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摘要：在建筑工程设计领域，住宅建筑的结构设计是一项影响楼宇建筑整体效果的关键内容，其发展水平决定了整个建筑工程的设计水准。住宅结构设计的基本措施包括三个方面内容：第一，建筑结构形式的选用；第二，建筑结构各个细节部位的优化设计；第三，计算机仿真设计。住宅建筑结构设计的经济性主要体现提高土地利用率、降低工程造价、提高空间资源利用能力等三个方面的内容。
关键词：住宅结构设计，计算机仿真，优化设计，节约用地，工程造价
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）09-01-01
一、引言
在建筑工程建设领域，住宅结构设计是一项影响楼宇建筑效果的关键内容，其发展水平决定了整个建筑工程的设计水准，并在后期的建筑设施使用过程中影响着住宅建筑的使用寿命和安全性能。
通常来讲，住宅结构设计的主要工作内容就是要根据建筑设计的整体要求和功能指标，选用恰当而且合理的设计理念和艺术手法，来确定一套最适合建筑物的结构形式、位置布局以及相关结构件的尺寸参数等。影响住宅建筑结构整体布局的因素主要包括建筑物的外形特征、柱网尺寸、楼层高度以及金结构件等，对于结构件而言，又涉及结构布置、截面设计、钢筋强度、配筋构造以及混凝土浇筑工艺等。
在住宅建筑结构优化设计工程实践中，不仅要求结构工程师对结构件的受力特征具有充分把握和全面分析，还需要其能够根据结构件设计经验和规范来选用最合理的优化方法进行有效设计。
二、住宅结构设计的基本措施
住宅结构设计的基本措施包括三个方面内容：第一，建筑结构形式的选用，包括加强砌体结构的优化设计和剪力墙的优化设计两个方面；第二，加强建筑结构的各个细节部位的优化设计；第三，计算机仿真设计。
（一）依靠结构设计来合理选用建筑的结构形式。
在实际生活中，建筑物的类别和功能上的不同决定了其内部户型的选择，对建筑的整体砌体结构和底部剪力墙等结构都有不同的要求。
首先，要依靠结构设计来对砌体结构进行优化设计。
砌体结构在建筑中作为承重构件和抗侧移构件，不同的建筑物对于砌体结构的平面布置具有不同的要求，例如：对于一般住宅，采用砖砌体结构，虽然平面布置非常灵活，但是不宜作为跃层结构，纵向墙体数量不宜少于三道。
其次，要依靠结构设计来加强建筑物的剪力墙设计。
建筑结构的底部框架剪力墙往往会由于竖向抗侧力构件不连续而出现受力平衡等问题，因此剪力墙对于建筑平面的要求比较严格，并且应当尽量将其承重墙放在框架梁上，这样可以获得相对稳固的受力状态。如果承重墙设计在次梁上，则应该采取相应的措施来进行整体加固，常用方法有：加大该次梁、主梁、框架梁的配筋强度，同时加厚该处的楼板厚度。在剪力墙设计中，连梁的设计也是一项关键内容。连梁主要用来连接各墙体，使其联结而成强度更大的联肢墙体，增加墙肢约束条件，同时也增大了连梁和墙肢所承载的内力，因此必须通过增大构件配筋量来进行优化和改善，在一定程度上造成了施工材料的浪费。为了避免上述现象的产生，有经验的设计师在进行住宅建筑的结构设计时，往往会将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁，而不会采用大刚度的窗下墙作为连梁。同时，在满足建筑结构的刚度与变形要求的前提下，尽量结合经济角度来综合分析其变形、抗力等因素，从而优化抗侧力构件的布置方案。
（二）注重细部优化，加强建筑结构的各个细节部位的优化设计。
