房屋建筑结构优化设计研究

房屋建筑结构优化设计研究

摘要：新时代下，我国建筑行业的发展模式不再是单一的方向，随着人们对住

房需求的不断提高，相关行业呈现出了多样性发展的趋势。该发展趋势对房屋建

筑行业的发展有利也有弊，利在于其能够促进房屋建筑行业的创新升级，弊在于

房屋建筑行业的成本会被一定程度地拉高。所以房屋建筑企业需要利用相关的优

化技术对房屋建筑结构进行优化，从而在保障人们住房需求的同时最大程度的保

障自身的经济利益。

关键词：房屋建筑；结构优化设计；措施

1 建筑结构设计优化方法的重要性和原则性

1.1 建筑结构设计优化的重要性

目前，在现代房屋结构设计中都会对建筑物的结构进行优化设计，但这些改

造都是建立在保证房屋质量安全的情况下。优化房屋建筑的基础就是保证建筑物

的质量。通过合理的设计，降低原材料的消耗、节约资源、节约成本。并通过适

当的改造，实现结构轻型化，满足客户的需求。对建筑开发商而言，必须对建筑

物的结构设计进行优化，主要是从3点考虑。（1）优化建筑物的结构设计可提

高建筑物的安全性。在对建筑物进行设计时，设计的图纸可能并不是特别完善，

对建筑物进行结构优化设计需要重新考虑建筑物的整体设计问题，在找到有效优

化方案的同时还可以发现建筑结构设计不合理的部分，如部分结构的承载力不足、抗震性能不佳等，在优化设计时可以对此做补充设计，提升建筑物的整体性能，

使建筑物可以顺利通过验收。（2）优化建筑物的结构设计可使其更加满足消费

者的需求，受消费者喜爱，使建筑商获得利益。经过对建筑物进行结构优化设计

可以让建筑物更加稳定安全，更具观赏性，吸引消费者购买。经过改造后的房屋

功能性更强，只要做好功能分区设计，建筑房屋结构的空间设计就会很好。（3）对房屋建筑架构进行结构优化设计可帮助建筑商有效控制施工成本。通过实际建

筑工地的大量数据分析可知，在建筑结构设计中采用结构优化设计可减少使用建

筑材料，降低工程量。对于建筑商而言，节约工程量就可以尽快完工，节约人力

成本和建材成本，达到有效控制建筑成本的目的，并帮助建筑开发商在保证建筑

物质量完好的情况下提升经济效益。除此之外，对房屋建筑实行结构优化设计可

以帮助企业塑造节能环保的经营理念，将节能环保带到人民的生活中。

1.2 建筑结构设计优化的原则性

开展房屋建筑结构设计优化工作，应遵循相应的建筑结构设计优化原则，为此，结构设计才会更具合理性和可行性。此外，建筑结构设计应确保房屋建筑具

备基本的功能，这样可以满足大众生产生活的需求，保证人们居住环境的安全性

和舒适性。在结构设计中，应注重建设项目的安全保护工作，还应合理分配项目

资源，保证建设单位的投资效益。

2 房屋建筑结构设计中存在的问题

新时代的房屋建筑结构设计相较于传统的房屋建筑结构设计有很大的区别，

其不仅需要考虑到房屋结构的规模，还需要考虑到房屋结构的质量，同时还需要

考虑到房屋结构的大众需求。所以在新时代下，设计者对房屋结构进行设计时不

能采用单一、传统的设计思路，单一、传统的设计思路无法适应当前的房屋结构

设计需求。在当前的房屋建筑结构设计中依然存在着很多的问题，最突出也最直

接的就是很多房屋建筑企业往往没有自身健全的设计体系，所以其在进行房屋建

筑结构设计时，往往会照搬同行业中的优秀设计方案，然而这会产生非常多的问

题。因为尽管同行业中优秀的设计方案有很多值得借鉴的地方，但是在不同的建

筑区域方案的实施效果是不同的，设计需要契合实际需求进行开展，如果只是照

搬那么将会造成很多的困扰。与此同时，除却没有自身成熟的设计体系，没有良

好的操作手段以及技术也是一个很严重的问题，这对于后续的施工以及经济投入

都有非常大的影响。

3 房屋建筑结构设计的优化

3.1 优化房屋整体结构体系

对于现代房屋建筑，其不仅功能性较强，而且造型也非常复杂。所以，优化

房屋建筑整体结构体系时，要在满足房屋建筑的功能性要求、规范要求以及造型

要求的基础上，通过设计合理的结构布局，有效降低工程造价。同时，房屋整体

结构体系也会直接影响工程造价，因此，应加强对这方面工作的重视程度，结合

房屋建筑的功能，合理对房屋结构体系进行优化，以此提高房屋结构优化设计的

整体效果。

3.2 优化房屋结构设计模型

对房屋建筑结构进行优化设计时，应先建立房屋结构模型，而后围绕该模型，完成后续工作。对于一些结构比较复杂的房屋建筑，模型优化非常重要，因为通

过模型优化能够有效地将一些复杂的造型进行简化，并利用结构分析软件对结构

进行工况分析，避免在方案实施时发现问题。

3.3 变量的合理选择与目标函数的确定

通常情况下，选择设计变量时，会选择对设计产生影响比较大的参数，将影

响较小的参数作为预定参数，以减少计算编程的工作量。另外，确定目标函数时，应利用函数寻找能够满足既定条件的最优解，同时要确定约束条件。优化设计房

屋结构可靠度的约束条件主要包括裂缝宽度约束、应力约束、尺寸约束以及结构

强度约束等，在实际设计过程中，必须确保各种约束条件都能够满足行业规范。

3.4 优化桩基础设计

桩基础是整个建筑的根本。桩基础的作用是承载整个建筑，并将自身承受的

荷载传递到周围的土层中。通常情况下，房屋建筑结构的桩基础有预制桩和灌注

桩2种形式。对桩基础的优化设计，主要指的是在确保施工质量不受到影响的前

提条件下，科学、合理地降低工程成本。对桩基础进行优化设计时，应综合考虑

房屋建筑上部结构的荷载与地质条件，选择最为合适的桩基础类型。确定桩基础

的类型后，应通过优化设计提高桩基的承载力，比如，提高桩周围土体的承载能

力以及扩大桩柱的尺寸等。布置桩基时，应合理利用桩基材料的固有强度，确保

桩基础可以均匀受力。

3.5 建筑主体上部结构的科学性优化

房屋建筑上部结构不仅要建立相应的模型，还要进行系统、科学的优化。在

整个优化过程中的第一步就是要设置合理的剪力墙，其框架合理间距范围数据如

表1所示。剪力墙的设置要求其整体质量是均匀的，以便楼层中平面刚度的中心

点与楼层整体的结构重心重合，这样做的目的是减少地震或风力等对其产生的破坏。在建设房屋时，如果实际情况准许，要尽可能构造大开间的剪力墙，一旦加

长剪力墙的墙肢长度，其墙肢数量就会减少，这样做的优势就是在符合建筑质量

标准的前提下，减少混凝土的使用。此外，剪力墙中的暗柱是用钢材打造的，当

采用较大剪力墙时，就会减少钢筋使用数量，从而降低成本。然而，是否能够建

造过大的剪力墙还是要根据实际情况而定的。