［关键词］建筑结构；结构设计；优化方法
引言
进入21世纪，我国经济进入快速发展时期，城市化建设和日益增长的人民物质文化生活需要，以及大量资本的流入，使城市建筑得到了大力的发展；几代建筑者的辛勤工作和付出，不断总结经验，逐步形成了具有行业规范的设计体系。经济合理、安全实用是建筑设计的基本原则，也是建造者和使用者达成合作的基础，这一原则在行业中有着举足轻重的作用。这就要求建造者必须非常了解和精通建筑结构设计，有扎实的专业知识和丰富的工作经验，对于建筑结构有很好的把控能力，对相关的经济数据和专业数据十分精通。
1建筑结构设计优化的两个重要意义
1.1建筑结构设计优化可以降低投资成本，节约资金
同样建设的建筑标准，一样的占地面积，如果建筑的楼层越高，可用面积增加越多，单位面积的建设成本就会降低，节约用地的同时还可以降低成本。例如居民住宅楼的建设，同样的占地面积，建设多层的住宅和建设高层的住宅相比，高层的住宅面积远远超过多层，同样的土地投资成本，高层的单位面积会大大降低，节约成本；而且，高层的建设为建筑提高了更多可用的空间，从采光、视野、通风、环境等多个角度提高可用空间，减少了因多层建设采光不好等多方面的考虑因素带来的成本投入。最后，也是最为关键的部分。建筑结构成本、土石方，地基处理成本和设施安装，装饰施工等构成了整个建筑成本，其中费用占比在50%以上的是建筑结构成本，所以建筑结构设计优化对整个建筑的成本控制起重要作用，优化设计结构是降低成本的有效措施。
1.2进行结构设计优化提高建筑结构经济性
同样的占地面积，建筑的楼层越高，需要的建筑材料越多，随着楼层的增加，墙体的重量和建筑主体的重量会不断增加，地基和墙面的承载力增加，并且所需要的水电的管道和劳动力都会相应增加；相反，楼层低，建筑材料减少，建筑高度降低，防御自然灾害的能力增强，会降低建设成本。众所周知，当柱体接近于圆形时，周长会相应减少，且承重能力增强，所以当建筑面积相同，建筑平面形状会影响建筑的成本，只有当建筑平面形状接近于圆时，才能最大限度的达到经济，实用、安全的建筑标准。
2建筑结构存在的问题探讨
2.1建筑结构存在超高的问题
为了降低建筑的风险和提高抗灾害的能力，在建筑抗震规范中，建筑结构设计处理方法与之前大不相同，发生了很多的变化。在实际的建筑中，出现过很多类似的建筑，由于建筑超高，严重超出规定的建筑高度，导致相关部门审查不通过，设计方需要重新收集数据，重新开专题会议进行研究论证，对建筑存在的问题进行修正，给建筑设计的工期、成本和整体建筑布局造成重大不良影响。
2.2建筑结构存在结构的规则性问题
建筑结构必须遵循实用性和经济性的原则。在一些居民小区，为了增加建筑面积，部分建筑单位对室内和阳台部分进行不规则设计，导致实际验收工作满意通过，后期整个项目整改既影响了楼体的安全性和稳固性，也增加了建筑成本，所以设计者要严格避免此类不必要的设计结构出现，以免造成重大的损失，给工作带来被动和麻烦。
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3建筑结构设计优化方法
3.1建筑方案前期结构优化
结构设计应与建筑设计充分协调，在建筑方案阶段，结构工程师应重视概念设计，并根据实际情况对建筑功能提出建议与要求，包括平面布置与立面造型等，确保房屋高度、复杂程度等处于合理范围，避免因不规则而造成结构抗震专项审查。抗震专项审查应组织专家论证确定合理的性能指标。
3.2结构体系与布置优化