结构设计时，在达到整体设计要求的前提下，应该加强和完善住宅建筑的各个局部构件的精细设计。例如，在混凝土现浇板设计中，应该遵循建筑学和力学原理，把异形板划分为矩形板，这样可以获得比较理想的受力状态，同时避免出现拐角裂缝的现象。再如，住宅建筑底部框架的抗震墙的底框梁一般需要设计较大的箍筋配箍量，如果在设计过程中恰当地选用冷轧带肋钢筋作为箍筋材料，则能够有效缩小箍筋直径并减少箍筋的肢数，降低工程造价，降低施工难度。
（三）计算机仿真设计。
随着计算机技术的发展，以及计算机技术与建筑结构优化设计理论的结合，基于计算机仿真技术的结构优化设计思路已经在工程结构设计中得到推广与应用。结构工程师们利用计算机仿真模拟分析软件，根据设计方案建立起相应的优化设计分析模型，采用高效的科学计算方法进行数据处理，设置结构设计预期达到的目标要求，实现结构设计的优化。实际上，利用计算机仿真技术进行结构优化设计的过程，是将工程问题转变为相应的数学问题进行求解，再将结果转化为工程结论进行论证。在大型的复杂结构的优化设计中，基于计算机仿真技术的结构设计方法处于无可替代的位置，因此许多企业对结构设计人员的计算机应用能力提出了严格的要求。
三、住宅结构设计的经济性探讨
住宅建筑结构设计的经济性主要体现在三个方面：
第一，住宅建筑结构设计可以促进土地的合理利用，提高国土资源利用率。
楼宇建筑的基础是土地资源，而楼宇建筑的总建筑面积则是各层建筑面积的总和。因此，对于住宅建筑等楼宇而言，楼层越多，单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就会越少。但是，随着建筑层数的增多，住宅建筑物的总高度也会逐步增加，房屋之间的间距也必须相应地增大。所以说，土地资源的利用率和节约量并非与建筑层数数量呈现正比关系，而是要在科学合理的结构设计中进行优化选择，设计出具有最高利用价值的楼层高度。
第二，住宅建筑结构设计能够降低工程造价，提高楼宇开发的经济效益。
住宅建筑的层数直接影响着单位建筑面积的工程造价，也对楼宇开发的经济效益起到决定性影响。但是，各个部分结构对楼宇工程造价的影响程度不尽相同，其中尤以基础和墙体结构的设计最为突出，而房屋顶部的影响最为轻微。由此可见，随着楼宇层数的增加，墙、柱、梁等承重构件需要相应地增加，并且要进一步增强各层之间的承载能力和抗震能力，其工程造价随之上升；基础结构的载荷也将逐步增大，但是由于共用一个基础，因此其工程造价整体还是有所下降；屋盖部分的工程造价则是随着层数增加而呈现明显降低的趋势。
第三，通过合理降低住宅建筑层高，以及缩小建筑之间的距离，实现对太阳光能以及空间资源的合理利用。
众所周知，住宅建筑的层高将会使层高增加、墙体面积增大、柱体体积增大、结构自重增大、水管加长、电线加长，直接影响住宅的整体造价。通过降低层高，不仅可以节省材料、节约能源，而且有利于提高抗震能力。同时，降低层高可以减少住宅建筑的高度，缩小建筑间距，实现对太阳光能以及空间资源的有效利用，进一步达到节约用地的效果。
四、结束语
住宅结构设计是一种艺术，结构设计师希望通过建筑结构来表达自己的设计意图，并且力求实用性和艺术性的完美结合。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，建筑结构的平面布置应该尽量规则对称，缩小质量中心和刚度中心的差异，避免建筑物在水平荷载作用下产生较大的扭转效应。结构设计师在保证住宅建筑整体安全性能的前提下，应当敢于尝试和挑战新的建筑结构形式，更大程度地实现建筑师的意图。
参考文献
1.黄晓霞；住宅结构设计中存在的问题及其对策[J]；沿海企业与科技；2006年10期
2.陈晖；浅析住宅结构设计中存在的不足与对策[J]；建材与装饰（中旬刊）；2008年05期
3.马文贤；概念设计在住宅结构设计中的应用[J]；建材技术与应用；2007年08期
4.葛维维；吕洁；关于多层住宅结构设计技术探讨[J]；科技创新导报；2009年01期
