建筑混合結構設計的優化措施

王志強 馮仁德 毛宇 萬增勇

摘要：隨著我國社會經濟的發展，許多行業均發生了翻天覆地的變化，建筑行業更不例外，人們不僅對房屋結構的功能要求越來越高，而且對于建筑安全穩定性的要求也越來越高，如何優化建筑結構設計，確保建筑穩定性，已然成為廣大建筑企業所需要思考的重要課題。基于此，本文重點針對以鋼結構和混凝土結構為一體的混合建筑結構進行分析，從兩大方面分別指出了現有問題和對應優化措施，以希冀給予廣大建筑結構設計工作者一些可行的幫助和建議，進而在促進建筑企業長期健康發展的同時確保建筑結構的穩定性。

關鍵詞：建筑混合結構設計；優化設計

近年來，我國現代化建設進程有了很大推進，建筑規模的逐漸擴大讓建筑結構設計工作的重要性越來越高，科學合理的建筑結構設計不僅能讓建筑資源和建筑空間得到最有效的利用，更能提高建筑的安全穩定性，延長建筑的使用壽命。但是，從現有建筑常見結構來看，無論是混凝土結構還是鋼結構都存有一定問題，需要進一步優化設計。因此，圍繞建筑混合結構進行優化設計，具有十分重要的現實意義，符合建筑行業的發展需求。

一、建筑混合結構優化設計的基本概念和重要意義

一般來說，建筑混合結構優化設計可從廣義和狹義兩方面進行解釋。一方面，廣義結構優化設計指的是通過考慮各方面因素，對建筑進行系統優化，實現建筑設計綜合效果的最佳；另一方面，狹義結構優化設計指的是在單一建筑結構上進行優化，例如優化鋼筋結構、優化混凝土和鋼結構的布置方式等。首先，伴隨著建筑行業的進步，建筑項目越來越重視人與自然的和諧，設計更加實用、安全、經濟、美觀和穩定的建筑工程已然成為建筑行業的重要發展趨勢，在此背景下，人們對于建筑結構的優化設計更加看重；其次，對建筑混合結構進行優化設計，能夠從根本上對建筑成本進行節約，結構設計方案對工程造價的影響通常會達到75%以上；最后，借由合理的設計方案，能夠極大提高混合建筑結構的穩定性，有效確保建筑工程的質量安全。

二、建筑混合結構設計的現狀及問題

（一）結構選型問題

結構選型是當前混合結構建筑設計中所遇到的比較突出的問題。一方面，規范規定建筑工程不得采用嚴重不規則的設計方案，這使得結構設計人員的一些好的設計方案并不能得到充分應用；另一方面，建筑結構設計上的制度要求尚不完善，設計工作者很難做到規范化設計，使得建筑工程時常出現二次設計，不利于建筑工作的持續有序完成。

（二）地基設計問題

地基工程的設計理論尚不完善，地基工程主要會影響結構基礎的變形或不均勻沉降，最終導致上部結構的開裂甚至倒塌，比如，很多地下室結構的底板沉降引起的地下室整體坍塌。

（三）結構分析計算問題

多數設計工作均采用計算機系統進行數據分析和模型設計，借助計算機技術即使能夠在很大限度上對建筑結構進行優化，提高整體結構的穩定性和美觀性，但由于設計人員對施工現場往往沒有透徹的了解，使得結構設計工作缺乏了對施工現場實際因素的考量，很容易漏掉施工過程中必須要考慮的因素，從而給后續施工工作帶來影響。

（四）鋼結構穩定性問題

與混凝土結構相比，建筑鋼結構設計集中體現在兩方面：一方面，目前在鋼材的選用和設計上仍有較大改善空間，尤其是針對鋼材的防腐防火處理，還應進一步進行優化；另一方面，不同于混凝土結構，鋼結構更容易出現穩定性問題，尤其是在設計過程中應著重注意各構件之間的連接問題。

三、建筑混合結構優化設計的基本原則

（一）穩定性原則

通常來說，對建筑混合結構進行優化設計的根本目的在于提高建筑的穩定性，因此在設計過程中應首要遵循穩定性原則。一方面，所設計的建筑混合結構必須能夠支撐建筑達到使用壽命，且在整個使用年限中應能夠適應各種受力情況；另一方面，建筑混合結構要有一定的安全儲備，要能夠避免突發外力影響時出現質量問題。

（二）經濟性原則

為實現材料用量最優化，建筑混合結構優化設計也應遵循經濟性原則，要在確保結構安全的基礎上選用較小的材料種類，要合理設計建筑結構，盡量減少施工工序，節省人力物力成本投入。

（三）整體性原則

針對建筑混合結構，由于其往往由混凝土、鋼結構等多個組成構件構成，因此在實際設計時也應遵循整體性原則，要充分考慮到混凝土結構與鋼結構之間的有機結合，最大限度確保二者共同受力工作。

四、建筑混合結構優化設計的具體措施

（一）優化材料選擇，確保建筑質量

材料質量始終都是工程穩定性的重要決定因素。首先，要盡可能優化混凝土材料選擇，在確保混凝土結構基本質量要求的基礎上，盡量選用穩定性較強、抗入侵性較好的混凝土原材料，同時要不斷優化混凝土配比，在確保強度的同時減少成本投入，可在混凝土中適當添加增效劑以增加混凝土強度；其次，要在市面上選用最合適的鋼材強度，并根據不同的截面組合形式選用不同等級的鋼材，如格構柱肢件可選用Q345B型鋼材等等，同時要確保鋼材連接處構造可靠，防止因連接問題影響鋼結構穩定性；最后，要注重建筑混合結構設計的整體性原則，盡可能將混凝土結構與鋼結構有機結合起來，最終實現兩種結構穩定性“1+1>2”的效果。

（二）合理設計結構，提高結構壽命

不同的地質情況也應采用不同的建筑結構，因此在進行建筑混合結構設計時，要提前對工程場地進行細致的地質勘測，確定最佳的結構選型，同時也應全面考慮一切可能對建筑結構造成影響的外界因素，并提前采取措施進行預防。首先，要充分考慮到地震等自然災害給建筑結構帶來的影響，提高混凝土結構和鋼結構的抗震能力，比如可對整體結構進行彈性和彈塑性受力設計，增加關鍵連接節點的承載能力；其次，建筑結構整體進行防腐防火處理，主要是鋼結構構件進行防火防銹防腐，必要時還可以在鋼材表面增加板材保護；最后，要盡量遵循差異性原則和經濟性原則，針對不同構件的不同環境情況選用不同的材料和不同的設計方法，要盡量在保障建筑穩定性的同時優化結構設計，節省材料投入。

五、結語：

綜上，本文從建筑混合結構設計的原則出發，結合目前建筑混合結構設計的問題指出了相應的優化措施，可以確定的是，建筑結構作為建筑工程的主體，其質量和穩定性將直接關乎到建筑使用者的生命安全，因此必須提高對建筑混合結構設計的重視，不斷就設計方案進行優化。同時，針對現代建筑重要組成部分的混凝土結構和鋼結構，只有結合施工要求合理選用正確的混凝土材料和鋼材料，并嚴格按照相關規定進行設計、施工，才能從根本上確保建筑工程的整體穩定性，才能推動建筑行業的發展。

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