建筑结构设计技术优化的研究与应用_李木子.pdf

Architectural and Structural Design建筑与结构设计1引言通过建筑结构设计技术优化不但可以有效提升建筑质量，继而保证建设单位或者建筑使用者对质量的需求，而且还可以行之有效地降低工程总造价，提升建筑项目的综合效益。基于此，建筑结构设计优化得到了建筑从业者的高度重视。2建筑结构设计技术优化要点2.1建筑基础结构设计优化要点建筑基础结构设计是建筑结构设计的关键环节，建筑基础设计质量直接影响着建筑总体质量，也是建筑主体结构稳定性的主控因素。基于此，在建筑基础结构设计过程中，建筑设计团队除了要总结自身团队的设计经验，还要与建筑基础施工团队保持密切联系和有效沟通，广纳建筑基础结构设计与施工方面的专业人士的建议，最终确定一个适应项目本身的基础结构设计方案1。比如，近年来，建筑结构设计中对抗震墙的关注比较多，因为建筑抗震能力除了与抗震墙建筑要求有关外，还与建筑结构顶部和建筑结构底部的协调性有关。因此，在建筑结构设计过程中，除了要考虑抗震墙的建筑要求外，还要考虑建筑基础结构设计形式对抗震墙施工的影响，从而对建筑基础结构设计进行科学合理优化。2.2建筑整体结构设计优化要点建筑工程整体结构设计质量和总体结构设计水平对建筑工程结构各个方面都会产生深远影响，如建筑结构抗震能力、抗剪能力以及建筑资源消耗情况等都与建筑工程整体结构设计质量息息相关。基于此，在建筑整体结构设计过程中，要不断吸取同类型项目的设计经验，依据建筑项目设计规范要求，对建筑设计方案进行针对性技术优化。目前，我国建筑整体结构设计过程中较为常见的建筑整体结构类型主要包括建筑框架结构、建筑短肢剪力墙结构以及建筑框剪结构等。其中，建筑框架结构设计过程中对截面柱墙体结构的需求量较大，这【作者简介】李木子（1985），男，河北唐山人，工程师，从事工业与民用建筑设计研究。建筑结构设计技术优化的研究与应用Research and Application of Technical Optimization of Architectural Structure Design李木子（唐钢国际工程技术有限公司，河北 唐山 063000）LI Mu-zi（Tang Steel International Engineering Technology Co.Ltd.,Tangshan 063000,China）【摘要】从建筑基础结构设计优化、建筑整体结构设计优化以及建筑细部结构设计优化 3 方面分析了建筑结构设计优化应考虑的主要内容，并从建筑概念、建筑安全以及建筑主体等方面阐述了建筑结构优化技术具体措施。以某多层商业框架结构建筑为例，从建筑基础设计优化、建筑框架梁优化和建筑框架柱尺寸优化 3 方面对建筑结构设计进行了系统性优化，最后通过验算确定优化后的结构设计满足质量需求。【A b s t r a c t】This paper analyzes the main content that should be considered in the design optimization of the building structure from threeaspects:thedesignoptimizationofthebuildingfoundationstructure,theoverallstructuredesignoptimizationofthebuildingandthestructuraldesignoptimizationofthebuildingdetails,andexpoundstheconcretemeasuresofthetechnicaloptimizationofthebuildingstructurefromtheaspects of the building concept,the building safety and the main body of the building.Taking a multilayer commercial frame structure as anexample,fromthebuildingfoundationdesignoptimization,buildingframe beam optimization and buildingframe column size to optimize thedesignofthethreesidesfacingthebuildingstructurehascarriedonthesystematicoptimization,finallydeterminedbycalculatingtheoptimizedstructuraldesignmeetthequalityrequirements.