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摘要：众所周知，建筑结构设计方案的选择具有多样化特征，而选择最优方案不仅能够与建筑设计要求相吻合，同样还能够减少能源消耗量，使得建筑外观与性能可以实现最优化。而对于房屋结构设计而言，其设计的综合性以及系统性特征十分明显，所以必须要深入研究房屋结构的设计理念以及具体方法。基于此，文章将建筑结构设计作为重要研究对象，阐述了房屋结构设计中对于优化方法的实际应用，以期有所帮助。
关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；实际应用
结构设计是工程设计中降本潜力相当大的一个环节。结构专业的优化设计，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，而是以结构理论为基础，以工程经验为前提，以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导，以先进的结构分析方法为手段，对设计进行深入调整、改善与提高，对成本进行审核和监控，是对结构设计深化再加工的过程。
结构优化设计必须贯穿整个设计和策划的全过程，包括前期论证及策划阶段的地质情况调查、规划阶段的初勘、方案阶段的结构介入、扩初阶段对结构方案的优化、施工图阶段的结构设计及施工图配合阶段的设计变更。
一、前期策划及规划、方案阶段
从地质情况出发考虑建筑的排放，按原有地势排布产品，使动土量最小。尽可能使场地土方挖填平衡，减少外运（购）土量根据原有地形、管网布置情况、道路情况合理制定场区标高。
建筑方案选型方面评估平面、竖向等各方向的复杂程度，选择规则的建筑平面，尽可能减小建筑专业的不合理布置带来成本的增加。1、高层建筑单体宜选择对称形式；考虑抗震及成本要求，外挑外挂构件宜减少；2、控制屋顶造型。3、建筑尺寸模数化，以便于采用装配式。
建筑层高基于成本考虑，在层高的选定上应慎重考虑。
控制层高对成本的影响：1、可以减少所有结构柱、剪力墙等竖向构件的长度和体积。2、减少建筑的总高度、降低结构的总荷载，间接降低结构成本。3、降低上部结构所承受的地震力、风荷载，间接降低结构成本。4、地下室土方开挖及运输的数量。5、基坑支护的费用。6、地下室底板及侧壁的截面及配筋。7、基坑降水的数量及费用。8、减少所有外维护砖墙、内分隔墙、装饰隔断的数量。9、减少门窗、幕墙、粉刷、涂料、瓷砖、石材、防水材料等数量。10、设备及运营成本。11、更好地满足节能规范的要求。12、减少空调等设备的负荷量。13、减少后期空调等设备的运营成本。
对于许多公共建筑，包括地下空间，规范或者客户所真正关注的并不是建筑物的层高，而是使用空间的净高，为了满足甲方的净高要求，在管线综合的基础上，可以对结构构件与设备管线进行交叉优化设计，例如：1、采用变截面梁，在机电管线通过处，减少梁截面高度。2、在梁中预埋管或预留洞口，使管线穿过。3、采用设柱帽（或不设柱帽）的无梁楼盖，使管线与结构柱帽在同一高度空间。4、在满足设计要求的前提下，取消或简化地下室建筑找坡层及垫层，采用结构找坡或结构排水沟。
二、扩初阶段
扩初阶段进入结构正式设计阶段，由于结构设计具有一定的模糊性，在设计公司内部，以及设计公司与审图公司间都存在着理解的不一致，而这些理解上的差异会对结构成本造成一定的影响，甚至造成设计的返工，影响设计时间及质量。因此在设计之初必须重视和提前输入的技术原则：1、结构设计统一技术措施。2、结构设计总说明。3、标准构造做法。在内部确定技术原则的同时，应加强与审图公司的沟通，把技术难点的处理方式以及容易产生意见偏差的地方进行提前沟通，以避免后期的返工和调整。
初步设计过程中必须控制的关键环节：1、结构体系的确定及主要平面布置图。2、基础的选型及设计图3、电算模型及计算系数的取值。
三、施工图阶段
精细化设计是施工图过程中控制成本的关键。
（一）、荷载布置精细化：
1、由于地下室顶板活荷载不是同时施加的，当设计填土厚度为1米时，考虑如下：第1阶段，施工阶段填土500厚进行保护，施工活荷载为1吨/m2；第2阶段，使用阶段填土1000厚，使用活荷载为0.4吨/ m2；计算时取其大者即可。（未考虑消防车荷载）2、外墙荷载应扣除门窗的影响。3、严格按荷载需求确定荷载取值，例如：室外顶板面仅消防车登高，通道的范围考虑消防车荷载。4、楼面的净活荷载考虑过大，应该对功能进行细分，例如各弱电机房的楼面荷载也不一样。一般在500kg/m2，声控、广播机房在300kg/m2，计算机网络机房500-750kg/m2，电梯机房750-800kg/m2，井道150-200 kg/m2。
