簡述建筑結構設計中的優化策略

邵瑞玲

摘 要：隨著我國建筑行業發展迅速，以及越來越多的企業承受著項目巨額成本壓力，結構優化設計的必要性不容忽視。人們現在不僅重視建筑結構質量，還更關心整體建筑結構設計，建筑結構設計方法在不斷發展過程中完善，在建筑結構設計中，建筑結構設計優化方法措施應用廣泛。

關鍵詞：建筑結構設計；優化設計；措施

前言

近些年，人們生活水平在不斷提高，對于建筑物要求也更高。傳統建筑結構設計已經無法滿足人們對建筑外觀和功能等方面的需求。除了傳統的住宅建筑以外，新型的公共建筑、玻璃幕墻建筑等新的建筑涌現，這對建筑設計師提出了更高要求，設計師需要不斷探索建筑結構，采取科學措施優化建筑結構設計，提升建筑結構優化水平。

1、建筑結構設計優化概述

設計師對建筑結構的優化是一項專業性較強的工作。在明確建筑設計目的、使用功能的基礎上，用恰當的方法進行優化設計，建筑設計先制定多種對比方案，綜合考慮外立面的設計，再結合結構設計中安全實用和可行性較強的設計方案，對項目的優化設計進行綜合的考慮。因為建筑工程涉及的面比較廣，因此對建筑結構的優化設計涉及豐富的內容，主要包括建筑方案優化和結構、成本方案優化。如果再進一步細分，建筑方案優化包括總圖規劃方案、戶型方案、建筑風格等方面的優化等等； 結構的優化設計包括： 基礎結構方案的優化設計、結構選型方案的優化設計和結構細部設計的優化設計等等。設計師通過建筑結構設計可以合理分配固定資源和有限空間，最大化使用建筑設備和建筑材料，保證建成的房屋具有美觀，安全和舒適等特點。

2、建筑結構設計中的優化策略

2.1對建筑總規方案進行優化

在住宅的設計中，戶型使用過程中對于自然風的要求，以及考慮夏季時日照對于節能保溫的影響，在對整個項目的總規布置設計時，就要考慮各棟住宅之間的相互遮擋對于風流動性的影響，同時也要在總圖布置設計時，盡量減少西側戶型的布置，減少西曬對于節能方面的影響。又如社會發展對于汽車使用增加的要求，新建住宅項目基本上對于車位的配套有明確的要求，為了滿足車位配置的要求，項目都會配建有地下室，那么在總規布置時，就需要對車庫的出入口、各棟塔樓的布置與消防車道之間的關系進行合理的優化等等。最后匯總總規方案優化的主要內容包括有： 建筑物布置、道路設計，排水設計及相關擋土墻和邊坡及土石方填挖量經濟性平衡和土石方量的總圖調配等。

2.2對建筑平面設計方案進行優化

建筑的平面設計方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也會不同。因此在多個建筑平面設計方案中選擇最優設計方案非常重要，要確定建筑的平面布局、柱網間距到樓層數、層高、建筑物的高度和房屋的基本類型等，同時房屋開間大小和進深對會對設計方案產生影響。如果建筑房屋的性能相同，一般設計方案和最優設計方案的成本不同。因此在優化設計方案時要根據具體情況選擇側重點。如筆者參與的一個超高層商業寫字樓的項目設計，其建筑平面方案設計初期設計單位考慮其平面布局根據其幕墻外圍每隔1.2米設置一條立桿的基礎上，將其柱網軸線間距設計為7.2米，因為超高層柱子承受上部荷載較大，柱子尺寸結構計算需要1.2米*1.2米的柱子。小距離的間距加上超大的結構柱，對于作為寫字樓的使用十分不合理，而且每個1.2米設計一個立桿的幕墻而言，視野通透性較差，而且鋁材用量很多。經過對以上問題進行綜合考慮以后，方案最后優化為柱網軸線尺寸為12 米，幕墻豎向立桿每隔2 米設置，結構柱子因寬度增大而調整為1.5 米*1.5 米。此方案調整以后，無論從寫字樓的內部布局使用、外圍視野的通透性有了很合理的提醒，同時鋁材的用量減少、整個玻璃幕墻的造價也得到合理的優化。

