摘要：近年来我国经济水平快速提高，建筑设计工作中我们不仅要考虑建筑的安全性与实用性，同时还要关注其美观性及经济性，并综合考虑施工过程中的时效性与便利性。鉴于此，本文主要介绍和分析建筑结构设计中优化方法的应用。
关键词：建筑结构设计；优化；应用
1、结构优化设计应用的意义
1.1提升安全性
在对建筑结构进行设计时首先要保证建筑结构体系的安全性，通过结构设计优化技术的应用不仅可以提高建筑的安全性，还能强化建筑结构的质量。与此同时，通过结构优化设计，除了要修正原方案当中的不足与缺陷外还要规避结构受力不合理的问题。
1.2完善功能性
要想保证建筑的质量，提高建筑的协调性、美观性以及实用性就必须要做好建筑在前期的方案设计，通过结构优化方法的应用，来完善建筑的各项功能，进而给广大居民建造出更多安全，舒适的建筑产品。
1.3提高经济性
根据相关数据资料显示，结构优化设计后的方案，成本能得到较大的缩减，而且建筑工程的施工成本也会得到有效的降低，所以结构优化设计在提升建筑的经济性方面具有非常重要的作用。
2、建筑结构设计优化的要点
2.1设计上注重协调性
（1）在进行建筑结构优化设计时应注意协调性。因为只有具备协调性，在实际应用当中建筑结构和建筑功能的配合才能更加的紧密，结构的布局才能兼具观赏价值和经济效益。（2）墙和柱是整个建筑物当中最主要的承载结构，设计人员在对墙和柱的布局进行设计时，除了要对整体设计进行简化外还要保证房屋每层结构的截面与高度的协调统一，并且把用户对建筑功能的实际需求考虑进来。
2.2在优化上注重层次性
虽然建筑结构优化设计能对建筑结构当中的缺陷进行有效的优化使建筑更加安全，但是在实际应用过程当中，设计人员也要对其他方面的层次性和复杂性给予重视，通过对建筑体系，结构体系和安装体系的协调考虑来保证工程叠加目标的顺利实现。
2.3在设计上注重系统化
设计人员在对建筑结构进行优化设计时，一定要全面考虑好建筑结构的类型、造价、布局等关键因素，为结构设计更加地合理和经济打下良好的基础。与此同时，设计人员还应与时俱进，不断创新，努力学习丰富自己，为广大用户设计出更多的符合时代潮流、安全、舒适的建筑。利用建筑结构优化设计为建筑行业的长远发展保驾护航。
3、建筑结构设计优化方法的具体应用
3.1建筑方案阶段的优化
结构优化应从方案设计阶段就参与进来,在平面布置、结构选型、柱网尺寸等方面提出建议和要求,为后面的施工图设计阶段降低建设成本抢占先机。具体应注意控制以下几点:
建筑平面布置上力求方正，尽量避免出现平面不规则， 控制平面长宽比，房间(板块)分隔不要相差太大。建筑物的体型规整，结构的侧向刚度和水平承载力沿高度宜均匀变化,层高相差不要太大。立面上尽量少作一些通过钢筋累积起来的复杂构架、外凸较大的线条大样等。
3.2结构布置合理、结构体系选择合理：
（1）结构布置合理，首先是建筑物的体型（平面长度尺寸及长宽比、竖向高宽比、立面形状等），其次是柱网尺寸、层高以及主要抗侧力构件所在位置等。
①控制平面长度尺寸，合理设缝。即结构单元是否超长，当建筑物较长，而结构又不设伸缩缝时就成为超长建筑。超长建筑由于必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，它相对于非超长建筑，其单位面积用钢量显然要多些。
②控制平面长宽比。平面长宽比较大的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性，也即整体刚度，相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均。使得其单位面积用钢量相对于平面长宽比接近1.0的建筑物要多。
③控制竖向高宽比。这主要针对高层建筑而言，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多。
④竖向体型应规则和均匀。即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多
