房屋結構設計中的建筑結構設計優化探析

【摘要】建設房屋首先要保障其安全性，
房屋經濟性能強、適用范圍廣、建設方便、
外觀精美等多種要求已經成為群眾的購房
基本標準，為了在競爭愈加激烈的建筑市
場中取得優勢，建設單位對房屋結構的設
計便顯得尤為重要。本文首先分析了建筑
結構優化的重要性，對房屋結構設計優化
方法的應用進行探討，最終得出建筑結構
設計優化的一般步驟。
【關鍵詞】房屋 ；建筑 ；結構設計 ；優
化分析
1. 前言
建筑物性能指標有很多，安全性是其
基本要求。但一棟建筑物是否容易被消費
者接受、購買，僅安全性能優越無法滿足
群眾需要，其結構是否完整、外形是否美觀、
實用性能好壞都已經影響到房屋的居住舒
適度、整體功能的發揮。房屋結構的建設
成本是整個住房建設工程中資金投入主要
部分，進行結構設計優化，可以直接降低
工程項目資金投入，同時也保證住房的質
量和其外形的美觀。優秀的房屋結構設計
方案不僅能降低建筑成本，也可以方便施
工人員進行具體操作，同時充分利用建筑
物周邊資源，提高建筑物實用性能、經濟
性能和質量標準。
2. 建筑結構設計優化的重要性
2.1 建筑結構設計優化方法的概念
建筑結構優化是為了在滿足房屋建筑
基本功能要求下，提高房屋的居住舒適度，
在滿足房屋質量安全的條件下，使房屋更
美觀，減少建筑成本。這種設計優化方法
一般是將空間資源、設備資源、經濟資源
和材料資源進行合理配置，使得整體效益
最大化，最大優勢在于它比傳統設計可以
大幅節省工程造價。進行建筑結構設計優
化時，要一切從實際出發，盡量減小質量
中心和剛度中心的差異，確保建筑承受水
平負荷時扭轉程度很小，同時建筑平面結
構要采取對稱規則方式，在垂直負荷作用
下承重構件可以上下貫通。
2.2 建筑結構設計優化方法的意義
進行建筑結構優化設計，不僅可以實
現建筑物的使用價值、經濟價值和美學價
值，還可以降低建筑成本、保護建筑物周
邊生態環境。進行結構設計優化，首先保
障了結構功能性的完整，對不同種類的房
屋，根據其具體需求，在結構造型、受力
性能、結構材料等各方面進行最優配置，
如選擇圓形結構進行平面設計可以提高結
構最大承受力 ；其次結構優化設計可以大
幅節約造價，建筑企業提高經濟效益的有
效手段之一便是節約造價成本，現代房屋
建筑大多是多層建筑、高層建筑，層數越多，
建筑面積越多，建筑結構要承受的力也越
大，承重墻、梁和柱的質量品級、抗震性
能等性能指標要求也更高，原材料成本就
會提高，合理的結構設計可以使用更少原
材料來達到各質量性能指標，實現結構的
經濟安全。
3. 房屋結構設計優化方法應用
3.1 整體優化和局部優化
建筑設計項目的層次性比較明顯，一
般包括設計體系、結構體系和安裝體系等，
每個體系中包含很多分支體系，在進行房
屋結構設計時要對不同分支進行優化，層
層遞進，最終完成整個工程設計。建筑設
計項目一般比較復雜，并且建設環節較多，
關聯性大，進行分階段優化可以讓每個環
節的效率提高，在材料選取、零部件選擇、
結構類型選擇方面效率更高。局部優化、
整體優化會使得項目整體效益更大，給建
筑設計企業帶來更大經濟效益。
3.2 樁基和上部結構優化
樁基主要有灌注樁和預制樁兩種類型，
灌注樁施工時較為復雜，工期長，質量難
把控，而預制樁在制造時就滿足相應的質
量標準，具有量化的韌度和強度，當建設
項目工程質量要求可以由預制樁滿足時，
一般選用預制樁。住房建筑上部結構中剪
力墻的分別對房屋質量好壞有著較大影響，
一般將剪力墻對稱放置，將對稱樓層平面
中心和同樓層結構重心重疊到一起，在地
震等極端情況下，可以更有效的支撐房屋，
提高房屋不完全倒塌的概率。
3.3 建筑給排水系統優化
給排水系統是房屋結構中重要組成部
分之一，每棟建筑物都會有一個專業的給
排水專用房間，該房間內往往會有很多機
械設備，負荷量較大，如果將水泵安置在
地下室內，不僅可以節約建筑空間，還可
