浅议房屋结构设计中优化设计的应用

　　摘要：房屋结构的优化设计是通过全面规划项目内容和描述设计意图，将科学的施工技术转化成生产力，从而创设结构设计与项目经济效益的契合点。为了实现建筑结构优化设计技术与经济效益的统一同步，笔者将从经济效益的角度对房屋结构优化设计的必要性进行分析探讨，并提出具体的结构设计方案，旨在通过优化结构设计内容，降低工程的施工造价，提高项目的经济效益。

　　关键词：房屋结构 设计优化 结构优化

　　Abstract: the optimization design of the building structure is through comprehensive planning the project content and describe design intention, the science construction technology into productivity, thus creating structure design and project economic benefits to all sides. In order to realize the building structure optimization design technology and economic efficiency unification synchronization, the author from the point of view of the economic benefits of the necessity of building structure optimization design is discussed, and put forward a concrete structure design scheme, aims to improve structure design content, reduce the construction cost and improve the economic benefit of project.

　　Keywords: housing structure design optimization structure optimization

　　中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

　　1.房屋结构进行优化设计的必要性分析

　　房屋结构的优化设计，可以有效控制工程造价，减少项目经济成本付出，而优化设计的必要性分析，需从两方面进行探讨，一是目前房屋结构设计对成本造价控制的负面影响，二是通过优化设计可以有效控制工程造价。

　　1.1目前房屋结构设计对工程造价的影响

　　房屋项目决策、设计和实施三个阶段是成本控制的主要阶段，而设计阶段是工程造价控制的核心阶段，其设计的合理性、科学性是影响工程造价的主导因素。而目前，房屋的结构设计方案仍然无法与造价管理匹配，甚至出现背道而驰的现象。究其原因，一方面是房屋项目的开发者片面理解成本控制的概念，认为在预结算阶段只需拿出科学的方案，就能够实现成本有效控制，这种成本控制理念缺乏动态的管理，因此在结构设计阶段没能融入有效的造价控制措施，致使结构设计方案成本要求高于开发的预算范围。另一方面是对结构设计方案的可行性缺乏有效考核评估，仅对效果、户型和施工等进行简单预算，而结构设计对总造价成本起到了决定性作用，片面经济技术功能只会增加项目的经济成本负担。

　　1.2房屋结构优化设计对造价控制的作用

　　房屋结构设计对工程造价的影响并非一次性的，而其设计的合理性，将贯穿整个工程的始末，设计除了要实现房屋的功能使用需求，还要通过成本节约和建成后的销售带来合理的经济效益，因此，房屋结构的优化设计不仅是对房屋质量安全的保障，还是项目效益的关键点。譬如房屋的容积率方面的结构设计，由于容积率是项目建筑面积和占地面积的比值，而占地面积通常是固定不变的，因此层高和栋距成为容积率的决定因素，通过增加层高和缩小栋距，建筑面积将越大，所带来的经济效益可能就越大，但容积率的提高必须掌握在一定的程度内，否则将带来居住舒适程度下降的弊端，也会增大对地基承载力的要求，影响房屋的安全使用。另外房屋的层数增加，墙体、地基等施工成本也会随之增加，因此如果没有动态考虑成本影响而盲目制定房屋结构设计方案，将会使得房屋建筑陷入成本盲目的状态。

　　由此可见，房屋的结构设计必须进行优化，在技术可行性前提下通过设计内容优化，协调好各部份的功能实现，并最大限度节约造价成本支出，使得房屋建筑达到经济、适用、安全等综合要求。

