要从以下几方面入手：

首先合理约束设计变量，加强计算的准确性，降低工作量。其次确定目标函数值。一方面在满足函数条件的基础上选择最优计算方法，确保目标函数值的准确性；另一方面在已经确定约束条件的情况下，如强度、尺寸、应力及弹塑性确定后，应控制约束条件的应用范围，确保其满足设计需求，提升设计方案的可行性。

3.2 主体上部结构的优化设计

主体上部结构的优化设计分为三部分，剪力墙结构优化设计、砖混结构优化设计、框架结构优化设计。在剪力墙结构优化设计中，需要重点考虑平面形心和结构中心，注重两者的重合性。同时在设计中，应通过合理计算方法的应用进行结构计算，实现墙体与剪力墙结构的重合。在砖混结构优化设计中，一方面对承重墙中可能出现的大洞口或错洞予以考虑，防止意外的发生；另一方面需对结构柱及墙垛的长度以及层高实行合理规划，保证空间结构设计质量。在框架结构优化设计中，需要对柱距和柱网、结构中部刚度及两侧刚度、柱截面和梁截面大小、楼梯四角位置等内容予以综合考良，以提升建筑结构的抗震性能，加强结构稳定性，降低倒塌带来的危险。

3.3 细部结构优化设计

房屋建筑结构细部优化设计，需要先对各项数据指标进行准确计算及反复核查，避免误差的生成。同时还应按照现有的规范要求，分析结构可能出现的裂缝问题，然后采取合理控制措施，增强房屋建筑细部结构的稳定性、安全性，提高房屋建设质量。

3.4 房屋结构协调性的优化设计

房屋建筑结构协调性的优化设计中，应促进建筑与平面之间的协调性，并通过保护措施的设置完善结构布局，提升建筑的美观性。同时，对于墙、柱等结构，应综合考虑其平面功能，在优化其性能的基础上，简化结构特征，避免问题的产生。

3.5 优化设计方案的确定

优化设计中考虑的影响因素较多，且房屋建筑使用中所需的人力、物力、财力较大，所以在优化设计选择和确定上，需在满足规定标准要求的同时，注意以下两点要求，以保证优化设计方案的合理性、可行性。一是要充分考虑经济性和技术性，确保两者的平衡，减少矛盾的产生，降低房屋建筑建设成本；二是明确科学技术的经济价值，增大其利用率，降低经济损耗。