建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究

劉杰斌

【摘要】建筑結構優化設計有利于降低建筑建造成本和節約自然資源，實現建筑經濟合理性目標;有利于提高建筑空間利用率，達到建筑空間實用性目標。建筑結構優化設計需要設計工作者基于傳統設計方法，強化結構設計中的概念設計。本文重點概述了建筑結構設計優化的重要性以及在房屋結構設計中的應用。

【關鍵詞】建筑結構;概念設計;設計優化;房屋結構設計

1、概述

隨著我國經濟的飛速發展以及國家對建筑行業節約資源和環保節能的戰略要求，人們對建筑業提出了較高的要求：從單純的建筑使用功能和審美需求，到建筑建造過程中更嚴格的資源、成本、節能控制，以及投入使用期間建筑內部的舒適性、實用性及強體驗性。因此，建筑結構設計除了滿足建筑承載能力要求外，合理的利用新材料新工藝，充分優化建筑結構的布置，實現即經濟又美觀、節能的現代建筑理念。

2、建筑結構設計優化的基本方法和目標

首先，從技術角度來實現建筑結構設計的優化。建筑結構設計的核心在于概念設計，因此結構的優化設計也必須從概念設計出發，充分研究具體建筑形態的力學性能，通過合理的結構抗力構件平面布置來達到良好的抗震抗風性能目標。

其次，從建筑新材料應用的角度實現建筑結構設計優化。針對不同的建筑形式和功能布局，采用與之匹配的建筑材料，實現建筑經濟性和節能性的目標。

再次，從施工工藝選擇的角度實現建筑結構設計優化。綜合考慮施工工期、成本及配合難度等多方面因素，選擇合理的施工工藝，實現建筑的經濟性、環保性的目標。

3、建筑結構設計優化在房屋結構設計中的具體應用

3.1建筑結構設計優化必須從概念設計著手

結構設計注重概念設計，因此結構設計優化也應該從結構概念優化開始，針對不同的結構形式，結構概念設計優化有如下應用：

（1）在框架結構中，通過合理的柱網布置來協調框架柱和梁截面。在低烈度區，通過軸壓比的控制來選定柱截面尺寸及柱距;在高烈度區，綜合考慮抗震烈度影響和結構靜力承載的平衡來確定柱跨布置和梁板分配。

（2）在剪力墻結構中，豎向構件的布置應遵循簡單、規則，分布均勻等原則。抗側力構件的均勻布置，使結構平面成為一種剪力墻圍合成的“筒式”布置，避免局部出現抗側力的薄弱點。抗側力構件的布置還要綜合考慮建筑層數、抗震烈度、風荷載作用下起控制作用的荷載等因素，確定剪力墻的截面、長度和疏密。

在考慮結構平面布置同時，結構的豎向剛度分配對結構承載能力也有較大的影響。結構豎向布置時，應盡量避免剛度突變產生薄弱層等不利因素，同時要合理考慮結構影響范圍內的豎向構件的剛度貢獻，如在考慮地下室頂板作為嵌固端的問題時，也應考慮頂板周邊范圍內的人防墻和地下室外墻的剛度貢獻。

3.2建筑結構設計優化必須結合項目的具體情況進行

（1）在樁基礎選型時，除了根據項目的土層分布以及房屋的樓層數量外，還應該根據項目情況，充分考慮業主的施工進度要求和樁基礎施工難易程度的要求。

（2）在基坑支護設計優化時，除了考慮相關的技術指標外，我們還應考慮項目的施工季節性特點，通過合理的施工組織設計合理避開對工程不利的季節。同時根據項目所在地不同的交通情況，合理選擇基坑支護方案的形式。

（3）地下室頂板應該根據其柱跨和板面的覆土厚度來考慮其梁的布置方式：不布置次梁、布置十字型次梁、布置井字梁。柱跨在6米以內可以選擇采用大板形式，即僅沿柱跨布置框架梁，跨中不布置次梁，既能發揮厚板的看彎性能又能避免消防車荷載過大;柱跨在6～8米范圍內，可以采用布置十字交叉次梁的形式來劃分板跨;柱跨大于8米時，可以采用“井字”布置次梁，次梁傳給框架主梁的集中荷載均在柱跨的1/3處，能有效控制框架的彎矩，從而避免跨度較大導致框架梁截面過大。

3.3建筑結構設計優化還要注重新材料和新工藝的使用。

隨著我們科技的大力創新，建筑行業的新材料和新工藝也是日新月異。

（1）墻體荷載是高層建筑的一個重要荷載。建筑結構設計優化時可以選擇加氣混凝土砌塊作為墻體材料，其強度、保溫性能和自重等各方面均優于傳統的墻體材料。

（2）樁基礎的施工工藝方面，旋挖樁的出現大大縮短了鉆孔灌注樁的施工工期，在保證質量的同時，節省了樁基礎的施工成本。

4、優化設計中需要注意的問題

建筑結構在進行優化設計的過程中，要注意一些問題。首先必須概念清晰，能夠有把握地找出結構的關鍵部位所在處，必要時要進行性能化分析強化關鍵部位，使結構具有較強的抗力支撐體系。其次優化設計一定要做到荷載考慮全面，注意兼顧建筑結構中的影響因素，對各種工況的作用要仔細分析，設計計算時應按照科學合理的參數、采用各種工況的包絡值，以幫助實現數據的準確性和完整性。再次結構優化設計，應該從大局出發，注意各個結構部分的協調性與統一性，避免出現為了優化某個構件而改變大面積的結構布置，應兼顧結構方案優化顯現和建筑功能的有序排布，發揮出合理化的作用。

總結：

建筑結構優化設計至關重要，因此，設計師應該進行合理規劃，這不僅有利于提高工作效率，更重要的是節約成本，設計師能合理利用空間結構進行設計，有利于提高業主滿意度，同時能幫助進行合理規劃、節約資源。

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