［摘要］建筑结构设计作为房屋结构设计主要内容，发挥着显著作用，其既能影响房屋结构功能及其美观性，又能积极应对房屋结构设计风险。在此之上，本文简要分析了建筑结构设计优化方法的现实意义以及应用原则，并通过对合理选取设计参数、科学布置结构构件、整体与局部的关系、安全与造价的关系的阐述，为建筑结构设计优化方法的应用指明方向，维护房屋结构稳定性。
［关键词］建筑结构设计；房屋结构；工程造价
建筑结构的优化设计，在满足业主各项使用功能要求前提下，结合实际工程特点，促使房屋结构的布局更具均衡性，追求结构设计技术经济指标更具优越性的过程。对此，设计人员应在房屋结构设计中加强对建筑结构设计优化的关注，确保建筑结构设计完成后，不仅能保障房屋结构的基本建筑功能、审美需求，亦能具备合理的抗震性能，以此加快我国建筑行业的转型速度，为业主提供更加优化的建筑结构。
1建筑结构设计优化方法的现实意义
1.1促成审美要求
在房屋结构设计环节运用建筑结构设计优化方法，能够有效满足业主的审美要求。现如今大多数公共建筑与民用建筑，投资者除了关注房价以及房屋功能外，还有它的造型特征以及建筑美观度，投资者更加期待在使用后可以获得舒心的生活、办公体验，且拥有舒适的视觉感受。因此，设计者若能针对建筑结构展开优化，可以逐步贴合业主审美理念改善房屋结构，体现房屋建筑个性化价值。如浙江油茶工坊建筑以及鸟巢建筑，这些建筑结构在优化设计后更具美学价值。
1.2推进建筑转型
常见的房屋结构多有混凝土结构、钢混结构、木结构、钢结构以及砌体结构等。随着建筑行业的日益发展，其竞争力逐步加强，为了在市场竞争中抢占先机，需要积极实施建筑结构优化设计，以此保证创新后的建筑物富有新意且具有合理的性价比，能够引起业主的购买欲望，这样也能就此推动建筑行业的良性发展，使之在转型道路上取得突出成就。因此，优化建筑结构是当前建筑行业转型阶段的重要途径。另外，优化建筑结构设计方案，还能提升工程质量，借此逐步达成建筑行业的高质量建设目标。工程质量始终是结构设计的基础保障，设计人员需要充分借助优化设计方法，夯实建筑行业发展基础，促进建筑行业的优质改革。
1.3节省施工成本
目前，高楼林立已成为城市发展的重要趋势，且以高层建筑为基础，这就导致施工企业在建筑结构设计环节，常常为了赶进度而忽视设计方案的合理性，甚至在实践阶段遇到不合理的设计事项也不予以反馈，此时必然会影响相关企业的经济效益。而建筑结构优化方法的应用刚好可以从合理布局、合理设计的视角，为施工人员提供可靠的指导思路，使其在良好的设计环境下顺利完成施工任务，从而达到省本的目的。据统计，对建筑结构实施优化设计总体上可以比未优化的建筑项目节约15%以上的成本。基于此，建筑结构的优化设计具有显著的现实意义。
2建筑结构设计优化方法的应用原则
2.1实用性
关于房屋结构的设计，整体上是要保证建成的建筑物能够为业主提供可靠的居住保障，满足人体的保暖遮挡需求。除此之外，还要从感官体验上，促使业主放眼望去看到的建筑结构具有美学感受，以此增添建筑物的吸引力。因此，设计者于建筑结构设计环节进行优化设计时，应当遵循实用性原则，对其功能予以拓展，便于业主从中获得更高的舒适度与满意度。
2.2经济性
房屋建筑工程作为一个规模庞大且复杂的施工项目，本身涵盖的涉及事项繁多，既要对结构类型予以设计，又要进行建筑造型设计，这些都需要投入一定的施工成本。随着建筑结构的日益完善，其耗费的成本也逐渐升高。为了确保施工企业能够获得高效益，还需要秉承着经济性原则开展建筑结构设计优化工作，从成本层面上进行合理把控，确保在出具设计方案时，也能如实给出预算计划，指引施工企业在成本控制的过程中，消除设计工作与施工内容的冲突[1]。
2.3安全性
建筑结构设计优化方法在实践应用中，还需要对安全性原则进行有效把控。实际上，无论是砌体结构的办公建筑，还是选用钢结构设计的体育馆建筑，都应当保证设计后的建筑物具备良好的安全性。其中对于安全性的分析，要求建筑结构保持优良的稳定性、抗震性，并在设计阶段考量建筑结构各个构件的分布均衡性、合理性，一旦房屋建筑存在隐患，将容易增加安全事故风险。因此，保证建筑结构的安全性是优化建筑结构的重要基础，需要引起设计人员的密切关注。
3建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用路径
3.1合理选取设计参数
