摘要：随着国民经济的迅速发展，住宅建筑越来越商品化，作为投资方总是希望利润最大化。由此在结构设计时不仅要满足“规范加计算”，而且还要在安全、符合现行国家规范前提下，从各个环节进行优化设计，多个方案做比较，使最终的成品要安全可靠、经济合理，节能节材，降低造价。
关键词：住宅建筑；结构设计；优化措施
1 建筑结构优化设计理论
建筑结构是由各种建筑材料建造的建筑受力骨架体系，它决定建筑的安全性能，并影响其它建筑功能。结构设计原理是利用相关学科的知识，研究如何保证结构安全性的理论和设计方法。
传统的结构优化设计应用面较窄，仅仅局限于施工图阶段，优化的过程也是一个根据经验进行设计修改的过程。但是，结构优化设计并不是单独针对薄弱环节进行修改，而是面向整个设计过程，合理利用材料性能，并使各个构件之间协调连接。目前，传统的结构优化设计存在的不足已经被大家认同，建筑结构的优化设计已经不再局限于施工阶段，而是贯穿于整个建筑设计过程。
2 结构优化设计对工程投资控制的影响
住宅工程开发项目的建设全过程可划分为决策、设计和施工三个阶段。工程项目投资控制的关键在于决策阶段和设计阶段。工程设计费用一般不超过建设工程总成本的1%，但在项目投资决策确定后，设计阶段对投资控制的影响程度却高达70%以上。
由于建筑产品单一性的特点，特别是不同地质条件对基础造价的影响很大，致使开发商难于确定针对每项具体工程的经济合理的限额设计指标。在进行建筑方案设计时，开发商和设计人员一般只重点关注使用功能的合理性和建筑立面的美观，而对不同建筑平面布置、不同进深与开间尺寸、不同立面形式、层高与层数等对投资的影响，很少进行考虑。在结构设计时，由于结构设计人员经济意识不强，缺乏经济技术比较手段，结构设计时间紧等原因，在结构方案的选择及结构材料选用时，往往只凭经验进行确定，很难使结构设计达到经济合理。
3 结构优化设计的基本方法
结构优化设计是在保证建筑使用功能和建筑总体效果的前提下，通过选用合理的结构体系，优化结构布置，对结构受力进行详细计算分析，使整个结构体系既安全可靠，又经济合理。优化后的结构设计，既要满足现行结构设计规范的要求，又使结构各构件之间达到最合适的比例关系，以提高结构整体的抗震性能、抗风性能等功能。同时，优化后的结构设计必须方便施工，易于在工程实践中实施。结构优化设计一般可从下列五个方面进行。
3.1 结构优化分析方法
工程结构的优化分析包括两个层次:一是结构体系的优化，主要是确定结构形式、柱网尺寸和墙体布置等；二是对结构构件进行优化，在己确定结构体系的前提下，确定构件的截面尺寸和混凝土强度等级。
在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计需按一定的优化方法进行搜索，从而达到结构造价最优，是一种主动的设计方法。
3.2 荷载精细化计算
为取得良好的优化效果，在荷载取值上要进行精细化计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在计算墙体荷载时，应考虑实际墙体高度、长度和开洞影响，墙体高度的取值应扣除钢筋混凝土梁板的高度，墙体长度的取值应扣除钢筋混凝土墙柱的长度，并应扣除洞口面积。消防车等荷载宜按等效荷载取值。楼面活荷载按实际使用功能合理取值，并按规范规定考虑楼面活荷载的折减。正确取用抗震防护烈度、场地类别，合理确定风荷载标准值和风载体型系数，必要时可根据风洞试验确定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时，当上部结构传给基础的荷载为设计值时，应将设计值转换成标准值。
3.3 准确理解和使用规范
认真学习国家和当地有关设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。如采用《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),《建筑地基基础设计规范》( GB50007-2002)进行桩基设计，在计算桩数时，荷载效应采用标准组合，对应的抗力采用单桩承载力特征值;在确定承台高度及配筋，验算材料强度时，荷载效应取基本组合，采用相应的分项系数，对应的抗力计算采用材料强度设计值。设计人员必须概念清晰，避免混淆。
3.4 构件尺寸及配筋的合理设计
构件尺寸一般先按经验确定，然后进行强度验算。在优化设计时，应对不同构件布置方式和不同截面尺寸进行配筋计算，并作经济比较，以确定最优构件布置方式和截面尺寸。剪力墙如能合理布置，可使大部分剪力墙的配筋不是由内力控制而是构造配筋。抗震墙分加强部位和非加强部位，边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件，这两种边缘构件的配筋相差很大，应分别按不同的构造要求进行配筋。对于截面宽度较小的梁，配筋量较大时需放2～3排钢筋，可将梁宽适当放大，尽量布成单排，以增大梁的有效高度。跨度较大的悬臂梁，除角筋外可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工。
3.5 选用高性价比材料
要降低钢筋混凝土结构的用钢量，应尽可能采用性价比高的高强度钢筋。HRB400的强度设计值比HRB335高20%，HRB335比HPB235约高43%，而不同强度等级钢筋的价格相差一般不超过5%。可见，性价比从高到低依次为:HRB400, HRB335, HPB235。对于配筋按强度控制的构件，直径≥12mm的钢筋应优先选用HRB400钢筋；直径<12mm的钢筋，宜选用HRB400, HRB335钢筋。
通过对受弯构件经济配筋率的计算分析可看出，当混凝土强度等级>C30时，采用HRB400比HPB235可降低20%用钢量;当混凝土强度等级=C30时，采用HRB400比HPB235可降低7.5%用钢量;当混凝土强度等级C30时，应优先采用HRB400钢筋，而当混凝土强度等级 3.3 设计单位对优化设计缺乏动力由于目前尚缺乏公平的设计市场竞争机制，设计收费是按建筑面积或按造价的一定比例计取，几乎跟投资的节约和设计质量的优劣无关，不能做到优质优价，使优化设计失去动力。由于设计是否经济合理与设计人员的利益无关，导致方案设计时只重视立面效果，追求高标准，而不重视经济分析；施工图设计时不重视结构方案的经济比较，为保险起见或为了减少计算和绘图工作量，随意放大配筋，造成投资浪费。
4 结论
在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。 建筑设计部门和设计人员应严格遵守“经济、适用、合理”的设计原则，精心设计，应用现代化科技手段，选择合理的建筑结构设计方案，实现降低建筑工程造价并取得最大经济效益的目的。
参考文献：
[1]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化，2007:12-13.
[2]张炳华.土建结构优化设计[M].上海：同济大学出版社，2008：34-36.
论文作者:王晓晶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/30
标签：结构论文; 荷载论文; 构件论文; 优化设计论文; 建筑论文; 钢筋论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第16期论文;