探讨经济性的建筑结构设计

探讨经济性的建筑结构设计

胡明亮

浙江宝业建筑设计研究院有限公司310002

摘要：改革开放以后，我国在经济上有了飞速的发展，建筑行业作为新起之秀逐步受到社会各界人士的广泛关注，随着建筑业投资力度的加大，建筑物的建筑要求要越来越高、越来越严格，在新时期的建筑结构设计中，要求建筑物拥有较强的安全性、持久性，另外还要满足人们的经济需求和审美要求，在建筑项目的各项施工中，建筑结构的造价成本占总成本的一大半。因此，在建筑过程中，除了要保证建筑物功能性，还要在最大程度上降低建筑成本，实现经济效益和社会效益的统一，因此对建筑物的结构设计进行优化处理至关重要。

关键词：建筑结构；设计优化；探讨

引言：人们通常所说的优化设计，主要对建筑结构的选型设计、建筑物的受力分析以及建筑构件的布置安排等进行优化处理，一般情况下，优化措施主要有两大内容，第一将建筑物作为整体结构，再设计阶段针对设计工作进行的最优处理；另外则是将建筑物分成多个施工要序，根据各个部位的设计要求制定具体的、有针对性的方案措施。

1建筑物和经济性之间的关系

1.1建筑物层数和土地占有之间的关系

从建筑物的结构层数来看，好像是层数越高的建筑物所占用的用地面积越小，事实却是相反的，层数越高建筑物的整体高度越高，导致相邻建筑物之间的距离会变大，这样一来建筑物的总建筑面积所占用的土地使用面积也会相应变大。由此可见，建筑物的层数和土地使用面积并没有较大的关系，因此在结构设计优化技术的探索中，就需要采用相应的技术手段协调好建筑物的层数、高度与土地使用之间的关系，尽可能实现土地资源的优化配置。

1.2建筑物结构分布和建筑物层数之间的关系

一个建筑物只需要一个公用屋盖，而建筑物的屋盖部分施工成本会随着施工层数的增加而减少，但是这种情况下，对建筑物基础部分的施工质量要求十分严格，在承载量、抗压性、韧度等方面提出了更高要求，这会在一定程度上增加基础部分的施工成本，一增一减使建筑物的施工成本陷入一个白平衡状态，如何才能更好地控制成本之间的转移，使建筑效果达到最佳、成本实现最低逐渐成为建筑结构优化设计的关键。

1.3建筑物结构设计和建筑设备之间的关系

从建筑物施工设备来看，为满足使用需求，建筑物施工过程中，存在着排水管道设计、电气设备材料设计等设计工作，随着建筑物层数的增高，为了确保建筑物的使用功能，就必须重视电气设备的建造工作和排水管道的设计工作，这样无疑会增加建筑物的施工成本，影响到建筑物的经济效益，这一过程就需要进行合理的结构设计，在一定的成本范围内，实现功能的全面化、现代化。

1.4建筑物结构外观和经济之间的关系

在建筑物用地面积一定的情况下，如果建筑物的外观平面设计从方形变成圆形，可以使建筑物的周长实现最小，随之墙体面积也会相应地减少，这样一来虽然前期建筑降低了成本，但是后期建筑物的装修成本会适当降低，再加上圆形设计和方形设计都是对称状态，自身的结构相对稳定，所以大多数建筑外观设计都采用的是方形或者圆形。

2将建筑物作为整体结构，探讨建筑结构设计中的关键技术优化

对于现代建筑来讲，做好防火抗灾工作无比重要，高层建筑由于人口密集，安全通道少，再加上一旦发生紧急事故很难完成人员疏散工作，因此，在建筑施工阶段一定要重视防火抗灾措施的实施，要采用多种安全防范手段，提高建筑结构的安全性。

2.1在建筑结构设计中植入结构概念

第一，做出科学、合理的方案设计；实现经济效益的合理分配是衡量一个建筑物的结构设计是否达到最优状态的重要标准，其中建筑结构的整体形式和结构体系是影响建筑结构的重要因素，它们的有效性和可行性能够直接反映出经济状况的分配情况，依据建筑工程的具体要求，对所使用的材料进行严格的监督控制、对建筑环境和地理条件进行专业勘测，在建筑各部门的相互协调下，做出科学、合理的方案设计。

第二，进行精细、准确的简图计算；进行精细、准确的简图设计，是一切建筑工作的基础和前提，它将直接影响到建筑物的可靠性和安全性，如果在建设过程中，用一个非常荒唐的计算简图，将会对建筑物的稳定性造成极大的威胁，与此同时，在进行简图计算过程中，要采取一系列必要的措施切实保证建筑物的使用安全性，此外建筑物的结构节点连接方式是多样的，一定的误差是避免不了的，但是将其控制在一定的范围内，也是必要的。

第三，实施正确、全面的分析研究；对设计方案进行正确、全面的分析研究，是确保建筑方案科学性的重要手段和途径；目前市场中存在的设计软件琳琅满目，不同的软件有不同的特点，设计的结果也是多种多样的，因此，作为一个合格的建筑设计师，要充分掌握各种软件的使用规则和操作流程，对计算的结果进行精确的分析研究，确保其可行性和合理性，从而进一步保证建筑物的安全性。

例如：建筑物施工过程中，会将抗震性作为其中的一项重要工作来说，抗震设计主要是通过混凝土的等级和钢材的强度来实现的，经过精确的计算之后，确定建筑物的抗震等级，结构概念的应用，能够在很大程度上启发工作人员，拓展设计思维，脱离固定思维模式的制约，不断创新和完善自己的设计方案，最终得出完美的结构设计方案。

