建筑工程項目結構優化設計控制的技術方法

皮鵬程

【摘要】對建筑結構進行優化，可以預防安全隱患的發生，還能確保房屋建筑結構的優化搭配，保證建筑結構的穩定性，節約工程成本，不僅可以提高建筑結構的外觀性能，還能提高房屋建筑的內部構造質量。

【關鍵詞】建筑工程;布局優化;地下室優化;邊緣構件;細部優化

通過建筑結構優化設計，一方面是提高建筑的整體安全性，另一方面是提高設計產品的經濟性，有效降低工程造價實現效益的最大化。在建筑結構設計中，可通過設計方案的優化，包括結構選型、布置優化以及精細設計和準確的計算等來優化建筑結構。

1、建筑結構優化設計原則

在當下建筑結構優化設計時主要圍繞下述幾方面的原則：首先，安全設計原則。安全是建筑結構的第一要素，設計人員在建筑結構優化設計時需要將安全作為首要目標，不能為了降低成本而刻意簡化建筑結構，影響建筑結構的安全性和穩定性;其次，功能性設計原則。在當下大眾對于建筑功能有著較多的要求，因此在具體的優化設計時，設計人員需要結合大眾需求，盡可能設計出一個功能豐富、實用的建筑結構，從而為建筑使用者提供更好的功能性服務。最后經濟設計原則。對于建筑施工企業來說，降低房建成本，提高經濟效益對于其發展有著極其重要的意義和作用，因此在建筑結構優化設計時，設計人員要在不影響建筑安全性和穩定性的前提下，優化相關建筑結構，減少材料使用和成本投入，不斷提高房建工程的經濟效益。

2、建筑工程項目結構優化設計控制的技術方法

2.1結構布局優化

結構設計要考慮建筑的使用，科學的布局和合理的設計提高工程的整體性能。具體可以從以下三個方面入手：

（1）選擇合適的結構體系。根據建筑層數、抗震設防類別、設防烈度，選擇合適的結構體系，布置水平和豎向承重構件;

（2）優化平面布置。建筑結構平面宜簡單、規則，減少結構的扭轉，不超限，剪力墻盡量對齊;

（3）優化豎向布置。豎向傳力路徑應明確，豎向宜布置規則，盡量避免轉換層，尤其是要避免高位轉換。

2.2地下室設計優化

通過地下室設計成本的綜合考慮，使無梁樓蓋大量應用于地下室頂板。無梁樓蓋結構傳力途徑的簡化，現澆梁板樓蓋導荷方式：樓板→次梁（或無）→框架梁→框架柱;現澆無梁樓蓋導荷方式：樓板→柱帽（或無）→框架柱，結構材料能夠直接放置在最直接的部位提升傳力效率，也正是這種傳力途徑使得樓板與柱連接部位（柱帽）成為冗余度最少，成為直接影響安全的關鍵部位。無梁樓蓋的板柱節點抗沖切能力弱、呈脆性破壞形式，突發破壞難以預警，屬關鍵性結構構件，結構設計須重點關注沖切承載力復核工作。復核沖切承載力時，要特別注意不平衡彎矩對剪應力的增大影響，通常地下車庫距外墻第一跨框架柱柱帽節點所承受的不平衡彎矩較大，剪應力增加約15%～20%。通過工程經驗對覆土厚度為1.0m的雙向柱距為8.4m左右地下車庫頂板樓蓋分析歸納，柱帽總高度約為600～750mm左右，若柱帽高度遠小于該值，則設計人員應引起足夠重視，手工復核驗算板柱節點的抗沖切承載能力。且業內專業人士不建議柱帽作為暗梁的加腋考慮，如果柱帽作為暗梁的加腋，則柱帽在承受沖切力的同時又要考慮梁腋的應力，使得該節點的受力狀態變得更加復雜。柱帽對暗梁的加腋作用可作為安全儲備，適當提高結構承載能力冗余度。

2.3剪力墻邊緣構件優化

結構規范中明確做出規定，剪力墻兩段及洞口兩側應設置邊緣構件，按規范中指出的邊緣構件的設計構造要求中可以推出：高層剪力墻建筑中，剪力墻邊緣構件用鋼量約占建筑總用鋼量的5%以上，所以，對于邊緣構件的優化設計對建筑含鋼量的控制起到了決定性的作用。

剪力墻平面布置應在滿足建筑條件和使用功能的前提下，盡量布置較長墻肢，減少短肢剪力墻的使用，這樣可以增加單片墻肢的抗側能力，也減少了剪力墻數量，也就是減少了邊緣構件的數量。合理控制剪力墻的高寬比，使墻體配筋為構造配筋控制，而非內力控制。這樣可以使墻體本身和邊緣構件盡可能控制在最小配筋率。

常用的剪力墻邊緣構件截面形狀可以分為：T形截面、矩形截面、L形截面。不同的邊緣構件截面暗柱的配筋面積也相差很大。所以，滿足抗震性能要求的情況下，合理布置剪力墻邊緣構件，可以有效控制剪力墻用鋼量，降低造價。

2.4結構細部和局部優化

除了要做好對房屋建筑結構的整體優化設計外，還需要結合結構細部和局部來進行進一步的優化設計。比如在異形板劃分時，需要做好對矩形板的合理劃分，提高其受力均勻性，避免拐角處產生裂縫。同時對于底部框架抗震墻，由于為了保證建筑結構承載力，所以箍筋配箍量相對較多，此時就可以利用鋼筋，來減少和降低箍筋直徑和用量，并且還有助于降低成本支出，加快工程進度和提高工程質量。此外，對于結構柱，則可以通過提高施工所用混凝土強度來減少結構柱尺寸，這樣既能夠滿足相關受力標準，并且還有助于減少混凝土用量。

2.5鋼筋型號的優選

目前，鋼筋混凝土結構住宅建設中，普遍應用的鋼筋型主要有HRB300，HRB335，HPB400，HRB500。采用高強度的鋼筋可以節省鋼材，比如HRB500與HRB400型號的鋼筋抗拉強度的比值為1.2，采用HRB500比采用HRB400型的鋼筋最多可以節約20%的鋼筋用量。而兩種鋼筋型號價格相差不多。從構造方面來說，高強度鋼筋也有利于材料。比如，框架梁縱向的手拉鋼筋最小配筋率和鋼筋抗拉強度成反比，鋼筋強度越大隨之配筋率越小。所以，采用高強鋼筋可以降低鋼筋用量，節約成本。

結語：

綜上，建筑結構優化設計是為了完成既定的建設目標對工程結構提出了優化方案的設計方法，將各種先進的技術結合起來使設計方案更加完善，使最終的建筑結構不僅滿足基本使用功能，而且還提高了空間利用率、提高了對材料的利用，更加滿足宜居的要求。在建筑結構優化過程中，除了要對方案進行完善，還要對基礎結構、整體布局以及抗震設計等進行優化，才能使打造出來的建筑更具有安全性、耐用性和經濟性的特點。

參考文獻：

[1]潘猛伯.房屋建筑工程結構優化設計分析[J].門窗，2019（07）：116.

[2]楊鵬鵬.結構優化設計在房屋建筑中的應用[J].建材與裝飾，2019（09）：118-119.

[3]任志青.房屋建筑工程結構優化設計探究[J].河南建材，2019（01）：146-148.

[4]謝曉杰.淺談房屋結構設計中建筑結構的優化設計[J].居舍，2018（36）：96-97.