淺談生態建筑結構設計的要點

呂宇

摘要：伴隨著當今社會經濟與科技飛速發展，建筑行業也在迅速發展，越來越多的新型建筑工程理念與建筑形式不斷出現，生態建筑就是屬于其中一種。生態建筑不僅具有一般的建筑功能，同時還能最大程度節約能源和資源，符合當前社會發展需求。

關鍵詞：生態建筑；結構優化；優化

中圖分類號：TU201文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-149-02

前言

從建筑工程的角度來說，建筑結構的設計是建筑工程的質量和建筑使用期的保證基礎，在建筑工程發展過程中的作用十分重大。近幾年來，生態建筑工程得到了很好的發展，滿足了當前社會人們的需求。

1.生態結構設計優化現實意義

1.1提高生態建筑的結構經濟性

建筑中選用結構設計優化能使建筑工程的造價降低6%～34%。因為優化方法的技術性實現可以合理的利用材料的性能，加大建筑結構內部不同的單元協調性。這就在實現建筑的美觀、實用的基礎之上，節約造價，和美觀經濟融為一體。

1.2降低工程的總造價

樓層越高，其總建筑面積越大，這樣平均下來單位建筑面積占用的土地面積就越小，從而能夠節約用地成本。不過隨著建筑層數不斷增多，建筑的總高度自然也會增加，這時為保證樓層問通風采光要求，樓與樓之間的間距一定會加大，這就導致樓層的增加不能抵消樓間距的擴大。從基礎部分角度來看，雖然是各層之間共用的，但層數的增加，傳給基礎的荷載也會增大，所以我們需要加大基礎，這樣單位面積造價會降低，但卻沒屋蓋的效果明顯。

2.生態建筑結構優化設計問題

2.1基礎結構優化設計中問題

2.1.1建筑結構設計中存在地基基礎的沉降不均，其上部的結構剛度比較大，雖能使建筑物的不均勻沉降減少，能夠改善筏板受力的狀態，但當前情況來看，在設計上部結構的過程當中，沒有辦法改善存在次應力在上部結構中產生的影響。例如，在進行對樁基礎設計過程當中，如果布樁過程中根據豎向荷載的作用，對于在彎矩作用下承臺底部邊樁所需的反力驗算便未能考慮到。

2.1.2沒有充分利用地下的空間。在對地基基礎進行設計過程當中，沒有根據巖土工程地質的實際情況，地下室和人防的設置包括基礎選型等方面的因素進行完全的結合，因此導致沒有充分利用到地下空間。

2.1.3在選擇地基基礎的方案時，沒能全方面地考慮沉降縫設置和地下空間利用與埋深等因素。

2.1.4在地基基礎優化設計的方面缺乏相關的論證報告。大部分工程都沒能夠依據實際的場地情況進行合適的設計，且對項目中可選擇的各種地基基礎的方案沒能夠進行比較選擇以及定性論證。

2.2結構體系優化設計

2.2.1在混凝土結構中有大量浪費水泥及砂石的現象，并且在建筑布局的方面有一定的限制，工業化的水平較低，這些都是缺點。混凝土的抗拉強度也比較低，不少結構中的鋼筋混凝土樓板，容易出現裂縫的現象，另外混凝土結構與鋼結構以及木結構比較來說，其自重比較大，在進行室外施工時會受到季節以及氣候的影響，新舊混凝土之間的連接較困難，因此在補強修復方面也更困難。

2.2.2從砌體結構的體系角度來看，不少農村建筑將樓板任意增厚，對于圈梁和構造柱大量的設置，在混凝土中不計成本地加入鋼筋，同時在砌筑房屋過程中混合的多種材料，以致房屋剛度在豎向和橫向分布上存在嚴重不均勻現象，缺乏均衡建筑質量分布，造成建筑抗震隱患的增加。同時在使用材料方面也缺乏連續性，其結果就是沒有辦法保證建筑的整體性。在配筋混凝土砌塊砌體剪力墻中配置過多的水平方向鋼筋，而且并不能使墻體抗剪能力得到明顯的提高，以致材料造成浪費。

2.2.3我國自主所研發的輕鋼結構設計軟件和國外軟件相比較來看有一定的差距，國外軟件為一體化軟件，結合結構分析、結構優化和工程職能等功能。與此同時，在底層的住宅中，還沒有完整結構體系的形成，主要包括成套扣配件、結構形式的固定以及相配的材料。

