建筑结构设计的优化

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1、摘要：建筑结构的设计工作是整个建筑工程当中的基础环节，没有良好的设 计图纸就很难有高质量的建筑工程，建筑结构的设计也会直接影响到后期的建筑 施工和整个项目工程的推进。文章结合工程实例，列举了结构布置、构件设计、 基础设计等方面的优化，不仅满足了建筑安全和使用功能，而且降低了建筑工程 的建设成本。关键词：结构设计；建筑结构；优化与时代发展相适应，建筑结构方面的设计也趋向多元化发展，同时，作为整 个项目工程的基础环节，结构设计也渐渐显露出一些问题，行业也迎来了新的挑 战。目前，在整个建筑行业，能够借助主动解决建筑设计与项目实际施工过程中 的矛盾来进行一定调和，一定程度上能够保证项目的推进和质量水平

2、。但在设计 人员进行设计工作的过程中，必须实现考虑好结构设计程序，严格遵照国家相应 的规范和科学要求来合理设计执行每个工作步骤。必须严格遵照保护环境、经济 发展、安全美观等基本原则，确保设计阶段能够科学高效进行。1建筑结构设计优化概述1.1建筑结构设计的优化原则建筑结构设计优化的核心是利用现代化先进技术，优化建筑结构，保证建筑 结构能满足用户的使用需求，并控制建筑物建设成本。近年来，我国社会居民的 经济收入与生活质量不断提高，社会大众对居住环境的要求也越来越高，建筑不 仅要满足居民日常活动需求，还要具有一定的舒适度。因此，建筑结构的优化设 计顺应现代化社会发展的需求。房屋结构优化设计应满足社会

3、大众需求，将房屋 建筑的安全性、舒适性作为设计的核心原则，合理配置建筑资源，选择建筑材料， 最大程度上降低建设成本。设计师在优化设计的过程中，可以借鉴以往的成功经验，将现代化先进的技 术应用在项目设计活动中，提升设计思想，勇于创新，确保建筑结构设计的实用 性和高效性，满足社会大众对房屋功能的需求。1.2建筑结构设计的优化内容设计建筑结构时主要遵循五大目标：安全性、经济性、适用性、外观性以及 施工便利性。对建筑结构进行优化设计，不但可以改善建筑物的外观与协调性， 还可以降低建筑物建设成本。建筑结构设计优化内容主要是体现在2个方面： 对建筑工程整体结构进行设计优化；对分部工程结构进行设计优化。分部

4、工程 结构设计优化主要有：基础结构的设计优化、抗侧力结构体系的设计优化、楼盖 和屋盖结构设计优化等。设计优化应以符合现行管理规范和功能需求为前提，结 合工程项目实际情况，确保房屋建筑经济效益达到最佳。1.3建筑结构设计的特点（1）复杂性。建筑结构设计的复杂性体现在两个主要方面：处理技术是 经济和合理的，在结构安全的条件下，同一设计任务可以包括多个结构设计方案。 即使使用相同的组件，也可以使用不同的加固方案。因此，在建筑结构的设计方 面，一般没有完全标准的方案，只有相较而言较优的方案，对于一个优秀的设计 师而言，其重要的能力之一就在于能够从诸多方案中选取最佳方案。结构设计 中还会存在许多不确定因

5、素，例如材料设计、结构载荷、部件应力和应变。（2）应用性。建筑结构设计的最终目的是要运用到实践当中，是需要指导 项目的实施与推进，因此要求具体、简介与灵活。设计师在实际设计时可能难以 直接获得相关的计算结构，但能够结合实际需要进行及时有效的调整，然后选择 相类似且更佳的方案。（3）创新性。对于任何设计人员来说，创新是他们工作的灵魂，当传统的 设计方法遇到瓶颈或者难以满足现代社会的需求时，设计人员有责任进行改进与 创新，同时不断研发新的技术手段，推动该领域的进步与发展。2 建筑结构优化设计的主要过程2.1创建结构优化模型建筑结构优化设计是指优化建筑结构技术参数，将设计参数作为基础，构建 一个科学

6、、完善的研究模型，进而确定最佳参数。构建模型时应确保设计变量选 择合理，并确定合理结构目标。2.2编制优化设计方案设计优化中，结构优化会受到设计变量与约束条件的影响，会有多种结构优 化设计方案。为保证结构设计优化的效果，设计人员应全面衡量变量因素，借助 科学计算方法对结构设计的全过程进行优化。2.3结构计算结构计算是建筑结构优化设计中的重要环节，应结合工程类型优化目标，选 用合适的计算软件，以便后续分析对比工作。2.4设计结果分析结果分析对建筑结构设计优化具有重大的意义，设计人员要对比分析程序计 算的各种结果，找出不利因素，保证结构优化方案的科学性。建筑结构设计优化 耗费大量的人力与物力，结构

