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浅谈建筑结构概念设计与优化设计

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王刚

[导读] 摘要：住宅产品的不断升级更新，技术的复杂性不断增大，设计规范、地方标准等要求的不断提高，使得结构工程在实现建筑空间和效果方面，扮演越来越重要的角色。

        九易庄宸科技（集团）股份有限公司河北省石家庄 050700
        摘要：住宅产品的不断升级更新，技术的复杂性不断增大，设计规范、地方标准等要求的不断提高，使得结构工程在实现建筑空间和效果方面，扮演越来越重要的角色。结构设计管理应贯穿产品整个生命周期。
        关键词：建筑；建筑设计；结构优化设计
        引言
        近些年，人们对生活质量和居住条件的要求不断提升，相应地，对建筑工程的综合品质也提出了更高的要求。与此同时，国家也出台了相关政策呼吁建筑的节能化、高效化发展，这就要求建筑企业积极运用结构设计优化方法，使有限的空间与资源的价值得到最大化发挥，进而促进建筑工程实用性、经济性发展目标的实现，这对我国整个建筑行业的可持续发展来说也是大有好处的。
        1建筑结构设计优化方法的重要性
        1）保障建筑企业的经济效益经过历年来对传统房屋设计与结构优化设计的比较研究，以及对建筑设计经济指标的分析，发现科学性、规范性的建筑结构优化设计方案可以使结构内部中每个部分都得到合理协调，并且充分利用建筑资源，最大限度地减少建筑材料的消耗及其浪费问题，可以减少成本，提高企业的经济效益。2）符合当今建筑行业的要求时代发展的进步和人们日益增长的物质文化需要，使人们对建筑行业的要求不断提高，并希望在建筑结构设计方面予以空间最大化的利用。房屋建筑的结构优化可以使建筑材料达到最大的利用，使建筑空间更为合理，同时可以满足建筑的多元化需求。建筑结构优化方法被使用后，可以满足对建筑外观性和实用性的双重要求。
        2建筑结构概念设计与优化设计
        2.1关注房屋建筑设计质量安全
        房屋建筑设计的质量安全是管理工作的核心与重点，相关结构设计应满足相关质量控制要求，促使建筑工程具有良好的应用性能。例如，在某建筑工程项目的上部结构设计中，应构建优化模型，对影响建筑设计稳定性的因素进行分析与研究，对重点项目进行控制。如对剪力墙结构的优化设计过程中，为提升项目整体的安全性与质量标准，需要对剪力墙各部分的质量进行严格要求。为保证房屋结构整体的稳定性，应减少短肢剪力墙结构的设计，尽量布置并设计较长的剪力墙，使得房屋设计更加符合行业内要求的安全质量标准。此外，较长的剪力墙设计也可减少房屋结构中边缘构件的数量，实现对钢筋数量的有效节约，为项目造价控制与管理工作有序开展提供支持与保障。此外，为保证房屋建筑结构设计的科学性与合理性，相关设计人员应结合工程项目实际情况，对房屋结构设计方案进行优化与调整，提升整体设计水平。例如，在某房屋建筑项目设计中，其整体设计规模为7500m2，主体结构采取预制混凝土施工方案，为实现对结构稳定性的控制，设计人员严格控制了短肢剪力墙的投放数量，对房屋中的建筑材料和框架结构设计执行标准进行控制，并且对照设计图纸，完善局部结构设计，使得项目设计达到业主方要求。
        2.2剪力墙结构的优化
        （1）剪力墙的布置原则：建筑物周边（尤其角部）重点考虑、对齐、简单、均衡、对称、多用‘L’‘T’型截面墙，少用一字墙。（2）优化结构设计敏感参数：周期折减系数、连梁刚度折减系数、梁刚度增大系数、梁配筋考虑压筋的影响、梁计算配筋考虑楼板的翼缘作用等。（3）抗震性能与材料用量的关系如下。据统计按规范规定的弹性层间位移角限值差不多时，结构的抗侧力构件布置数量较为合理。
        2.3基础优化设计
        房屋建筑的基础结构与建筑整体功能的正常发挥及其稳定性有着十分密切的联系，所以，在进行建筑基础结构设计的时候，设计人员必须注重对结构优化设计方法的运用，尽量实现对地基地质、基础结构等重点环节设计工作的全方位把控，在基础结构设计方案中，应处理好建筑基础结构与施工成本、施工技术等的关系，找准三者之间的平衡点。