【关键词】建筑结构；设计优化；基础结构；整体结构；细部结构【K e y w o r d s】buildingstructure;designoptimization;infrastructure;overallstructure;detailstructure【中图分类号】TU201；TU318【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）03-0035-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.03.00935Construction&DesignForProject工程建设与设计些规模不小的截面柱结构对建筑工程内部空间利用率造成了一定影响。建筑短肢剪力墙结构既能有效提升建筑结构抗震性能，又能充分降低建筑工程材料的使用量。在这3种建筑整体结构中，建筑框剪结构的应用范围最广，建筑框剪结构的抗震性能和抗剪能力都比较突出。由此可见，无论是建筑框架结构还是建筑框剪结构都具有各自的结构优势，建筑设计从业者要根据建筑产品的用途和建筑工程实际情况，对建筑结构设计涉及的不同因素进行系统全面的分析研究，对建筑结构设计方案进行科学合理的技术优化。通过建筑整体结构设计优化，不但可以提升建筑结构整体稳定性和使用安全性，还能有效降低工程总造价，提升建筑工程的经济效益和社会效益。2.3建筑细部结构设计优化要点建筑结构设计技术优化还包括建筑细部结构设计优化。在建筑结构设计中的异形结构设计环节要使用多个矩形板进行拼接，继而达到提升结构受力平衡的目的。此外，运用多个矩形板拼接方式来控制结构拐角缝。与此同时，在建筑框架抗震墙设计过程中，需要使用冷轧带肋钢筋，为了便于后续现场施工作业和降低整体工程造价，在设计环节需要将冷轧带肋钢筋数量控制在合理范围内。建筑结构细部设计优化过程中，为了实现建筑细部结构设计的可视化，通常采用三维仿真模型软件进行仿真模拟，确保建筑细部结构设计的准确性。3建筑结构设计的优化技术措施3.1概念设计优化技术措施不同建筑设计师对建筑结构的理解不尽相同，即便是同一个设计团队的设计师对建筑结构的理解也不尽相同。为了确保建筑结构设计的统一性，设计团队应该在设计前对建筑所在区域进行实地调研，掌握一手设计资料，对建筑结构设计的概念进行集体讨论，对建筑材料设计标准和相关设计参数进行集中讨论。在对建筑结构概念相关内容进行讨论时，除了设计团队内人员参加外，还应邀请建设单位相关人员参加，力求建筑结构设计在概念阶段达成一致。建筑结构设计前期内容讨论的质量和完善程度可以有效提升建筑结构设计质量和建筑结构设计效率，也充分降低了因建筑结构设计概念和设计方案内容模糊不清而导致的后续施工进度延误情形发生的概率。此外，在建筑结构设计概念确定过程中，引入不同建筑主体参与系统性讨论，能有效提升不同建筑主体对建筑结构设计属性的认知，并加深了不同结构主体对建筑项目的理解，在遇到实际问题时可以与设计人员进行及时有效沟通，确保建筑结构设计质量。3.2建筑安全结构技术优化措施建筑结构设计的安全性是建筑结构设计的核心要素。建筑物或者构筑物是人们生产生活的主要场所，结构安全性自然是所有建筑使用者最关心的问题，结构安全性也是建筑设计者首要考虑的问题。在建筑结构设计过程中要将结构安全第一的理念融入设计中，持续提升建筑结构整体设计质量。基于此，建筑结构设计团队要充分了解建筑所在地的自然环境，科学分析自然环境对建筑结构安全的影响，特别是对连续降雨或者季节性降雨较大区域要充分考虑到降雨对建筑主体的不利影响，在设计过程中采用必要的应对措施。与此同时，建筑设计团队还应考虑地震等特殊自然灾害因素对建筑结构设计质量的影响，采取行之有效的措施确保建筑结构在特殊自然灾害中仍然具有一定的抵抗能力。换言之，在建筑结构设计过程中要将抗震等因素考虑进去，确保建筑结构在极端自然灾害面前仍具有一定的抵抗能力。3.3建筑主体结构技术优化措施建筑主体结构优化设计技术主要是指建筑剪力墙结构技术优化和建筑混凝土结构技术优化。建筑剪力墙结构是建筑物整体稳定性的基石，建筑结构设计团队应在确保结构体的分布均匀且建筑结构内部有足够的使用空间的基础上，利用剪力墙结构的合理设置来提升建筑结构的整体稳定性。4建筑结构优化技术应用需要注意的问题4.1现代化技术的运用建筑结构设计过程中要充分调动各类先进的现代化技术，利用现代化技术辅助建筑结构优化设计，促进建筑结构设计高质量发展。建筑结构设计过程中，设计人员可以充分利用计算机辅助设计软件、大数据信息以及BIM等先进技术来提升建筑结构设计质量。建筑结构设计人员可以通过BIM技术来模拟建筑结构的设计细节，通过可视化技术更为直观地观察到建筑结构设计的每一处细节，根据建筑结构的具体情况和建筑实际使用需求，对建筑结构参数进行科学优化，继而提升建筑结构的整体设计质量。4.2内部结构优化建筑结构分为建筑外结构和建筑内结构。