⑤平面形状应规则。若平面形状较规则,凸凹少则用钢量就少,反之则较多,平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少,而且还可以衡量结构抗震性能的优劣,从这点分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。
⑥柱网尺寸应均匀。包括柱网绝对尺寸及其疏密程度。它直接影响到梁板楼盖的结构布置。一般而言，柱网大的楼盖用钢量较多，反之虽则较少但同时因柱数增多而使柱构件用钢量增加，其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50％。柱网尺寸较均匀一致，不仅使结构（包括柱和梁）受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省。
⑦控制层高。在满足建筑功能的前提下，适当降低层高，会使工程造价降低。
⑧抗侧力构件位置。刚度中心与质量中心相重合或靠近,或者抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度,结构的抗扭效应小,因而结构整体用钢量就少,反之则多。
（2）采用新型楼盖体系
楼盖体系是建筑结构的基本组成部分之一,其重量占整个房屋重量的22%左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆楼盖结构多次重复使用,其累计质量占建筑总质量的很大比例。降低楼盖质量,可大幅度减轻建筑总质量,从而减轻地震作用;同时,还可降低墙、柱及基础的造价。降低楼盖体系自身高度,不仅可减少层高,节约建筑空间,还可降低围护结构、管线材料及施工机具的费用。目前,国内外常见的钢筋混凝土楼盖体系有如下几种:①现浇梁板式楼盖;②井字楼盖;③无梁楼盖;④预应力框架扁梁密肋楼盖;⑤无粘结预应力无梁楼盖。钢筋用量最少的是无粘结预应力无梁楼盖、其次是预应力框架扁梁密肋楼盖,钢筋用量最多的是井字楼盖和现浇梁板式楼盖。近年出现了许多新研制的楼盖系统,钢筋用量减少10%~30%。
（3）梁布置时不必每幅墙下都布置梁
有时一些小板块上的隔墙,即使把隔墙荷载等效为板面荷载,其计算结果也是构造配筋。当板跨小、布梁多时使用钢量肯定会增多,而且可能使楼面荷载多次传递,造成受力不合理。
3.3荷载取值
（1）活载应根据建筑功能严格按《建筑结构荷载规范》GB50009和《全国民用建筑工程设计技术措施》取值，不要擅自放大，对于一些特殊功能的建筑（规范未做规定的），应会同甲方共同测算活荷载的取值或按《建筑结构荷载规范》条文说明4.1.1条酌情取值。
（2）恒载可以由构件和装修的尺寸和材料的重量直接计算,材料的自重可采用《建筑结构荷载规范》。恒荷载计算应当准确。在计算填充墙线荷载应扣除上一层梁高及门窗洞口部分重量。
（3）建筑结构的水平荷载主要是风荷载和地震作用(工业建筑中还有吊车荷载、动力荷载等),计算依据是《建筑结构荷载规范》和《建筑结构抗震设计规范》。
（4） 在建筑结构计算时要合理的考虑使用荷载组合,使得使用荷载合理有效,结构在设计合理使用年限内处于安全状态。
（5）墙体材料：应采用轻质材料，以减轻建筑自重。
3.4构件设计
（1） 板：板钢筋应采用高强度钢筋（冷轧带肋，三级钢），合理选择楼板的混凝土强度等级。合理控制现浇板的跨度，现浇板宜做成双向板。
（2） 梁：梁应采用高强度钢筋（三级钢），合理选取混凝土强度。一是混凝土强度等级不宜过高,二是采用高强度钢筋,前者不仅可降低最小配筋(箍)率,更重要的是有利于作为受弯构件的梁的抗裂性能。依据《建筑抗震设计规范》6.3.3.3条规定,尽量避免梁端纵向受拉钢筋配筋率>2%,从而造成箍筋用量增加。合理设计梁截面，尽量避免梁宽≥350,否则箍筋按构造须采用4肢箍,造成箍筋用量增加。增加梁高可以降低梁面及梁底的配筋量,但箍筋量也有所增加。对截面宽度较小的梁,当配筋量较大时往往需要放2~3排钢筋,无疑将减小梁的有效高度,因此当不影响使用或建筑空间观感时,梁宽宜略为放大,尽量布置成单排主筋,尤其是梁截面高度不太大时,以达到节省钢筋的目的。除非由内力控制计算梁的截面要求比较高，否则不要轻易取大于600mm梁高，这样避免配置一些腰筋。对于粱宽不大于250mm的梁，如果腰筋间距取200，腰筋直径宜取10。（按规范计算，先确定间距，再确定面积）梁配筋除了框架梁、连梁外，其余均可不设通长负筋（短梁除外）。井式梁次梁也不设通长负筋，宜设置为架立筋+支座负筋的形式。直径大于14的架立筋要求与支座负筋按照受拉搭接。框架梁的通长筋尽可能只有2根，尽可能采用小直径通长筋。梁合理的配筋率应是在1.0%至1.5%，应该尽量减少接近最大配筋率的梁。悬挑长度较大的悬臂梁, 当面筋较多时,除角筋需伸至梁端外,其余尤其是下排钢筋均可在跨中切断。