建筑结构设计优化方法的应用，较为主要的是设计者需要针对工程特点，按照设计标准，为其选取合理的设计参数。例如对于住宅结构层高的设计，需要房屋内部空间至少应有2.2.m以上的净高。如若属于复式建筑，其两层房屋结构的净高应在3.6m至5.1m范围内。而对于具有居住功能的卧室空间，最小净高应为2.4m。而在房屋建筑阳台设计上，也要保证阳台栏杆的最大净距为0.11m。设计者还要针对房屋结构的墙角以及墙段构造进行优化处理，即要求在钢混结构中需要将防潮层设在地面60mm以下，并且按照规范的墙段尺寸确定相关参数，如240mm或者1240mm。对于这些基础参数的设计，都是设计者需要遵循的基本要求，具体参数的确认范围应当根据工况而定，但要注重合理性。同时，在参数设计中，还要上升到抗震性等功能参数层面上，以房屋建筑结构构件的分布情况予以优化设计。此处以高88m的办公楼建筑为例，其房屋结构属于钢混结构，框架核心筒结构。因其设有地下室以及办公空间需求，采用稀柱框架，局部大开间需要选用井字梁楼盖类型，并且需要先行出具参数设计标准，而后按照初步设计方案不断予以优化，促使经过优化设计后房屋结构的功能、抗震性能均能有所改善。依据本工程的房屋结构设计标准，设计者将框架结构与抗震墙结构的抗震等级设为二级，且结构阻尼比为5%，以50年设计使用年限为基础，其场地类型为三类，二类建筑防火等级，抗震设防烈度为七度，耐火等级地下室为一级，地上多层建筑为二级。经过对参数的合理选取与优化设计，为本工程的顺利竣工及使用给予了保障。如果设计参数选取不当，将有可能造成结构成本上升或者严重的安全隐患。鉴于此，设计者需要重视房屋结构参数选取的合理性，之后依据参数设计标准予以优化，提升房屋建筑设计方案的可行性。
3.2科学布置结构构件
设计人员在对房屋结构设计中的建筑结构进行优化设计时，还应当考虑结构构件的分布合理性。所谓的结构构件泛指剪力墙构件以及梁柱构件等。其中对于房屋结构中的梁柱构件，通常选用细长类型，从构件尺寸以及空间受力情况进行分析[2]。在具体工程设计过程中，大多数实际问题的解决方案并不具有唯一性。例如框架结构设计中，最大位移与层高之比的限值需满足1/550的要求。在结构设计过程中，当出现该指标不满足规范要求的情况，既可增大梁柱构件的截面尺寸，亦可削弱内部构件，其均能达到减小上述限制的要求。但在具体结构的分析过程中，要求我们设计人员从整体判断，采取措施后，是否有利于抗震功能的实现，是否影响其他技术指标的实现，同时是否具有较高的性价比。对最大位移与层高之比的限值的指标要求，一味地增大构件尺寸，有可能造成工程成本的上升，或者一味地减小内部构件尺寸，有可能造成结构变形的增大，局部构件安全性能不满足要求，甚至在一定条件下，结构发生破坏。这就要求设计人员在设计过程中科学布置结构构件，合理选取构件的截面尺寸。这个过程也是建筑结构设计优化的过程。在这个过程中，普遍来看要做到以下两点：一是整体结构的规则与均匀性。平面设计中结构平面布置比较均匀，并使质量分布与刚度分布相协调，避免产生较大偏心，防止薄弱子结构过早破坏，发挥结构整体的抗震耗能作用。竖向设计中建筑造型及竖向构件亦应均匀布置，防止刚度、承载力、传力途径产生突变，最大程度地限制薄弱部位的出现，防止结构产生过大的应力集中或变形。二是合理选取构件。例如框架构件设计中，应满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。框架结构实际上就是梁柱构件构成的结构体系，所以这种结构体系在抵抗地震水平力时，无法做到像框剪结构那样有多重抗侧力体系，只能让单纯的框架体系也能有主有次，有先有后，形成类似多重抗侧力体系结构的破坏机制。此外，设计人员在布置结构构件时，还需要注意桩基础和建筑主体上部结构对于房屋建筑的重要性。因此，在优化设计桩基础时，桩基础施工包括了预制桩和灌注桩，其中灌注桩的质控难以掌握，这是因为操作复杂，需要加工技巧，导致实际施工受到阻碍。为满足沉降标准，实际操作更偏向使用预制桩施工技术，这样能够降低施工工序，同时也达到稳固作用，但是需要注意桩基深度大，土壤会对其产生摩擦，需要尽量选择长预制桩延长房屋使用寿命。而在优化设计主体上部结构时，其作为房屋建筑重要组成部分，为把控好建筑施工设计要求，需要通过建模作出优化。首先，需要设置好剪力墙，保证剪力墙均匀，将楼层刚度中心点集中在整个结构中心，进而起到建筑加固作用，防止由于台风、地震等灾害产生不良影响。另外，若是环境允许，可以尽量延长剪力墙墙脂长度，采用大开间方式减少其数量，进而减少混凝土使用。此外，剪力墙使用可以降低钢筋使用量，降低建筑投入成本，实现利益最大化。
3.3整体与局部的关系
