浅析建筑结构的优化设计

摘 要：我们普遍认为建筑结构的优化设计，只要通过准确的受力计算，计算出钢筋需求量和布置方式，然后使结构构件受力最佳、钢筋用量最省、功能最齐全几个因素达到最优化就是比较满意的优化设计，这种认为是错误的。我们知道每一幢建筑的结构设计方案成型后就存在结构的优化设计问题了，不管是结构选型还是构件布置都是如此，此后的任何一个设计程序在建筑材料的选用上都必须由设计人员进行精心思考、准确计算、合理选材。经过过程和整体的结合才能产生最终优化的结构。文章结合本人多年的工作经验和现在我国建筑行业发展的现状，从几个不同的方面提出了建筑结构优化设计的技术措施。

关键词：结构方案结构效应舒适度优化设计强度稳定性

中图分类号：TU3文献标识码：A

一、加强对地基实地情况的调查和研究。

这是建筑结构优化设计的重中之重。在任何设计开始之前都要进行实地情况的调查和研究这是毋庸置疑的。同样在建筑结构优化设计时也要对地基的现场进行实际的研究和调查。主要内容包括现场的地形、地质、水文、周边建筑等条件。调查后得到数据应及时进行整理和分析，提取出利弊因素，然后对优点加以应用和创新，对弊端进行改进克服，变弊端为有利因素。

二、加强楼板设计规范。

楼板是建筑承受荷载力的主体因素，它的的主要作用在于首先需要承受竖向荷载同时要把荷载力传给框架外和不同的柱上。所以，楼板平面内的荷载力、刚度、承载力、整体性对整个建筑结构来说也十分重要。随着现代人对居住环境要求的提高，要求楼板隔音的人群越来越多，这就要求设计和施工人员为了满足客源的要求，在进行结构设计时要能够考虑到这一点，要求楼板具有很好的隔音效果。对于北方来说，现在很多楼层不设置暖气设施，而是利用地面和楼板取热，这就要求楼板和地面具有很好的蓄热性和保温性，在冬天集体取暖很方便、干净，这样就增加了地面的舒适觉。这在增加舒适度的同时也带来了一定的危险，即对防火的要求有所提高，要符合相关防火规范的规定，有时还有考虑到居住人群特殊的要求。

三、使不规则建筑平面布置产生规则结构效应。

因为不同建筑的功能需求是不一样的，他们在外观和体型、平面布置上就相差很多，甚至可以说是大相庭径。一方面一些比较有规则建筑体型或者平面布置比较多的结构的建筑物，它们承受的荷载力一般比较少儿简单，这样就带来了造价相对较低的结果。这样是方便的，可是在实际实践中，我们不可能为了达到结构规则的目的，去要求设计师在创作时把它作为前提条件。不过，可以达到的是在满足使用功能的前提下，合理考虑荷载力。如果一栋建筑体型确定下来之后，那么建筑物整体的形心和质量中心也就随之确定下来了。所以，每一栋建筑的体型都有一种相对比较规则的结构受力方案。这一规律给设计师的设计带来了很大的影响，即设计师要保证结构的荷载中心和刚度中心尽可能地接近甚至重合起来，那么这栋建筑的结构就可以说是基本具备了稳定和规则性的条件。在同样的条件下，如果楼层平面面积越大，那么其内部可分隔的空间就越多，这样就有更多有利的条件做到规则的结构布置，从而保证建筑结构整体的稳定性和安全度。从专业角度来说，结构的荷载在传递路径上应力求简洁。因为，如果建筑结构中空间关系比较复杂，就会出现多次转换的结构构件的情况，常见的就是转换层。这样的一个最大的弊端就是提高造价，降低稳固性和安全性。正是因为结构布置不能固定不变，传力途径也可以多种多样，所以，建筑的支撑构件也要根据传力的需要进行方案的变换。总而言之，如果采用最直接、最简单的传力途径，不仅可以节约结构构件，而且能够减少结构的安全隐患，节约材料，节约成本，获得可持续发展的可能。

四、建筑结构整体安全。

现在我国一般情况下遵循的是建筑行业的设计规范：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）。这里面有清晰地表达了建筑的抗震设计的标准：小震不坏，中震可修，大震不倒。这不仅仅是文件上要求的，而且是整个建筑结构所有构件要共同达到的目标。要达到上述要求，就要考虑到所有的建筑构件，不能落下任何一个。因为任何一个建筑构件的不正确或者不合理，就有可能导致整个建筑垮塌。所以，那哪怕一个工程中99%的构件在大震作用下不会被破坏，只要里面1%的构件被破坏，我们也认为这栋楼是不安全的。所以在进行结构设计时确保建筑安全的前提是保证每一个建筑构件的可靠性。这样既达到了建筑结构安全的原则，由符合经济耐久的总目标。

五、关注实际结构与计算模型不同。

电脑可按照预定的程序进行计算，可是它不能很智能地分析数据。如果某一楼层的结构工程师想完全利用电脑进行结构分析的话，很容易出现一些看不到的隐患。现在利用的软件中墙板构件是通过假设来实现的，可是在某种特定结构布局也会出现不符合假定条件的情况，因为完全依赖电脑进行计算是容易出现差错的。因此，整体电算和局部构件都需要人工调整。所以，实际结构的受力状态和计算模型是不完全一样的，结构优化设计时应该注意到这一点的特殊性。

六、对不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则。

现浇钢筋混凝土楼板具有很大的约束作用，可以在一定程度上提高楼盖梁的承载能力，有时甚至能够提高大1.5 倍。我国现在使用的结构计算软件不能精确地表现出这种约束作用。这与力学计算结果相比较的话,它的安全系数就要偏高。从过去和现在许多建筑垮塌事故的教训可以知道，相对于计算本身出错的概率来说，由于楼盖或者楼盖梁的施工问题而导致结构破坏的案例是非常少的。经过对近几年发生的强大的破坏性地震中倒塌的房屋来看,倒塌的主要因素在于由于墙、柱等竖向构件遭到破坏之后,整栋楼随之倒塌。在设计中，设计者很大情况下要保证建筑的整体安全，这样就造成这样一种结果:设计和施工中不分构件的实际承载能力，把所有构件的受力预计为相同的安全系数，从而带来了安全隐患。

另外，重点强调特殊情况，保证结构的整体安全和合理选择结构方案也应该引起注意。

七、结束语。

研究结构的优化设计不是仅仅研究结构本身，而且要包括建筑行业的各方面，例如结构方案、对基地的研究、提高建筑空间利用率、舒适度和经济效益比等因素。所以，在分析建筑结构的优化设计时要科学地确定建筑结构优化设计的几个基本方面，然后按照不同的部分各自研究是非常重要的。

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