浅谈现代建筑结构优化设计要点

王聪敏

（身份证号：130627197609172237）

浅谈现代建筑结构优化设计要点

王聪敏

（身份证号：130627197609172237）

本文从现代建筑结构优化设计基本要求入手，分别从建筑结构的建筑体型、结构构件、材料和计算机新技术的应用四方面探讨了现代建筑结构优化设计的措施。

建筑结构；优化设计；降低成本；结构构件；安全

1 选择合适的传力途径，简化受力，降低造价

具有规则建筑体型和平面布置的结构，因其受力较简单，造价相对较低。但由于不同使用功能的需要，建筑的体型和平面布置是多种多样的，可以通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节，使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应，同样可以使建筑结构达到经济结构和安全使用的预定目标。

从力学观点来说，结构的荷载传递路径应力求简单和直接。建筑结构中空间关系较复杂的部位，在设计时常会出现多次转换的结构构件，犹如转换层，这样会导致造价提高，也容易发生因失稳而引起的安全问题。结构构件的传力途径有多种多样，其支撑构件也可根据传力需要按科学、合理的方案进行变换，因此，可以说没有固定不变的结构布置，也没有一成不变的传力途径。而如果设计师采用最直接、最简单的传力途径，就可以省去许多中间传递的结构构件，从而也可减少结构的安全隐患，使结构受力更明确，材料更省，其造价自然也会更低些。

2 结构构件的优化

2.1 框架-剪力墙

目前，高层建筑的结构设计大多采用框架-剪力墙结构体系，这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成，框架的梁柱为刚接，框架与剪力墙可为刚接，也可为铰接。高层建筑体日趋复杂，各种不同功能的建筑用房综合在一起，组成形态各异的高层建筑，给建筑结构优化设计增加了一定的难度。而框架-剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点，比较容易满足建筑物的使用要求，而且框架-剪力墙结构体系有较高的承载力，较好的延伸性和整体性，并且具备很强的吸收地震力的能力，从而大大减小了结构本身的侧移。因此，在建筑结构优化设计的实践过程中，在框架-剪力墙结构设计中，剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。基于此，剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价成本。另外，在框架-剪力墙结构初步设计阶段，简捷、准确地确定框剪结构中剪力墙最优数量，即可避免重复、繁琐的结构刚度调整计算，还可以达到减少经济成本的目标。

2.2 梁的选用与布置

常规梁经济性最好，但严重影响建筑层高，尤其是在目前土地资源有限的情况下，最终还是无法实现社会整体经济效益的最大化；宽扁梁能减少梁的截面高度，增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下，可以增加层数，以获得更多的建筑面积。但宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并不是最优，由于y方向截面高度减小，使得纵向钢筋的配筋率较高，同时挠度偏大。在跨度进一步加大的情况下，也可采用预应力梁，以满足建筑物的特殊要求，但费用较高。此外，高层建筑框架柱截面大小主要由轴压比控制，在上部轴力一定的情况下，可以通过加大柱截面、提高混凝土设计强度、加大柱箍筋、采用钢混凝土柱等不同方法来控制柱轴压比，最大化程度保证功能性与安全性。

2.3 加强砌体结构的设计

为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不适宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。

3 材料的优化选择

结构设计的目的便是花尽可能少的钱，做最安全、适用的建筑，这就要求结构设计时对材料的选用要合理，利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点，选用合适的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。梁板以受弯为主，可采用高强度钢筋，以减少钢筋用量，同时要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配，最大限度地发挥出材料的性能。

4 加强基于计算机技术的优化设计分析

随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计达到的目标要求，最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。

5 结语

综上，通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径，近年来被越来越多的建设单位所重视。但是应明确建筑结构设计的首要任务是满足建筑功能的需求，实现建筑物适用、安全、美观、经济的目标，因此不能片面强调节约投资，而降低技术和质量标准，应通过合理的优化结构的手段来达到经济效益与建筑安全的完美结合。

[1]肖燕武.浅谈建筑结构设计的安全度[J].科技创新导报，2007，35.

[2]李锋.浅谈现代建筑结构优化设计[J].科技资讯，2010，28.

[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）[S].中国建筑工业出版社，2011.

TU318

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1673-0038（2015）33-0018-01

2015-7-25