建筑结构优化设计方法

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1、素有“海上花园”之称的厦门随着中央海峡西岸经济区战略部署的确立，着力加大了城市经济建设的力度，科技园，人学城，工业开发区，居民住宅小区等一批批建设项II如雨后春笋般地拔地而起，千轮滚滚，机声隆隆到处是一片紧张繁忙的喜人景象。而城市建设则要求投入大量的资金，土地和建材等资源，为此対我们结构设计工作者而言，在满足建筑的功能要求和结构的安全适用的前提下，如何合理地使用有限的资金，资源，使建筑经济合理，为推动海峡西岸经济区中心城M的建设添砖加瓦已成为一个重要的课题。近年来我先后参加了，厦门，漳州•泉州等地的住宅•厂房和公建

2、的设计•根据建筑结构设计的工作实践，现就如何有效地进行城市建筑结构优化设计,谈谈白己的一点心得体会，与同行们共同探讨。一.建筑方案阶段的优化工程建设设计过程中建筑师往往为了考虑建筑的立血造型和内部空间，反而造成建筑的结构产生许多不合理之处，和不必耍的浪费，这时就需要结构工程师根据对影响建筑造价宏观因素控制的要求主动与建筑师沟通,1■办调。具体应注意控制以下几点：1.平面形状：若平面比较规则、凹凸少则川钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越人的建筑，其用钢量也就越多，平而形状是否规则不仅决定了用钢量的多

3、少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣，从这点上分析得知用钢量节约的结构其抗震性能未必就低。2.平而长度尺寸：即结构单元是否超长，当建筑物较长，而结构乂不设永久缝时就成为超长建筑。超长建筑由丁•必须考虑混凝土的收缩应力和温度应力，它相对丁•非超长建筑主要对待的仅是荷载产牛的应力，其单位面积用钢量显然要多些。3.平而长宽比：平而长宽比较大的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性（也即整体刚度）相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均，往往会增加单位面积用钢量，增加造价.4.立曲

4、形状：这是指竖向休型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就钱少，否则将增多，钱典型的有竖向刚度突变的设转换层的高层建筑。5.竖向高宽比：这主要针对高层建筑而言，高宽比人的建筑其结构整体稳定性肯定不如高宽比小的建筑，为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多，也就使得其单位而积用钢量相对于平而长宽比接近的建筑物要多。6.柱网尺寸：包括柱网绝对尺寸及其疏密程度，它直接影响到

5、楼盖梁板的结构布置。一般而言，柱网人的楼盖川钢暈较多，反之虽则较少，但同时因柱数增多而使柱构件川钢量增加，其中柱端及梁柱节点区内加密箍筋的增加量几乎占全部增加量的50%。我认为住宅的柱网跨度控制在4~6米，厂房的柱网跨度控制在6~8米会比较经济合理.当然柱网尺寸较均匀一致不仅使结构（包括柱和梁）受力合理，而且其用钢量要比柱网疏密不一的要节省。7.抗侧力构件位置：刚度中心与质量中心相重合或靠近，或者抗侧力构件所在位置能产牛较大的抗扭刚度，结构的抗扭效应小，因而结构整体用钢量就少，反Z则多。二、施工图阶段的优化施工图阶

6、段的优化主耍体现在结构丄程师对结构设计的具体操作上，首先是结构布置，其次是构件的配筋构造。结构布置主要包含：1•竖向构件布置1.1有关柱网大小和疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定，抗震墙的合理数暈及合适位置一般也在结构工种介入方案设讣过程中得到确定。结构设讣的具体操作就是合理地确定墙柱截面，墙柱一般是压弯构件，其配筋暈在多数情况下至少是多数部位都采川构造配筋,因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压比要求的前捉下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。住宅建筑的框架或框架一剪力墙结构，有时为了在室内不露

7、柱角而将柱外露，口为了立面的需要又使柱截面上下一致，这种设计方法对于小高层（十二层以下）住宅是可以接受的，倘若层数再多些，则采用该法肯定会增加用钢量。即使从结构受力角度看，这种设计方法也是不宜提倡的，因楼层荷载在柱位处会产生较大偏心，尤其是角柱。柱截而种类不宜太多是设计中应注意的一个原则，在柱网疏密不均的建筑中，某根柱或为数不多的若干根柱市于轴力大而需较大截血，而建筑考虑便于装修则希望柱截血相同，此时如将所有柱截血放大以求其统一，势必增加用钢量。合理经济的做法应是对个别柱位的配筋采川加芯柱，加人配篩率甚至加人主筋配

8、筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比，从而达到控制其截血尺寸的目的。这里运用的是个别处理总比大面枳增加用钢量更科学经济的道理和做法.1.2利川竖向交通井道而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献其微。在满足结构幣体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎，否则会增加该部位墙体用钢量II对结构无大作用。从施工角度看，剪力墙形