论结构设计优化在房屋结构设计中的应用

1、论结构设计优化在房屋结构设计中的应用    摘要：利用结构设计优化的技术方法，不仅满足了人们对建筑产品的品质要求，也实现了人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高的需求，同时，这也实现了建筑商不断寻求新的手段来满足顾客的需求，达到降低建筑工程造价成本的目标。本文就房屋优化设计进行了简单的分析和探讨。 关键词：结构设计优化设计技术；房屋结构设计；应用 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 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

2、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。 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

3、，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

4、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。 3.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： 3.1 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：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

5、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。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。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

6、合适的结构模式。 3.2 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

7、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。 3.3 各种功能结构的优化设计内容 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

8、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。 4、结构设计优化的现实意义 （1）结构优化设计降低总造价 进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。另如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需

9、要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。 （2）进行结构设计优化提高建筑结构经济性 建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利用抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能。 5、结束语 与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。通过使用优化设计手段，达到这5 个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。 参考文献： 1谈建筑结构的优化设计J.建筑科学，200