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（二）、结构构件设计精细化：
1、地下室底板
（1）、有条件时应做成无梁板，利用承台或独立柱基作为柱帽，通过调整尺寸来优化配筋。（2）、所有构造按非抗震：箍筋不需要加密，可按90度弯钩，锚固、接头等一律按非抗震要求。（3）、如无抗浮等需要，底板也可不挑出外墙。
2、地下室顶板.商业楼层优化
不同的柱网、荷载、层高限制等，会有不同的结论。由于影响因素很多，到目前为止，没有一个非常准确、清晰的结论。一般是在给定的前提条件下，再进一步优化是比较现实的，但以下几点是相对比较明确的：
（1）、跨度大的连续梁采用加腋一般是比较经济的。（2）、对于板厚和配筋从构造上有较高要求的（如作为嵌固的地下室顶板、转换层等）可以考虑采用大板（荷载较大时）。可以比十字梁布置方式节省10~20%。（3）、荷载不大，板厚最小可取100的（如车库中间楼层、商业等），跨度在8～9m左右的采用单向双次梁较经济；可以比十字梁或井字梁布置方式节省5~10%。（4）、荷载大的，根据不同的数值，分别采用十字次梁和井字次梁。（5）、对有条件的大屋面采用结构找坡，既容易保证防水质量，又能减轻荷载，对节约造价有好处，缺点是施工麻烦。
3、地下室外墙优化
（1）、目前常用静止土压力计算外墙配筋。 当地下室施工采用基坑支护时，外墙土压力计算可考虑护坡桩的有利影响，全部按主动土压力计算。（2）、水头统一按抗浮水位取。
4、基础部分优化：在地基条件差的必须要打桩的地区，对于小跨度柱的基础，可要求建筑用悬挑或基础地梁挑的办法，减少桩数.
5、剪力墙
（1）、优化剪力墙布置的数量，建筑物的两端和周边重点布置，建筑物的内部和中间位置减少布置，以保证结构的抗震扭转指标满足要求。（2）、优化剪力墙的长度，剪力墙太长，结构本身成本增加，同时又使地震力增加，进一步加大结构成本，最优化的剪力墙长度是其宽度的8倍+100。（3）、当剪力墙高厚比超过规范构造要求时，经过《高规》附录D的公式验算，大部分墙不需比标准层加厚或加厚一点即可满足要求。
（三）、配筋优化：
1、柱配箍率的计算方法及柱的配筋方法
（1）、规范规定:柱的体积配箍率应按砼单位长度范围内箍筋体积除以该范围内砼核芯区内的体积。而不是柱的横截面积计算。（2）、柱子按计算配筋时，程序对X向Y向均有配筋面积要求，应在满足计算配筋量的要求下，尽量减少总配筋，如尽量加大角筋的配置，同时也加大了结构的安全度。
2、梁的配筋方法：上部钢筋常采用搭接、架立等做法。需要注意的是：框架梁的贯通钢筋采用搭接并不一定经济。由于贯通钢筋要求按受拉搭接，搭接区箍筋要加密。一二级首先要满足1/4的要求，一般钢筋直径大于18，梁净跨大于4米采用搭接才经济；三四级及非抗震框架梁的钢筋直径不小于16，梁净跨大于4米搭接才经济。另外在连续梁长短跨相差1倍时，短跨其实已不存在搭接的问题了。建议负筋用两种规格，小直径的钢筋通长。次梁上部跨中均用架立筋。
3、基础构件（包括地下室挡土墙）的允许裂缝宽度可放宽到0.4mm。
（四）、设计归并优化：
1、梁的归并细分。2、墙柱的归并细分。3、板的归并细分。4、桩基的归并细分。5、基础的归并细分。
结束语
每一个建筑工程都需要汇集参建各方的智慧和辛勤工作。前期阶段，应进行多方案的对比分析，找到其中安全、经济、美观的平衡点。在优化过程中，采取办法减小构件截面，减薄板厚，采用较矮的梁高，合理地增大楼层净高，减少剪力墙等，这些做法不仅能减少混凝土用量，减轻结构自重，而且减低了结构刚度，减小了地震力。结构优化的目的就是在保证工程质量的同时去除无效的结构成本，达到最小的投入产出比，最终实现建筑安全、经济和美观的完好统一。
参考文献
[1]范国兴.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].鸡西大学学报,2014(8):23-25.
[2]景毅.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用分析[J].科技资讯,2014(27):36-36.
论文作者:曾勇明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：荷载论文; 结构论文; 结构设计论文; 阶段论文; 建筑论文; 地下室论文; 成本论文; 《基层建设》2017年第11期论文;