5.杜爽，任宝双，侯健群，庄惟敏；钢结构住宅的经济分析[J]；工程建设与设计；2004年03期
6.王新喜；祝秉寅；高层钢筋混凝土住宅工程剪力墙造价的分析[J]；天津建设科技；2008年05期
关键词：住宅结构设计，计算机仿真，优化设计，节约用地，工程造价
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）09-01-01
一、引言
在建筑工程建设领域，住宅结构设计是一项影响楼宇建筑效果的关键内容，其发展水平决定了整个建筑工程的设计水准，并在后期的建筑设施使用过程中影响着住宅建筑的使用寿命和安全性能。
通常来讲，住宅结构设计的主要工作内容就是要根据建筑设计的整体要求和功能指标，选用恰当而且合理的设计理念和艺术手法，来确定一套最适合建筑物的结构形式、位置布局以及相关结构件的尺寸参数等。影响住宅建筑结构整体布局的因素主要包括建筑物的外形特征、柱网尺寸、楼层高度以及金结构件等，对于结构件而言，又涉及结构布置、截面设计、钢筋强度、配筋构造以及混凝土浇筑工艺等。
在住宅建筑结构优化设计工程实践中，不仅要求结构工程师对结构件的受力特征具有充分把握和全面分析，还需要其能够根据结构件设计经验和规范来选用最合理的优化方法进行有效设计。
二、住宅结构设计的基本措施
住宅结构设计的基本措施包括三个方面内容：第一，建筑结构形式的选用，包括加强砌体结构的优化设计和剪力墙的优化设计两个方面；第二，加强建筑结构的各个细节部位的优化设计；第三，计算机仿真设计。
（一）依靠结构设计来合理选用建筑的结构形式。
在实际生活中，建筑物的类别和功能上的不同决定了其内部户型的选择，对建筑的整体砌体结构和底部剪力墙等结构都有不同的要求。
首先，要依靠结构设计来对砌体结构进行优化设计。
砌体结构在建筑中作为承重构件和抗侧移构件，不同的建筑物对于砌体结构的平面布置具有不同的要求，例如：对于一般住宅，采用砖砌体结构，虽然平面布置非常灵活，但是不宜作为跃层结构，纵向墙体数量不宜少于三道。
其次，要依靠结构设计来加强建筑物的剪力墙设计。
建筑结构的底部框架剪力墙往往会由于竖向抗侧力构件不连续而出现受力平衡等问题，因此剪力墙对于建筑平面的要求比较严格，并且应当尽量将其承重墙放在框架梁上，这样可以获得相对稳固的受力状态。如果承重墙设计在次梁上，则应该采取相应的措施来进行整体加固，常用方法有：加大该次梁、主梁、框架梁的配筋强度，同时加厚该处的楼板厚度。在剪力墙设计中，连梁的设计也是一项关键内容。连梁主要用来连接各墙体，使其联结而成强度更大的联肢墙体，增加墙肢约束条件，同时也增大了连梁和墙肢所承载的内力，因此必须通过增大构件配筋量来进行优化和改善，在一定程度上造成了施工材料的浪费。为了避免上述现象的产生，有经验的设计师在进行住宅建筑的结构设计时，往往会将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁，而不会采用大刚度的窗下墙作为连梁。同时，在满足建筑结构的刚度与变形要求的前提下，尽量结合经济角度来综合分析其变形、抗力等因素，从而优化抗侧力构件的布置方案。
（二）注重细部优化，加强建筑结构的各个细节部位的优化设计。
结构设计时，在达到整体设计要求的前提下，应该加强和完善住宅建筑的各个局部构件的精细设计。例如，在混凝土现浇板设计中，应该遵循建筑学和力学原理，把异形板划分为矩形板，这样可以获得比较理想的受力状态，同时避免出现拐角裂缝的现象。再如，住宅建筑底部框架的抗震墙的底框梁一般需要设计较大的箍筋配箍量，如果在设计过程中恰当地选用冷轧带肋钢筋作为箍筋材料，则能够有效缩小箍筋直径并减少箍筋的肢数，降低工程造价，降低施工难度。
