房屋结构设计中建筑结构设计优化方法运用分析

房屋结构设计中建筑结构设计优化方法运用分析

张宏健

新疆东方瀚宇建筑规划设计有限公司 新疆 昌吉 831100

摘要：本文从功能性、安全性、环保性、经济性、舒适性五个方面，介绍了房屋建筑结构优化设计过程中应该遵循的原则。在此基础上，本文以钢结构装配式住宅结构为例，从户型结构、厨房及卫生间、建筑结构平面三个方面介绍了钢结构装配式住宅的具体优化设计思路，并分析了新疆地区小城镇民用住宅房屋结构的优化设计，以供参考。

关键词：房屋结构设计；建筑结构优化设计；钢结构装配式住宅

引言：建筑结构优化设计是指以满足建筑物的整体功能为目标，需要对建筑物进行性能优化，并对多个设计方案进行比较，从中选出最合适的方案^[1]。在优化设计的过程中，设计人员需要尽量发挥各种材料的力学性能，使建筑结构的受力更加合理，尽量提高房屋质量，并保证经济性。

1.房屋建筑结构优化设计应遵循的原则

1.1保证功能性

房屋建筑是人类进化过程中的自然衍生物之一，是人类追求更好物质生活过程中必不可少的事物。因此，从应用功能方面来看，房屋首先应该具备遮风挡雨、宽敞、明亮、通风性好等优点。比如在现代城市中，受土地资源利用率的制约，高层及超高层建筑逐渐取代了传统的矮层多单元建筑。尽管单位土地能够容纳的居住人口数量呈几何倍数增长，但必须承认的一点是，高层建筑结构的户型结构在不同程度上成为了“牺牲品”，导致部分房屋的功能性有所下滑。比如经典的高层建筑采用双单元+2大户型+2小户型的结构。其中，在每个单元东西两侧边缘位置的大户型结构在南北两个方向均设有阳台（窗户），故能够实现南北通透，可使房屋建筑在一定程度上利用自然资源，达到调节室内环境的目的。但被挤在单元中间位置的两个小户型只能一侧开窗，无法形成南北通透格局，导致室内空气流通不畅。由此可见，此类型高层建筑的整体结构布局已经违背了房屋的功能性，在后续进行优化设计时，应尽量避免，可同时提高房屋建筑的功能性和居住舒适性。

1.2注重安全性

安全性是房屋建筑工程设计施工、后续投入使用过程中必须时刻注重的问题。在现代社会中，随着经济的迅速发展，消费者对房屋建筑提出了更多的功能性要求。由此导致的后果是，房屋建筑的复杂程度与日俱增，除了基础施工项目之外，幕墙工程、机电安装工程、管道工程等层出不穷，稍有不慎便可能留下安全隐患，危及消费者的安全。基于此，针对建筑工程的各个环节、各个阶段进行优化设计时，还必须考虑安全性。

1.3考虑环保性

基于可持续发展理念的环保性原则实际上与功能性、舒适性原则有着千丝万缕的联系。比如在夏季，如果天气尚未进入一年中的最热时节，则南北通透的户型结构会有效借助自然风调节室内温湿度，搭配风扇，可有效解决消费者的“降温”需求。而若房屋结构无法做到南北通透，则室内便会因空气不流通而产生强烈的闷热感，在此情况下，只能依靠空调进行降温。以上文提到的高层建筑双单元双户型结构为例。我国北方某城市高层建筑的小户型结构为朝南单侧开窗，北侧开门的结构，室内空气流通不畅。在不开空调的情况下，该户型（55m²）每月产生的电费约为90～110元；到了夏季，以每天开空调12小时计算，每月的电费直接飙升至260～300元之间。损耗大量电能意味着环保、经济均无法实现。由此可见，环保性、经济性与功能性、舒适性联系紧密，均未建筑结构优化设计过程中必须遵循的原则。

