建筑結構優化設計探析

摘 要：隨著技術的不斷發展，建筑業也有了長足的進步與創新，在各類建筑中，需要良好的設計才能保證建筑的質量，確保建筑美觀與穩定。那么，在建筑業中，對結構的設計非常關鍵，結構設計在很大程度上直接關系到工程整體的造價及施工進展，結構設計成為業內最為關注的課題。文章主要通過對結構優化設計基本原則的分析，全面提出高層剪力墻結構優化設計方案與措施，以此提升建筑品質。

關鍵詞：優化設計；剪力墻結構；結構延性

1 概述

市場經濟的發展，使企業面臨效益最大化的問題，隨著經濟全面調整與不斷完善，建筑業要想獲取高額回報，需要付出較多的努力，通過細節贏得市場，保證企業形象。房屋建造商對建筑物經濟性能越來越重視，只有全面設計好建筑，才能有市場，才能被業主喜愛，在結構設計中，安全穩定是第一要素，是一個絕對不能忽視的關鍵問題。如何使用較少的材料，較低的造價建造出滿足規范和使用要求的建筑，是企業追求的更高目標，也是努力的方向。

建筑物的結構優化設計不是普通的減少混凝土和鋼筋數量，就能完成的，需要通過科學的預算，在結構上滿足施工整體需求，在合理科學的調整構件剛度關系基礎上，通過對各構件受力特點，找到他們存在的相互支撐關系，挖掘出它們各自長處，確保建筑整體上的結構穩定，實現優化的根本目標。

2 結構優化設計基本原則

實踐證明，建筑結構有優化設計相比傳統設計方法，不論是施工進度還是工程質量均有所提升，最主要的是保證了企業的經濟效益，通過優化設計形成的建筑通常可以達到降低工程造價5%～30%的目標。在建筑結構處理上，不能簡單應對，需要科學計算出結構間的關系，通過結構上的優化，使設計更加符合建筑需要，達到整體穩定安全的長效機制，那么，在建筑結構處理上，需要把握好幾個原則：

2.1 提高建筑舒適度原則

建筑是用來生活與工作的，那么建筑的根本目標就是舒服，在對建筑結構進行優化設計時，一定要充分考慮到這一點，特別是在結構體系優選、傳力途徑科學性、構件布置合理性、構件材料選用等方面有一個良好的規劃與統籌，只有正確的選擇好結構方向，才能確保建筑符合要求，形成正確的建設導向和內容。在把握結構設計要素上，要全面考慮到提高建筑舒適性為主，這樣投入使用后，才能證明結構優化達到了預期，這是一條基礎原則。

2.2 建筑結構整體安全度原則

結構優化設計不能出現偷工減料的情況，優化也不是減少投入，是在全面考慮整體建筑不同位置構件關系基礎上，使各個結構間形成穩定性，確保結構體系構件可靠安全，結構上的安全非常重要，在經濟合理中把握好投入與產出比，最終達到建筑結構既安全耐用又經濟合理總目標。

2.3 建筑平面布置產生規則結構效應原則

建筑在受力原理上，關系結構較為復雜，一般情況下，規則建筑物從體型和平面布置結構上看，其受力原理單純，在工程投入上也相對少一些，但當前，隨著經濟保有量的增長和人們審美需求的增加，一般規則型建筑無法滿足人們的需要，在設計上就需要通過多種類型、多種形態進行呈現，特別是建筑在使用功能上不同，就要求建筑體型和平面布置是豐富多樣的。在進行結構優化中，就要從多方面考慮，通過對結構墻、柱合理的布局，以及墻肢長短做好應用調節，保證不規則的建筑樣式得以呈現。

2.4 不同構件結構優化設計原則

建筑除了使用功能外，最主要的是安全，那么在進行優化設計時，設計人員需要嚴格把握好安全原則，通過對建筑功能、體積、周邊等情況的分析，使建筑結構整體概念更加清晰，然后再采用合理優化設計理念和方法做好全面的規劃設計，確保一定范圍的投資，形成更高的回報效果，全面滿足投資需要。

