淺析建筑結構的優(yōu)化設計

陸美玲（南京國聯電力工程設計有限公司，南京 210000）

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淺析建筑結構的優(yōu)化設計

陸美玲
（南京國聯電力工程設計有限公司，南京 210000）

摘 要：現代社會中，建筑物的作用被人們的要求程度越來越高，使命意義不斷增強，在此背景下新的建筑技術與工藝不斷發(fā)展進步。如何降低建筑物的能耗，如何優(yōu)化建筑物結構，如何讓建筑符合社會市場環(huán)境規(guī)范要求的同時滿足建筑物使命，設計功能要求。本文通過對建筑結構的優(yōu)化設計的影響進行解讀分析，主要是對建筑時所受到的外部資源環(huán)境、內部建筑條件、結構材料選擇和結構選型進行解讀。在建筑物的結構的總體優(yōu)化方面起到了借鑒作用。

關鍵詞：建筑物結構；設計優(yōu)化；材料優(yōu)化

0　引言

同一個建筑物往往有不同的選擇方案，不同的方案設計則會使工程的總體造價，工程工期，工程質量有很大區(qū)別。在很大程度上，建筑物機構設計的成敗甚至說一個項目的好壞由建筑物結構的優(yōu)化所決定。換而言之，結構優(yōu)化設計是否合理至關重要。在建筑結構優(yōu)化上設計人員應正確理解并運用好相關規(guī)范要求，充分了解建筑物特點，利用好地理優(yōu)勢和建筑資源，詳細比對建筑方案選擇最優(yōu)方案，嚴格把控選擇建筑材料，把建筑結構優(yōu)化落在實處細處，打造精品建筑工程。

1　合理的結構方案

作為建筑工程，其具有系統性和耗能性的特點。建筑結構優(yōu)化中應合理借助有效的設計技術工藝手段，采用新材料，新工藝，新技術，盡可能少的減少能源消耗提高能源利用率的同時利用好建筑周圍的資源能源，建筑結構優(yōu)化過程中考慮各種資源利用對建筑結構的影響，達到建筑結構的最優(yōu)。

首先在結構方案上的選擇應要用整體的概念取代局部的概念。在充分考慮到建筑物結構的整體性的前提下，在建筑內部空間中完成結構總體布局的方案構思設計。處理好構件與結構，結構與空間，空間與建筑屬性之間的關系，充分考慮結構的整體性和結構構件的最佳受力狀態(tài)，設計時使結構具備所應有的承載力，并充分發(fā)揮結構與構件的物理剛度和其本身所在建筑結構內具有的延展性，抗力性，優(yōu)化性。使建筑物的結構優(yōu)化中做到受力與傳力途徑明確、過程簡單，從而達到整體結構安全可靠并與建筑的協調一致的效果。其次，在充分考慮到結構的平面布置構件的抗側力剛度中心與建筑物本身外力受力中心是否接近重合的前提下進行建筑結構設計。以此避免構件在受外力作用下結構的扭轉效應，當結構體產生扭轉效應時建筑物綜合結構扭轉效應所需要增加設計的材料用量是相當巨大，扭轉效應也給建筑結構設計優(yōu)化帶來了不規(guī)則的設計影響及不確定外力因素。

2　結構的形態(tài)優(yōu)化

建筑結構設計過程中往往會因為考慮建筑物的立平面布局造型和內部空間布置而影響建筑結構，造成建筑結構的空虛不合理和空間結構的不搭配與浪費。在常見的結構形態(tài)中，平面形態(tài)較規(guī)則、凹凸態(tài)較少的建筑結構用材用鋼量就少。在層面面積相同或者相近但外墻長度不一的建筑物結構中，其建筑外墻的長度越大，則其用鋼量越多。在建筑物結構中決定用鋼量多少的是平面形態(tài)是否規(guī)則。平面的規(guī)則程度也是衡量建筑物結構抗震性能的重要依據。而在超長建筑結構中由于需要考慮混凝土的收縮性與溫度應力所以需要充分考慮荷載應力對超長結構體的影響，考慮設計的單位用鋼量也較大。為了保證結構的整體穩(wěn)定并控制結構的側向位移，在進行構建高層建筑結構中高寬比大的結構時，應充分考慮，設計較剛強的抗側力構件來提高結構的側向剛度。

