建筑結構設計優化方法在建筑結構設計中的應用研究

陳強

摘要：當前，人們對建筑物的要求不僅僅停留于實用性的層面，而是對外觀設計的藝術感有了更高層次地要求。而在建筑物的建筑結構設計和框架結構安排上，如何既兼顧安全性又達到當前社會的審美需求是設計師在優化建筑結構設計圖時需要考慮的問題。如何通過融合新的設計思路和結構設想，將建筑結構設計在技術和質量、空間規劃上達到最大程度地優化。

關鍵詞：房屋建筑;結構設計;優化

引言

要想進一步提升房屋建筑的設計水準以及質量，就需要增強對房屋建筑構造的優化以及設計。通過持續滿足人們對房屋建筑的外觀、穩定性以及功能性，持續改進構造設計，進一步實現降低能源消耗，降低房屋建筑的建造成本，提升建筑工程企業的經濟收益，并最后提升建筑企業在市場當中的競爭能力。除此之外，房屋建筑的安全性將會對居住人員的居住安全造成直接的影響，為了避免房屋建筑構造設計漏洞的形成，提升房屋建筑的安全性能，需要對房屋建筑構造設計進行有效地改進，進一步的提升房屋建筑構造設計方案的安全性以及可行性。

一、高層建筑結構設計的作用

首先，滿足高層建筑架構需要，隨著建筑層數的不斷增高，建筑結構設計就需要考慮達到一定高度后建筑的應用需求問題，考慮如何進行上層建筑結構的架構。結構設計工作前期是對建筑的需求，如材料、結構以及應用效果等方面對結構進行設計和研究，但在確保滿足建筑整體結構的合理性和完整性的基礎上，設計出符合高層建筑特點及功能性需求的結構。其次，滿足高層建筑的安全性和穩定性需求。對于任何建筑來說，其穩定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指標，隨著建筑層高的不斷提升，對安全性和穩定性的要求也隨之提高。若建筑結構設計方案具備科學性、合理性，則建筑的安全性和穩定性就有了保障。最后，滿足建筑的應用性能。建筑結構設計應從用戶角度出發，豐富建筑的實用性和功能性，使得用戶能高效運用室內空間。合理科學的結構設計能夠影響其結構空間的應用性能，因此，在設計時應著重注意。

二、高層建筑結構設計的原則

（一）結構規則性原則

建筑平面簡單和體型規則的結構，因其傳力途徑簡單、清晰，造價相對較低。建筑立面和平面布置豐富多樣，在滿足不同使用功能的前提下，通過對結構單元合理設縫斷開，形成相對規則的結構單元，使不規則的建筑體型和平面布置變成規則的結構體系，同樣可以達到規則性結構較低的工程造價目標。

（二）合理的簡圖設計

在高層建筑結構設計中，簡圖設計尤為重要，對其要求也比較高。簡圖設計需要精確的數據作為支持，若數據不準確，將會導致設計出現偏差，不合理。因此，在設計前需要對項目場地進行細致的勘察，確保數據的精確性，提高簡圖設計合理性的同時，也為后續施工提供了良好的數據支持和依據。

（三）結構安全性原則

建筑結構須滿足承載能力和正常使用原則，抗震設防區應滿足 “小震不壞，中震可修，大震不倒”的最低設防目標要求。任何形式的建筑結構優化設計，不得以降低結構安全性為前提，這是建筑結構優化設計的底線。

三、房屋構造規劃當中的建筑構造規劃優化策略

（一）優化選取房屋建筑構造的類型

首先，剪力墻構造型。這種類型主要運用在高層房屋建筑當中，所依靠的基礎為混凝土構造施工技術，這種優化構造與“短肢剪力墻”構造類型相比較就有著鋼筋材料運用量小以及抗震能力強等特點。其次，框架構造類型。此類型主要的優點在于造價較低、布局靈活以及空間大等，但是這種構造類型也有著一定程度的缺點，抗震能力相對而言較為薄弱、柱的截面面積相對而言比較大。最后“剪力墻 -框架”構造類型，此構造類型的構造是對框架構造以及剪力墻構造的優化融合，這種構造類型可以綜合以上兩種構造類型的優點，構造布置相對而言較為科學合理，實際運用的能力相對而言也比較強，這種構造類型較為突出的特性就是抗側能力相對而言較強。

