有关建筑结构设计的优化设计分析

李战平

（重庆市设计院 重庆 渝中 400015）

有关建筑结构设计的优化设计分析

李战平

（重庆市设计院 重庆 渝中 400015）

随着科学技术不断进步，社会经济快速增长，人们生活水平逐渐提高，建筑工程业也得到了快速的发展。建筑作为人们赖以生存的载体，建筑物的质量和结构设计与人们生活的舒适度息息相关。建筑结构优化设计不仅可以控制建筑投资成本，还可以实现使用者的设计要求。所以，建筑结构优化设计在当前的市场经济发展下具有一定的可行性，为改善人们的生活环境提供重要基础。

建筑；结构设计；优化设计；分析

引言

目前，在对建筑结构进行设计的过程中，往往是在建筑施工、设计的基础上，对建筑结构进行相应的完善，并没有形成单独的设计体系。建筑结构优化设计作为实现建筑本体功能的关键手段，而且建筑结构优化设计直接关系到整个建筑在消防、抗风以及防震等方面的设计是否合理，是否能够保障整个高层建筑结构的施工质量和安全性。

1　建筑结构优化设计的内涵及基本要求

1.1建筑结构优化设计的内涵

在现代的建筑施工中建筑结构优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段和建设阶段。①在决策阶段要明确进行结构优化设计的目的，并在实现本体结构功能的基础上进一步保障建筑结构的安全性，降低建筑施工资本投入。②在设计阶段，要明确和完善建筑整体结构以及每个子系统的优化布局设计。③在建设阶段，将建筑结构优化设计作为建设施工的主要指导原则，组织并建设建筑结构的每个环节，进而实现建筑结构设计的整体优化。这三个阶段互为补充、缺一不可，在建筑结构优化设计中起着重要的作用（具体优化流程如图1）。

图1　建筑结构优化设计流程图

1.2建筑结构优化设计的基本要求

（1）功能性。建筑物作为人类赖以生存的基础物质环境，建筑结构设计的好坏直接关系着人们对建筑环境的感受。随着时代的发展和人们生活质量的提升，人们对建筑结构的功能性需求也不仅限于传统的实际应用功能，而是包含了建筑结构美观、舒适以及建筑物的协调性等多方面的因素，进而满足人们对建筑物质环境的要求。

（2）安全性。建筑物是人们进行生活以及生产活动的主要场所，因此建筑物的安全性是建筑结构优化设计的关键因素之一。如果一味追求建筑结构的优化设计，而忽略了建筑结构设计施工等各方面的安全性，对建筑结构的优化有害无益，给人们的正常生活、生产活动造成巨大的潜在危害。

（3）经济性。随着我国改革开放引来，市场经济快速的增长，由于市场经济对资源配置的要求和引导，使经济性成为建筑结构设计必须要考虑的重要因素。经济性主要是指通过建筑结构优化设计，对建筑材料、工具等进行科学合理的资源配置，减少建设成本的浪费，进而控制建设过程投入。

（4）环保性。环保性是继经济性之后对建筑结构设计的有益要求，一般是指通过建筑结构优化设计选择较为环保的建筑材料、建筑布局等，从而体现可持续发展的环保建筑发展观念。①在建筑材料的选择上，以建筑工程的功能性和安全性为基础，选择合适的节能环保型材料；②在建筑结构优化设计的整体布局中，要重视建筑物在将来的使用中对周围环境造成的影响，一方面强调建筑物各子系统结构的统一与环保性，另一方面要有效地处治建设过程中的废旧材料及建筑垃圾，减少对环境的污染。

2　建筑结构设计存在的问题

2.1抗震结构设计问题

抗震结构一方面是高层建筑结构设计中最重要的环节，另一方面也是高层建筑结构设计中较复杂的一个环节，它需要综合考虑到建筑结构、建筑材料选择以及墙体承重等抗震规范设计要求。但是由于我国不是地震高发地段，所以设计师在设计建筑时，往往忽略这一点，对建筑的抗震结构设计并不是很严谨，而且我国在对抗震设防标准也比较低，这种在政策上的忽略抗震结构导致设计师在计算建筑抗抗震数据时缺乏对数据的敏感性，进而建筑抗震结构设计缺乏灵活性和安全性。

2.2楼层平面刚度问题

在建筑结构设计中，楼层平面刚度问题是最常见的问题，在设计基本的机构观念或者是结构布置上缺乏必要的措施，虽然对对程序采用了楼板变形的计算公式，但是编程在数学力学模型上的成立不代表在实际设计上能够准确无误，这是由于不可抗力等因素的偏差导致计算的误差性，从而导致建筑的不安因素增多，所以，设计师需通过计算机中对结构真实受力状况进行分析，从而确保不会出现根本性的误差，因此设计师需对结构概念要求很强，同时也要对楼层平面刚度的标准进行限制。

2.3剪力墙裂缝问题

剪力墙结构一般多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼等空间房屋，由于这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式，然而部分设计师在设计剪力墙结构时往往为了追求单一的建筑立面造型来增加使用面积，将二楼以上楼层部分的横墙移至悬挑梁上，使得实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝。同时在施工过程中，许多施工队伍为了赶工作进度，工程的质量很难受到保障，而且在使用混凝土进行泵送时，增加水泥用量，减少中粗骨的含量，水泥的用量和中粗骨与骨料的配比都会影响结构的收缩量，又加上由于混凝土强度的提高，使弹性模量增加将引起更大的约束拉应力产生，使得混凝土用量大的剪力墙产生裂缝的因素在增大（具体如图2所示）。

