关于对建筑结构优化设计问题的思考

2015-04-10李明

四川水泥 2015年8期

关键词：详图结构设计构件

李明

（江苏中建工程设计研究院有限公司）

关于对建筑结构优化设计问题的思考

李明

（江苏中建工程设计研究院有限公司）

一个建筑项目的施工与后期运行能否顺利开展的前提，在于建筑结构设计是否经济合理，建筑结构设计是基础。由于结构设计和建筑设计之间存在制约与被制约的关系，而使得建筑与结构在设计过程中出现各种问题，为了解决并保证质量，需要采取应对措施。与此同时，传统设计已不适应时代发展的需要，因此对建筑结构的优化设计也是大势所趋。本文作者结合多年来的工作经验，对建筑优化设计问题进行了研究，具有重要的参考意义。

建筑结构设计；常见问题；优化；实际应用

1 建筑结构设计中常见的问题

1.1 建筑结构设计图纸过于简单化

一份完善合理的结构设计图纸，需要把建筑设计中的每一个细节问题充分表现出来。如建筑墙体材料、荷载选取、结构抗震等级与设防裂度、构造要求、细部节点等。但在当前的建筑结构设计过程中，很多做的还不够规范。如设计图纸中对于标高、层高、梁柱编号等关键信息没明确标识出来，获取的图集不标准化，详图表示不明确等。最终使得整个施工现场作业混乱，影响施工进程与项目质量。

1.2 过分注重低含钢率

从事建筑材料的相关企业越来越多，部分建筑商为了谋取自身利益，往往通过降低成本的方式来提高收益。他们会在对建筑材料进行选取的过程中，盲目的追求建筑材料的低含钢量，而在结构设计中大做文章。而这直接导致施工安全性显著降低，最终影响双方利益。

1.3 基础选型不够合理

建筑基础选型直接关系到建筑的安全性、合理性。当前存在基础设计阶段无场地地勘报告，仅凭经验盲目选型的现象，致使地基承载力存在一定的缺失，导致无法满足建筑项目的变形要求，同时也会导致建筑项目的基础对于不均匀沉降能力的协调不够有效。严重时导致建筑项目的安全系数较低，质量水平较低，甚至会导致建筑项目的使用寿命受到极为不良的影响。

1.4 地下室外墙设计不够全面合理

对于带地下室的建筑项目，地下室外墙的设计在建筑结构设计中占据关键的地位。同时，地下室外墙设计也是最容易出现问题的部分，地下外墙的设计直接关系到地下建筑项目的承载能力。如果施工过程当中对于地下水位高低的判断、地下室外墙外侧的土压力的大小、及地下室顶板的覆土和荷载等因素的考虑不够充分或者有误，这将不但会降低该建筑项目的地下部分的安全系数，也会使得该建筑项目的设计质量大打折扣。

2 建筑结构设计注意要点

2.1 结构设计前期准备

对于任何一个项目，结构设计人员在拿到建筑图纸后都不能盲目建模计算。首先要进行全面分析，与建筑设计人员进行沟通，充分了解建筑的功能、平面布局、层高、建筑选材，面层做法等。其次建模前要确定抗震等级、场地类别等及梁板的荷载统计，与建筑或设备专业有无冲突，梁板柱截面的选取是否符合建筑的平立剖面。只有建模计算前将各种关系考虑处理好，建模才能顺利准确进行。另外，在进行结构建模的时候，要了解每个参数的意义，不得盲目修改参数，修改时要时刻把规范条文作为依据。在计算中，要充分考虑在满足技术条件下的经济性。对计算结果要反复比较，多次调整，以达到最优化结果。