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对于框架结构来说，应根据地质勘察报告对基础形式进行合理选择，若施工现场的地基承载力较好，则最好选择浅基础形式；若施工现场的地基承载力较差或者土质状况不佳，首先应考虑地基处理方案是否具备可行性，若可行则选用地基处理方案，若不可行则需采用桩基础。灌注桩和预制桩是两类比较常见的桩基础形式，其中，灌注桩的施工过程比较复杂，整个施工工期也比较长，且很难对施工质量进行有效控制。因此，在沉降满足相关标准的前提下，可采用预制桩施工法，利用深层桩基增大土壤对桩身的摩擦力，并尽可能选用长度较长的预制桩。
        2.4节能构造规划的优化
        节能构造规划的优化是需要以绿色建筑理念为前提，并充分运用设计学当中的方式。首先，优化表面形状以及布局，布局指的就是房屋建筑的主要朝向，受到我们国家气候条件的极大影响，为了进一步确保房屋建筑的通风以及阳光照射量良好，房屋建筑的朝向应当尽最大的可能朝南。表面形状的优化指的就是需要确保所规划的房屋建筑表面不接受冷风的直接朝向，这样一来就可以进一步降低热能的消耗，进一步达到节能的效果。其次，维护构造规划，房屋建筑维护构造主要就是指屋顶以及门窗，对于房屋建筑的门窗来说，在房屋建筑朝南的方向所设计的门窗需要尽最大的可能多、大，这样一来才能够最大程度地吸收太阳光的辐射，房屋建筑朝向北的就需要进一步的减少门窗的设置，进一步防止房屋建筑当中的热量流失，施工材料需要选取一些保温效果良好的。房屋建筑屋顶的规划可以选用铺设循环水管以及架空的方式，冬天保暖夏天降温。
        2.5桩基础的优化
        （1）从上部结构到桩之间的荷载传递路径越短，承台受力越小、越均匀、费用越低。所以桩最好布置在墙、柱下。不要在墙柱的近距离布置，否则冲切计算不易满足要求，可通过把与基础相连的那一层地下室范围内的墙肢延长到桩对边外侧予以处理，桩身宜全落在墙体范围内。（2）平面布桩尽量避免少数桩反力较大，而被动提高整体桩承载力要求。可以通过局部增设桩或者对上部结构进行优化调整，使得桩反力基本均匀，承载力都得到较充分的发挥和利用。
        2.6抗震结构的优化
        为了使房屋建筑使用质量得到提升，并有效避免地震等灾害对建筑产生严重影响，做好抗震设计是结构优化不可忽视的重点。抗震结构优化设计过程中，应尽量采用对称设计，如果房屋建筑结构为不对称设计，则需要保持建筑结构平面布置的刚心和质心重合。另外，需要设置多道抗震防线，例如，采用“强柱弱梁”延性框架结构，在水平地震波的作用下，梁结构先于柱结构屈服，因此，可以利用梁的变形消耗地震对建筑结构产生的作用力，使框架柱作为保证结构稳定性的第二道防线继续发挥对结构的支撑作用，从而提高整体建筑结构的抗震性能。
        结语
        结构设计管理是一项比较枯燥同时又是责任重大的专项设计工作，对于房地产企业而言，结构设计管理既能给建筑功能和效果的实现予以支撑，又能在过程管理中对建造成本进行有效控制，对结构设计管理给与足够的关注，避免与建筑、设备各专业的矛盾，减少产品质量隐患，提升产品竞争力，节约造价，提高项目效益等方面都具有较大的价值体现空间。
        参考文献：
        [1]刘毅.简述结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用[J].砖瓦世界，2020，（18）：103.
        [2]马文瑞，刘海涛.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2020，（18）：781.
        [3]郑懿.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].建筑工程技术与设计，2020，（15）：672.
        [4]王琴，何嘉，郑剑.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].四川水泥，2020，（4）：63.
        [5]高伟，林同棪.结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用分析[J].建筑与装饰，2020，（10）：25.