建筑混合结构设计的优化措施

王志强 冯仁德 毛宇 万增勇

摘要：随着我国社会经济的发展，许多行业均发生了翻天覆地的变化，建筑行业更不例外，人们不仅对房屋结构的功能要求越来越高，而且对于建筑安全稳定性的要求也越来越高，如何优化建筑结构设计，确保建筑稳定性，已然成为广大建筑企业所需要思考的重要课题。基于此，本文重点针对以钢结构和混凝土结构为一体的混合建筑结构进行分析，从两大方面分别指出了现有问题和对应优化措施，以希冀给予广大建筑结构设计工作者一些可行的帮助和建议，进而在促进建筑企业长期健康发展的同时确保建筑结构的稳定性。

关键词：建筑混合结构设计；优化设计

近年来，我国现代化建设进程有了很大推进，建筑规模的逐渐扩大让建筑结构设计工作的重要性越来越高，科学合理的建筑结构设计不仅能让建筑资源和建筑空间得到最有效的利用，更能提高建筑的安全稳定性，延长建筑的使用寿命。但是，从现有建筑常见结构来看，无论是混凝土结构还是钢结构都存有一定问题，需要进一步优化设计。因此，围绕建筑混合结构进行优化设计，具有十分重要的现实意义，符合建筑行业的发展需求。

一、建筑混合结构优化设计的基本概念和重要意义

一般来说，建筑混合结构优化设计可从广义和狭义两方面进行解释。一方面，广义结构优化设计指的是通过考虑各方面因素，对建筑进行系统优化，实现建筑设计综合效果的最佳；另一方面，狭义结构优化设计指的是在单一建筑结构上进行优化，例如优化钢筋结构、优化混凝土和钢结构的布置方式等。首先，伴随着建筑行业的进步，建筑项目越来越重视人与自然的和谐，设计更加实用、安全、经济、美观和稳定的建筑工程已然成为建筑行业的重要发展趋势，在此背景下，人们对于建筑结构的优化设计更加看重；其次，对建筑混合结构进行优化设计，能够从根本上对建筑成本进行节约，结构设计方案对工程造价的影响通常会达到75%以上；最后，借由合理的设计方案，能够极大提高混合建筑结构的稳定性，有效确保建筑工程的质量安全。

二、建筑混合结构设计的现状及问题

（一）结构选型问题

结构选型是当前混合结构建筑设计中所遇到的比较突出的问题。一方面，规范规定建筑工程不得采用严重不规则的设计方案，这使得结构设计人员的一些好的设计方案并不能得到充分应用；另一方面，建筑结构设计上的制度要求尚不完善，设计工作者很难做到规范化设计，使得建筑工程时常出现二次设计，不利于建筑工作的持续有序完成。

（二）地基设计问题

地基工程的设计理论尚不完善，地基工程主要会影响结构基础的变形或不均匀沉降，最终导致上部结构的开裂甚至倒塌，比如，很多地下室结构的底板沉降引起的地下室整体坍塌。

（三）结构分析计算问题

多数设计工作均采用计算机系统进行数据分析和模型设计，借助计算机技术即使能够在很大限度上对建筑结构进行优化，提高整体结构的稳定性和美观性，但由于设计人员对施工现场往往没有透彻的了解，使得结构设计工作缺乏了对施工现场实际因素的考量，很容易漏掉施工过程中必须要考虑的因素，从而给后续施工工作带来影响。

（四）钢结构稳定性问题

与混凝土结构相比，建筑钢结构设计集中体现在两方面：一方面，目前在钢材的选用和设计上仍有较大改善空间，尤其是针对钢材的防腐防火处理，还应进一步进行优化；另一方面，不同于混凝土结构，钢结构更容易出现稳定性问题，尤其是在设计过程中应着重注意各构件之间的连接问题。

三、建筑混合结构优化设计的基本原则

（一）稳定性原则

通常来说，对建筑混合结构进行优化设计的根本目的在于提高建筑的稳定性，因此在设计过程中应首要遵循稳定性原则。一方面，所设计的建筑混合结构必须能够支撑建筑达到使用寿命，且在整个使用年限中应能够适应各种受力情况；另一方面，建筑混合结构要有一定的安全储备，要能够避免突发外力影响时出现质量问题。

（二）经济性原则

为实现材料用量最优化，建筑混合结构优化设计也应遵循经济性原则，要在确保结构安全的基础上选用较小的材料种类，要合理设计建筑结构，尽量减少施工工序，节省人力物力成本投入。

（三）整体性原则

针对建筑混合结构，由于其往往由混凝土、钢结构等多个组成构件构成，因此在实际设计时也应遵循整体性原则，要充分考虑到混凝土结构与钢结构之间的有机结合，最大限度确保二者共同受力工作。

四、建筑混合结构优化设计的具体措施

（一）优化材料选择，确保建筑质量

材料质量始终都是工程稳定性的重要决定因素。首先，要尽可能优化混凝土材料选择，在确保混凝土结构基本质量要求的基础上，尽量选用稳定性较强、抗入侵性较好的混凝土原材料，同时要不断优化混凝土配比，在确保强度的同时减少成本投入，可在混凝土中适当添加增效剂以增加混凝土强度；其次，要在市面上选用最合适的钢材强度，并根据不同的截面组合形式选用不同等级的钢材，如格构柱肢件可选用Q345B型钢材等等，同时要确保鋼材连接处构造可靠，防止因连接问题影响钢结构稳定性；最后，要注重建筑混合结构设计的整体性原则，尽可能将混凝土结构与钢结构有机结合起来，最终实现两种结构稳定性“1+1>2”的效果。

（二）合理设计结构，提高结构寿命

不同的地质情况也应采用不同的建筑结构，因此在进行建筑混合结构设计时，要提前对工程场地进行细致的地质勘测，确定最佳的结构选型，同时也应全面考虑一切可能对建筑结构造成影响的外界因素，并提前采取措施进行预防。首先，要充分考虑到地震等自然灾害给建筑结构带来的影响，提高混凝土结构和钢结构的抗震能力，比如可对整体结构进行弹性和弹塑性受力设计，增加关键连接节点的承载能力；其次，建筑结构整体进行防腐防火处理，主要是钢结构构件进行防火防锈防腐，必要时还可以在钢材表面增加板材保护；最后，要尽量遵循差异性原则和经济性原则，针对不同构件的不同环境情况选用不同的材料和不同的设计方法，要尽量在保障建筑稳定性的同时优化结构设计，节省材料投入。

五、结语：

综上，本文从建筑混合结构设计的原则出发，结合目前建筑混合结构设计的问题指出了相应的优化措施，可以确定的是，建筑结构作为建筑工程的主体，其质量和稳定性将直接关乎到建筑使用者的生命安全，因此必须提高对建筑混合结构设计的重视，不断就设计方案进行优化。同时，针对现代建筑重要组成部分的混凝土结构和钢结构，只有结合施工要求合理选用正确的混凝土材料和钢材料，并严格按照相关规定进行设计、施工，才能从根本上确保建筑工程的整体稳定性，才能推动建筑行业的发展。

参考文献：

[1]张百振，范志昂.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].绿色环保建材，2018（11）：67+70.

[2]陈朝东.工业与民用建筑的混合结构设计研究[J].建材与装饰，2018（29）：100-101.

[3]赵宇.关于多层大跨超长混合建筑结构设计探究[J].山西建筑，2016，42（04）：36-37.

[4]李思佳.工业与民用建筑混凝土结构设计刍议[J].江西建材，2015（10）：44+48.