建筑工程项目结构优化设计控制的技术方法

皮鹏程

【摘要】对建筑结构进行优化，可以预防安全隐患的发生，还能确保房屋建筑结构的优化搭配，保证建筑结构的稳定性，节约工程成本，不仅可以提高建筑结构的外观性能，还能提高房屋建筑的内部构造质量。

【关键词】建筑工程;布局优化;地下室优化;边缘构件;细部优化

通过建筑结构优化设计，一方面是提高建筑的整体安全性，另一方面是提高设计产品的经济性，有效降低工程造价实现效益的最大化。在建筑结构设计中，可通过设计方案的优化，包括结构选型、布置优化以及精细设计和准确的计算等来优化建筑结构。

1、建筑结构优化设计原则

在当下建筑结构优化设计时主要围绕下述几方面的原则：首先，安全设计原则。安全是建筑结构的第一要素，设计人员在建筑结构优化设计时需要将安全作为首要目标，不能为了降低成本而刻意简化建筑结构，影响建筑结构的安全性和稳定性;其次，功能性设计原则。在当下大众对于建筑功能有着较多的要求，因此在具体的优化设计时，设计人员需要结合大众需求，尽可能设计出一个功能丰富、实用的建筑结构，从而为建筑使用者提供更好的功能性服务。最后经济设计原则。对于建筑施工企业来说，降低房建成本，提高经济效益对于其发展有着极其重要的意义和作用，因此在建筑结构优化设计时，设计人员要在不影响建筑安全性和稳定性的前提下，优化相关建筑结构，减少材料使用和成本投入，不断提高房建工程的经济效益。

2、建筑工程项目结构优化设计控制的技术方法

2.1结构布局优化

结构设计要考虑建筑的使用，科学的布局和合理的设计提高工程的整体性能。具体可以从以下三个方面入手：

（1）选择合适的结构体系。根据建筑层数、抗震设防类别、设防烈度，选择合适的结构体系，布置水平和竖向承重构件;

（2）优化平面布置。建筑结构平面宜简单、规则，减少结构的扭转，不超限，剪力墙尽量对齐;

（3）优化竖向布置。竖向传力路径应明确，竖向宜布置规则，尽量避免转换层，尤其是要避免高位转换。

2.2地下室设计优化

通过地下室设计成本的综合考虑，使无梁楼盖大量应用于地下室顶板。无梁楼盖结构传力途径的简化，现浇梁板楼盖导荷方式：楼板→次梁（或无）→框架梁→框架柱;现浇无梁楼盖导荷方式：楼板→柱帽（或无）→框架柱，结构材料能够直接放置在最直接的部位提升传力效率，也正是这种传力途径使得楼板与柱连接部位（柱帽）成为冗余度最少，成为直接影响安全的关键部位。无梁楼盖的板柱节点抗冲切能力弱、呈脆性破坏形式，突发破坏难以预警，属关键性结构构件，结构设计须重点关注冲切承载力复核工作。复核冲切承载力时，要特别注意不平衡弯矩对剪应力的增大影响，通常地下车库距外墙第一跨框架柱柱帽节点所承受的不平衡弯矩较大，剪应力增加约15%～20%。通过工程经验对覆土厚度为1.0m的双向柱距为8.4m左右地下车库顶板楼盖分析归纳，柱帽总高度约为600～750mm左右，若柱帽高度远小于该值，则设计人员应引起足够重视，手工复核验算板柱节点的抗冲切承载能力。且业内专业人士不建议柱帽作为暗梁的加腋考虑，如果柱帽作为暗梁的加腋，则柱帽在承受冲切力的同时又要考虑梁腋的应力，使得该节点的受力状态变得更加复杂。柱帽对暗梁的加腋作用可作为安全储备，适当提高结构承载能力冗余度。

2.3剪力墙边缘构件优化

结构规范中明确做出规定，剪力墙两段及洞口两侧应设置边缘构件，按规范中指出的边缘构件的设计构造要求中可以推出：高层剪力墙建筑中，剪力墙边缘构件用钢量约占建筑总用钢量的5%以上，所以，对于边缘构件的优化设计对建筑含钢量的控制起到了决定性的作用。

剪力墙平面布置应在满足建筑条件和使用功能的前提下，尽量布置较长墙肢，减少短肢剪力墙的使用，这样可以增加单片墙肢的抗侧能力，也减少了剪力墙数量，也就是减少了边缘构件的数量。合理控制剪力墙的高宽比，使墙体配筋为构造配筋控制，而非内力控制。这样可以使墙体本身和边缘构件尽可能控制在最小配筋率。

常用的剪力墙边缘构件截面形状可以分为：T形截面、矩形截面、L形截面。不同的边缘构件截面暗柱的配筋面积也相差很大。所以，满足抗震性能要求的情况下，合理布置剪力墙边缘构件，可以有效控制剪力墙用钢量，降低造价。

2.4结构细部和局部优化

除了要做好对房屋建筑结构的整体优化设计外，还需要结合结构细部和局部来进行进一步的优化设计。比如在异形板划分时，需要做好对矩形板的合理划分，提高其受力均匀性，避免拐角处产生裂缝。同时对于底部框架抗震墙，由于为了保证建筑结构承载力，所以箍筋配箍量相对较多，此时就可以利用钢筋，来减少和降低箍筋直径和用量，并且还有助于降低成本支出，加快工程进度和提高工程质量。此外，对于结构柱，则可以通过提高施工所用混凝土强度来减少结构柱尺寸，这样既能够满足相关受力标准，并且还有助于减少混凝土用量。

2.5钢筋型号的优选

目前，钢筋混凝土结构住宅建设中，普遍应用的钢筋型主要有HRB300，HRB335，HPB400，HRB500。采用高强度的钢筋可以节省钢材，比如HRB500与HRB400型号的钢筋抗拉强度的比值为1.2，采用HRB500比采用HRB400型的钢筋最多可以节约20%的钢筋用量。而两种钢筋型号价格相差不多。从构造方面来说，高强度钢筋也有利于材料。比如，框架梁纵向的手拉钢筋最小配筋率和钢筋抗拉强度成反比，钢筋强度越大随之配筋率越小。所以，采用高强钢筋可以降低钢筋用量，节约成本。

结语：

综上，建筑结構优化设计是为了完成既定的建设目标对工程结构提出了优化方案的设计方法，将各种先进的技术结合起来使设计方案更加完善，使最终的建筑结构不仅满足基本使用功能，而且还提高了空间利用率、提高了对材料的利用，更加满足宜居的要求。在建筑结构优化过程中，除了要对方案进行完善，还要对基础结构、整体布局以及抗震设计等进行优化，才能使打造出来的建筑更具有安全性、耐用性和经济性的特点。

参考文献：

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