浅谈生态建筑结构设计的要点

吕宇

摘要：伴随着当今社会经济与科技飞速发展，建筑行业也在迅速发展，越来越多的新型建筑工程理念与建筑形式不断出现，生态建筑就是属于其中一种。生态建筑不仅具有一般的建筑功能，同时还能最大程度节约能源和资源，符合当前社会发展需求。

关键词：生态建筑；结构优化；优化

中图分类号：TU201文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-149-02

前言

从建筑工程的角度来说，建筑结构的设计是建筑工程的质量和建筑使用期的保证基础，在建筑工程发展过程中的作用十分重大。近几年来，生态建筑工程得到了很好的发展，满足了当前社会人们的需求。

1.生态结构设计优化现实意义

1.1提高生态建筑的结构经济性

建筑中选用结构设计优化能使建筑工程的造价降低6%～34%。因为优化方法的技术性实现可以合理的利用材料的性能，加大建筑结构内部不同的单元协调性。这就在实现建筑的美观、实用的基础之上，节约造价，和美观经济融为一体。

1.2降低工程的总造价

楼层越高，其总建筑面积越大，这样平均下来单位建筑面积占用的土地面积就越小，从而能够节约用地成本。不过随着建筑层数不断增多，建筑的总高度自然也会增加，这时为保证楼层问通风采光要求，楼与楼之间的间距一定会加大，这就导致楼层的增加不能抵消楼间距的扩大。从基础部分角度来看，虽然是各层之间共用的，但层数的增加，传给基础的荷载也会增大，所以我们需要加大基础，这样单位面积造价会降低，但却没屋盖的效果明显。

2.生态建筑结构优化设计问题

2.1基础结构优化设计中问题

2.1.1建筑结构设计中存在地基基础的沉降不均，其上部的结构刚度比较大，虽能使建筑物的不均匀沉降减少，能够改善筏板受力的状态，但当前情况来看，在设计上部结构的过程当中，没有办法改善存在次应力在上部结构中产生的影响。例如，在进行对桩基础设计过程当中，如果布桩过程中根据竖向荷载的作用，对于在弯矩作用下承台底部边桩所需的反力验算便未能考虑到。

2.1.2没有充分利用地下的空间。在对地基基础进行设计过程当中，没有根据岩土工程地质的实际情况，地下室和人防的设置包括基础选型等方面的因素进行完全的结合，因此导致没有充分利用到地下空间。

2.1.3在选择地基基础的方案时，没能全方面地考虑沉降缝设置和地下空间利用与埋深等因素。

2.1.4在地基基础优化设计的方面缺乏相关的论证报告。大部分工程都没能够依据实际的场地情况进行合适的设计，且对项目中可选择的各种地基基础的方案没能够进行比较选择以及定性论证。

2.2结构体系优化设计

2.2.1在混凝土结构中有大量浪费水泥及砂石的现象，并且在建筑布局的方面有一定的限制，工业化的水平较低，这些都是缺点。混凝土的抗拉强度也比较低，不少结构中的钢筋混凝土楼板，容易出现裂缝的现象，另外混凝土结构与钢结构以及木结构比较来说，其自重比较大，在进行室外施工时会受到季节以及气候的影响，新旧混凝土之间的连接较困难，因此在补强修复方面也更困难。

2.2.2从砌体结构的体系角度来看，不少农村建筑将楼板任意增厚，对于圈梁和构造柱大量的设置，在混凝土中不计成本地加入钢筋，同时在砌筑房屋过程中混合的多种材料，以致房屋刚度在竖向和横向分布上存在严重不均匀现象，缺乏均衡建筑质量分布，造成建筑抗震隐患的增加。同时在使用材料方面也缺乏连续性，其结果就是没有办法保证建筑的整体性。在配筋混凝土砌块砌体剪力墙中配置过多的水平方向钢筋，而且并不能使墙体抗剪能力得到明显的提高，以致材料造成浪费。

2.2.3我国自主所研发的轻钢结构设计软件和国外软件相比较来看有一定的差距，国外软件为一体化软件，结合结构分析、结构优化和工程职能等功能。与此同时，在底层的住宅中，还没有完整结构体系的形成，主要包括成套扣配件、结构形式的固定以及相配的材料。

