建筑结构设计技术优化的研究与应用.pdf

第2 0 期（总第551期）建筑结构设计技术优化的研究与应用新潮电子工程技术谢敏（广西桂林嘉盛建筑工程有限责任公司，广西桂林5410 0 1）摘要：随着广大人民群众物质生活水平的迅速提高，对建筑工程施工的各个环节都提出了前所未有的要求。现阶段建筑工程施工不仅要安全稳定，还要美观、节能、环保。因此，在建筑结构设计过程中，需要基于绿色建筑发展理念，通过技术优化，提高建筑结构的整体水平和质量。建筑结构设计人员应按照有关规范和标准的要求，科学应用优化技术，对建筑物的整体结构、平面结构、承重结构等进行技术优化处理。同时,根据新建建筑给排水及电气系统的客观要求，优化建筑结构设计方案，以满足现代建筑多功能、多样化的要求，此外，在建筑结构设计技术优化过程中，需要着眼于建筑外观的美观性，进一步优化建筑结构设计方案,进而推动我国绿色建筑工程的蓬勃发展。关键词：建筑；结构设计；应用随着我国经济的快速发展，人民生活水平不断提高,城市建设日新月异。我国是一个能源消耗大国。同时,随着房屋建筑的商品化和结构设计工作与国际接轨,逐渐需要定额设计。在当前困难、挑战和竞争的形势下，结构设计师不仅要在设计过程中技术领先,更要贯彻新时代安全、适用、经济的建筑准则。本文阐述了建筑结构优化设计的重要性、建筑结构设计中的优化技术、基础结构优化、结构设计优化和局部施工技术,以期为建筑结构优化设计提供一定的参考。一、合理建筑结构形式概述在建筑结构设计中,结构工程师需要综合考虑建筑结构的安全性、适用性、经济性、耐久性等方面,对结构工程师有很高的要求。合理的建筑结构应具有以下特点：（1)安全性。合理的结构应具有足够的安全性,并符合现行国家和地方标准和法规。结构应具有合理的刚度、延性和能耗能力，传力路径应简洁明了。(2)适用性。在正常使用过程中,该结构应具有良好的工作性能。一个好的结构形式应该是合理和经济的，以较少的投资获得更高的效益。(3)耐久性。建筑结构应在规定的使用寿命内具有足够的耐久性,无须加固以保持其安全性和正常可用性。（4)建设可行性。合理的结构形式应便于施工，避免出现施工技术复杂难以保证施工质量的情况。二、建筑结构设计技术优化的必要性在现代建筑工程建设过程中，通常对建筑结构的稳定性和安全性提出了很高的要求。因此，需要通过技术优化来提高建筑工程结构设计的质量，使平面布置具有合理性的特点,进而保证建筑工程结构的受力始终保持平衡状态。不仅如此，通过技术优化，还可以显著提高建筑结构设计的经济性。在保证建筑结构安全的前提下，可以降低建设项目的综合造价，创造更多的经济效益。同时，通过技术优化,对建筑的结构设计和建筑外观的改善美学也可以相互协调统一，进而满足现代社会的审美要求，增强建筑工程结构的功能性，最终达到全面提高建筑工程结构设计水平的目的！。三、建筑结构设计中的常见问题（一）设计理念固化然而,建筑工程的结构设计仍有改进的余地。主要体现在建设项目的结构设计中没有充分贯彻新的设计理念，导致部分建设项目的结构设计中沿用传统的设计理念,使建设项目的结构设计不一致。随着时代的发展，传统建筑工程结构设计理念的不足主要有以下两点：（1)建筑工程不能得到充分利用,难以最大限度地利用有限的城市土地资源。(2)建筑工程的结构设计不具备及时性和可靠性。在建筑工程的结构设计中，设计人员通常依靠过去的经验进行针对性的设计，而没有结合时代发展的实际情况，造成建筑工程的结构设计，不能满足当代社会发展的客观需要。（二）设计体系缺乏综合性目前，建设项目的功能和结构都越来越复杂,这与以往的建设项目有很大不同，取得好成绩并不容易。工程施工人员需要根据时代的发展和自身的实际情况，不断提高自身的专业能力和敬业精神，紧跟时代发展和市场新动向。如果按照原有的方法和理念进行建设项目的设计和施工，必然会增加施工失误的频率。（1)建筑工程的结构设计缺乏实用性。主要原因是建筑工程的结构设计比较严密，众所周知，我国幅员154工程技术辽阔,不同地区各具特色,建设项目亦是如此。因此，不同地区的建设项目需要有适合的建设项目结构设计方案。（2)建筑工程结构设计内容缺乏先进性。我国建筑工程领域虽然涌现出许多新的理念和技术，但设计师在建筑工程的结构设计中并没有完全贯彻落实，或者由于设计师专业能力有限，创新意识低。尽管在建筑工程的结构设计中采用了新的思想和技术,但并没有取得很好的效果。