2.3結構構件優化設計

2.3.1在設計建筑結構過程當中，由于各個構件設計不合理導致缺乏較高的抗力，包括鋼筋及混凝土的強度，混凝土的保護層厚度，構件的高度和寬度，箍筋的間距等，因此對建筑抗震性能和其抗震的合理性產生影響。

2.3.2在建筑結構設計中大量使用一些裝飾性構件，并且當作構成的要素，但是這些構件都不具備導光、導風、遮陽和載物與輔助綠化等作用，在施工過程當中，對于工業化生產預制構件使用較少，造成相關工程的造價比較高。

2.3.3就論證節材優化的方面對結構構件時，要綜合地考慮建筑的功能、荷載的大小以及柱網的跨度等因素，因此對結構整體的優化效果造成影響。

3.生態建筑結構優化的有效方案

3.1加大對地基實地情況的調查與研究

在進行設計結構時，都要對實地情況進行調查和研究。并且在進行建筑結構優化設計時也要對地基現場進行實際研究和調查。主要內容有現場的地形、地質、水文、周邊建筑等。在調查結束后得到的數據需及時進行整理分析，找出利弊因素，然后應用和創新優點，改進克服弊端進行。

3.2生態建筑進行整體性和局部性的優化

在建筑結構進行優化設計時，需優化相應每個下屬系統。在選擇地基基礎方面時，需對天然地基，復合地基和樁基礎等相關的地基基礎的方案進行比較地選擇，并且定性論證。在選擇結構體系時，需在建筑的高度、層數、柱網大小和平立面與荷載等方面當作入手點，再進行比較選擇。相對其復雜性而言，主要包括建筑材料和建筑結構構件的選擇，在進行選擇材料時，在優先選擇本地生產建筑材料時，需選擇預拌混凝土的建筑砂漿，在進行構件選擇時，可以選擇工業化生產預制構件。所以在結構優化方面需從何整體入手，使整體優化設計能夠真正實現。

3.3生態建筑結構階段性優化設計和壽命優化設計

根據地域環境的不同，在建筑工程的使用期限之內，在每一階段需進行相關方案的優化?？疾烀侩A段對建筑工程的特點，根據其實際的結果明確優化的方案，使科學優化工程整體壽命得以延續。

3.4保持生態建筑優化和結構優化協調

從結構設計角度來說，應該確保建筑整體結構的緊密配合整體平面，這樣能實現建筑美觀和結構合理效果。從建筑造型來說，應該保持簡約，且所存在裝飾性構件較少，所以在單純追求標志性效果而設立異型構件，盡量不要設計。從整體結構來看，應當使重心、剛心和質心這三者保證正確地交疊，防止出現扭轉的情況。

3.5科學優化主體上部機構

在優化設計建筑上部結構過程當中，需將建立起相關的模型，且應該實行系統優化。從整個過程角度來看，首先應當合理設置剪力墻，使剪力墻整體質量較均勻，這能夠使樓層之中平面剛度的中心點與樓層整體結構重心的相重合，使地震或風力對建筑造成的破壞性減少，使建筑的整體質量能夠得到有效的保證。

3.6加強樓板設計規范

在現代建筑當中，樓板是承受荷載力主體因素，所以，設計人員在進行設計之前需要重視這一點。這要保證樓板受力可靠性，下一步合理的預算，保證科學合理設計建筑結構。還有一種特殊的情況，是不少建筑主次梁的剛度和荷載力相差大，這時設計人員就不可以一概而論，要分別考慮不同位置的樓板受力，在此基礎上設計整個樓層荷載力的方案，以此減少配筋的浪費。樓板主要作用是首先需承受豎向荷載同時也要把荷載力傳給框架外和不同柱上。

3.7使不規則的建筑平面布置產生規則的結構效應

不同建筑體型都有不同相對比較規則結構受力的方案。這一規定給設計師的設計造成一些困擾，設計師要保證結構的荷載中心和剛度中心盡可能地接近甚至重合起來，那這棟建筑結構可以是基本具備穩定和規則條件。在同等條件下，如樓層平面的面積越大，其內部可分隔空間就會越多，這樣就會有更多有利的條件做到規則結構的布置，以此為建筑結構整體的穩定性和安全度提供保障。

4.結語

在生態建筑結構設計過程當中，應該對建筑結構進行優化設計，使生態建筑結構設計能與生態化的要求更加貼合，讓建筑結構的科學行、合理性加強，使生態建筑工程能更好地使用，促進建筑行業蓬勃向上發展。