建筑结构的优化设计策略探究

王汉成

摘要：随着社会经济的快速发展，人们的生活质量也得到了改善，同时也对建筑结构提出了更高的要求。但当前建筑结构设计并不是那么完美，比如高层核心筒设计的问题、建筑结构基础设计问题，地下室结构设计问题等。建筑结构设计中出现的问题对建筑的使用都会产生不良后果。因此设计人员必须采取有效的措施优化建筑结构设计，保障建筑工程的安全和稳定，满足人们对建筑结构设计的要求。

关键词：建筑结构;结构设计;优化设计;设计策略

一、建筑结构设计中存在的问题

（一）高层核心筒剪力墙结构设计的问题

在某项目中，工程地下三层核心筒剪力墙设计混凝土的等级是C50，在混凝土浇筑施工之后，按照规定的拆模时间开始拆模，在中途应该进行测温，内外温差应相等。在拆模的过程中，可以发现核心筒墙体多个地方出现了蜂窝，还有部分露筋和墙体裂缝等多种质量问题，这些质量问题主要出现在主楼部分的地下三层东、西两个核心筒体剪力墙上，在墙体转角的暗柱、门洞暗柱、暗梁筋密集区以下。根据检查的结果可以知道，蜂窝的面积比较大并且露筋比较多。根据建筑工程质量的标准，各项指标都超过了标准值，这会对整体结构的承载力造成重要的影响。经分析，主要原因是墙厚度过厚，且混凝土浇筑超高未采取相应施工措施，导致混凝土离析。

（二）建筑结构基础设计的问题

建筑结构的设计图纸是一个比较重要的环节。地基的设计在建筑结构设计图纸中更是非常重要的部分，承载整个建筑物的荷载，直接影响了建筑的根基。并且地基选择的情况对建筑物经济性指标有较大影响，一些项目在土质和承载力允许的情况下完全可以用天然基础代替桩基础，进而可以大大减少所需的费用。因此，选择地基时要合理考虑其基础形式。

（三）地下室结构设计的问题

假设地下室的设计出现问题的话，就会影响建筑物的抗震性能，还会使地下室的造价升高。关于半地下室埋深工作环节，要求应该高于地面，这样才不会计入层数，并且建筑高度要从室外地面为基础算高度，还要统一地下室墙柱和上部结构的墙柱。在地下室内外板面的标高变化的地方，超过梁高范围的话容易造成错层，面对这种情况需要采取有效的措施，否则上部结构的嵌固部位不能用地下室顶板。相关规定中还明确了地下室顶板如果是上部结构的嵌固部位就要使用梁板结构，而地下室顶部如果不使用梁板结构就无法作为嵌固结构，比如在使用无梁楼盖时就不可以。建筑结构计算时应该从满足嵌固端的要求，比如地下室楼层。在这个过程中经常会出现半地下室埋深不符合要求的现象，比如包括半地下层在内的房屋层数达到或超过八层时，这就违反了《建筑抗震设计规范》的相关条文。

二、建筑结构的优化设计策略

（一）高层核心筒剪力墙结构设计的优化

在相关指标的要求下，平筏板基础是可以用于核心筒剪力墙结构，一般相对桩基础而言会比较经济，但这有一个前提，也就是计算的地基承载力需要符合要求。桩基础和平筏板基础不同，桩基础的施工要求和周期多且长，而平筏板基础的施工相对比较简单。

設计人员在优化梁体系过程中可以将梁宽度在满足计算要求的情况下控制在350或300mm以下，可避免使用四肢箍;相比于增加梁的宽度，增加梁的高度对提高梁抗弯刚度的效果更好。同时要调整板厚空，需要将次梁间距控制在120毫米或100毫米，还可以根据实际情况改变核心筒剪力墙的厚度，但是必须要保证满足规范和计算要求，因为若结构的截面过大，自重增大，板厚增加，地震力的作用也会变大，相应配筋比例也会根据情况进行增加，这样会使造价升高。