3 高層剪力墻結構優化設計

城市內的高層建筑越來越多，高層建筑建設規模不斷提高，在高層建筑技術中，剪力墻結構應用非常廣泛，也是高層建筑中最常采用的一種結構形態，這種設計施工有明顯的優勢，表現在整體性好、側向剛度大、水平力作用側移小、沒有梁柱外露與凸出、便于房間布置，但也存在一些困擾難題，如剪切變形相對較大、平面外較為薄弱等不足，需要在建設時，科學把握，靈活施工，才能克服不足，確保建筑穩定與安全性提高。

3.1 減少剪力墻材料的用量、節約造價

剪力墻材料用量較多，這是建筑的結構材料用量核心部分，在對剪力墻結構設計進行優化時，一定要在減少剪力墻結構材料方向入手，從正確的角度切入，才能有效提高優化質量。剪力墻材料用量多少，主要是受到幾何因素的長和厚影響，那么，我們在進行設計優化時，就需要考慮哪些可以優化，哪些是不可動原則，為保證結構穩定，剪力墻結構中的長度不能變，一定要按照規范要求做好設置，不能隨意進行減短處置，否則影響結構穩定。通過總結，剪力墻設計在穩定的基礎上，可以進行減薄設計，全面進行優化，實現減少剪力墻材料用量和工程整體造價的目標。

高層的剪力墻結構，墻柱主要是使用鋼筋，其全部用量占工程材料50%～70%之間，只有在這方面進行優化，才能實現造價減少的目的，這是優化重點內容，墻柱配筋也非常關鍵，需要保證滿足要求前提下，通過規范取值，減少材料投入。梁用鋼量占8%～20%，雖然看似比例不多，但布置好壞直接影響著板含鋼量強度，建筑中板含鋼量一般需要保證在15%～20%之間，通過以上分析，我們看到，能優化的部分需要良好處置，才能確保建筑穩定與經濟效益。

3.2 剪力墻結構連梁優化設計

高層剪力墻結構連梁，在構件使用上，占比較大，同時也消耗了大多數的構件，剪切破壞對結構抗震產生極為不利的影響，并會極大地降低結構體系的延性。所以說，高層剪力墻結構優化設計時，需要提前做好連梁強剪弱彎驗算的科學性，只有這樣，才能保證連梁剪切破壞晚于彎曲破壞時差。如果需要人為加大連梁縱筋，那么就需要在科學計算依據前提下，進行操作，這樣才能滿足強剪弱彎標準。

高層的住宅關系到人們的生命財產安全，進行結構設計把握時，不能簡單的使用大剛度窗下墻作連梁，需要通過良好地，把連梁設計成截面、剛度小的弱連梁，這樣才能滿足使用要求。

3.3 剪力墻結構延性設計

剪力墻結構有自身的特性，只有掌握了長處與短處，才能正確發揮好設計優化，保證剪力墻結構合理。在建筑設計中，剪力墻主要由整體墻、整體小開口墻和聯肢墻三種形態。整體墻受力較大，要加大底部截面組合設計，提高或加大配筋率；聯肢墻是連梁連接起來的剪力墻，聯肢墻破壞形態以強墻肢弱連梁為宜，塑性變形和耗能能夠進行分散。

要想從根本上避免脆性破壞，一定要限制墻肢或連梁平均剪應力與混凝土軸壓比系數，做到設計值符合工程要求。一、二、三級剪力墻軸壓比超過一定數值，必須設置約束邊緣構件，這樣才能確保結構的安全。

3.4 結構設計軟件運用

當前，電子科技的發展，使建筑業不斷融入新技術，形成創新性設計。計算仿真優化設計思路在業內引起廣泛關注，一些設計已經完成導入了仿真設計。通過利用計算機分析軟件建立優化設計分析模型，然后再通過計算機優化計算方法，做好受力調整，使建筑結構更加優化合理，達到使用目標要求，減少了投入，最終實現結構設計優化。

4 結束語

建筑結構優化設計通過滿足重量、造價、剛度等要求，這是當前對建筑設計的最佳設計思路，通過方案和做法的優化，形成目標優選，滿足經濟效益，減少資金投入，確保企業經濟效益的實現。

參考文獻

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