7、优化设计须保证工程质量。3结构优化设计方法在项目中的应用3.2上部结构布置的优化上部结构主要由剪力墙、柱、梁、板等组成，结构构件布置需确保建筑结构 安全，突出建筑舒适性，尽量减少混凝土与钢筋的用量，降低建设成本。高层住 宅建筑中，剪力墙是最重要的受力构件，钢筋和混凝土用量占比较大，因此，剪 力墙布置是上部结构优化的重点。首先，剪力墙布置应尽量均匀、分散，减少结构偏置，让结构刚度中心和质 量中心接近，减小扭转效应。其次，在结构整体特性指标、剪力墙轴压比等均满 足规范限值的前提下，设计人员要反复试算，合理控制剪力墙的数量和各墙肢长 度。单层结构平面的布墙率，即剪力墙投影面积和结构总面积的比值，常被

8、用来 衡量剪力墙布置是否合理性，尤其在限额设计的地产项目。本项目为7度区的 80m高度的建筑结构，布墙率一般在4.5%6.5%，若实际工程的布墙率超出此范 围，可能造成结构浪费。剪力墙布置越多，结构安全并不会随之提高，反而会因 结构自重大，抗侧刚度大，而加大地震作用。剪力墙较多时，室内空间分隔会受 到闲置，给住户带来不便。3.3构件配筋设计的优化设计构件配筋时，设计人员应明确结构的受力情况与传力路径，了解设计内 容，保证配筋设计的科学性与合理性，在满足建筑结构安全性与功能性的前提下， 细化构件配筋设计，降低结构含钢量。本文项目对楼板配筋、梁钢筋锚固长度和 剪力墙约束边缘构件配筋进行了优化。楼板

9、配筋计算中，用更精确的有限元计算方法替代传统的手册计算方法，可 得到准确且直观的楼板应力分布图。尺寸较大的楼板，在保证混凝土裂缝与板挠 度符合规范的前提下，可根据楼板不同区域的受力情况分区配筋，适当减少靠近 梁边的板底配筋，把钢筋用在跨中及承受局部荷载的区域，充分发挥钢筋受拉性 能。剪力墙结构常遇到框架梁与剪力墙垂直搁置的情况，墙厚较小时无法满足梁 支座筋在剪力墙内的水平锚固长度，为满足钢筋锚固长度而增加墙厚或设置端柱 的方法并不合理。此时，可在梁筋端部双面贴焊短钢筋的构造做机械锚固，此办 法施工较简单，且能缩短梁钢筋的水平锚固长度。现行的高层建筑混凝土结构技术规程和建筑抗震设计规范规定，剪

10、力墙约束边缘构件计算体积配箍率时，可适当计入满足构造要求且在墙端有可靠 锚固的水平分布钢筋面积，最多可占比30%，因此在实际配筋设计中考虑墙水平 钢筋可以大大减少约束边缘构件的箍筋用量。基础需承受上部结构传递的荷载，这对于建筑安全至关重要，建筑基础工程 造价在工程总造价中占比较大，但由于地质条件的复杂性和不可预见性，基础造 价往往难以控制，所以设计人员必须重视基础设计的优化，既要保证基础结构的 安全性与稳定性，还要考虑整体建筑的工程造价满足经济性，基础工程部分的设 计优化对建筑结构的整体设计优化有非常大的影响。设计中采用灌注桩穿过软弱的淤泥质土、黏性土层，以强风化花岗岩或中风 化花岗岩做桩端持

11、力层，这样的设计基础承载力大，安全可靠。但由于桩长过大， 施工工期长且造价较高。本文项目开挖两层地下室后，底板标高处于卵石层上， 卵石层的地基承载力较高，经过软弱下卧层验算后，可以满足上部建筑的承载力 和变形要求，因此本文项目优化为筏板基础，可大大缩短工期、降低工程造价。4结语综上所述，在对建筑结构设计优化时，应保证建筑项目的安全性和良好使用 性能，兼顾施工条件、建设成本等多方面因素，积极管控设计的各方面和各阶段， 引进合适的新技术新工艺，全面分析工作的重点和难点，建立科学合理的设计目 标，优化设计方法，细化设计流程，保证优化结果。参考文献1 章从俊，黄柏.百米高层住宅剪力墙结构设计中若干问题的分析J.建 筑结构，2014，44（S2）： 143-148.2 喻华.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用J.河南建材， 2017 （3）： 138-139.3 舒红蓉.建筑结构设计优化对工程造价的影响J.X程设计，2019（4）： 190-191.4 罗海燕.谈高层住宅剪力墙结构布置及优化J.山西建筑，2018, 44 （5）： 51-52.