例如，在一个建筑项目中的写字楼建筑设计中，可以知道写字楼在地上是24层，在地下有两层，再加上7度设防，基础形式为平板式筏形基础，并采用普通框架梁加现浇空心板体系形成的标准层梁板，楼板厚度130mm，其结构体系为框架-核心筒结构，此结构平面和立面规则，结构形式合理。此项目中，基础建筑采用的是天然地基，没有使用桩基，这是因为天然地基比桩基的经济性高;但是因为天然地基楼盖的混凝土折算之后厚度是非常大的，这就会导致配筋比例的升高，使自身重量增加，导致地基承载力余量偏小。此项目梁和板的截面均较大，使地震力增加，且经济性不高。

（二）基础设计的优化

基础设计中使用桩基础时，建筑物的每个部分所承受的力度是不一样的;桩基础的采用需要考虑地质可以的情况下可以采用高强度的混用土预应力管桩;工程采用大直径的灌注桩，这就需要选择适合的桩径与桩长，然后可以采取压浆技术，有利于是承载力大幅度提高;上部结构的刚度在情况允许时可以选择利用桩、承台和桩间土的共同作用。

在传统建筑结构设计概念中，蝶形沉降、马鞍形反力分布是由箱基、筏基和桩筏基础导致的，这种情况的发生使整体箱筏产生弯矩，并在上部结构中产生了次应力。有一些框剪、框筒的荷载并不均匀，可以考虑使用变桩径结构;一些主裙连体结构设计，可以使用桩基等，这样可以增强主体，或采用天然地基、疏短桩基、复合地基，这样可以弱化裙房，应该根据这样的要求进行建筑设计。

剪力墙双向钢筋锚入基础的长度或者桩架纵筋，在没有抗震设防时，在基础设计中钢筋的混凝土保护层的厚度必须比钢筋直径的三倍还大。而且需要配有箍筋，根据《混凝土结构设计规范》，锚固长度在计算时可以乘以0.8，还需要按照相关要求规范，在锚固范围内的钢筋应该配置固定桩纵向钢筋。对于建筑物有抗震要求时，钢筋锚入长度需要根据抗震要求设防锚固，比如柱纵筋、剪力墙竖向钢筋等结构。

（三）地下室的优化

层高和荷载对地下室造价有着重要的影响。在实际项目中可以针对这两项对地下室进行优化。若地下室层高降低，开挖深度减小，降水深度也减小;可以针对荷载取值和荷载组合进行优化，例如覆土的厚度与荷载需要严格把控，有一些建筑单位地下室设计中顶板荷载计算为10kN，其实此荷载取值是偏保守的，地下室设计相关规范中，只注重了施工过程中上部结构加在地下室顶板脚手架上荷载，但是真正施工时，脚手架荷载和覆土荷载是不同时存在的，因此地下室顶板活荷载的取值可以优化为每平方米4kN。在地下室结构的构件中，地下室中的底板和基础梁的造价费用是比较高的，在地下室设计过程中要注意地下室整体标高不能太高，有利于支护成本的降低，还能降低土方开挖和外运的工作时间。

如果对地下室有防水的要求时，那么地下室顶板的厚度不能小于250毫米，并且裂缝的宽度不能大于0.2毫米，并且相互不得贯通。外墙配筋应尽量选用小直径钢筋，地下室设计的重点部分还要加入附加筋。若是在高层建筑中，地下室顶板的厚度一般不能小于160毫米，而且地下室的顶楼板是上部结构嵌固部位时需要使用梁板结构，并且楼板厚度不能比180毫米小，其混凝土的强度不能比C30低，需要设计双层双向配筋。地下室每一层的各个方向的配筋率等于或大于百分之二十五。对于地下室抗浮设计环节，需要加强抗浮结构的总量，抗浮结构部分包括底板及外墙的延伸，地下室顶板上的覆土部分，在条件允许时需要将砂卵石铺在地下室底板上。

结束语：

综上所述，建筑结构设计对建筑工程的开展十分重要，建筑结构设计的高效性是决定建筑工程顺利开展的前提。在建筑结构设计的过程中，设计人员需要严格遵守建筑结合设计的规定，并结合一些先进的技术和经验。当前建筑结构设计中有一些比较突出的问题，需要从高层核心筒剪力墙结构设计、基础设计及地下室进行设计优化，从而保障建筑结构设计的高效性和经济性。

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