淺析建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陸美玲（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，南京 210000）

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淺析建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陸美玲
（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，南京 210000）

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)中，建筑物的作用被人們的要求程度越來越高，使命意義不斷增強(qiáng)，在此背景下新的建筑技術(shù)與工藝不斷發(fā)展進(jìn)步。如何降低建筑物的能耗，如何優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)，如何讓建筑符合社會(huì)市場(chǎng)環(huán)境規(guī)范要求的同時(shí)滿足建筑物使命，設(shè)計(jì)功能要求。本文通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行解讀分析，主要是對(duì)建筑時(shí)所受到的外部資源環(huán)境、內(nèi)部建筑條件、結(jié)構(gòu)材料選擇和結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行解讀。在建筑物的結(jié)構(gòu)的總體優(yōu)化方面起到了借鑒作用。

關(guān)鍵詞：建筑物結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；材料優(yōu)化

0　引言

同一個(gè)建筑物往往有不同的選擇方案，不同的方案設(shè)計(jì)則會(huì)使工程的總體造價(jià)，工程工期，工程質(zhì)量有很大區(qū)別。在很大程度上，建筑物機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的成敗甚至說一個(gè)項(xiàng)目的好壞由建筑物結(jié)構(gòu)的優(yōu)化所決定。換而言之，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是否合理至關(guān)重要。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化上設(shè)計(jì)人員應(yīng)正確理解并運(yùn)用好相關(guān)規(guī)范要求，充分了解建筑物特點(diǎn)，利用好地理優(yōu)勢(shì)和建筑資源，詳細(xì)比對(duì)建筑方案選擇最優(yōu)方案，嚴(yán)格把控選擇建筑材料，把建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化落在實(shí)處細(xì)處，打造精品建筑工程。

1　合理的結(jié)構(gòu)方案

作為建筑工程，其具有系統(tǒng)性和耗能性的特點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)合理借助有效的設(shè)計(jì)技術(shù)工藝手段，采用新材料，新工藝，新技術(shù)，盡可能少的減少能源消耗提高能源利用率的同時(shí)利用好建筑周圍的資源能源，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中考慮各種資源利用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的最優(yōu)。

首先在結(jié)構(gòu)方案上的選擇應(yīng)要用整體的概念取代局部的概念。在充分考慮到建筑物結(jié)構(gòu)的整體性的前提下，在建筑內(nèi)部空間中完成結(jié)構(gòu)總體布局的方案構(gòu)思設(shè)計(jì)。處理好構(gòu)件與結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與空間，空間與建筑屬性之間的關(guān)系，充分考慮結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)使結(jié)構(gòu)具備所應(yīng)有的承載力，并充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的物理剛度和其本身所在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)具有的延展性，抗力性，優(yōu)化性。使建筑物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中做到受力與傳力途徑明確、過程簡(jiǎn)單，從而達(dá)到整體結(jié)構(gòu)安全可靠并與建筑的協(xié)調(diào)一致的效果。其次，在充分考慮到結(jié)構(gòu)的平面布置構(gòu)件的抗側(cè)力剛度中心與建筑物本身外力受力中心是否接近重合的前提下進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以此避免構(gòu)件在受外力作用下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，當(dāng)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)建筑物綜合結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)所需要增加設(shè)計(jì)的材料用量是相當(dāng)巨大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化帶來了不規(guī)則的設(shè)計(jì)影響及不確定外力因素。

2　結(jié)構(gòu)的形態(tài)優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)因?yàn)榭紤]建筑物的立平面布局造型和內(nèi)部空間布置而影響建筑結(jié)構(gòu)，造成建筑結(jié)構(gòu)的空虛不合理和空間結(jié)構(gòu)的不搭配與浪費(fèi)。在常見的結(jié)構(gòu)形態(tài)中，平面形態(tài)較規(guī)則、凹凸態(tài)較少的建筑結(jié)構(gòu)用材用鋼量就少。在層面面積相同或者相近但外墻長(zhǎng)度不一的建筑物結(jié)構(gòu)中，其建筑外墻的長(zhǎng)度越大，則其用鋼量越多。在建筑物結(jié)構(gòu)中決定用鋼量多少的是平面形態(tài)是否規(guī)則。平面的規(guī)則程度也是衡量建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能的重要依據(jù)。而在超長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)中由于需要考慮混凝土的收縮性與溫度應(yīng)力所以需要充分考慮荷載應(yīng)力對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體的影響，考慮設(shè)計(jì)的單位用鋼量也較大。為了保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定并控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，在進(jìn)行構(gòu)建高層建筑結(jié)構(gòu)中高寬比大的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分考慮，設(shè)計(jì)較剛強(qiáng)的抗側(cè)力構(gòu)件來提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。