　　2.房屋结构进行优化设计的措施

　　房屋结构的优化设计方法旨在降低工程造价成本费用，并为房屋的建成后的经济效益提供基础条件，根据实践的设计经验，笔者提出以下的优化措施：

　　2.1选择节能指标较高的结构类型

　　房屋结构形式的选择，意味着选择不同工程造价的建设模式，常见的结构设计模式有如下三种：①剪力墙结构，这种结构形式常见于高层建筑，以混凝土结构技术规程为依托，这种结构形式相对于短肢剪力墙的抗震级别要高，比起短肢剪力墙，构造钢筋使用数量不多。②框架结构，具有大开间、布局灵活性强和造价成本低的优点，但这种结构抗震能力弱,柱截面较大，形成的柱角凸出部位会妨碍家具的布置。③框架一剪力墙结构，即在框架结构中合理进行一定数量剪力墙的布置，这种结构合理，适用能力强，而且能够应对各种不同的变形压力，是一种抗侧力较好的结构。以上的三种结构模式各具优缺点，但我们在选择结构模式的时候，不能片面认为造价最低的方案就是最科学合理的方案，而是我们要结合房屋业主的功能需求，以及建设单位的投资水平和施工能力等方面的因素进行结构类型的综合分析，将投资与收益进行平衡优化，根据工程条件的客观实际情况选择最为合适的结构模式。

　　2.2结构设计信息优化技术

　　由于房屋建筑结构受到设计变量等条件的约束，难以用单一的方法进行结构优化。笔者认为，鉴于房屋结构设计的复杂性，应该开发一种较为实用方便的参数定义优化软件，减少设计者在结构优化方面的精力和时间。笔者较为推崇的是TBCAD系统，这种系统是针对结构方案设计、建模、分析、评估等为一体的成本控制软件系统，这种系统可以进行结构方案的指导设计，使得方案的人力、物力和财力资源等趋于最优状态。系统的信息分为两个时间段进行优化，第一个时间段是通过对材料的分配调整，使用最少的混凝土用量满足侧向刚度的要求，系统在这个时间段的目标函数是混凝土的使用量，而结构构件的断面大小则是设计的变量。第二个时间段是对构件强度的优化，通过对构件结构的断面大小以及钢用量的调整，使得构件的强度要求实现只需较少的结构造价。

　　2.3各种功能结构的优化设计内容

　　首先是结构抗震的经济化设计，主要针对高层的房屋建筑，高层建筑的水平荷载结构造价占所有结构的绝大部分造价，在抗震结构设计中，抗侧力结构是造价控制的重点内容。尤其是在建筑物层高增加之后，抗侧力结构的造价也会随之增加。因此，抗侧力的结构必须进行合理选用，以便形成造价优势。上文已经对常见结构形式进行了一定阐述，虽然每种结构形式都具备一定的抗震性能，但所达成的经济效果确是各不相同的，因此设计人员对房屋结构的设计要充分了解各种结构模式的抗震性能和经济指标，把握好房屋的体型、结构的体系以及刚度的分布等，针对抗震的薄弱环节通过抗震构造措施进行改善，将抗震结构设计的成本降到最低。

　　其次是结构的节能设计，主要以绿色建筑设计的理念为切入口，通过构造设计学的方法进行设计优化：一是体型和布局的优化设计，朝向方面笔者建议尽量朝南，这样就能充分利用夏季的自然通风和冬季的日照;住宅体型设计时要尽量减少不必要的墙体外表面积，以减少热能的流失;总结构设计要合理对热源形式进行选择，譬如优化室内外的供热管网等，将热传输的损失控制在最低状态。二是平面结构的节能设计，笔者建议规整平面形态，增加阳光直射，而厨房、厕所、过厅等尽量布置于北面方位，并且减少北面方位的窗户数量。三是围护结构的优化设计，门窗的节能设计要确定合理的窗墙比，笔者建议尽量减少迎风和背风开窗面积的比例，为减少冬天寒风的渗入，窗户的开洞面积要有一定的比例;屋面的保温节能设计要选择好合适的保温材料，并综合风、雨水、日照等气候因素，对屋面的结构进行设计，譬如屋顶的架空，或者将循环水管布置于楼板吊顶;地面结构的保温节能设计，在地面加垫层和保温层后再做面层，采用地面辐射采暖系统，满足房屋的供热需求;墙面的保温节能设计，合理确定保温的厚度，并结合总结构方案，同时做好保温、防潮和隔热的措施。

　　3.结束语

　　由上可见，房屋建筑的结构力求实用性和经济性的统一结合，设计师应该在满足建筑功能实现的前提下，对结构进行经济性的优化，笔者建议结构设计者通过选择节能指标较高的结构类型、采用结构设计信息优化技术的采用和对各种功能结构的优化设计，使得房屋不仅有质量保证和安全可靠，而且功能齐全和经济合理。

　　参考文献

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文章名称： 浅议房屋结构设计中优化设计的应用

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