住宅建筑结构设计优化探讨

住宅建筑结构设计优化探讨

发表时间：2017-11-02T12:00:07.357Z 来源：《基层建设》2017年第19期作者：段勇

[导读] 摘要：随着住宅商品化、市场化制度的日趋完善，一方面居住者对住宅的品质要求越来越高，另一方面住宅开放商对住宅建设成本的控制也越来越严。

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摘要：随着住宅商品化、市场化制度的日趋完善，一方面居住者对住宅的品质要求越来越高，另一方面住宅开放商对住宅建设成本的控制也越来越严。而在住宅设计中，建筑结构设计直接影响整体项目的安全性和经济性，为此对住宅建筑结构设计实行优化是目前考虑的首要问题之一。本文对住宅建筑结构设计优化的方法展开探讨，以供相关人员参考学习。

关键词：住宅建筑结构设计优化方法

前言

我国社会经济的快速发展带动了人们生活水平在不断的提高，社会群众对自己的居住品质也有了更高的要求。而住宅的目的是为了人们居住，面对着人们不断提升的居住要求，建筑的供应者和设计者开始了对住宅建筑结构设计优化的思考。如何才能使得住宅品质可以满足人们当今不断增长的居住需求，同时又可以让投资者能控制住宅投资的成本，这是当前设计人员要考虑的首要问题。

一、住宅建筑结构设计优化的意义

1.1设计优化降低工程总成本

在整个工程建设中，设计对工程成本的影响巨大。按德国专家墨儿的研究成果，工程项目各个阶段对投资的影响程度是不同的，设计阶段对投资的影响程度可高达75%以上，设计阶段节约投资的可能性约为88%，而施工中节约投资的可能性仅为12%。相比只占基建投资1%~5%的设计收费而言，设计阶段的优化可降低工程总造价的10%以上。因此，做好设计优化不仅可以保证整体项目的品质，还可以从源头控制建造成本。

1.2建筑结构设计的经济性

简单的说建筑结构设计的经济性就是以较少的材料去完成建筑物各种功能的要求。设计阶段对项目投资起到决定性的作用，结构设计的经济性与否直接关系项目投资量的大小，而影响结构设计经济性的关键因素在于结构方案的选型、结构设计参数的确定、结构构件的设计和设计制图的精确度等。举例说明，钢筋占建安造价比例较高，所以一些业主经常会有一种钢筋恐惧症和钢筋过敏性反应，由于业主对结构理论、设计规范不熟悉，所以即使由于设计不合理造成用钢量的居高不下也是无可奈何。其实只要对结构理论融会贯通且不死啃规范，有许多不必要的钢筋是可以节省的，同时对结构的受力和安全无不良影响，甚至优化布置后，结构安全度还会提高。

二、住宅建筑结构设计优化应该满足的条件

2.1 安全性

建筑结构设计追求的第一目标是安全。一个结构可以不美，可以不经济但是不可以不安全。结构设计的首要任务是选用经济合理的结构方案，其次是结构整体分析、构件及构件的连接设计，并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。因此住宅建筑结构设计优化的首要条件是安全性。

2.2 功能性

对于住宅建筑本身而言，其目的就是为了给人类居住所用。其最终目标就是为了满足人类对于居住环境的最大化需求。所以住宅建筑的功能性方面也不再仅仅局限于传统的实用性的功能，更是要增添住宅的格局合理性，居住环境美观性、舒适性以及协调性等功能。而住宅建筑结构设计优化不能损害住宅的功能性。

2.3 经济性

近年来社会经济在不断发展，同时行业竞争也更加激烈，项目建设必须要从经济性出发，无视经济性因素的建设将无法实现。建筑结构的经济性是指通过对整个建筑结构的设计优化，最大程度的节约各种材料和资源，达到控制和减少建筑成本的目标。也即“少费多用”的原则，具体指就是凭借有效的手段或方法用较小的成本来获得最大的效用。在建筑坚持可持续发展的思路上，该原则是一条重要的、有效的、节约型的设计方式。

