關于對建筑結構優化設計問題的思考

李明

（江蘇中建工程設計研究院有限公司）

關于對建筑結構優化設計問題的思考

李明

（江蘇中建工程設計研究院有限公司）

一個建筑項目的施工與后期運行能否順利開展的前提，在于建筑結構設計是否經濟合理，建筑結構設計是基礎。由于結構設計和建筑設計之間存在制約與被制約的關系，而使得建筑與結構在設計過程中出現各種問題，為了解決并保證質量，需要采取應對措施。與此同時，傳統設計已不適應時代發展的需要，因此對建筑結構的優化設計也是大勢所趨。本文作者結合多年來的工作經驗，對建筑優化設計問題進行了研究，具有重要的參考意義。

建筑結構設計；常見問題；優化；實際應用

1 建筑結構設計中常見的問題

1.1 建筑結構設計圖紙過于簡單化

一份完善合理的結構設計圖紙，需要把建筑設計中的每一個細節問題充分表現出來。如建筑墻體材料、荷載選取、結構抗震等級與設防裂度、構造要求、細部節點等。但在當前的建筑結構設計過程中，很多做的還不夠規范。如設計圖紙中對于標高、層高、梁柱編號等關鍵信息沒明確標識出來，獲取的圖集不標準化，詳圖表示不明確等。最終使得整個施工現場作業混亂，影響施工進程與項目質量。

1.2 過分注重低含鋼率

從事建筑材料的相關企業越來越多，部分建筑商為了謀取自身利益，往往通過降低成本的方式來提高收益。他們會在對建筑材料進行選取的過程中，盲目的追求建筑材料的低含鋼量，而在結構設計中大做文章。而這直接導致施工安全性顯著降低，最終影響雙方利益。

1.3 基礎選型不夠合理

建筑基礎選型直接關系到建筑的安全性、合理性。當前存在基礎設計階段無場地地勘報告，僅憑經驗盲目選型的現象，致使地基承載力存在一定的缺失，導致無法滿足建筑項目的變形要求，同時也會導致建筑項目的基礎對于不均勻沉降能力的協調不夠有效。嚴重時導致建筑項目的安全系數較低，質量水平較低，甚至會導致建筑項目的使用壽命受到極為不良的影響。

1.4 地下室外墻設計不夠全面合理

對于帶地下室的建筑項目，地下室外墻的設計在建筑結構設計中占據關鍵的地位。同時，地下室外墻設計也是最容易出現問題的部分，地下外墻的設計直接關系到地下建筑項目的承載能力。如果施工過程當中對于地下水位高低的判斷、地下室外墻外側的土壓力的大小、及地下室頂板的覆土和荷載等因素的考慮不夠充分或者有誤，這將不但會降低該建筑項目的地下部分的安全系數，也會使得該建筑項目的設計質量大打折扣。

2 建筑結構設計注意要點

2.1 結構設計前期準備

對于任何一個項目，結構設計人員在拿到建筑圖紙后都不能盲目建模計算。首先要進行全面分析，與建筑設計人員進行溝通，充分了解建筑的功能、平面布局、層高、建筑選材，面層做法等。其次建模前要確定抗震等級、場地類別等及梁板的荷載統計，與建筑或設備專業有無沖突，梁板柱截面的選取是否符合建筑的平立剖面。只有建模計算前將各種關系考慮處理好，建模才能順利準確進行。另外，在進行結構建模的時候，要了解每個參數的意義，不得盲目修改參數，修改時要時刻把規范條文作為依據。在計算中，要充分考慮在滿足技術條件下的經濟性。對計算結果要反復比較，多次調整，以達到最優化結果。

2.2 對電算結構的調整與修改

每一個計算軟件都不是萬能的，都有其局限性。這就要求結構設計人員在電算結束后要進行大量的調整和修改。具體表現在以下多方面：主次梁井字梁受力關系是否明確，次梁適當放小；盡量減少鋼筋的種類和級差；梁下凈高是否滿足使用要求，設備走管是否穿梁；柱根、柱頂及變截面處的標高與各層結構平面圖相符；柱主筋與計算結果相符，主筋間距符合有關規定；各種構件的編號是否正確齊全；對較大跨度的雙向板查閱撓度計算結果是否滿足；主筋的間距能否滿足施工要求等等。