2.2建筑施工中钢结构的防火设计

由于在建筑行业使用较为广泛的就是涂料法，因此本文主要针对抗火灾风险的涂料设计进行探讨。

2.2.1确定钢材料的耐火极限

工程师根据建筑物的功能、层数、类别、重要性等因素划分抗火性能等级，基于行业指标确定各等级的耐火时限，一级中钢柱3h，钢梁2h，屋顶以及楼板中的承重钢材料1.5h；二级中钢柱2.5h，钢梁1.5h，屋顶以及楼板中的承重钢材料1h；三级中钢柱2h，钢梁1h，屋顶以及楼板中的承重钢材料0.5h；四级中钢柱0.5h，钢梁0.5h，而对屋顶以及楼板中的承重钢材料的耐火时限没有要求。

2.2.2合理选择防火涂料的厚度

当前建筑行业中常用防火涂料的喷涂方法除了上文提到的厚涂型，还包括薄型、超薄型。厚涂型附着性差，薄型和超薄型附着性相对较强。使用时，需要根据不同的喷涂部位选择合适的喷涂类型。另外，厚涂型喷涂厚度一般为8～50mm，由于附着性差，耐火极限不超过3h，喷涂后表面需要进行装饰隔护，在市场中应用比例约为20%；薄型和超薄型有颜色分类，具有装饰功能，其中薄型厚度一般为2～7mm，多用于屋顶、楼顶等部位，在市场中的应用比例约为10%；超薄型厚度通常为3～5mm，适用于钢梁、钢柱结构，在市场中的应用比例约为70%。

2.2.3在钢结构的抗火灾设计中应注意的事项

涂料前先除锈，喷涂底漆，防止防火涂料与各种杂质发生化学反应；使用质检合格且符合国家标准的防火涂料；在钢柱、钢梁的外部应该通过砖等耐热材料进行隔热保护，严格按照一级耐火等级要求的厚度将防火涂料喷涂到位，衔接部位要加强保护；房顶部位的钢结构不宜设计成双槽钢组合或双脚钢带有节点的截面，应该设计成实腹式的截面，以便于喷涂防火涂料；室内较隐蔽的钢结构大部分是高层全钢结构或多层厂房式结构，也应该厚涂，以确保该部位的耐火极限能够达到2h。

3将建筑物分成多个施工要序，探讨建筑结构设计中的技术优化

3.1以钢筋为建筑材料的技术优化

在钢构件制作上，经常出现的质量问题大致有以下几个方面，例如节点杆件轴线交点发生偏移、构建拼装不合格、构件变形、构件拱度不正常等等，这些都是在钢筋建筑中经常出现的问题，会在很大程度上影响到施工质量和建筑物的整体使用价值。

在钢结构的安装上，为了确保其抗压性和坚固性，要将安装角度、弯钩程度等进行精确的测定，其出现的钢筋骨架松弛等问题，是特别需要注意的。这些问题的存在是施工过程中不可避免的问题，只要处理得当是可以及时补救的。

例如：钢柱移位是钢结构安装过程中的通病，在钢柱底端的孔和预埋螺栓会产生一定差别；还有钢柱并未垂直安防，造成孔位偏移，也就是钢柱底部的螺栓和轴线之间的差度超出预计范围，此外这类的问题层出不穷，并且也是非常细小的问题，但是会对施工质量产生不可忽视的负面影响。

3.2以悬挑脚手架为建筑方式的技术优化

悬挑脚手架施工控制是高层建筑施工质量控制的重点内容。悬挑脚手架施工对现场安全管理、工期控制以及工程质量要求比较严格，开工前需要针对现场施工条件及工程建设要求对施工中可能出现的问题进行全方位的预测分析，提前制定应对策略，以确保施工活动有序开展。在架体的结构设计上，第一步要做的就是要对地形地势进行精确的勘测，在结建筑实际条件的基础上，选择一个科学合理的施工方案，在确保其质量的前提下，尽可能将建筑成本达到最低；第二步就是在施工选材上，要特别注重材料的抗压性，并且对其是否便于维护和维修进行充分的调查，要选择那些能够重复使用的材料。在架体结构的选型上，要对结构的受力情况进行分析，要考虑到升降、搭建以及拆除的方便性和安全性，结构是否合理，将直接影响到工作人员的施工效率。在施工结束的时候，要对悬挑脚手架的施工质量进行验收，检验其是否满足建筑要求，是否能够确保建设的安全性。在整个过程中，施工要严格按照相关标准，做到认真负责。

4实例

2011年四川某商厦发生起火事件，但是正是由于该建筑物施工中利用涂料法提高建筑物的防火能力，在紧急事故中，涂料根据建筑要求保持在3~5mm之间，在很大程度延长了建筑结构燃烧时长，从而为消防员的营救工作提供了宝贵的时间。

5结束语

建筑结构设计中的技术优化，首先需要对建筑结构优化设计的内容进行清楚的了解，最为关键的是在满足设计要求和建筑结构使用功能的基础上，充分考虑设计中可能遇到的多种问题，在一定的成本范围内，完成结构设计工作。

参考文献：

[1]马魁，刘庆贵.论房屋建筑结构设计中应用优化技术[J].现代商贸工业，2013（05）.

[2]徐慧.房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].中华民居（下旬刊），2013（02）.

[3]张利民.房屋建筑工程中结构设计优化技术分析[J].科技创新导报，2012（32）.