（三）计算机仿真设计。
随着计算机技术的发展，以及计算机技术与建筑结构优化设计理论的结合，基于计算机仿真技术的结构优化设计思路已经在工程结构设计中得到推广与应用。结构工程师们利用计算机仿真模拟分析软件，根据设计方案建立起相应的优化设计分析模型，采用高效的科学计算方法进行数据处理，设置结构设计预期达到的目标要求，实现结构设计的优化。实际上，利用计算机仿真技术进行结构优化设计的过程，是将工程问题转变为相应的数学问题进行求解，再将结果转化为工程结论进行论证。在大型的复杂结构的优化设计中，基于计算机仿真技术的结构设计方法处于无可替代的位置，因此许多企业对结构设计人员的计算机应用能力提出了严格的要求。
三、住宅结构设计的经济性探讨
住宅建筑结构设计的经济性主要体现在三个方面：
第一，住宅建筑结构设计可以促进土地的合理利用，提高国土资源利用率。
楼宇建筑的基础是土地资源，而楼宇建筑的总建筑面积则是各层建筑面积的总和。因此，对于住宅建筑等楼宇而言，楼层越多，单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就会越少。但是，随着建筑层数的增多，住宅建筑物的总高度也会逐步增加，房屋之间的间距也必须相应地增大。所以说，土地资源的利用率和节约量并非与建筑层数数量呈现正比关系，而是要在科学合理的结构设计中进行优化选择，设计出具有最高利用价值的楼层高度。
第二，住宅建筑结构设计能够降低工程造价，提高楼宇开发的经济效益。
住宅建筑的层数直接影响着单位建筑面积的工程造价，也对楼宇开发的经济效益起到决定性影响。但是，各个部分结构对楼宇工程造价的影响程度不尽相同，其中尤以基础和墙体结构的设计最为突出，而房屋顶部的影响最为轻微。由此可见，随着楼宇层数的增加，墙、柱、梁等承重构件需要相应地增加，并且要进一步增强各层之间的承载能力和抗震能力，其工程造价随之上升；基础结构的载荷也将逐步增大，但是由于共用一个基础，因此其工程造价整体还是有所下降；屋盖部分的工程造价则是随着层数增加而呈现明显降低的趋势。
第三，通过合理降低住宅建筑层高，以及缩小建筑之间的距离，实现对太阳光能以及空间资源的合理利用。
众所周知，住宅建筑的层高将会使层高增加、墙体面积增大、柱体体积增大、结构自重增大、水管加长、电线加长，直接影响住宅的整体造价。通过降低层高，不仅可以节省材料、节约能源，而且有利于提高抗震能力。同时，降低层高可以减少住宅建筑的高度，缩小建筑间距，实现对太阳光能以及空间资源的有效利用，进一步达到节约用地的效果。
四、结束语
住宅结构设计是一种艺术，结构设计师希望通过建筑结构来表达自己的设计意图，并且力求实用性和艺术性的完美结合。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，建筑结构的平面布置应该尽量规则对称，缩小质量中心和刚度中心的差异，避免建筑物在水平荷载作用下产生较大的扭转效应。结构设计师在保证住宅建筑整体安全性能的前提下，应当敢于尝试和挑战新的建筑结构形式，更大程度地实现建筑师的意图。
参考文献
1.黄晓霞；住宅结构设计中存在的问题及其对策[J]；沿海企业与科技；2006年10期
2.陈晖；浅析住宅结构设计中存在的不足与对策[J]；建材与装饰（中旬刊）；2008年05期
3.马文贤；概念设计在住宅结构设计中的应用[J]；建材技术与应用；2007年08期
4.葛维维；吕洁；关于多层住宅结构设计技术探讨[J]；科技创新导报；2009年01期
5.杜爽，任宝双，侯健群，庄惟敏；钢结构住宅的经济分析[J]；工程建设与设计；2004年03期
6.王新喜；祝秉寅；高层钢筋混凝土住宅工程剪力墙造价的分析[J]；天津建设科技；2008年05期