2.3 構件詳圖與節點詳圖

對于任何工程來說，都有構件詳圖與節點詳圖，這對于整個圖紙的質量與造價及施工來說，都有不可估量的作用。例如：柱中的預埋件與有關的構件大樣節點要吻合；主次梁節點附加鋼筋應符合有關規定；梁預留管線洞口位置應可行，洞口加筋的措施應得當；折梁各段的主筋直徑及箍筋間距均應標注齊全；雨蓬梁應滿足彎、剪、扭的計算要求；屋面上返梁的雨蓬應按建筑專業的要求，預留雨水洞；對于連接大樣，應標出各個連接構件、部件、零件或預埋件的名稱；樓梯結構剖面圖中，各層蹬高、蹬數、與層高或休息平臺的標高差尺寸閉合等等。除此之外，結構圖中各個節點詳圖要與建筑相一致，且符合結構自身受力特征。

2.4 基礎設計

基礎的工程造價在整個工程造價中所占的比例較高，尤其在地質條件比較復雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎形式或地基處理方式，對降低工程造價起著至關重要的作用。首先需要根據結構類型及現場地勘確定基礎選型，另外注意如基礎配筋在建筑結構設計中是不能低于最小配筋率要求；不能對條基交叉處的基底面積進行重復利用，并且要考慮到調整基礎的實際寬度；如果出現了局部墻體存在較大的荷載的情況，還需要對基礎的寬度加以調整；如無法明確定位構造柱要及時調整，明確定位的。

3 建筑結構的優化設計

優化設計方法主要應用于建筑工程結構總設計，主要有建筑基礎結構方案設計的優化、建筑物頂部系統方案設計的優化、外圍護欄結構方案設計的優化及建筑結構細部設計的優化。這些優化設計中要充分考慮建筑整體結構選型、結構布置、受力及造價等因素，它們是影響優化的主要因素。因此在建筑結構優化設計中要根據建筑的實際情況，選擇與其相適應的優化方法。

3.1 鋼筋混凝土框架結構設計

如鋼筋混凝土框架結構體系，在進行鋼筋混凝土框架結構設計優化時，多會應用到準則法，準則法的基本思想為：在獲得建筑結構初始截面的基礎上，應用有限單元法，對建筑結構整體內力進行綜合分析，然而將建筑整體結構分解為單一構件，根據每一種構件的受力情況進行分部結構優化；通過遞推公式，最終獲得優化結構。

3.2 結構主要構件的合理布置

對于高層控制剪力墻墻厚、長度和數量，把位移比作為控制指標，保證建筑物安全的前提下減少不必要的剪力墻，會從整體上節約造價。梁作為樓蓋的主要構件，其布置直接影響板的受力和配筋，合理布置梁也是控制造價的關鍵。在大跨度框架梁配筋方面，應避免上部粗大鋼筋全梁貫通，盡量采用較小直徑鋼筋配置，可有效節省框架梁的鋼筋用量。樓板厚度直接影響著結構荷載，對于較小樓板的標準層，配筋均按最小配筋率控制，樓板厚度增加配筋也會增大，所以實際工程設計時樓板厚度也是降低成本的控制要素。另外，采取合理的混凝土標號、鋼筋材料，也會有效降低工程總造價。

3.3 建筑結構計算周期設計優化

在很多情況下，都會出現建筑結構的實際周期要小于建筑設計周期的情況，從而引起設計承受的剪應力較小的現象。為保證建筑質量，需要對建筑結構計算周期進行一定的折減.在針對混凝土框架結構，如填充墻砌體屬于輕質型，則折減系數控制在0.7～0.8范圍內；如填充墻砌體為重質型，則其折減系數控制在0.6～0.7范圍內。

4 結語

結構設計對建筑設計具有經濟意義及實踐價值。本文闡述了建筑結構設計常有的問題，并提出了相關改進的措施。基于這點再運用科學合理的結構優化設計手段，在確保建筑結構安全的基礎上進行局部調整，使整個建筑結構更加可靠與穩定，最終實現建筑結構實用性與藝術性的完美結合。

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[2]陳歡.在建筑結構設計中常見問題的分析[J].科技與企業，2012 （13）

[3]盧建勇.如何搞好房屋建筑結構的優化設計[J].中國房地產業2011（03）

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1007-6344（2015）08-0092-01