3　結(jié)構(gòu)體構(gòu)件影響

在構(gòu)件位置的選擇中，若抗側(cè)力構(gòu)件所在位置能產(chǎn)生較大的抗扭剛度，使該構(gòu)件所在建筑結(jié)構(gòu)部位中的抗扭效應(yīng)小，從而使得構(gòu)建結(jié)構(gòu)的整體用材量減少。反之，結(jié)構(gòu)用材量增多。在柱段構(gòu)造配筋用材中考慮柱段構(gòu)件受力特點(diǎn)主筋配比則可按最小或略高的配筋率選擇主筋配比規(guī)格。結(jié)構(gòu)頂層邊柱或大跨度邊柱中由于其受力特點(diǎn)是大偏心受壓，其主筋配筋量由內(nèi)力計(jì)算控制并且其受力都較大，為了降低配筋率節(jié)省用料用材，科采用改變?yōu)橹Q向形態(tài)的方法。

4　建筑結(jié)構(gòu)布局

建筑的抗震墻布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中按照其加強(qiáng)部位和非加強(qiáng)部分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件配。約束邊緣構(gòu)件由于受約束力的影響所以其構(gòu)件本身耗材高低構(gòu)造邊緣構(gòu)件因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中嚴(yán)格控制區(qū)分抗震墻布局中的約束邊緣構(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件。以達(dá)到合理用材用料不浪費(fèi)不損耗的構(gòu)件優(yōu)化目的。抗震墻布局如能合理地布置、準(zhǔn)確的計(jì)算受力實(shí)際的取值，就可以控制抗震墻主、箍筋和水平分布在墻段中的筋的配筋率等，時(shí)期按照規(guī)定中的最小配筋率進(jìn)行配置。建筑結(jié)構(gòu)體中梁的布置在不影響使用或建筑空間觀感時(shí)，梁寬宜略為放大，用材布置成單排主筋梁截面高度不太大時(shí)，則可以節(jié)省用材。若懸臂梁呈較大的跨度，則其不論承受的是均布荷載還是梁端集中荷載，都會(huì)造成結(jié)構(gòu)彎矩內(nèi)力的大幅度下降，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中需注意懸臂梁結(jié)構(gòu)的彎矩內(nèi)力變化，在梁承受集中荷載處要配置附加橫向鋼筋。

5　資源的優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)綜合考慮各種資源的影響，已節(jié)能環(huán)保為目的降低建筑耗能。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理開發(fā)土地，合理布置設(shè)計(jì)地下地上建筑結(jié)構(gòu)布局，發(fā)揮土地的價(jià)值，采用新材型料，新技術(shù)減少建筑的耗能增加建筑構(gòu)件的利用率，達(dá)到對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。水資源利用上減低廢水雨水的收集和再次利用，廢水的凈化，設(shè)置循環(huán)水等利用方式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理采用先進(jìn)的節(jié)水工藝?yán)门潘疁稀⒓氐却胧┦占晡鬯_(dá)到對(duì)水資源的再次利用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的綠化，噴灑路面，現(xiàn)場(chǎng)的攪拌用水，養(yǎng)護(hù)用水，車輛進(jìn)出場(chǎng)沖洗等用水設(shè)施結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場(chǎng)收集的雨水。

6　建筑用材的優(yōu)化

建筑的各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在力學(xué)受力上都附有相應(yīng)的承載目的，所以合適的結(jié)構(gòu)材料構(gòu)件是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。目前鋼筋混凝土是主要的結(jié)構(gòu)材料，建筑用材時(shí)應(yīng)合理的配置主要結(jié)構(gòu)材料使其具有的高強(qiáng)度，高剛度，高韌性與高延展性的材料特征充分發(fā)揮。在主體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中、柱、墻承擔(dān)的大多為豎向荷載受豎向力較對(duì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào)高的的混凝土構(gòu)件可有效減少柱截面積達(dá)到節(jié)約用料，減輕構(gòu)件重量、增加建筑體的空間率。總體結(jié)構(gòu)中梁板為受彎構(gòu)件受剪應(yīng)力作用，構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)采用高強(qiáng)度鋼筋降低剪力作用的同時(shí)減少的鋼材用量。

7　結(jié)束語(yǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)合理把握關(guān)鍵部位、主要結(jié)構(gòu)建筑物構(gòu)件中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，充分了解建筑設(shè)計(jì)目的，詳細(xì)分析出建筑結(jié)構(gòu)中的各種受力作用點(diǎn)，建筑結(jié)構(gòu)受力關(guān)系，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)詳細(xì)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.116