（二）規范防震設計

建筑結構的優化設計，最重要的目標是提升整體結構的穩定性，減少地震等自然災害對人力、財力的負面影響。因此，在對建筑結構優化設計方案進行提升時，應當充分規劃結構中的防震設計，著重注意對截面的高度確定和調整。同時需要對不同的主軸方向和水平方向上的承重柱進行抗震防范分析與計算，充分考慮到整個建筑結構橫縱方向的框架的穩定作用，不能存在偏差。避免出現忽略框架或幾點鐘箍筋與縱筋的實際配置情況和地震作用下產生力的疏導，在實際的設計與施工過程中出現配筋不足的現象。

（三）細部優化設計

（1）一方面應注重建筑結構的整體設計，一方面也應注重結構的精細化設計。如豎向構件（主要指柱）根據其截面、配筋、混凝土強度等級等豎向分段設計，可節約材料，同時讓豎向剛度從小往上緩慢減小，有利于計算參數更容易滿足規范要求。（2）住宅結構設計時，因其柱網一般較密，梁板跨度較小，樓板設計時應考慮采用較大強度的鋼筋（如三級鋼），除個別大客廳板按計算配筋外，其他滿足最小配筋率即可;對次梁箍筋，宜采用強度較小鋼筋（如一級鋼），除個別大跨度次梁外，其他次梁箍筋滿足規范規定的最小配筋要求即可。

（四）節能構造規劃的優化

節能構造規劃的優化是需要以綠色建筑理念為前提，并充分運用設計學當中的方式。首先，優化表面形狀以及布局，布局指的就是房屋建筑的主要朝向，受到我們國家氣候條件的極大影響，為了進一步確保房屋建筑的通風以及陽光照射量良好，房屋建筑的朝向應當盡最大的可能朝南。表面形狀的優化指的就是需要確保所規劃的房屋建筑表面不接受冷風的直接朝向，這樣一來就可以進一步降低熱能的消耗，進一步達到節能的效果。其次，維護構造規劃，房屋建筑維護構造主要就是指屋頂以及門窗，對于房屋建筑的門窗來說，在房屋建筑朝南的方向所設計的門窗需要盡最大的可能多、大，這樣一來才能夠最大程度地吸收太陽光的輻射，房屋建筑朝向北的就需要進一步的減少門窗的設置，進一步防止房屋建筑當中的熱量流失，施工材料需要選取一些保溫效果良好的。

（五）對高層建筑結構進行合理設計

在建筑結構的設計中，高層建筑結構的框架設計難度更大、安全性要求也更高，通常需要較大的防震能力來穩固整體結構。當前的高層建筑結構框架設計中主要采用混凝土作為建筑材料，在具體的設計與施工中必須注意混凝土的強度不能超過 C40，嚴格控制混凝土混合和使用的強度，以此來增加建筑結構在高層設計與施工、使用時的抗彎、抗壓、抗震能力。優化建筑結構的設計，最重要的是其能夠靈活應對多種地質情況的變化，使其在各種情況下仍然能夠保證安全性和穩定性。在對高層的建筑框架結構進行基礎部分的詳細設計時，應當考慮到注下拓展基礎寬度較寬或地基不勻、地基較軟的多種情況。

結束語

高層建筑結構設計直接關系到建筑工程質量和結構穩定性、安全性，因此，在設計過程中，設計人員需要遵循嚴謹、認真的態度，對高層建筑結構設計中可能存在的問題進行分析，并針對這些問題制定行之有效的預防措施和解決方案。在進行結構設計前，設計人員還需要深入到建設場地，對其周邊環境和地質情況等進行細致的勘察，為結構設計工作提供可靠的數據支持，也為后續工程的施工給予正確的指導和規范。

參考文獻：

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