2.4 环保性

我国目前90%以上的建筑以钢筋混凝土作为建造材料，而钢筋混凝土对建筑材料的消耗巨大。住房和城乡建设部副部长仇保兴在2005年2月23日国务院新闻办公室发布会上披露了一组惊人的数据：我国建筑业物耗水平与发达国家相比，钢材消耗高出10%~25%，每拌和1立方混凝土要多消耗水泥80Kg。目前，我国每年生产混凝土约15亿立方，一年消耗5亿吨水泥，17亿立方石子，10亿立方沙子。从环保的角度我们不应该通过过度的消耗资源，我们也没有资格透支应该留给子孙后代的资源。在这方面建筑结构设计优化任重道远。

三、建筑结构设计优化的概念

设计是规范加上工程师判断和创造的产物。设计优化在一定程度上意味着对常规的突破，但结构的设计优化并不以牺牲安全来求得经济效益。结构设计优化是以深厚的理论基础、丰富的工程经验为前提；以对设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导；以先进的结构分析设计方法为手段对结构设计进行深化、调整、改善与提高，也就是对结构设计再加工的过程。设计优化着力于使结构体系合理化和高新技术的应用，从而带来效益。

传统的建筑结构设计方法是先根据经验通过判断给出或假定一个设计方案和做法，用工程力学方法进行结构分析，以检验是否满足规范规定的承载力、刚度、稳定、尺寸等方面的要求。而结构优化设计是在很多个，甚至无限多个可用方案和做法中找出最优的方案，即材料最省、造价最低、或某些指标最佳的方案和做法。这样的结构设计便由“分析与校核”发展为“综合与优选”。“综合与优选”实质上也就是建筑结构的优化设计。

四、住宅建筑结构设计优化方法

4.1 建筑结构优化设计中材料的选用

结构优化原理如同“木桶原理”，不增加短板长度而盲目增加长板对提高木桶的蓄水能力无济于事。在材料选用方面尤其如此，设计人员应结合力学概念和构件受力特点做到物尽其用，通过材料的配置达到加强构件强度、刚性和延性的目的。比如在建筑物中，我们知道竖

向构件（如墙、柱）主要是竖向传力的受压构件，这些构件可以采用高标号的混凝土以提高抗压能力。这样可以减小墙柱等构件的横截面积，也就减轻了结构本身的重量，同时也可以扩大住宅的使用空间。而结构中的梁板等水平构件以受弯为主，所以可以采用高强度的钢筋，这样可以有效减少钢筋的使用量。又比如说住宅建筑结构中的转换梁、大跨度结构比较好的选择是采用型钢混凝土、预应力混凝土等方式，如此可以保证住宅建筑功能性、安全性的同时有效控制建筑的经济性。

4.2建筑结构设计中的方案优化

任何一个建筑结构的设计方案，都可以用若干给定参数和一些设计变量来体现，而设计变量随方案的改变而改变。这些设计变量所组成的维向量可用维空间的一个点来表示，称为“设计点”。设计规范规定必须满足的条件或其他限制条件称为优化设计的“约束”。满足所有“约束”的设计点称为“可用设计”。代表所有可用设计的那些设计点形成维空间的一个子域，称为“可用域”。评比方案优劣的标准是设计变量的函数，称为“目标函数”。方案优化就是用一些力学和数学的方法，在可用域搜索目标函数最小（或最大）的最优点，也就是最优结构方案。也就是前文中说到的“综合与优选”。

结束语

综上所述，随着人们不断提升的居住要求，一方面是居住者对住宅质量和品质的要求越来越高，另一方面是开发商越来越重视对建造成本的控制，在国家层面政府也在大力提倡发展节约型和环保型的建筑业。而住宅在我国作为一个量大面广的商品，做好住宅建筑结构的优化设计将会产生良好的社会效应和经济效益。因此，作为建筑设计行业的从业者，我们不能只重技术而轻经济。应该努力探讨和研究建筑结构设计的优化方法、精心设计，真正做到住宅建筑的安全适用、耐久舒适、技术先进、经济合理。

参考文献

[1]冯炜明. 住宅建筑结构设计优化方法研究[J]. 建筑工程技术与设计, 2015(10).

[2]《建筑结构设计优化及实例》徐传亮、光军著中国建筑工业出版社

[3]戴烈. 关于房屋建筑结构设计中优化技术的探讨[J]. 中国厨卫, 2016(1):00073-00074.