（3）柱：柱宜采用高强混凝土，钢筋宜采用二级钢或三级钢。柱截面尺寸大小应合理，轴压比不宜太接近限值，应使大部分柱配筋由构造配筋而非内力配筋控制。对于高层建筑的柱箍筋主张采用HRB400 ,尽量避免采用HPB300。尽量使梁对柱中布置,减少柱子的偏心。
（4）剪力墙：剪力墙宜采用高强混凝土，边缘钢筋宜采用二级钢或三级钢，分布钢筋宜采用一级、二级钢。应合理布置剪力墙、截面取值应合理,使其配筋由构造配筋而不是内力控制配筋,这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都按规范规定的最小配筋率配置。结构设计中应严格区分抗震墙的加强部位和非加强部位。剪力墙的竖向分布钢筋一般情况下均为构造钢筋，在设计时只需满足规范要求的最小配筋率即可，不必随意放大配筋。
（5）基础：基础方案应“因地制宜”，必须根据工程场地的地质条件，施工条件以及经济性的高低来决定。一般情况下，如果天然地基的承载力能够满足上部荷载要求，优先选用天然地基上的基础。灌注桩配筋：桩基规范规定：桩径为0.3～2m时，正截面配筋可取0.65%～0.2％。基桩的配筋长度，应遵循一般规定和遇到特殊地质条件的特殊要求(如：纵筋须穿越可液化和软弱土层等)。钢筋长度却由抗拔控制，在满足抗拔计算要求后，若理论计算满足抗拔的桩长距桩底尚有一定深度，纵筋可不必要求一通到底。桩基规范明确规定：除了两桩承台和条形承台梁的纵筋须按照混凝土规范[2]中表9.5.1执行最小配筋率的规定外，其它情况均可按照0.15%控制。对联合承台或桩筏基础的筏板应按照整体受力分析的结果，采用“通长筋+附加筋”的方式予以设计。为满足承台受剪受冲切，设计中应从加大承台厚度或提高承台混凝土强度等级着手，而不宜采用增加配筋来满足其抗剪或抗冲切要求，否则将使用钢量大增。地下室底板常规的做法为“独立基础(或桩基承台)+防水板”或筏板(桩筏)。也可采用“无梁楼盖+柱帽”的方案。底板的最小配筋率按0.15％控制。柱下独立基础，当基础尺寸大于3m时，主筋应缩短0.1b交错放置。
4 构造措施
结构的构造措施对保证结构的安全性起到了重要的作用，也是结构概念设计的充分体现，规范对结构各构件的构造有详细规定，设计中必须严格执行，但擅自提高标准也是完全没有必要的。
总之，针对建筑结构的不同位置应用的优化方法也不同，除了把握优化工作的特点，掌握多种优化结构的方法，设计者需加强对特殊事项的注意，优化结构时要把握好可用的工程成本，保持结构设计方案的实用性与经济性，针对结构各处部位的安全隐患处理工作也必须做好，坚持以科学的设计标准为参照，将整体性的结构设计工作与局部优化充分结合，使建筑能拥有更具价值的结构，优化方法还可被改进，设计者以结构实际情况为准，结合多种优化方法。
参考文献
[1]唐益林.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].建材与装饰,2017(01):93-94.
[2]刘鹏程,冯玉斌.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].江西建材,2016(10):15+17.
论文作者:章晔晖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：楼盖论文; 结构论文; 荷载论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 钢筋论文; 构件论文; 《基层建设》2018年第28期论文;