浅析建筑结构的优化设计

2016-06-29陆美玲南京国联电力工程设计有限公司南京210000

山东工业技术 2016年13期

陆美玲（南京国联电力工程设计有限公司，南京 210000）

浅析建筑结构的优化设计

陆美玲
（南京国联电力工程设计有限公司，南京 210000）

摘要：现代社会中，建筑物的作用被人们的要求程度越来越高，使命意义不断增强，在此背景下新的建筑技术与工艺不断发展进步。如何降低建筑物的能耗，如何优化建筑物结构，如何让建筑符合社会市场环境规范要求的同时满足建筑物使命，设计功能要求。本文通过对建筑结构的优化设计的影响进行解读分析，主要是对建筑时所受到的外部资源环境、内部建筑条件、结构材料选择和结构选型进行解读。在建筑物的结构的总体优化方面起到了借鉴作用。

关键词：建筑物结构；设计优化；材料优化

0　引言

同一个建筑物往往有不同的选择方案，不同的方案设计则会使工程的总体造价，工程工期，工程质量有很大区别。在很大程度上，建筑物机构设计的成败甚至说一个项目的好坏由建筑物结构的优化所决定。换而言之，结构优化设计是否合理至关重要。在建筑结构优化上设计人员应正确理解并运用好相关规范要求，充分了解建筑物特点，利用好地理优势和建筑资源，详细比对建筑方案选择最优方案，严格把控选择建筑材料，把建筑结构优化落在实处细处，打造精品建筑工程。

1　合理的结构方案

作为建筑工程，其具有系统性和耗能性的特点。建筑结构优化中应合理借助有效的设计技术工艺手段，采用新材料，新工艺，新技术，尽可能少的减少能源消耗提高能源利用率的同时利用好建筑周围的资源能源，建筑结构优化过程中考虑各种资源利用对建筑结构的影响，达到建筑结构的最优。

首先在结构方案上的选择应要用整体的概念取代局部的概念。在充分考虑到建筑物结构的整体性的前提下，在建筑内部空间中完成结构总体布局的方案构思设计。处理好构件与结构，结构与空间，空间与建筑属性之间的关系，充分考虑结构的整体性和结构构件的最佳受力状态，设计时使结构具备所应有的承载力，并充分发挥结构与构件的物理刚度和其本身所在建筑结构内具有的延展性，抗力性，优化性。使建筑物的结构优化中做到受力与传力途径明确、过程简单，从而达到整体结构安全可靠并与建筑的协调一致的效果。其次，在充分考虑到结构的平面布置构件的抗侧力刚度中心与建筑物本身外力受力中心是否接近重合的前提下进行建筑结构设计。以此避免构件在受外力作用下结构的扭转效应，当结构体产生扭转效应时建筑物综合结构扭转效应所需要增加设计的材料用量是相当巨大，扭转效应也给建筑结构设计优化带来了不规则的设计影响及不确定外力因素。

2　结构的形态优化

建筑结构设计过程中往往会因为考虑建筑物的立平面布局造型和内部空间布置而影响建筑结构，造成建筑结构的空虚不合理和空间结构的不搭配与浪费。在常见的结构形态中，平面形态较规则、凹凸态较少的建筑结构用材用钢量就少。在层面面积相同或者相近但外墙长度不一的建筑物结构中，其建筑外墙的长度越大，则其用钢量越多。在建筑物结构中决定用钢量多少的是平面形态是否规则。平面的规则程度也是衡量建筑物结构抗震性能的重要依据。而在超长建筑结构中由于需要考虑混凝土的收缩性与温度应力所以需要充分考虑荷载应力对超长结构体的影响，考虑设计的单位用钢量也较大。为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，在进行构建高层建筑结构中高宽比大的结构时，应充分考虑，设计较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度。

3　结构体构件影响

在构件位置的选择中，若抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度，使该构件所在建筑结构部位中的抗扭效应小，从而使得构建结构的整体用材量减少。反之，结构用材量增多。在柱段构造配筋用材中考虑柱段构件受力特点主筋配比则可按最小或略高的配筋率选择主筋配比规格。结构顶层边柱或大跨度边柱中由于其受力特点是大偏心受压，其主筋配筋量由内力计算控制并且其受力都较大，为了降低配筋率节省用料用材，科采用改变为柱竖向形态的方法。

4　建筑结构布局

建筑的抗震墙布局结构设计中按照其加强部位和非加强部分为约束边缘构件和构造边缘构件配。约束边缘构件由于受约束力的影响所以其构件本身耗材高低构造边缘构件因此在结构设计中严格控制区分抗震墙布局中的约束边缘构件与构造边缘构件。以达到合理用材用料不浪费不损耗的构件优化目的。抗震墙布局如能合理地布置、准确的计算受力实际的取值，就可以控制抗震墙主、箍筋和水平分布在墙段中的筋的配筋率等，时期按照规定中的最小配筋率进行配置。建筑结构体中梁的布置在不影响使用或建筑空间观感时，梁宽宜略为放大，用材布置成单排主筋梁截面高度不太大时，则可以节省用材。若悬臂梁呈较大的跨度，则其不论承受的是均布荷载还是梁端集中荷载，都会造成结构弯矩内力的大幅度下降，建筑结构优化中需注意悬臂梁结构的弯矩内力变化，在梁承受集中荷载处要配置附加横向钢筋。

5　资源的优化

在建筑结构优化中应综合考虑各种资源的影响，已节能环保为目的降低建筑耗能。在建筑结构设计中合理开发土地，合理布置设计地下地上建筑结构布局，发挥土地的价值，采用新材型料，新技术减少建筑的耗能增加建筑构件的利用率，达到对建筑结构的优化设计。水资源利用上减低废水雨水的收集和再次利用，废水的净化，设置循环水等利用方式。结构设计中合理采用先进的节水工艺利用排水沟、集水池等措施收集雨污水达到对水资源的再次利用。结构设计中对施工现场的绿化，喷洒路面，现场的搅拌用水，养护用水，车辆进出场冲洗等用水设施结构采用现场收集的雨水。

6　建筑用材的优化

建筑的各个结构构件在力学受力上都附有相应的承载目的，所以合适的结构材料构件是建筑结构优化的基础。目前钢筋混凝土是主要的结构材料，建筑用材时应合理的配置主要结构材料使其具有的高强度，高刚度，高韧性与高延展性的材料特征充分发挥。在主体的结构构件中、柱、墙承担的大多为竖向荷载受竖向力较对，结构设计利用标号标号高的的混凝土构件可有效减少柱截面积达到节约用料，减轻构件重量、增加建筑体的空间率。总体结构中梁板为受弯构件受剪应力作用，构件设计时采用高强度钢筋降低剪力作用的同时减少的钢材用量。