安全得不到保障，建筑工程企业也面临着巨大的经济损失 2。四、建筑结构设计优化技术的应用（一）做好前期结构优化工作结构设计必须与建筑的总体设计充分协调。在确定建筑设计方案的过程中,结构设计师需要高度重视概念设计，从实际情况出发，对建筑功能提出要求和建议,如平面图、结构布局、立面造型等，将建筑物的高度、体积和复杂程度控制在一个相对合理的范围内,避免盲目追求新颖而忽视建筑结构的安全性。例如,在建筑结构设计优化中,需要考虑结构的整体抗震性能，组织专家进行论证，确保建筑结构设计优化后，建筑的抗震性能能够很好地满足相关规范的要求,确保建筑物的安全使用。（二）注重结构体系优化(1)着眼于建筑本身的使用功能和高度,确定最合理的经济结构体系。例如,与异型柱框架体系相比，普通框架体系的钢材消耗量较低；与短腿剪力墙相比，普通剪力墙的用钢量较低。首先,您应该尝试选择钢材含量较低的结构。（2)应采用相对规整的平面和立面图。在建筑结构设计中,存在平面不规则和竖向不规则。要求设计师结合建筑功能，控制平面的长宽比和立面的高宽比,尽可能保证建筑的质量中心和结构中心重合。在竖向结构设计中,应避免大悬挑或内收,避免弱楼板、转换楼板等不利因素,更好地保证结构水平剪力承载力和侧向刚度的均匀分布。（3)结构体系应根据建设项目的实际情况,并根据相关经验进行布置。在确定柱网结构的过程中,必须强调其跨度合理、均匀,以保证结构受力的合理性。以住宅小开间结构为例,这种结构会影响电梯井间隔墙和柱墙本身的合理功能,结构刚度差。震动大时,很容易倒塌。对此,应采用大开间结构进行分离，在避免上述问题的同时,可有效节约成本。（4)地板的刚度要控制好。在建筑结构体系和布局的优化设计中，需要确定梁、板的最佳截面尺寸，保证其合理布局，合理控制楼板结构的刚度。因为如果屋面结构刚度过高,梁、板的截面就会增大,建筑物自重增加,不仅影响建筑物的正常155新潮电子使用,还会增加建筑成本；较大的变形会影响结构的美观,也可能对填充墙或装饰材料造成损坏 3。（5)剪力墙应合理布置。剪力墙是建筑结构中最重要的构件之一,也是刚度最高的结构,因此有很大的优化空间。设计者在布置剪力墙结构过程中,应强调其均匀性和对称性,控制结构的扭转变形效应,规范剪力墙的开孔,防止出现叠错孔壁。根据相应的计算结果和建筑规范,在结构设计中,应尽可能控制剪力墙的数量,保证各墙墩的长度基本相等,避免出现剪力墙悬殊的问题。单壁间强度,有利于连梁刚度和延性的提高。同时,在剪力墙优化设计过程中,若能落地,则不必设置框支转换层，而是采用大开间的平面布置，控制壁厚根据结构和轴压比。在建筑结构中,剪力墙可以作为整体刚度的提供者。通过调整壁的数量,可以确定刚度。借助结构的内部刚度，可以实现外部载荷的有效传递。从建筑结构设计者的角度来看，荷载与刚度的关系需要明确。（三）计算分析与优化结构的计算与分析可以人工完成，也可以借助计算机程序完成。相应的结构设计方案的量化和验证要求设计人员在选择计算模型和设置边界条件时充分考虑结构的实际受力。结构整体计算的一些指标可以反映建筑结构的合理性。在国家相关规范中,可用于整体结构控制的指标有周期比、刚度比、位移比、剪重比等。设计师需要对结构进行迭代只有确保指标数据满足规范要求,才能保证结构性能的合理性。（四）基础设计优化在建筑基础设计过程中，需要综合考虑建筑结构类型和现场施工条件,并与施工现场岩土勘察资料进行对比，多方做好选择能够满足安全性、适用性、经济性和环保性要求的基础方案。另外,在基础设计过程中,如果条件允许,应做好上部结构与基础的整体刚度协调设计，充分发挥土层的承载能力。五、建筑结构优化技术应用需要注意的问题（一）现代化技术的运用在建筑结构设计过程中,要充分调动现代各种先进技术，运用现代技术辅助建筑结构优化设计，推动建筑结构设计高质量发展。在建筑结构设计过程中，设计师可以充分利用计算机辅助设计软件、大数据信息、BIM等先进技术,提高建筑结构设计质量。建筑结构设计师可以通过BIM技术模拟建筑结构的设计细节,通过可视化技术更直观地观察建筑结构设计的每一个细节。进行科学优化,进而提高建筑结构的整体第2 0 期（总第551期）第2 0 期（总第551期）设计质量。(二）内部结构优化建筑结构分为建筑外部结构和建筑内部结构。在设计过程中，建筑设计师着重于建筑外部结构的设计。建筑结构的优化也是建筑外部结构的优化,而对建筑内部结构的优化重视不够。