2.建筑结构优化设计在房屋结构设计中的实践应用分析

2.1钢结构装配式住宅的优化设计思路简析

2.1.1户型的标准化、定型化设计

钢结构装配式住宅的户型设计如果存在较大的随意性（如规格较多），便可能导致施工现场出现较大的不确定性，很有可能严重拖延工期。考虑到钢结构装配式住宅的原材料——标准化生产的板材尺寸完全统一的特点，在进行优化设计时，技术人员应对房间的进深、开间尺寸等进行详细考虑，务必保证其满足模数制的要求，并尽可能地减少异形板的使用量以及现场板材的裁截量，进而达到提高生茶你效率、缩短工期的目的^[2]。

2.1.2厨房、卫生间的标准化、定型化设计

厨房、卫生间被视为现代民用建筑的“心脏”，主要特点在于：内部管道多、功能复杂。与户型整体设计相同，在钢结构装配式的住宅中，厨房、卫生间的下水管道、通电管道的布局走向同样需要标准化、定型化，并减少异形板和现场板裁截量，进而完成优化设计。

2.1.3房屋建筑结构平面布置应系列化、模块化、灵活化

钢结构装配式房屋建筑结构平面布置一般将住宅开间、套型、单元等作为“模块”，通过对具备不同功能的模块进行凭借的方式，使之满足不同的结构设计需求。

2.2适合新疆地区小城镇民用住宅的房屋结构优化设计

2.2.1新疆地区小城镇民用住宅的（户型）需求分析

笔者对新疆地区某小城镇消费者对民用住宅的户型需求进行了分析，总结如下：

（1）功能需求方面：该小城镇常住人口总数较少，且土地资源十分充足，消费者在购买住房时普遍持有“宜居舒适、布局合理、动静分区、洁污分区、明厕”的需求。

（2）结构布置方面：柱、梁的布置数量应尽量减少，并尽可能地节省钢的用量，达到降低成本的目的（需保证安全性）。

（3）节能减排方面的要求：应控制建筑体形系数和窗墙比，尽量减少建筑外形的凸凹程度和“大坡顶”式的设计。此外，在建筑的入口处应设置门斗。

（4）建筑模数制方面的需求：采用工厂化标准板材，且宽度应该为300mm的整数倍。

（5）造型方面的美观需求：应重点对屋顶、檐口、入口的雨棚顶、窗线条、腰线等进行处理，使建筑整体结构呈现出规整、平齐之感。

2.2.2基于新疆地区小城镇民用住宅一般需求的民用房屋建筑建筑结构优化设计方案梳理

（1）方案一。平面图如图1所示。此方案为最原始的设计方案。整体来看，以图片中心线为对称轴，左右两边分别为两户，客厅、餐厅、卧室、卫生间、厨房的分布位置完全对称。综合考虑新疆地区小城镇的人口数量、土地资源等资料之后可发现，方案一的整体结构设计已经能够满足绝大多数消费者的一般需求。

图 1 新疆地区某小城镇房屋结构常规设计方案平面图

（2）方案二。如图2所示。对比图1、图2可以发现，在方案一中，户型整体结构没有太大的问题，但从开门的方向（朝向东西两侧）可知，方案一只适合用于建造城市别墅群，并不适合民用多层住宅。因此，在保证户型结构外表整体框架不变的情况下（开门侧可以灵活调整），对局部结构进行微调，可将房屋建筑结构方案优化为用于修建多层建筑的方案。（户型总面积不变、内部结构基本不变，但需在局部位置调整非承重墙的位置，能够为消费者提供更大的自主装修调整空间）。

图 2 基于常规设计方案缺点的优化改进方案

结语：综上所述，建筑结构优化设计方法应用于现代房屋设计时，应注重功能性、舒适性、环保性、经济性、安全性。遵循上述原则的同时，设计人员还需根据建筑工程所在地及周边区域消费者对房屋建筑的实际需求，完成对已有建筑方案的结构微调，在“不做大改动”的情况下，实现设计优化升级，最终满足各方需求。

参考文献：

[1]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.

[2]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(03):43+63.