2.3對基礎形式的選擇進行優化

根據相關調查數據顯示，在建筑投資成本中，建筑基礎形式占30% 的比重，因此對工程成本最重要的影響因之一素就是建筑基礎形式。如果建筑工程基礎形式是科學合理的，對建筑工序是非常有利的。現階段，我國建筑工程中高層建筑居多，基礎結構的造價和地質條件的關系非常緊密。因此選擇恰當的地基非常重要。在優化基礎設計的前期階段，首先要對對地勘報告中參數等進行分析，抗浮水位的位置、報告對土壤參數的選擇是否保守、基礎持力層的選擇等等都會對基礎的選型產生很大的影響。其次對上部結構計算中的荷載等進行復核； 最后進行多方案基礎選型從而確定合理的基礎方案，包括常用的預應力管樁基礎、沖孔灌注樁基礎、筏板基礎等。如筆者曾經參與過的一個山腳的住宅項目，前期做勘探設計時，已經和勘察單位溝通要將抗浮水位進行分段式考慮，減少抗浮水頭對底板的配筋影響； 基礎選型時，在靠近山的位置基巖較淺，采用沖孔灌注樁，樁徑1.5米、樁長6 米即可達到單樁單柱的要求；而在山腳的位置則采用直徑500mm 的預應力管樁，樁長約20米，加快施工速度，提高基礎施工的經濟性。

2.4對選擇的結構形式進行合理的優化

在進行結構選型時，要對于整體建筑結構的用途、高度、功能、周邊環境、抗震性等多方面因素進行合理的把握，因地制宜地選擇合理的結構體系。一般高層建筑常用的結構體系為： 框架結構、框剪結構、剪力墻結構。在選擇了對應的結構體系以后，就要針對相應的結構體系進行合理的優化，如剪力墻結構的設計時需考慮連梁的優化設計。連梁的剛度增大必將使得結構的地震作用也增大，這樣連梁和墻肢分配內力也相應增大，此時必須增大構件的配筋量，顯然這一設計結果必然會造成材料的浪費。因此，在住宅結構設計時，一般情況下不宜采用大剛度的窗下墻作為連梁，而宜將連梁設計成為截面、剛度較小的弱連梁。另外一種情況，在滿足結構剛度與變形要求時，應從經濟角度與抗力、變形方面綜合考慮，合理布置抗側力構件。剪力墻數量越多，結構抗側力剛度愈大，相應結構位移會減小，但是結構地震力會隨抗側力剛度增大而加大，對結構的造價控制不利。因此剪力墻應以周邊均勻、對稱、分散等原則合理布置，以規范規定的水平位移限值為準盡可能減少剪力墻數量。

2.5注重結構的細部優化

在注重整體設計的同時，也應加強結構局部構件的優化設計。比如現澆板設計中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現。又比如底部框架抗震墻的底框梁箍筋配箍量一般較大，此時若選用冷軋帶肋鋼筋作為箍筋，便可減少箍筋肢數或箍筋直徑，達到降低造價的以及方便施工的目的。還有，為減少柱構件底部截面，采用高強度的混凝土是不錯的選擇，但是水平構件混凝土可適當減少混凝土的標號，滿足了受力要求，也節約了成本。

結束語

總之，任何建筑體型都有一種相對比較規則的結構受力方案，因為當建筑體型確定以后，整體建筑的形心和質量中心就也確定了，結構設計師在設計時只要使結構的荷載中心和剛度中心盡可能地接近乃至重合，該建筑結構就基本具備了穩定和規則性的條件，通過從整體和細部的優化設計，采用合理的結構形式和布置，優化構件設計和構造，使得建筑結構符合安全耐用和經濟合理的要求。合理優化的建筑設計不但可以節約項目造價成本，還可以為社會創造附加經濟價值，建設成本的有效控制與資金節省、充分高效合理的使用土地資源。為此建筑結構設計中，要優化設計建筑結構，提高設計水平。

參考文獻

[1]楊宏剛. 有關建筑結構設計的優化設計的分析[J]. 企業導報，2013，23：265-266.