民用住宅建筑结构优化设计的应用分析

1 引言

伴随我国经济的飞速发展，民用建筑作为人们生活的重要物质条件，因此其设计和使用要求也在不断的提高，于是民用建筑结构设计要不断创新，才能紧跟时代发展的步伐；建筑结构优化设计应运而生，在推动建筑设计发展的同时，也给建筑结构设计师带来了挑战。为充分满足市场经济的需求，同时保证民用建筑的应有功能和安全，结构设计师结合实际情况采用适当的优化设计理念和手法，从整体到局部的进行建筑结构优化设计，从而降低工程造价，节约成本。

2 民用建筑结构优化设计的主要内容

结构设计师在从事结构设计工作中要结合实际情况进行分析，针对民用建筑的功能布置，结构平面布置等方面进行仔细探究，从整体到局部，综合评估，确定影响建筑结构设计的主要因素，并有针对性的选择优化方法和措施加以完善，精准设计。

某高层民用建筑剪力墙结构的优化设计的几点措施：

1）剪力墙结构布置要为后续的建筑改造留有余地

剪力墙作为结构体系的一部分，为发挥其作用，设计人员应给后续建筑改造留有一定余地，使得剪力墙主体设计能够在达到基本刚度的前提下为建筑中的门窗设计留有一定空间。设计师应在总体设计过程中，提前做好相应的空间分析和规划，使剪力墙空间合理，将墙体划分成若干个部位，让门窗设计尽可能合理。

2）剪力墙的平面要合理布置

在剪力墙结构的平面布置中应从以下方面开展（1）剪力墙平面布置应始终坚持对称性和均匀性，使得质量中心和刚度中心重合，通过这种控制来减小扭矩，实现与墙体的对直；（2）抗震设计时，应尽量选用在两侧布置剪力墙的设计方案；（3）始终沿中心轴的方向保持对称性；（4）将剪力墙抗侧力刚度控制在合理范围内，设计过程中，可直接利用 Γ=( 0.05～0.06) n 公式来进行设计，T 代表第 1 自振周期经验公式，n 为剪力墙结构层数，在此公式下，确定剪力墙刚度的范围，保持刚度和层数相符合；（5）布置原则“强周边、弱中部”，将剪力墙平面布设为 L、T 等几种简单形势，提升剪力墙稳定性；（6）剪力墙布置不宜太密，尽量多布设均匀长墙，少布设短墙，最好使得墙肢厚度沿着高度方向上呈现均匀变化趋势。

3） 合理优化剪力墙墙肢

对高层民用建筑中的剪力墙结构设计，为提升其总体的结构性能，相应的设计规范明确要求其延展性要求，因高层民用建筑中剪力墙高度较高，设计时应该从延展性考虑，尽量用弯曲剪力墙来替代原先的剪力墙结构，通过这种设计来使得剪力墙结构的材料强度达到相应的标准。对一些较长的剪力墙（特别是长度超过 8m ），可以通过开洞的方式减弱剪力墙的刚度，减小钢筋用量。

4）对剪力墙的连梁进行优化设计

剪力墙连梁设计中，通过科学的连梁设计，建筑结构刚度得以协调，将侧向位移控制在合理范围内，进而提升整体结构的稳定性。对高层剪力墙结构来说，连梁是其十分重要的一种耗能构件，对于抗震设计来说，具有良好的耗散地震能量的效果。在实际设计阶段，设计师需要认识到剪力墙的一大优势便是具备良好的抗震性能，因此对连梁弯矩和连梁剪力进行设计的过程中，需要保证两者具有良好的可塑性和可调幅性。除此之外，如果条件允许，还需要适当降低剪力墙连梁截面的高度数值。因为连梁的主要作用为提高剪力墙高度以及连接墙肢，因此设计人员需要合理调整连梁的高度并进行详细计算，适当减少连梁刚度，将高层建筑结构抗震性能作为主要保障。在进行折减计算的过程中，设计人员需要根据高层建筑具体情况，对减少值进行合理控制，通常情况下需要将其控制在0.5 以上，并且在0.5~1.0这一范围区间中，保证其最佳状态。在具体调整过程中，因为受到其他因素的影响，导致连梁刚度减少也无法满足预期目标的情况，因此使剪力墙结构抗震性能不合格，设计师可以适当减少连梁刚度，降低连梁高度，通过这一方法助于减少地震对建筑物造成的影响。

4 关于民用建筑结构优化设计的几点思考

4.1 结构优化设计应从建筑方案设计阶段开始

改革开放以来，我国城市化加速，促使民用建筑市场越来越有活力；在建筑全生命周期过程中，由于涉及内容较为广泛，设计、施工步骤较为复杂，致使建筑工程从决策到使用阶段周期长，资金大，为提高经济效益，投资方普遍采用压缩设计周期、施工工期等方式开展工作，导致建筑物在结构设计过程中没有充分的时间结合实际情况进行科学计算分析，前期方案过于仓促，在设计和实施中存在诸多问题和弊端，也给建筑工程质量埋下严重的安全隐患。针对这些问题进行分析解决，为减少设计中存在的弊端，需要结构设计师在建筑方案阶段提前介入，不断调整和完善配合建筑设计方案，同时结合建筑施工周期合理分配施工内容，为建筑结构设计预留充分时间，通过优化设计方案，提前规避设计中的错漏碰缺和设计强条，有效减少图纸调整变更及施工延误等问题，这样不仅能降低工程造价，有效提高施工效率和施工水平，节约建筑材料，降低能耗，节省财力，也为延长建筑使用寿命奠定了良好的基础和建筑行业的健康可持续发展起到积极作用。

4.2 高效利用专业知识和现代计算机技术辅助结构优化设计

随着科学技术的日益提高，计算机技术已在建筑行业得到普及，计算机技术能够辅助力学分析，提高材料使用效率，同时提高工作效率，将传统复杂的工作流程加以简化，在经济发展中发挥着重要的作用，因此在建筑结构优化设计中，设计师应充分做到与时俱进，将先进的设计理念应用到结构优化设计过程中。计算机技术，能够辅助设计师精准的进行结构力学分析，材料受力分析，因此能为建筑结构优化设计提供科学、合理的建议和方法。计算机技术能够将所有数据进行收集、整理并建立相应建筑模型，使建筑设计具有空间感和立体感，有助于设计师直观感察建筑结构的受力情况和抗震能力，从而进行结构优化设计分析，方便设计师针对不足之处加以调整和修改；避免施工隐患，从源头上减少质量问题。

4.3 提高设计师的综合素质和专业素质

结构设计师是建筑结构设计的执行人员，对建筑的整体质量至关重要。在建筑结构优化设计过程中，设计人员需要运用计算机技术和专业知识开展具体设计工作，从而保障结构的合理性和安全性。在建筑设计优化过程中，对于设计师的计算机技术和专业知识要求较高，需要提高设计师的综合素质和专业知识运用能力，设计师通过积累的设计项目经验和学习使用专业知识不断探究开发优化设计的方法及效率工具，并将其运用到建筑结构优化设计过程中。

6 结束语

综上所述，结构设计中的优化设计，在保证建筑物应具有的性能和质量的同时，更加科学化、智能化，进而降低成本，节能降耗。建筑结构优化设计不仅能提高建筑企业的经济效益，对建筑物全生命周期起到积极作用，还能促进建筑业健康可持续发展。

参考文献

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[3] 徐传亮，光军. 建筑结构设计优化及实例[M],中国建筑工业出版社，2012 年 3 月.