以減少水泵壓力。給排水房間內一般有較
多管道，管道穿墻部分要進行加固，防止
長久使用后晃動，同時避免管道貫穿承重
墻，加強結構布設與管網體系的協調性。
3.4 建筑電氣系統優化
電氣設施在當今社會已無法缺少，房
屋在結構設計時必須考慮電氣導線穿插安
放路線、插座位置分布等，在設計時要考
慮到如果管線需要貫穿建筑梁，在建筑梁
制造時要預留出孔洞，并保證梁寬與墻體
厚度相同，如果無法達到相同要求，要保
證墻體的一側平面與梁側平面平齊，即保
證導線在墻體內。高層房屋建筑中幾乎都
包含電梯房間，空洞很多，預埋構件較多，
在設計時要單獨計算強度要求，保障建筑
的安全性。
4. 建筑結構優化設計一般步驟
4.1 建立建筑結構模型
建筑結構優化設計首先要建立最符合
現實情況的模型，建模過程一般分為三個
階段 ：
（1）變量的選擇。變量一般選擇會對
最終設計方案選擇起決定作用的那些數值，
如 ：工程的目標參數，包括房屋價格參數
和預期損失參數 ；工程的控制與約束參數，
包括房屋價格可靠性能參數等等。如果選
用變化幅度小，考慮因素少的參數作為參
考指標，在建筑結構設計、編程計算時工
作量會大幅減少，模型處理難度會大幅降
低。
（2）函數的確定。挑選多組相似函數
中房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積最符合
的一組，使用這組函數進行分析，最大程
度減少房屋建造成本。
（3）約束條件的判定。約束條件一般
包括房屋大小、架構穩定性及剛性、橫梁
受力限度和變形限度、墻體裂痕限度、單
元組件規格、架構體系規格、結構可塑程
度等等。在設計時，設計者要根據具體情況，
對實際中的約束性條件進行分析，確保各
項條件滿足相關規定，來達到設計結果的
最優化。
4.2 選擇計算方法
在房屋結構設計過程中計算很多，優
化設計過程就是進行復雜變量和多種設計
條件的計算過程。對于整個建筑項目中所
有的數據進行計算，要注意附加條件的約
束，對計算出的不符合規范或實際情況的
結果進行舍棄。選擇最簡便的計算方法，
獲得精確的結果，節省時間和精力。
4.3 選擇最優程序
當模型和計算方法都確定后，設計人
員要選擇最優的程序，即功能完整、用途
齊全、運轉高效的程序，一般由若干可以
實現某特定功能的小程序組成，在結構設
計上發揮著重要作用。
4.4 分析統計結論
進行各種數據統計匯總之后，設計者
要對采集到的數據進行分析，尋找不同設
計方案之間的區別和各自的特色、優點，
通過全方面綜合衡量，選擇出最佳方案作
為施工方案。在選擇最終施工方案時，設
計人員要全面考慮，不能忽視細節方面的
問題，確保建造好的房屋無論在質量安全
方面、還是在美觀舒適方面都達到最優的
效果。
5. 總結
房屋結構設計中的建筑結構設計優化
是一項復雜程度高，對建筑項目整體效益
有著巨大影響的建設前期工程。它要實現
房屋的安全、耐用、實惠、美觀、舒適，
一般是在各種設計方案中進行挑選并進行
適當改進，符合當前建筑項目實際情況，
使得各種資源充分利用，最終實現房屋的
各種價值。設計人員在進行房屋結構設計
時首先要遵守設計的基本規則，也要采用
新型技術，為建筑企業節約更多成本，提
高房屋建筑項目的經濟效益。
參考文獻
[1] 胡天水 . 房屋結構設計中的建筑
結構設計優化 [J]. 中華民居（下旬刊），
2013，4（25）
[2] 龔強 . 房屋結構設計中的建筑結構
設計優化 [J]. 江西建材，2014，7（15）
[3] 王也 . 建筑結構設計優化方法在房
屋結構設計中的應用 [J]. 中華民居（下旬
刊），2013，3（25）
[4] 周漢杰 . 建筑結構優化方法在房屋
結構設計中的應用[J].中華民居（下旬刊），
2014，1（25）
[5] 劉沂川 . 關于建筑結構設計優化法
在房屋結構設計中的應用探究 [J]. 科技創
新與應用，2014，5（8）