2.2 对电算结构的调整与修改

每一个计算软件都不是万能的，都有其局限性。这就要求结构设计人员在电算结束后要进行大量的调整和修改。具体表现在以下多方面：主次梁井字梁受力关系是否明确，次梁适当放小；尽量减少钢筋的种类和级差；梁下净高是否满足使用要求，设备走管是否穿梁；柱根、柱顶及变截面处的标高与各层结构平面图相符；柱主筋与计算结果相符，主筋间距符合有关规定；各种构件的编号是否正确齐全；对较大跨度的双向板查阅挠度计算结果是否满足；主筋的间距能否满足施工要求等等。

2.3 构件详图与节点详图

对于任何工程来说，都有构件详图与节点详图，这对于整个图纸的质量与造价及施工来说，都有不可估量的作用。例如：柱中的预埋件与有关的构件大样节点要吻合；主次梁节点附加钢筋应符合有关规定；梁预留管线洞口位置应可行，洞口加筋的措施应得当；折梁各段的主筋直径及箍筋间距均应标注齐全；雨蓬梁应满足弯、剪、扭的计算要求；屋面上返梁的雨蓬应按建筑专业的要求，预留雨水洞；对于连接大样，应标出各个连接构件、部件、零件或预埋件的名称；楼梯结构剖面图中，各层蹬高、蹬数、与层高或休息平台的标高差尺寸闭合等等。除此之外，结构图中各个节点详图要与建筑相一致，且符合结构自身受力特征。

2.4 基础设计

基础的工程造价在整个工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式，对降低工程造价起着至关重要的作用。首先需要根据结构类型及现场地勘确定基础选型，另外注意如基础配筋在建筑结构设计中是不能低于最小配筋率要求；不能对条基交叉处的基底面积进行重复利用，并且要考虑到调整基础的实际宽度；如果出现了局部墙体存在较大的荷载的情况，还需要对基础的宽度加以调整；如无法明确定位构造柱要及时调整，明确定位的。

3 建筑结构的优化设计

优化设计方法主要应用于建筑工程结构总设计，主要有建筑基础结构方案设计的优化、建筑物顶部系统方案设计的优化、外围护栏结构方案设计的优化及建筑结构细部设计的优化。这些优化设计中要充分考虑建筑整体结构选型、结构布置、受力及造价等因素，它们是影响优化的主要因素。因此在建筑结构优化设计中要根据建筑的实际情况，选择与其相适应的优化方法。

3.1 钢筋混凝土框架结构设计

如钢筋混凝土框架结构体系，在进行钢筋混凝土框架结构设计优化时，多会应用到准则法，准则法的基本思想为：在获得建筑结构初始截面的基础上，应用有限单元法，对建筑结构整体内力进行综合分析，然而将建筑整体结构分解为单一构件，根据每一种构件的受力情况进行分部结构优化；通过递推公式，最终获得优化结构。

3.2 结构主要构件的合理布置

对于高层控制剪力墙墙厚、长度和数量，把位移比作为控制指标，保证建筑物安全的前提下减少不必要的剪力墙，会从整体上节约造价。梁作为楼盖的主要构件，其布置直接影响板的受力和配筋，合理布置梁也是控制造价的关键。在大跨度框架梁配筋方面，应避免上部粗大钢筋全梁贯通，尽量采用较小直径钢筋配置，可有效节省框架梁的钢筋用量。楼板厚度直接影响着结构荷载，对于较小楼板的标准层，配筋均按最小配筋率控制，楼板厚度增加配筋也会增大，所以实际工程设计时楼板厚度也是降低成本的控制要素。另外，采取合理的混凝土标号、钢筋材料，也会有效降低工程总造价。

3.3 建筑结构计算周期设计优化

在很多情况下，都会出现建筑结构的实际周期要小于建筑设计周期的情况，从而引起设计承受的剪应力较小的现象。为保证建筑质量，需要对建筑结构计算周期进行一定的折减.在针对混凝土框架结构，如填充墙砌体属于轻质型，则折减系数控制在0.7～0.8范围内；如填充墙砌体为重质型，则其折减系数控制在0.6～0.7范围内。