【摘 要】本文主要通過建筑消耗資源的優(yōu)化設計、建筑材料的優(yōu)化設計以及結(jié)構(gòu)主體優(yōu)化設計幾個方面詳細探討了如何做好建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計工作，可為建筑結(jié)構(gòu)設計及實施者提供參考。

　　【關鍵詞】消耗資源,建筑材料,主體結(jié)構(gòu),優(yōu)化設計

　　1 建筑消耗資源的優(yōu)化設計

　　1.1 土地集約化

　　中國是人口大國，土地資源相當緊缺，城市建設與工業(yè)化進程與土地供給的矛盾比較突出，并有此產(chǎn)生的環(huán)境危機日益呈現(xiàn)。 在建設實踐中，合理開發(fā)土地，符合節(jié)約用地的要求。 通過優(yōu)化設計，合理布置地下地上建筑布局，挖掘土地價值，采用新型輕薄材料，減少建筑構(gòu)件所占空間。

　　1.2 水資源集約化

　　工農(nóng)業(yè)用水與生活用水急劇增加，水資源供需矛盾日益突出，我國人均水資源十分有限，在建筑設計中應綜合考慮雨水收集，廢水凈化，設置循環(huán)用水、分質(zhì)用水和中水使用系統(tǒng)。

　　1.3 能源集約化

　　建筑運營耗能是非常可觀的，目前國內(nèi) 30%電力是供給建筑使用的，隨著人們對物質(zhì)生活追求的提高，建筑用能所占的比例將會增加。 上海世博會倫敦建筑館展現(xiàn)了零碳建筑，這表明，建筑設計通過使用新技術(shù)，提高能源集約化利用程度，結(jié)合自然條件，充分利用風能、地熱能、太陽能，會大量減少對不可再生資源的消耗， 同時會降低人們?nèi)粘Ｉ�活費用，取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

　　2 建筑材料的優(yōu)化設計

　　2.1 結(jié)構(gòu)材料的應用

　　建筑結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件都體現(xiàn)著力學承載力的特征，提供承載力的本體為建筑材料，在建筑發(fā)展史中，磚石、木頭、鋼筋混凝土等材料在不同時期分別作為當時的建筑主材，通過工程實踐表明，目前鋼筋混凝是良好的主要結(jié)構(gòu)材料，充分利用鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度， 通過合理的配置，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有良好的強度、剛性、延展性。 在建筑結(jié)構(gòu)主體中，柱、墻承擔著豎向荷載，采用高標號的混凝土，可以減少柱截面積，節(jié)約材料，減輕重量，增加使用空間;梁板為受彎構(gòu)件，采用高強度鋼筋，可以減少鋼筋使用量;在設計過程中，采用合理構(gòu)件截面，取用適宜的配筋率，可以充分發(fā)揮鋼筋與混凝土復合材料的性能;對于超高層建筑，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，大跨度建筑，采用型鋼混凝土或預應力混凝土等，可以取得良好的經(jīng)濟效益，并更好地符合功能需要。 對于鋼筋混凝土板，不宜采用較高標號的混凝土，這是因為高標號混凝土容易收縮變形， 并且高標號混凝土要求的鋼筋含量較高，不符合結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟型。 隨著科技進步，新材料不斷出現(xiàn)，本著安全性，適用性經(jīng)濟型，環(huán)保性等綜合考慮，系統(tǒng)優(yōu)化，合理使用傳統(tǒng)建材或新建材。

　　2.2 建筑保溫性及保溫材料

　　建筑的熱能消耗占據(jù)建筑用能的較大比例，國家的建筑節(jié)能標準雖然經(jīng)過多次提高，但仍然與歐盟等西方國家的標準有一定的差距。 在設計過程中，通過下列幾方面的分析應用，可以提高建筑的保溫性：①提高建筑的密閉性，使保溫材料對建筑四周全面覆蓋，不形成冷橋節(jié)點，對構(gòu)件之間的縫隙采取適當?shù)姆椒ㄟM行密閉封堵，最大限度減少室內(nèi)外空氣冷熱對流，對室內(nèi)空間分割適當進行保溫隔絕;②改善建筑體型系數(shù)，通過對空間布置及外觀的合理修改，減少外墻與空氣的接觸面積;③采用具有良好保溫性能和性價比的建筑材料，新技術(shù)新材料不斷出現(xiàn)，通過比較，適當選擇。

　　2.3 建材的環(huán)保性及循環(huán)利用

　　建材的環(huán)保性是繼經(jīng)濟性之后的更高要求，隨著技術(shù)的發(fā)展，環(huán)保型建材不僅有著明顯的社會效益，還常常伴有更好的經(jīng)濟性。 在優(yōu)化設計過程中，應充分考慮添建、新建建筑的具體條件，采用循環(huán)再利用和環(huán)保型材料，這不僅有利于環(huán)境，對提高建筑經(jīng)濟性也很有意義。 再利用表現(xiàn)在對原有建筑的改造利用，以及對原有照明設施，管道，電器，結(jié)構(gòu)構(gòu)件，磚石等再次使用;循環(huán)表現(xiàn)在對使用過的建材再加工而從新使用，比如用建筑垃圾生產(chǎn)的垃圾磚、用廢舊塑料生產(chǎn)的 PE 管道，在建材的使用中有著良好的經(jīng)濟性。