1）结合建筑的功能与高度，确定合理经济结构体系。如普通框架比异形柱框架结构含钢量低；与短肢剪力墙相比，普通剪力墙的结构含钢量更低，在情况允许下使用低含钢量结构。2）平面与立面方案尽可能选择规则的。不规则包括平面不规则（主要包括:扭转不规则、偏心布置、凹凸不规则、组合平面、楼板不连续等）和竖向不规则（主要包括:上下层刚度突变、上下层尺寸突变、构件间断、相邻层受剪承载力突变等）。结合建筑功能合理设缝，控制平面长宽比、立面高宽比，并使质量中心与钢结构中心尽量靠近。对于竖向结构，需尽量避免较大内收或者外挑,且需避开多种不利因素，如薄弱层、转换层等，确保侧向刚度与水平抗剪的承载力变化成均匀状态。
3）应根据建筑实际情况和经验合理布置结构。在柱网尺寸的选择中，以均匀、合理跨度为标准，确保板、柱、梁与墙能够合理受力。如在住宅的小开间结构中，电梯井筒分隔墙与柱墙的作用均无法充分发挥，且结构刚度极易引发地震作用，基于此，可考虑使用大开间结构分离，具有节约造价、建筑布置灵活等优点。
4）剪力墙在整体结构中为主要构件，其刚度最大，整体结构的优化空间很大。剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形，且剪力墙洞口应进行必要的规则化处理，避免出现错洞墙及叠洞墙。在满足规范和计算的前提下应尽量减少剪力墙的数量，各墙肢长度不能相差太大，避免造成单片墙刚度悬殊产生各个击破的可能，且应控制连梁刚度及提高延性。剪力墙能落地的应全部落地不做框支转换层，平面尽量布置成大开间，墙体的厚度应满足构造、轴压比和稳定性要求。剪力墙是整体刚度的主要提供者，合理的墙身数量可使结构具有合理的刚度，结构外部荷载的传递及它们所引起的结构反应是通过属于结构内部因素“刚度”来实现，刚度是结构内在本质，结构工程师必须重视结构“刚度”概念，重视荷载-刚度之间的关系。
3.3结构计算分析优化
结构计算分析包括程序计算和手算，结构计算分析是对结构概念设计的量化和验证，应选择符合工程实际情况的计算程序，其计算模型及边界条件应与实际受力情况一致。结构整体计算的一些指标可以反映结构的科学性及合理性，国家规范用于控制结构整体指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间位移角、刚重比、剪重比、轴压比、倾覆力矩等。结构应进行反复计算，当指标数值满足规范要求且控制在合理值范围内,则说明整体结构性能是合理的。
3.4地基基础设计优化
地基基础设计应根据岩土勘察资料，综合考虑结构类型，现场材料情况及施工条件等因素，注重地基基础的概念设计及多方案比较，以满足安全适用、经济合理、技术先进、确保质量、保护环境为基本原则。基础设计时，如有条件应考虑上部结构与地基基础整体刚度协调设计，充分发挥土层的承载力。抗浮设计水位对结构设计的安全及工程费用影响较大，设计应给予充分重视。当抗浮设计水位明显不合理时，应建议业主与勘察单位沟通或进行抗浮设计水位专项论证,并出具书面说明或结论，以合理确定抗浮设计水位，节约造价。
结语
建筑结构设计的专业科目比较广泛，相对繁多，并且有些问题现在的技术也不能有效的解决。本文通过对建筑结构设计的意义和存在的问题进行探讨分析，提出应对措施，希望能够在实践中得到证实，促进我国建筑设计水平的提高，促进建筑行业的不断发展。
参考文献
[1]李运超.基于土木工程建筑结构设计的优化分析[J].建材与装饰，2018（40）：61-62.
[2]谢静.探析建筑结构设计的常见问题及应对措施[J].建材与装饰，2018（21）：99-100.
论文作者:黄万辉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/8/23
标签：建筑论文; 结构论文; 刚度论文; 结构设计论文; 建筑结构论文; 成本论文; 不规则论文; 《工程管理前沿》2019年12期论文;