建筑结构设计优化方法在具体应用阶段，设计人员还要协调好房屋结构的整体与局部关系。从整体设计环节，需要对各个构件、各个结构资源以及施工工艺做好统筹设计工作，而后结合质量功能要求优选各个结构部分的工程材料，之后对其内部结构展开优化设计，既要确保整体设计方案与局部设计方案具备相互辅助关系，又要保持建筑结构的优良分布状态。设计者始终要以一体化设计思想实施优化设计工作。在融合建筑结构整体与局部设计方法中，设计者应运用“由小见大”的思维，先行给出整体设计框架，而后依照整体设计要求，对基础以及建筑结构中的局部区域进行优化设计，保证局部设计成果与整体设计方向保持一致性。如果设计人员脱离了整体设计要求，则很容易产生建筑结构不协调的后果，还会影响建筑结构功能。因此，设计人员在对建筑结构进行优化设计时，务必以统筹思想处理好整体与局部结构的分布关系[3]。一方面，设计人员在确定好建筑结构类型后，需对其承载力、抗震性进行均衡设计，而后保证上部结构以及地基区域的设计标准符合整体设计要求。另一方面，设计人员需对局部结构的安全性予以优化。例如对于绿色建筑的钢框架结构，要求内部设计的阳台、卧室等结构都与整体建筑结构的环保设计理念相契合，从而权衡好两者关系。与此同时，设计人员还可以对建筑结构中的剪力墙等局部结构展开优化设计。一要分析剪力墙承载作用，判断是否分布均匀；二要对剪力墙其他性能进行研究，如外延性，设计人员应当围绕整体设计规定，不断对局部区域的建筑结构实施优化改造，促使剪力墙结构建成后，与整体结构设计要求拥有较高的匹配度。故此，在设计人员明确整体设计思路后，需在局部设计环节，始终坚守整体设计立场，以便优化后整个建筑结构满足房屋结构设计需求[4]。
3.4安全与造价的关系
虽然在建筑结构设计工作中，设计人员看重的是建筑的合理性、适用性、安全性、经济性，但为了进一步提高建筑项目的综合效益，还要衡量好建筑结构的安全与工程造价的关系，既要保证建筑结构拥有良好的安全性，又要避免出现高造价现象，违背工程设计的经济性原则。在当前社会主义市场经济不断发展的前提下，以最少的投资成本产生最大的经济效益是绝大数投资者的必然追求。建筑产品的生产时是一个多维的系统工程。虽然工程的实际投资主要发生在施工阶段，但是工程是否安全，投资是否最小的预见性主要发生在设计阶段。结构工程造价约占整个建筑工程造价的30%～60%，结构是否经济合理是决定工程建设项目投资效益的主要环节之一。在具体设计过程中，应遵循以下几点：第一，选用合理的理论计算模型。建筑设计方案确定后，结构计算模型并不是唯一的，不同的模型有时会产生明显的差异及安全冗余度。因此合理的选取分析模型，不仅关系到计算安全也与结构的经济性直接相关。第二，合理的构造设计。构件最小截面的确定、配筋率的大小看似平常，却是结构设计艺术性的集中体现，其不仅是结构安全的重要指标之一，也对工程造价有较大的影响。第三，积极采用新型、绿色建筑材料。在建筑科学不断发展的同时，建筑材料也在不断更新换代，以往过于厚重的粘土砖砌体材料、聚苯乙烯泡沫板等逐渐被淘汰，被加气混凝土砌块、挤塑聚苯板、硅酸盐泡沫板替代。这些新型、绿色建筑材料不仅使结构荷载降低，更容易满足结构的承载力要求、耐久性要求、防火性能、保温性能，也能有效降低工程造价。
4结论
综上所述，在房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法，不但能够促成投资者对房屋结构的审美要求，帮助建设单位节约成本，而且还能进一步推动建筑行业的转型进程，故应予以重视，并从选取设计参数、布置结构构件、协调整体与局部关系、把控安全与造价关系等方面着手，促使经过优化后的房屋结构功能齐全，性能稳定，保障建筑质量的同时，也能提高人民群众居住水平。
参考文献
[1]占丽金.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].中华建设，2021（7）：104-105.
[2]张凯月.建筑结构优化设计方法在房屋结构设计中的应用[J].工程建设与设计，2020（16）：37-38.
[3]胡欢欢.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J].居舍，2020（12）：81，104.
[4]韦纬娇.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探讨[J].中国住宅设施，2020（3）：43，63.
作者：李凯 单位：平凉市建筑勘察设计院有限责任公司
