简述建筑结构设计中的优化策略

邵瑞玲

摘 要：随着我国建筑行业发展迅速，以及越来越多的企业承受着项目巨额成本压力，结构优化设计的必要性不容忽视。人们现在不仅重视建筑结构质量，还更关心整体建筑结构设计，建筑结构设计方法在不断发展过程中完善，在建筑结构设计中，建筑结构设计优化方法措施应用广泛。

关键词：建筑结构设计；优化设计；措施

前言

近些年，人们生活水平在不断提高，对于建筑物要求也更高。传统建筑结构设计已经无法满足人们对建筑外观和功能等方面的需求。除了传统的住宅建筑以外，新型的公共建筑、玻璃幕墙建筑等新的建筑涌现，这对建筑设计师提出了更高要求，设计师需要不断探索建筑结构，采取科学措施优化建筑结构设计，提升建筑结构优化水平。

1、建筑结构设计优化概述

设计师对建筑结构的优化是一项专业性较强的工作。在明确建筑设计目的、使用功能的基础上，用恰当的方法进行优化设计，建筑设计先制定多种对比方案，综合考虑外立面的设计，再结合结构设计中安全实用和可行性较强的设计方案，对项目的优化设计进行综合的考虑。因为建筑工程涉及的面比较广，因此对建筑结构的优化设计涉及丰富的内容，主要包括建筑方案优化和结构、成本方案优化。如果再进一步细分，建筑方案优化包括总图规划方案、户型方案、建筑风格等方面的优化等等； 结构的优化设计包括： 基础结构方案的优化设计、结构选型方案的优化设计和结构细部设计的优化设计等等。设计师通过建筑结构设计可以合理分配固定资源和有限空间，最大化使用建筑设备和建筑材料，保证建成的房屋具有美观，安全和舒适等特点。

2、建筑结构设计中的优化策略

2.1对建筑总规方案进行优化

在住宅的设计中，户型使用过程中对于自然风的要求，以及考虑夏季时日照对于节能保温的影响，在对整个项目的总规布置设计时，就要考虑各栋住宅之间的相互遮挡对于风流动性的影响，同时也要在总图布置设计时，尽量减少西侧户型的布置，减少西晒对于节能方面的影响。又如社会发展对于汽车使用增加的要求，新建住宅项目基本上对于车位的配套有明确的要求，为了满足车位配置的要求，项目都会配建有地下室，那么在总规布置时，就需要对车库的出入口、各栋塔楼的布置与消防车道之间的关系进行合理的优化等等。最后汇总总规方案优化的主要内容包括有： 建筑物布置、道路设计，排水设计及相关挡土墙和边坡及土石方填挖量经济性平衡和土石方量的总图调配等。

2.2对建筑平面设计方案进行优化

建筑的平面设计方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也会不同。因此在多个建筑平面设计方案中选择最优设计方案非常重要，要确定建筑的平面布局、柱网间距到楼层数、层高、建筑物的高度和房屋的基本类型等，同时房屋开间大小和进深对会对设计方案产生影响。如果建筑房屋的性能相同，一般设计方案和最优设计方案的成本不同。因此在优化设计方案时要根据具体情况选择侧重点。如笔者参与的一个超高层商业写字楼的项目设计，其建筑平面方案设计初期设计单位考虑其平面布局根据其幕墙外围每隔1.2米设置一条立杆的基础上，将其柱网轴线间距设计为7.2米，因为超高层柱子承受上部荷载较大，柱子尺寸结构计算需要1.2米*1.2米的柱子。小距离的间距加上超大的结构柱，对于作为写字楼的使用十分不合理，而且每个1.2米设计一个立杆的幕墙而言，视野通透性较差，而且铝材用量很多。经过对以上问题进行综合考虑以后，方案最后优化为柱网轴线尺寸为12 米，幕墙竖向立杆每隔2 米设置，结构柱子因宽度增大而调整为1.5 米*1.5 米。此方案调整以后，无论从写字楼的内部布局使用、外围视野的通透性有了很合理的提醒，同时铝材的用量减少、整个玻璃幕墙的造价也得到合理的优化。

2.3对基础形式的选择进行优化

根据相关调查数据显示，在建筑投资成本中，建筑基础形式占30% 的比重，因此对工程成本最重要的影响因之一素就是建筑基础形式。如果建筑工程基础形式是科学合理的，对建筑工序是非常有利的。现阶段，我国建筑工程中高层建筑居多，基础结构的造价和地质条件的关系非常紧密。因此选择恰当的地基非常重要。在优化基础设计的前期阶段，首先要对对地勘报告中参数等进行分析，抗浮水位的位置、报告对土壤参数的选择是否保守、基础持力层的选择等等都会对基础的选型产生很大的影响。其次对上部结构计算中的荷载等进行复核； 最后进行多方案基础选型从而确定合理的基础方案，包括常用的预应力管桩基础、冲孔灌注桩基础、筏板基础等。如笔者曾经参与过的一个山脚的住宅项目，前期做勘探设计时，已经和勘察单位沟通要将抗浮水位进行分段式考虑，减少抗浮水头对底板的配筋影响； 基础选型时，在靠近山的位置基岩较浅，采用冲孔灌注桩，桩径1.5米、桩长6 米即可达到单桩单柱的要求；而在山脚的位置则采用直径500mm 的预应力管桩，桩长约20米，加快施工速度，提高基础施工的经济性。

2.4对选择的结构形式进行合理的优化

在进行结构选型时，要对于整体建筑结构的用途、高度、功能、周边环境、抗震性等多方面因素进行合理的把握，因地制宜地选择合理的结构体系。一般高层建筑常用的结构体系为： 框架结构、框剪结构、剪力墙结构。在选择了对应的结构体系以后，就要针对相应的结构体系进行合理的优化，如剪力墙结构的设计时需考虑连梁的优化设计。连梁的刚度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，一般情况下不宜采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。另外一种情况，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。

2.5注重结构的细部优化

在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的优化设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板，这样既达到合理受力的目的，也避免了拐角裂缝的出现。又比如底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大，此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，便可减少箍筋肢数或箍筋直径，达到降低造价的以及方便施工的目的。还有，为减少柱构件底部截面，采用高强度的混凝土是不错的选择，但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号，满足了受力要求，也节约了成本。

结束语

总之，任何建筑体型都有一种相对比较规则的结构受力方案，因为当建筑体型确定以后，整体建筑的形心和质量中心就也确定了，结构设计师在设计时只要使结构的荷载中心和刚度中心尽可能地接近乃至重合，该建筑结构就基本具备了稳定和规则性的条件，通过从整体和细部的优化设计，采用合理的结构形式和布置，优化构件设计和构造，使得建筑结构符合安全耐用和经济合理的要求。合理优化的建筑设计不但可以节约项目造价成本，还可以为社会创造附加经济价值，建设成本的有效控制与资金节省、充分高效合理的使用土地资源。为此建筑结构设计中，要优化设计建筑结构，提高设计水平。

参考文献

[1]杨宏刚. 有关建筑结构设计的优化设计的分析[J]. 企业导报，2013，23：265-266.