浅谈如何优化建筑结构设计

徐翀

摘要：设计质量直接影响工程周期、成本，是工程建设重要的内容。本文对如何优化建筑结构设计展开探讨。

关键词：建筑设计；结构；布置；分析

Abstract: The design quality directly affects the project cycle, cost and important elements of construction projects. This article discusses how to optimize the design of building structures.Key words: architectural design; structure; layout; analysis

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

建筑结构设计，是建筑设计的重要组成部分，它是以建筑设计的要求为基础，根据建筑工程的实际情况，确定建筑物的结构类型和结构体系，同时进行结构分析和评估，然后以分析结果和相关结构设计的规范为依据，进行施工图设计。

1. 结构的总体布置

科学合理的建筑结构设计即需要有合理的结构体系还需要有完美的结构布置。因为结构布置会影响到建筑设计方案的效果，影响到建筑的安全和功能的使用。

1.1平面布置

平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外，根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定的范围内，不能太长，否则在发生地震时，结构的两端可能会出现反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。

1.2竖向布置

为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情况，应逐渐变化。

1.3控制结构的侧向变形

建筑的结构一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下，如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相对的位移，有时甚至会严重地破坏非结构构件，所以，我们要把控制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。

1.4缝的设置和构造

建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缝把结构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面效果、防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形体复杂引起的问题。

2. 结构的概念设计

概念设计指的是在结构方案设计过程中，在已有经验的基础上，完成结构体系的选择和布置，实现对结构特性的总体把握，保证把结构在预设的各种作用下的反应控制在预期的范围内。其主要内容有：结构的选型、结构的平面和竖向布置、结构侧向刚度的控制、温度作用的考虑和对策等。

3.结构分析

结构分析是结构设计的重要内容之一，主要是计算出结构在各种作用下的效应。分析结果要求能够解释和评估真实结构在预设作用下的效应。结构分析是否科学合理直接影响到结构的安全性、经济性和实用性。

3.1计算模型

计算模型的确定是结构分析的核心环节，它包括合理选择计算简图和计算理论，这是结构分析的重点和难点。一般情况下，建立结构分析模型时，都会做一些假定。如：假定结构材料是均质连续的，这种假设对结构的宏观力学性能不会引起显著的误差，只有主要结构构件参与整体性能的效应。

3.2计算理论

计算理论是建模的重要组成部分。用于建筑结构分析的计算理论主要有线性理论和非线性理论。而其中又以线性理论最为成熟，是我国建筑结构分析所普遍采用的一种计算理论，主要用于常用结构的承载力极限状态和正常使用极限状态的结构分折；非线性又可以分为材料非线性和几何非线性。材料非线性是指材料、截面或构件的本构关系，如应力—应变关系、弯短—曲率关系或荷载—位移关系等是非线性的。

4.施工图设计

4.1建筑各专业在各阶段设计过程中应互提设计基础资料，形成配合资料互提单表，以此表来约束各专业人员的设计责任行为。结构设计人员应做到主动与建筑各专业沟通，做到设计严谨、不遗漏。

4.2在方案设计、初步设计、施工图设计中设计人员应严格执行结构设计统一措施，如有异议应及时向专业负责人提出，由专业负责人和总工程师确定最终标准，而不能一意孤行，违反全面质量管理，影响设计进度。

4.3在初步设计结束后施工图设计过程中可根据工作情况，由各级负责人进行设计中间工作检查，形成中间检查表。各级负责人应做到主动及时发现问题及时解决问题，以免设计校对、审核时改动过大，影响设计进度。

4.4设计人员应严格执行设计进度，如遇特殊情况不能在安排时间内完成，应及时把情况向专业负责人说明，由专业负责人另行安排设计人员协助工作，保证工作按时完成。在各阶段设计结束后进行设计校对、审核，并形成校对记录表、审核记录表。对校对过程中出现的问题，设计人员可以有自己的思路原则，说明理由经总工程师审核确认后，可以不修改，否则都应进行修改，而不能弄虚作假不修改。

4.5最后设计图纸要进行图纸会签、加盖印章、晒图、打印、包装、交付、备份设计电子文件等工作，属于设计人员完成的要及时履行责任完成，不要影响下一步全面质量管理工作的进行。设计人员应按照本设计单位结构专业计算书的要求完成本专业计算书。

5.构件的优化设计

5.1首先要判断竖向构件的具体情况，对于剪力墙和混凝土框架以及框架-剪力墙结构，最先看的是轴压比，因为轴压比对竖向构件的延性影响最大，轴压比不满足规范相应要求，就应当加大截面或者适当提高混凝土强度等级，也可以采用配附加箍筋的办法。

5.2其次看梁和柱的配筋，梁和柱的配筋应该严格按《抗震规范》或《高规》最大配筋率要求，这也是考虑到延性的要求。

5.3对于剪力墙的配筋，超筋分三种不同的情况：

5.3.1剪力墙的暗柱超筋，剪力墙结构及框架-剪力墙结构中，暗柱相当于框架结构的柱，所以其配筋主要是体积配箍率，应该严格按照《抗震规范》或《高规》规定数值执行，并考虑相应的抗震构造措施。

5.3.2剪力墙的水平筋超筋，说明墙的抗剪能力不够，应适当调整截面。第三是剪力墙的连梁超筋，连梁是剪力墙结构中得第一道防线，本身就允许地震来临是先开裂释放一部分地震能量。

6. 质量管理

6.1设计质量直接影响工程周期、成本，是工程建设重要的内容。对业主而言，在同行业中是视时间和成本为金钱的，有效地缩短工程周期和节约成本就意味着在市场中能取得先机，立于不败之地，获取更大的效益，业主对设计单位的要求就是如此。可以说能做到业主满意、以业主为服务中心就会增强设计单位的同行业竞争力。正因为如此，设计单位执行ISO9001：2008全面质量管理来保证设计质量是一种行之有效的方法。

6.2根据《建筑工程设计招标投标管理办法》业主要求设计单位组建设计项目组，安排结构设计各阶段的设计人员、校对人员、专业负责人、审核人员并安排相应的完成时间，形成设计进度计划表。

6.3在签定设计合同时由设计人员了解业主对该项目的明确要求和隐含要求，向业主指定的业主代表收集设计资料，包括：委托书；立项文件；地质勘察报告；环评报告；规划总平等等，同时对提供的资料要由业主代表签字确认。

6.4针对建筑工程的不同类型，由专业负责人对设计和校对人员进行事先指导，形成事先指导表。同时专业负责人应起草本设计项目结构设计统一措施，经结构总工程师批准后，结构人员保证人手一份使用。

7.结束语

在新的《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》执行后，对结构的性能设计提出了更高的要求，作为建筑设计人员，必须要对建筑结构设计的基本内容有清楚的认识，才能顺利的完成结构设计工作，才能保证设计方案的质量。