摘要：近年来， 我国建筑行业发展迅速， 人们开始关注建筑质量的问题， 并且对于高层住宅结构的设计会有更多的考虑。在高层住宅结构设计中， 设计优化方法具有非常显着的优势， 提高了建筑结构的安全性与适用性， 同时也降低建筑成本。本文分析了高层住宅建筑中， 结构设计优化的相关问题。
关键词：房屋结构； 优化设计； 应用；
1 引言
建筑概念设计解决了结构设计中的不稳定因素， 提高了建筑的整体价值。研究可能对建筑结构造成破坏的许多因素， 发现地震是最难控制的， 因为地震发生时， 它将对建筑施加很大的力量， 并且地震很难准确预测。应采用多种方法来提高高层住宅建筑结构抗震性的能力。
2 建筑结构优化设计要点
2.1 结构体系与布置优化
（1） 按照建筑的总体布局， 高度等， 在坚持经济性的原则上， 选择合理的结构体系。比如， 与普通框架相比， 异形柱框架的用钢量较大， 条件允许的条件下尽量使用前者；与普通剪力墙相比， 短肢剪力墙的钢含量较大， 条件允许的条件下应尽可能使用后者。
（2） 在平立面的选择上， 应该尽量选择规则性较好的平立面结构方案。避免严重不规则的平面布局， 特别是出现凹陷或大孔的平立面结构， 尽量不要选择， 另外， 控制平面的纵横比， 合理设缝， 使结构刚度的中心无限靠近建筑质心。竖向结构上， 避免过大外挑或内收的出现， 尽量不要选择有薄弱层、跃层和转换层的结构， 最后， 控制建筑的侧向刚度， 使其沿着建筑高度方向均匀变化。
（3） 在柱网尺寸的选择上， 应选均匀、合理， 使得各个结构构件受力合理， 减少用钢量。
（4） 剪力墙优化。在满足设计规范， 以及结构验算合理的情况下， 尽量减少剪力墙的数量， 限制墙肢长度， 控制连梁刚度， 尽量选择大开间布置。剪力墙的厚度只要能够满足轴压比的要求即可。如果连梁刚度过大， 可以在梁中开水平缝， 使其变成双梁， 或者可以增大跨高比， 降低连梁刚度。
2.2 材料利用优化
实施结构优化设计的目的， 就是为了降低建筑成本， 提高企业的经济利益， 达到“低成本， 高利润”的效果。在建筑结构中， 材料作为构成建筑实物的重要部分， 在结构优化设计中占据非常重要的地位。所以， 设计人员要合理分析结构特性， 根据建筑周边的环境， 坚持就近取材， 选择性能优良的建筑材料。在钢筋混凝土结构中， 柱是主要的受压构件， 所以， 应该选取抗压强度较高的混凝土， 减小柱的截面面积， 减小建筑自重， 增加建筑室内的可利用空间。梁板是主要的受弯构件， 所以， 在钢筋的选择上应该尽量选择高强度的钢筋， 减少钢筋的数量， 另外， 要协调使用混凝土与钢筋的强度， 尽量发挥材料性能。
2.3 荷载优化
（1） 荷载的输入关系到结构计算是否准确， 关系着建筑含钢量以及其他材料的使用等等， 所以， 在荷载的取值上必须准确， 满足设计规范的要求， 做到不漏算、错算、多算。按照最新版本的荷载规范来确定荷载的值。对于某些特殊功能建筑物， 荷载值应与甲方一起测算。
（2） 当填充墙有大面积的开口， 或者出现门窗， 应该扣除该部分的重量。地面， 楼面， 屋顶， 填充墙， 隔墙， 框架和线条上的静载荷值应根据施工实践和大样本详细计算。
2.4 构件配筋设计优化
（1） 在施工图设计过程中， 钢材含量主要通过部件的精制配筋设计来减少。主要通过钢筋级别的选择与钢筋数量的控制两个方面控制钢筋含量。
（2） 新三级钢筋的强度比二级钢筋高20%, 价格高出约6%, 三级钢筋主要用作受力钢筋。在结构抗裂中， 由于裂缝的出现与钢筋的等级没有必然的联系， 但是与钢筋应力有关， 不适合选择高强度的钢筋。构造钢筋的选择与最小配筋 （箍） 率相关。比如， 梁的最小配筋率为max （0.2%, ρmin） , 当混凝土强度≥C30时， 三级钢更经济。当混凝土强度小于C30时， 二级钢更经济。
（3） 在钢筋的使用上， 三级钢与二级钢在外型上比较接近， 在施工中很容易弄错， 为了避免错用、错拿的现象出现， 建议直径≥16mm的钢筋采用三级钢， 直径为10mm~14mm的钢筋， 采用一、二级钢筋。
2.5 剪力墙的优化设计
对于墙高与墙厚比不大于8的墙， 在设计时可以认为是短肢剪力墙。在设计墙长时， 根据规格限制， 墙长可以增加50mm, 以避免由于短肢墙设计而增加最小配筋率。在设计高层住宅建筑结构时， 应根据实际工程烈度区域的差异选择结构墙的间距， 可有效节约材料， 降低成本。
表1 不同地震烈度下的剪力墙间距
