建筑結構的優化設計策略探究

王漢成

摘要：隨著社會經濟的快速發展，人們的生活質量也得到了改善，同時也對建筑結構提出了更高的要求。但當前建筑結構設計并不是那么完美，比如高層核心筒設計的問題、建筑結構基礎設計問題，地下室結構設計問題等。建筑結構設計中出現的問題對建筑的使用都會產生不良后果。因此設計人員必須采取有效的措施優化建筑結構設計，保障建筑工程的安全和穩定，滿足人們對建筑結構設計的要求。

關鍵詞：建筑結構;結構設計;優化設計;設計策略

一、建筑結構設計中存在的問題

（一）高層核心筒剪力墻結構設計的問題

在某項目中，工程地下三層核心筒剪力墻設計混凝土的等級是C50，在混凝土澆筑施工之后，按照規定的拆模時間開始拆模，在中途應該進行測溫，內外溫差應相等。在拆模的過程中，可以發現核心筒墻體多個地方出現了蜂窩，還有部分露筋和墻體裂縫等多種質量問題，這些質量問題主要出現在主樓部分的地下三層東、西兩個核心筒體剪力墻上，在墻體轉角的暗柱、門洞暗柱、暗梁筋密集區以下。根據檢查的結果可以知道，蜂窩的面積比較大并且露筋比較多。根據建筑工程質量的標準，各項指標都超過了標準值，這會對整體結構的承載力造成重要的影響。經分析，主要原因是墻厚度過厚，且混凝土澆筑超高未采取相應施工措施，導致混凝土離析。

（二）建筑結構基礎設計的問題

建筑結構的設計圖紙是一個比較重要的環節。地基的設計在建筑結構設計圖紙中更是非常重要的部分，承載整個建筑物的荷載，直接影響了建筑的根基。并且地基選擇的情況對建筑物經濟性指標有較大影響，一些項目在土質和承載力允許的情況下完全可以用天然基礎代替樁基礎，進而可以大大減少所需的費用。因此，選擇地基時要合理考慮其基礎形式。

（三）地下室結構設計的問題

假設地下室的設計出現問題的話，就會影響建筑物的抗震性能，還會使地下室的造價升高。關于半地下室埋深工作環節，要求應該高于地面，這樣才不會計入層數，并且建筑高度要從室外地面為基礎算高度，還要統一地下室墻柱和上部結構的墻柱。在地下室內外板面的標高變化的地方，超過梁高范圍的話容易造成錯層，面對這種情況需要采取有效的措施，否則上部結構的嵌固部位不能用地下室頂板。相關規定中還明確了地下室頂板如果是上部結構的嵌固部位就要使用梁板結構，而地下室頂部如果不使用梁板結構就無法作為嵌固結構，比如在使用無梁樓蓋時就不可以。建筑結構計算時應該從滿足嵌固端的要求，比如地下室樓層。在這個過程中經常會出現半地下室埋深不符合要求的現象，比如包括半地下層在內的房屋層數達到或超過八層時，這就違反了《建筑抗震設計規范》的相關條文。

二、建筑結構的優化設計策略

（一）高層核心筒剪力墻結構設計的優化

在相關指標的要求下，平筏板基礎是可以用于核心筒剪力墻結構，一般相對樁基礎而言會比較經濟，但這有一個前提，也就是計算的地基承載力需要符合要求。樁基礎和平筏板基礎不同，樁基礎的施工要求和周期多且長，而平筏板基礎的施工相對比較簡單。

設計人員在優化梁體系過程中可以將梁寬度在滿足計算要求的情況下控制在350或300mm以下，可避免使用四肢箍;相比于增加梁的寬度，增加梁的高度對提高梁抗彎剛度的效果更好。同時要調整板厚空，需要將次梁間距控制在120毫米或100毫米，還可以根據實際情況改變核心筒剪力墻的厚度，但是必須要保證滿足規范和計算要求，因為若結構的截面過大，自重增大，板厚增加，地震力的作用也會變大，相應配筋比例也會根據情況進行增加，這樣會使造價升高。