建筑内部结构未优化，导致建筑结构优化效果减半，限制了建筑结构优化质量的提高。基于此,需要从建筑结构内外的每一个细节人手进行优化设计，尽最大努力提升建筑品质，从多维度考虑建筑设计参数的优化，有效提升建筑品质结构设计。六、优化技术在建筑结构设计中的应用目前,建筑结构多为框架结构。本文以某框架结构建筑为背景案例,分析建筑结构优化设计在建筑框架结构设计中的应用。(一)工程实例某建筑工程为框架结构,地上三层的多层商业建筑。建筑物的高度为12.3 m。基准压力设计值为120kPa。根据建筑物抗震设计规范（2 0 16 年版），建筑物抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.15g（属于第一类）。土层剪切波速测试采用单孔测层法在测孔号为7#、17#、3 5#、47#、46#、6 3#、69#和7 3#。是2 0.0 0 m。根据波速测试结果分析：场地天然地基深2 0.0 0 m在度数范围内,地基土的等效剪切波速值为2 2 9.9 m/s、2 19.9 m/s、2 2 3.0 m/s、2 2 0.6 m/s、219.2m/s、2 2 8.5m/s、2 2 6.7 m/s,2 2 1.7 m/s,场地覆盖层厚度dov。g t;50.0 0 m,按建筑抗震设计规范(2 0 16 年版)第4.1.6 条，施工场地类别为类，为一般施工场地。多层商业设计使用寿命为50 年，多层建筑的风压和雪压值均为0.3 5kN/m。（二）框架结构建筑优化设计1.建筑地基优化层状黄土粉砂和（3）层状黄土粉质黏土的湿陷性。根据常规经验，建筑地基的造价约占工程总造价的15%,因此优化建筑地基设计对降低工程总造价具有一定作用。考虑到天然地基具有一定的湿陷性,建议采用换填处理，或采用压实夯实的水泥土桩进行地基处理，(4)层粉砂或(5)层粉砂细桩端以砂为承力层。2.建筑框架梁优化多层商业建筑的主要构件是框架梁，换言之,框架梁的整体质量影响着多层的质量商业建筑，因此框架梁多层商业建筑的设计优化，不仅可以有效提高多新潮电子层商业建筑的结构质量，还可以充分降低多层商业建筑结构的总造价。多层商业建筑框架梁的优化应在设计许可的基础上进行,所有的优化都不能偏离设计基准。根据建筑物的实际情况和相关设计规范的要求，多层商业建筑的框架截面跨度应2 2 0 m，最多为多层的梁高跨比。商业建筑框架为1/10,多层商业框架梁配筋率1.52%。3.建筑框架柱的优化该多层商业建筑框架柱间距为8 m，在初始结构设计中确定的框架柱尺寸有两种，一种尺寸规格为0.5mx0.4m,另一种尺寸规格为0.5mx0.5m,所有设计指标均按轴压比计算法计算满足这座多层商业楼的需求，此外，多层商业建筑框架柱的双偏计算仍满足工程施工质量要求。为进一步优化多层建筑框架梁设计，框架柱尺寸规格由原来的0.5mx0.4m和0.5m0.5m优化为0.45mx0.4m和0.5mx0.45m，并对优化后的规格轴压比进行了计算,计算结果表明，优化后的框架柱尺寸满足多层商业建筑的质量要求。某多层商厦框架柱结构尺寸优化后，框架梁钢筋用量由原设计的2 0%降低至优化后的17%。在满足建筑质量要求的前提下,降低了工程总造价,改进了多层建筑、商业建筑的经济和社会效益。（三）多层商厦优化效果分析钢筋用量减少约12%,充分降低了多层商厦的建造成本。可见，多层商业建筑结构优化选择的优化点：建筑基础设计优化、建筑框架梁优化和建筑框架柱尺寸优化是比较正确的选择，不仅提高建筑结构设计质量的同时也降低了商业建筑的综合造价。七、结束语房屋结构的优化设计，不仅可以提高整栋建筑的品质，还可以有效降低整个投资方的成本，获得更大的经济效益，同时提高经济性和安全性。为使我国房屋建筑优化技术取得更大进步，需要广大结构设计人员共同努力，不断创新，使优化技术充分发挥作用。参考文献：1丁海霖,马威.房屋建筑结构设计中优化技术的应用分析 J.陶瓷,2 0 2 1(11):3 5.2周皓,沈阳.房屋建筑结构优化设计探讨 .工程建设与设计,2 0 2 1(12):2 0 5.3杜定发.房屋建筑结构设计优化方法及应用探析 J.中国住宅设施,2 0 2 0(12):6-7.4胡斌.优化技术在房屋建筑结构设计中的应用 J住宅与房地产,2 0 2 1(2):10 7-10 8.工程技术156