建筑设计人员在设计过程中将主要精力放在了建筑外部结构设计方面，建筑结构优化也是主要对建筑外部结构的优化，而对建筑内部结构的优化则没有给予足够的关注。没有对建筑内部结构进36Architectural and Structural Design建筑与结构设计行优化，导致建筑结构优化效果减半，导致建筑结构优化质量的提升受到限制。基于此，要从建筑结构内部和外部的每一处细节进行优化设计，尽最大努力提升建筑质量，从多维度考量建筑设计参数优化问题，有效提升建筑结构设计质量2。5优化技术在建筑结构设计中的应用现阶段，建筑结构以框架结构居多，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具体应用。5.1工程实例某工程建筑项目为多层商业建筑，建筑形式为框架结构，建筑层数为地上3层，建筑高度为12.3m，建筑基础埋深1.5m，建筑基地压力设计值为120 kPa。根据GB 500112010建筑抗震设计规范（2016年版）规定，建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g（属第一组）。通过对勘察孔号为7#、17#、35#、47#、46#、63#、69#、73#钻孔中采用单孔检层法进行了土层剪切波速测试，测深均为20.00 m。根据波速测试结果分析：场地自然地面下20.00 m深度范围内，地基土等效剪切波速值分别为229.9 m/s、219.9 m/s、223.0 m/s、220.6 m/s、219.2 m/s、228.5 m/s、226.7 m/s、221.7 m/s，场地覆盖层厚度dov50.00 m，根据GB 500112010建筑抗震设计规范（2016年版）第4.1.6条规定，建筑场地类别为类，属可进行建设的一般场地。多层商业设计使用年限50年，多层建筑的风压和雪压数值均为0.35 kN/m2。5.2框架结构建筑优化设计5.2.1建筑基础优化多层商业建筑的天然地基承载力能满足要求时，可考虑采用天然地基，但应考虑层黄土状粉土和层黄土状粉质黏土的湿陷性影响。根据常规经验可知，建筑地基基础的造价占建筑总造价的15%左右，所以优化建筑基础设计方案对降低工程总造价有一定促进作用。考虑天然地基具有一定的湿陷性，建议采用换填处理，也可采用挤密夯实水泥土桩进行地基处理，以层粉土或层粉细砂为桩端持力层。5.2.2建筑框架梁优化该多层商业建筑的主要构成部分为框架梁，换言之，框架梁的整体质量影响着该多层商业建筑的质量，所以通过框架梁的设计优化既可以有效提升多层商业建筑的结构质量，又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要在设计允许的基础上进行，所有的优化不能偏离设计基础，依据建筑实际情况和相关设计规范要求，该多层商业建筑框架的截面跨度应220 m，多层商业建筑框架的梁高跨比为1/10，多层商业框架梁的配筋率1.52%。5.2.3建筑框架柱的优化该多层商业建筑框架柱距离为8 m，最初的结构设计中确定的框架柱尺寸有两种，一种尺寸规格是0.5 m0.4 m，另外一种尺寸规格是0.5 m0.5 m，通过轴压比计算方法计算了各项设计指标均符合该多层商业建筑需求。此外，对多层商业建筑框架柱进行双偏压计算，其计算结果依然符合工程建设质量要求。为了进一步优化多层建筑框架梁设计，将框架柱尺寸规格由原来的0.5 m0.4 m和0.5 m0.5 m优化成0.45 m0.4 m和0.5 m0.45 m，并对优化后的规格尺寸进行轴压比计算，通过计算结果可知，优化后的框架柱尺寸规格符合多层商业建筑质量要求。多层商业建筑框架柱结构尺寸优化后，将框架梁的钢筋含量从原设计的20%降低到了优化后17%，在满足建筑质量要求的前提下，降低了工程总造价，提升了该多层商业建筑的经济效益和社会效益。5.3多层商业建筑优化效果分析通过对该多层商业建筑框架梁规格尺寸的优化和建筑地基基础处理形式的优化，建筑整体用钢筋量减少，优化后的建筑钢筋用量减少了12%左右，充分降低了该多层商业建筑的施工成本。由此可见，该多层商业建筑结构优化所选择的优化点：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，既提高了建筑结构设计质量又降低了该多层商业建筑的整体造价。6结语综上，建筑结构设计中的技术优化种类较多，至于具体对结构设计中的哪部分进行优化，设计人员要根据项目具体情况进行综合考量，要根据项目建设场地勘察资料制订初步的建筑设计方案，并在此基础上充分利用多种技术优化手段来提升建筑设计质量，降低工程造价，最终达到建筑结构优化设计的目的。【参考文献】1罗幸.建筑结构设计中常见问题分析J.居舍,2022(20):108-111+120.2康乐.框架结构设计在建筑结构设计中的应用J.中国建筑装饰装修,2022(8):104-106.【收稿日期】2022-05-1937