2.3结构构件优化设计

2.3.1在设计建筑结构过程当中，由于各个构件设计不合理导致缺乏较高的抗力，包括钢筋及混凝土的强度，混凝土的保护层厚度，构件的高度和宽度，箍筋的间距等，因此对建筑抗震性能和其抗震的合理性产生影响。

2.3.2在建筑结构设计中大量使用一些装饰性构件，并且当作构成的要素，但是这些构件都不具备导光、导风、遮阳和载物与辅助绿化等作用，在施工过程当中，对于工业化生产预制构件使用较少，造成相关工程的造价比较高。

2.3.3就论证节材优化的方面对结构构件时，要综合地考虑建筑的功能、荷载的大小以及柱网的跨度等因素，因此对结构整体的优化效果造成影响。

3.生态建筑结构优化的有效方案

3.1加大对地基实地情况的调查与研究

在进行设计结构时，都要对实地情况进行调查和研究。并且在进行建筑结构优化设计时也要对地基现场进行实际研究和调查。主要内容有现场的地形、地质、水文、周边建筑等。在调查结束后得到的数据需及时进行整理分析，找出利弊因素，然后应用和创新优点，改进克服弊端进行。

3.2生态建筑进行整体性和局部性的优化

在建筑结构进行优化设计时，需优化相应每个下属系统。在选择地基基础方面时，需对天然地基，复合地基和桩基础等相关的地基基础的方案进行比较地选择，并且定性论证。在选择结构体系时，需在建筑的高度、层数、柱网大小和平立面与荷载等方面当作入手点，再进行比较选择。相对其复杂性而言，主要包括建筑材料和建筑结构构件的选择，在进行选择材料时，在优先选择本地生产建筑材料时，需选择预拌混凝土的建筑砂浆，在进行构件选择时，可以选择工业化生产预制构件。所以在结构优化方面需从何整体入手，使整体优化设计能够真正实现。

3.3生态建筑结构阶段性优化设计和寿命优化设计

根据地域环境的不同，在建筑工程的使用期限之内，在每一阶段需进行相关方案的优化。考察每阶段对建筑工程的特点，根据其实际的结果明确优化的方案，使科学优化工程整体寿命得以延续。

3.4保持生态建筑优化和结构优化协调

从结构设计角度来说，应该确保建筑整体结构的紧密配合整体平面，这样能实现建筑美观和结构合理效果。从建筑造型来说，应该保持简约，且所存在装饰性构件较少，所以在单纯追求标志性效果而设立异型构件，尽量不要设计。从整体结构来看，应当使重心、刚心和质心这三者保证正确地交叠，防止出现扭转的情况。

3.5科学优化主体上部机构

在优化设计建筑上部结构过程当中，需将建立起相关的模型，且应该实行系统优化。从整个过程角度来看，首先应当合理设置剪力墙，使剪力墙整体质量较均匀，这能够使楼层之中平面刚度的中心点与楼层整体结构重心的相重合，使地震或风力对建筑造成的破坏性减少，使建筑的整体质量能够得到有效的保证。

3.6加强楼板设计规范

在现代建筑当中，楼板是承受荷载力主体因素，所以，设计人员在进行设计之前需要重视这一点。这要保证楼板受力可靠性，下一步合理的预算，保证科学合理设计建筑结构。还有一种特殊的情况，是不少建筑主次梁的刚度和荷载力相差大，这时设计人员就不可以一概而论，要分别考虑不同位置的楼板受力，在此基础上设计整个楼层荷载力的方案，以此减少配筋的浪费。楼板主要作用是首先需承受竖向荷载同时也要把荷载力传给框架外和不同柱上。

3.7使不规则的建筑平面布置产生规则的结构效应

不同建筑体型都有不同相对比较规则结构受力的方案。这一规定给设计师的设计造成一些困扰，设计师要保证结构的荷载中心和刚度中心尽可能地接近甚至重合起来，那这栋建筑结构可以是基本具备稳定和规则条件。在同等条件下，如楼层平面的面积越大，其内部可分隔空间就会越多，这样就会有更多有利的条件做到规则结构的布置，以此为建筑结构整体的稳定性和安全度提供保障。

4.结语

在生态建筑结构设计过程当中，应该对建筑结构进行优化设计，使生态建筑结构设计能与生态化的要求更加贴合，让建筑结构的科学行、合理性加强，使生态建筑工程能更好地使用，促进建筑行业蓬勃向上发展。