　　3 結(jié)構(gòu)主體優(yōu)化設計

　　3.1 結(jié)構(gòu)體系的選擇

　　結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗外部作用的組成方式。 民用建筑結(jié)構(gòu)體系種類主要有：磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。 對于不同層數(shù)不同功能要求的住宅，應選用不同的結(jié)構(gòu)體系，正確的選用結(jié)構(gòu)體系，對建筑的功能、外立面選擇、管道間布置和建設成本都有很大的影響。 磚混結(jié)構(gòu)適合多層建筑，它的特點是橫向剛度大，整體性好，但空間不靈活，其經(jīng)濟性與其它體系相比有很大的優(yōu)勢。 框架結(jié)構(gòu)適應性較強，空間布置非常靈活，適合大空間的功能要求，亦可采用填充墻將空間進行分割。 剪力墻結(jié)構(gòu)適用于高層住宅， 對于多層建筑豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設計，對于高層建筑，盡管豎向荷載對結(jié)構(gòu)設計起著重要影響，但橫向荷載起著決定性的作用，剪力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件， 剪力墻的的合理布局對抗震性能和建筑的經(jīng)濟性有很大影響。 框剪結(jié)構(gòu)應用比較廣泛，它吸收了框架結(jié)構(gòu)空間布置靈活的優(yōu)點，同時吸收了剪力墻抵抗橫向荷載的優(yōu)點，在設計實踐中，公共建筑，底商住宅，框剪結(jié)構(gòu)有很強的實用性，并有良好的經(jīng)濟性。 筒體結(jié)構(gòu)主要適合高層和超高層結(jié)構(gòu)。

　　3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置

　　結(jié)構(gòu)構(gòu)件是承擔荷載的載體， 它不僅承擔著外部的荷載，其本身質(zhì)量對結(jié)構(gòu)主體也產(chǎn)生極其重要的影響，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的合理布置，可使建筑功能更加適用，同時可以減少建筑成本。 構(gòu)件設置主要有柱、墻、梁、樓板等設計，柱墻的布置間距對經(jīng)濟性有很大影響，間距過小，不僅影響建筑空間的使用，而且材料承載能力不能充分發(fā)揮，同時浪費了建材，增加了重量，增加了造價;間距過大，對結(jié)構(gòu)整體性不利，橫向構(gòu)件就會承擔很大的彎矩，導致構(gòu)件截面加劇增大，空間受到影響，安全性降低。 高層建筑剪力墻是抗側(cè)力構(gòu)件，適量、均勻、對稱布置剪力墻，有利于整體性、經(jīng)濟性、抗震性能。 梁與柱墻根據(jù)結(jié)構(gòu)特點進行鉸接或剛接，通過梁格劃分與樓板連接，從而形成空間結(jié)構(gòu)體系。 布置常規(guī)梁，經(jīng)濟性較好，但影響建筑層高;布置寬扁梁，經(jīng)濟性差些，但能減少梁的截面高度，增加建筑物凈高，在建筑總高度限制的情況下，可增加層數(shù)，在地下水位較高的情況下，建設地下建筑可以減少下挖深度。 梁格的適當劃分，影響樓板的厚度，樓板在安全的前提下，盡量不要加厚，樓板的平面面積較大，加厚樓板，不僅增加了建材費用，而且增加了結(jié)構(gòu)重量，這些荷載將進一步增加梁、柱、基礎所承受的荷載，增加了結(jié)構(gòu)成本，并對抗震不利。

　　3.3 結(jié)構(gòu)的概念設計

　　建筑尤其是高層建筑抗震的概念設計非常重要，豎向荷載與建筑物高度的一次方成正比，橫向荷載與建筑物高度的二次方成正比，高層建筑的橫向荷載有著決定的作用。 剪力墻應均勻、對稱、雙向布置，從而減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響，同時增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力力求均勻，體型宜簡單，有時應為了結(jié)構(gòu)布置而改變建筑布局。 建筑質(zhì)量與構(gòu)件豎向布置變化應均勻。 建筑外墻應適當加厚，邊緣構(gòu)件及角部適當加強，構(gòu)造構(gòu)件及配筋應按規(guī)范配置。 通過對結(jié)構(gòu)主體多次試算，優(yōu)化調(diào)整構(gòu)件布置，使結(jié)構(gòu)整體性，抗震性更加合理，同時降低工程造價。

　　4 結(jié)語

　　全面的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，涉及的內(nèi)容比較廣泛，通過對各個層面進行分析研究，系統(tǒng)思考，實現(xiàn)功能適用、安全可靠，成本減低、節(jié)能環(huán)保的目標，從而滿足使用者功能性，舒適性的需要，符合投資者經(jīng)濟性的要求，保障社會的生態(tài)環(huán)境，環(huán)保，持續(xù)，較高的社會效益，在優(yōu)化設計過程中，既不能過分強調(diào)經(jīng)濟性，降低技術(shù)，減少材料，同時也反對以為重視技術(shù)，采用新材料，忽略建筑成本。

　　【參考文獻】：

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