3　結構體構件影響

在構件位置的選擇中，若抗側力構件所在位置能產生較大的抗扭剛度，使該構件所在建筑結構部位中的抗扭效應小，從而使得構建結構的整體用材量減少。反之，結構用材量增多。在柱段構造配筋用材中考慮柱段構件受力特點主筋配比則可按最小或略高的配筋率選擇主筋配比規(guī)格。結構頂層邊柱或大跨度邊柱中由于其受力特點是大偏心受壓，其主筋配筋量由內力計算控制并且其受力都較大，為了降低配筋率節(jié)省用料用材，科采用改變?yōu)橹Q向形態(tài)的方法。

4　建筑結構布局

建筑的抗震墻布局結構設計中按照其加強部位和非加強部分為約束邊緣構件和構造邊緣構件配。約束邊緣構件由于受約束力的影響所以其構件本身耗材高低構造邊緣構件因此在結構設計中嚴格控制區(qū)分抗震墻布局中的約束邊緣構件與構造邊緣構件。以達到合理用材用料不浪費不損耗的構件優(yōu)化目的。抗震墻布局如能合理地布置、準確的計算受力實際的取值，就可以控制抗震墻主、箍筋和水平分布在墻段中的筋的配筋率等，時期按照規(guī)定中的最小配筋率進行配置。建筑結構體中梁的布置在不影響使用或建筑空間觀感時，梁寬宜略為放大，用材布置成單排主筋梁截面高度不太大時，則可以節(jié)省用材。若懸臂梁呈較大的跨度，則其不論承受的是均布荷載還是梁端集中荷載，都會造成結構彎矩內力的大幅度下降，建筑結構優(yōu)化中需注意懸臂梁結構的彎矩內力變化，在梁承受集中荷載處要配置附加橫向鋼筋。

5　資源的優(yōu)化

在建筑結構優(yōu)化中應綜合考慮各種資源的影響，已節(jié)能環(huán)保為目的降低建筑耗能。在建筑結構設計中合理開發(fā)土地，合理布置設計地下地上建筑結構布局，發(fā)揮土地的價值，采用新材型料，新技術減少建筑的耗能增加建筑構件的利用率，達到對建筑結構的優(yōu)化設計。水資源利用上減低廢水雨水的收集和再次利用，廢水的凈化，設置循環(huán)水等利用方式。結構設計中合理采用先進的節(jié)水工藝利用排水溝、集水池等措施收集雨污水達到對水資源的再次利用。結構設計中對施工現場的綠化，噴灑路面，現場的攪拌用水，養(yǎng)護用水，車輛進出場沖洗等用水設施結構采用現場收集的雨水。

6　建筑用材的優(yōu)化

建筑的各個結構構件在力學受力上都附有相應的承載目的，所以合適的結構材料構件是建筑結構優(yōu)化的基礎。目前鋼筋混凝土是主要的結構材料，建筑用材時應合理的配置主要結構材料使其具有的高強度，高剛度，高韌性與高延展性的材料特征充分發(fā)揮。在主體的結構構件中、柱、墻承擔的大多為豎向荷載受豎向力較對，結構設計利用標號標號高的的混凝土構件可有效減少柱截面積達到節(jié)約用料，減輕構件重量、增加建筑體的空間率?？傮w結構中梁板為受彎構件受剪應力作用，構件設計時采用高強度鋼筋降低剪力作用的同時減少的鋼材用量。

7　結束語

在建筑結構優(yōu)化設計時合理把握關鍵部位、主要結構建筑物構件中的結構設計優(yōu)化，充分了解建筑設計目的，詳細分析出建筑結構中的各種受力作用點，建筑結構受力關系，在對建筑結構設計特點詳細分析計算的基礎上進行建筑物的結構優(yōu)化。

參考文獻：

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.116