剪力墙必须在结构的两个主要方向上具有协调的刚度。应沿宽度方向增加墙壁数量， 沿长度方向增设大洞口， 使长边抗侧刚度满足要求。
当建筑物层数较多时， 为了降低成本， 可以沿着楼层高度逐渐降低混凝土强度， 它可以充分发挥材料性能， 同时有效地避免楼层刚度的突然变化。除了上述方法之外， 墙厚逐步减小， 减小墙肢也可以达到预定的效果。
除了一些特殊要求， 剪力墙上的孔的布局通常应上下对齐， 排列成列， 以避免交错。与柱子一样， 高宽比较大的细高墙也是受弯构件， 其具有延性的损坏形式。在剪力墙优化设计时， 可以通过开孔来缩短墙壁长度， 使其成为细高墙。
2.6 梁板的优化设计
高层住宅建筑中的梁和板可优化性不高， 并且其优化通常在局部优化、组件形式， 计算算法和负载类型等方面。
由于高层住宅建筑承受相对较小的载荷， 上层结构通常使用普通梁和普通板。密肋楼盖通常适用于地下室顶板的结构。它一般分为两种类型， 单向和双向密肋楼盖。过去， 由于地下室顶板有大量的覆盖土壤， 结构顶板通常由单向次梁楼盖代替。不同楼层根据不同的工作条件使用的算法也不同：线弹性法或塑性内力再分布法主要适用于普通单跨和连续跨；考虑塑性内力再分配分析方法一般用于计算住宅建筑中的一些结构构件；另一种方法称为塑性极限分析。对于高层住宅结构中的楼板， 线弹性法用于计算项目就可以达到所需的要求， 并且楼板通常相对规则， 并且荷载不是太大， 因此只需根据构造要求选择钢筋。
当布置梁时， 力传递路径应小于两级， 并且跨度通常设定在3.5m~6.5m之间， 、梁的高度通常是长度的1/2.作为耗能部件， 连梁刚度大， 并且可以吸收大部分地震能量。但是， 为了避免超筋， 不能布置过钢。
3 房屋建筑的优化策略
3.1 设计完整可靠的优化方案
为了确保整体房屋建筑的优化效果， 在优化工作开展之前， 必须对要优化的建筑进行全面的检查。优化中涉及的每个参数都清楚地记录， 并且基于收集的数据和观察到的缺陷， 设计合理的优化方案。优化方案主要针对屋顶设计， 围护结构， 基础结构三部分实施， 以优化目标为指导， 合理安排资金投入， 研究结构受力情况， 完成相关材料和设备的采购。优化方案应该是实际的， 安全的， 可靠的， 高效的， 环保的， 经济的和以人为本的。在实际优化过程中， 非线性结构设计可以通过多个约束和多个可变条件进行优化。在完成整个优化方案的设计后， 利用数学软件仿真得到初步优化结果， 并根据软件优化结果适当改进优化方案。充分保证优化方案的合理性。
3.2 高层住宅结构优化过程中应注意的事项
就目前的高层住宅结构优化而言， 大多数建筑工程师在考虑结构设计的优化时并不会充分理解前期的方案， 更不会参与预设计划的制定， 因此不可能系统地了解整个建筑结构的合理性和缺陷。这使得真正优化工作变得更加困难。结构优化的概念不应在建筑完工后进行， 应该在建筑设计的早期阶段需要认真对待。确保优化结果的整体特征， 不仅可以减少企业的支出， 而且可以更科学， 准确地规划整体结构。保证了结构的科学性和合理性。不同建筑物位置所需的优化方案也不同。因此， 可以合理地选择各种因素， 尤其是内部细节因素进行优化。优秀的结构优化结果可以大大减少人力资源和财务资源的应用， 提高企业的整体效率。随着现代企业结构的发展， 各种钢结构逐渐应用于工厂建筑的建设， 需要专业的理解， 以深入了解和学习结构。确保优化结果将使公司在优化后得到改善的经济效益。
3.3 建立完整的建筑结构优化系统
目前， 中国对住房建设的优化设计缺乏相应的标准和法案， 建筑优化设计的历史相对较短。没有太多案例可以参考， 导致一些设计团队陷入困境， 不仅无法提高企业优化效率， 甚至为企业安全生产埋下安全隐患。因此， 建立一个建筑结构优化系统是必不可少的。通过验证产业结构中的问题， 完善企业管理制度。相应地， 在建立结构优化系统后， 相关人员也可以得到合理的管理和配置， 不同岗位的员工和工作部门有明确的工作目标。工作内容得到了丰富和完善。这对公司的长期稳定健康发展具有重要意义。因此， 在企业建筑结构优化工作之前， 必须建立完整的建筑结构优化系统， 为整个结构优化工作提供指导。
4 结语
总之， 结构优化设计的基础是坚持可持续发展的理念， 充分利用有限的资源， 是符合社会发展需要的有力措施。本文分析了高层住宅建筑结构优化， 希望能为类似的工程建设提供一些帮助。
参考文献
[1]李骠骑。析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].四川水泥， 2017 （8） :106.