例如，在一個建筑項目中的寫字樓建筑設計中，可以知道寫字樓在地上是24層，在地下有兩層，再加上7度設防，基礎形式為平板式筏形基礎，并采用普通框架梁加現澆空心板體系形成的標準層梁板，樓板厚度130mm，其結構體系為框架-核心筒結構，此結構平面和立面規則，結構形式合理。此項目中，基礎建筑采用的是天然地基，沒有使用樁基，這是因為天然地基比樁基的經濟性高;但是因為天然地基樓蓋的混凝土折算之后厚度是非常大的，這就會導致配筋比例的升高，使自身重量增加，導致地基承載力余量偏小。此項目梁和板的截面均較大，使地震力增加，且經濟性不高。

（二）基礎設計的優化

基礎設計中使用樁基礎時，建筑物的每個部分所承受的力度是不一樣的;樁基礎的采用需要考慮地質可以的情況下可以采用高強度的混用土預應力管樁;工程采用大直徑的灌注樁，這就需要選擇適合的樁徑與樁長，然后可以采取壓漿技術，有利于是承載力大幅度提高;上部結構的剛度在情況允許時可以選擇利用樁、承臺和樁間土的共同作用。

在傳統建筑結構設計概念中，蝶形沉降、馬鞍形反力分布是由箱基、筏基和樁筏基礎導致的，這種情況的發生使整體箱筏產生彎矩，并在上部結構中產生了次應力。有一些框剪、框筒的荷載并不均勻，可以考慮使用變樁徑結構;一些主裙連體結構設計，可以使用樁基等，這樣可以增強主體，或采用天然地基、疏短樁基、復合地基，這樣可以弱化裙房，應該根據這樣的要求進行建筑設計。

剪力墻雙向鋼筋錨入基礎的長度或者樁架縱筋，在沒有抗震設防時，在基礎設計中鋼筋的混凝土保護層的厚度必須比鋼筋直徑的三倍還大。而且需要配有箍筋，根據《混凝土結構設計規范》，錨固長度在計算時可以乘以0.8，還需要按照相關要求規范，在錨固范圍內的鋼筋應該配置固定樁縱向鋼筋。對于建筑物有抗震要求時，鋼筋錨入長度需要根據抗震要求設防錨固，比如柱縱筋、剪力墻豎向鋼筋等結構。

（三）地下室的優化

層高和荷載對地下室造價有著重要的影響。在實際項目中可以針對這兩項對地下室進行優化。若地下室層高降低，開挖深度減小，降水深度也減小;可以針對荷載取值和荷載組合進行優化，例如覆土的厚度與荷載需要嚴格把控，有一些建筑單位地下室設計中頂板荷載計算為10kN，其實此荷載取值是偏保守的，地下室設計相關規范中，只注重了施工過程中上部結構加在地下室頂板腳手架上荷載，但是真正施工時，腳手架荷載和覆土荷載是不同時存在的，因此地下室頂板活荷載的取值可以優化為每平方米4kN。在地下室結構的構件中，地下室中的底板和基礎梁的造價費用是比較高的，在地下室設計過程中要注意地下室整體標高不能太高，有利于支護成本的降低，還能降低土方開挖和外運的工作時間。

如果對地下室有防水的要求時，那么地下室頂板的厚度不能小于250毫米，并且裂縫的寬度不能大于0.2毫米，并且相互不得貫通。外墻配筋應盡量選用小直徑鋼筋，地下室設計的重點部分還要加入附加筋。若是在高層建筑中，地下室頂板的厚度一般不能小于160毫米，而且地下室的頂樓板是上部結構嵌固部位時需要使用梁板結構，并且樓板厚度不能比180毫米小，其混凝土的強度不能比C30低，需要設計雙層雙向配筋。地下室每一層的各個方向的配筋率等于或大于百分之二十五。對于地下室抗浮設計環節，需要加強抗浮結構的總量，抗浮結構部分包括底板及外墻的延伸，地下室頂板上的覆土部分，在條件允許時需要將砂卵石鋪在地下室底板上。

結束語：

綜上所述，建筑結構設計對建筑工程的開展十分重要，建筑結構設計的高效性是決定建筑工程順利開展的前提。在建筑結構設計的過程中，設計人員需要嚴格遵守建筑結合設計的規定，并結合一些先進的技術和經驗。當前建筑結構設計中有一些比較突出的問題，需要從高層核心筒剪力墻結構設計、基礎設計及地下室進行設計優化，從而保障建筑結構設計的高效性和經濟性。

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