图2　某工程剪力墙结构优化设计前后对比图

3　优化建筑结构设计的策略

3.1选择合理的结构方案

建筑结构的设计方案是进行建筑结构施工的第一步工序，一个好的设计决定了结构设计的质量。往往对于同一个建筑设计方案，结构设计方案并不是唯一的，不同的结构方案会使得工程造价和工程质量产生很大的不同，所以选择一个合理的结构方案尤为重要。在对结构方案的选择上一定要严格的按照基本原则来选择，通过对建筑整体概念的了解对建筑空间中的结构总体方案来进行思考，并且结构方案中要体现出构件与结构、结构与结构之间的关系，需要确保整体结构和构件处于最佳受力状态，保证结构的承载力最大化。同时，结构方案中需要对平面和立面进行合理的布置，保证结构的刚度、结构中心和几何设计到一点上，减小位移比，避免在外力作用下结构的扭转效益，也可以降低建筑造价成本，提高建筑物经济效益。另外，为了保证建筑结构优化设计方案的可行性，设计师需要与建筑人员、施工人员进行有效的沟通和合作，共同制定建筑建构优化方案，保障建筑结构方案的优化性和安全性。

3.2抗震结构的优化

对建筑抗震结构进行设计的过程中，需要通过专业的抗震结构设计人员针对建筑特点以及地方的地震发生状况进行分析，以满足建筑物抗震结构设计规范为基础对建筑物的抗震结构进行严格设计。所以，在进行建筑物抗震结构优化设计的时候：①需要对结构优化设计中的材料合理严谨的选用，众所周知，钢筋混凝土材料的结构设计中，梁柱是主要的受力载体，在工程建设中，采用高标号的钢筋混凝土可以减少梁柱等构件的横截面，减轻结构本体的重量，促进建筑结构的抗震能力的提升，比如在对剪力墙的抗震结构设计过程中，应该充分考虑到剪力墙的抗震要求，设置单独的承重墙和承重柱，合理的匹配钢筋混凝土与混凝土的投放比例，最大限度的发挥钢筋混凝土的材料特性，保证剪力墙的抗震能力。同时还需要结合建筑材料的品种、质量、价格以及对周围环境的适应程度来保证建筑结构的抗震能力、安全性最大化；②在处理一道截面较长的抗震墙方面，设计师应该充分利用其洞口设置成弱连梁，使每个墙段的高宽比不宜小于2，尽量将墙体分成单肢墙、多肢墙或者是小开口墙，从而提高抗震墙的变形能力，保证建筑的安全可靠；③要加强我国建筑构造规定的安全度以及抗震计算方法，通过对梁柱承载力匹配程度、轴压比以及配筋率等抗震延性方面进行严格规定，从制度上进行改变和规制。

3.3灵活运用建筑结构设计规范

在设计建筑结构时，所有的设计的最低标准都不能低于建筑结构设计规范，因为规范的制定已经是国家根据众多技术经济、科技水平和工程实践经验的总结，所以设计人员需要全面理解规范条文，正确灵活的运用建筑结构设计规范。例如：在规范中对剪力墙设计的要求是剪力墙需要上下贯通，剪力墙的布置位置最好是在结构的外围，因为这样可以增强结构的抗扭作用，从而让建筑结构的刚度有连贯性且变化情况稳定，但是作为一个优秀的工程结构设计师，应该灵活运用这个要求，不仅要考虑规范的要求，还需要考虑温度对楼层的影响，从而控制剪力墙的间距，防止剪力墙裂缝增大而增加建筑结构的不安因素。又例如规范中规定可以通过增加暗柱、端柱等边缘构件来减少结构的刚度，但是如果在实践过程中，楼层的面积和剪力墙的总面积之间比值较大，而且房屋的高度较低、楼座的面积够大时，墙底部的暗柱面积以及配筋量可以不用按照规范中要求的设置这么多，这些都是需要设计师对建筑结构设计规范的理解和灵活运用。

4　结束语

综上所述，房屋的安全性和耐久性也是现在比较的关注，在建筑材料的选择上，结构的设计种类上，都应该考虑到抗地震、抗强风以及在使用过程中的房屋损耗所带来的维修的可能性，这都表明结构优化设计的重要性，而且结构优化设计是降低工程造价的有效途径。通过对现代建筑结构设计的优化，不仅可以有效的降低建筑工程的成本，还能满足社会民众对建筑的基本要求。

[1]吴松松.有关建筑结构设计的优化设计的分析[J].建筑工程技术与设计，2015（4）：23～24.

[2]李涛.有关建筑结构设计的优化设计的分析[J].城市建筑，2014（21）：59.

[3]余金凤.有关建筑结构设计的优化设计的分析[J].科技创新导报，2013（2）：61.

[4]杜广，陈彬.有关建筑结构设计的优化措施探讨[J].建材与装饰，2012（9）：111～112.

TU318

A

1673-0038（2015）36-0015-02

2015-8-18

李战平（1980-），男，工程师，硕士，主要从事结构设计工作。