建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)精品(七篇)

序論：寫(xiě)作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)范文，愿它們成為您寫(xiě)作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；細(xì)部；地基；抗震

中圖分類(lèi)號(hào)：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容及其意義

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對(duì)居住條件及生活環(huán)境要求越來(lái)越高，而對(duì)建筑房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)與美觀相互協(xié)調(diào)、同時(shí)適用、安全、經(jīng)濟(jì)以及便利是改善人們居住環(huán)境方面的重要手段。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念注重以實(shí)際為準(zhǔn)則，根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況，以計(jì)劃成本控制為中心來(lái)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其內(nèi)容就是利用對(duì)建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型，通過(guò)對(duì)各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)計(jì)算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果方案。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大，一是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料，有利于抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了建筑工程的總成本造價(jià)。節(jié)約用地，大量資料表明，建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價(jià)25%左右，同時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘?，能夠讓建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)不同單元之間更加充分協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

現(xiàn)代的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，關(guān)系著建筑的安全與否，是否經(jīng)濟(jì)和適用，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中也會(huì)遇到一些問(wèn)題。

(一) 缺少詳細(xì)的勘察地質(zhì)資料

從現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作來(lái)看，普遍缺少詳細(xì)的勘察地質(zhì)資料，只是簡(jiǎn)單的依據(jù)相臨建筑的情況進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。勘察施工場(chǎng)地的作用是保證科學(xué)的進(jìn)行地基基礎(chǔ)工作，并且達(dá)到最基本的安全保障。往往房屋設(shè)計(jì)工作人員只是把耐力數(shù)值控制到最小，就簡(jiǎn)單認(rèn)為房屋建筑結(jié)構(gòu)沒(méi)有問(wèn)題了，這種技術(shù)問(wèn)題為房屋埋下了安全隱患。在對(duì)較軟地基進(jìn)行處理時(shí)，忽略了墊層換土設(shè)計(jì)，只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷處理。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于較軟地基存在的安全隱患沒(méi)有足夠認(rèn)識(shí)，單純依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)使用砂墊層強(qiáng)化承載力，對(duì)于其寬厚度缺乏精確計(jì)算，也造成了費(fèi)用的浪費(fèi)。

(二) 構(gòu)造柱設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的構(gòu)造柱可以設(shè)計(jì)為單一的受力柱，其橫截面與配筋必須達(dá)到規(guī)范砼的規(guī)格，如果房屋結(jié)構(gòu)包含抗震功能，必須要滿(mǎn)足以上要求。當(dāng)構(gòu)造柱體被當(dāng)做承重的柱體應(yīng)用時(shí)，這就會(huì)使構(gòu)造柱體的受力提前了，從而限制了構(gòu)造柱體對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的拉束功能的完全發(fā)揮，使整體房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)暗藏了安全危機(jī)。地圈梁通常會(huì)植入構(gòu)造柱體，這種情況下是不需要另外設(shè)置地基的，可是當(dāng)構(gòu)造柱體充當(dāng)了承重柱體時(shí)，柱底部基礎(chǔ)抗壓能力必然會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，裂縫也就產(chǎn)生了。在實(shí)際施工當(dāng)中，處于承重梁下的柱體應(yīng)當(dāng)達(dá)到承重柱體的標(biāo)準(zhǔn)，假如承重梁的負(fù)載與跨度呈現(xiàn)最小狀態(tài)時(shí)，梁下也可以使用構(gòu)造柱體。這時(shí)候就要對(duì)構(gòu)造柱體的功能忽略不計(jì)，重新檢測(cè)墻體下半部分的抗壓強(qiáng)度，達(dá)到要求才能設(shè)計(jì)施工。

(三) 抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

在抗震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，施工設(shè)計(jì)人員普遍認(rèn)為六度設(shè)防可以看成是沒(méi)有設(shè)防。為了方便受力分析，施工設(shè)計(jì)人員往往把柱體橫截面較小設(shè)計(jì)，增加梁線的剛度，將梁設(shè)計(jì)成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設(shè)計(jì)成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結(jié)構(gòu)的受力，但是針對(duì)整體的房屋結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)了危險(xiǎn)。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現(xiàn)裂縫。

(四) 承重墻設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承重能力時(shí)主要是通過(guò)樓板設(shè)計(jì)完成的，在房屋建筑時(shí)經(jīng)常將一些隔墻放置在樓板上，之后還會(huì)將這部分算在同等效果的荷載力范圍內(nèi)，樓板的配筋也會(huì)依據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。除此之外，隔墻頂部采用立磚斜砌，造成樓板頂部出現(xiàn)裂縫。兩個(gè)方向同時(shí)產(chǎn)生彎矩的雙向板中的鋼筋是要疊放并且要保持縱橫方向，計(jì)算時(shí)應(yīng)該依據(jù)雙方向的高度。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本步驟

通常在對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，我們把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)( 損失的期望 C2 和結(jié)構(gòu)的造價(jià) C1) 和約束控制相關(guān)參數(shù)( 結(jié)構(gòu)的可靠度 PS) 等; 然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿(mǎn)足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來(lái)表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量均大大減小。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，我們還必須尋找一組能夠滿(mǎn)足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應(yīng)的失效的概率的函數(shù)，使得工程造價(jià)最少。

對(duì)于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)說(shuō)，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來(lái)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，確保每個(gè)約束條件都必須滿(mǎn)足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如，在現(xiàn)澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開(kāi)裂，我們可以簡(jiǎn)化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿(mǎn)足其結(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

四、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（一）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的規(guī)范

在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)工作者應(yīng)遵循相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的追求決定了房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作者提出了較高的要求，要求工作者不僅詳細(xì)了解房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的條文，同時(shí)也要能夠根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，把房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理的運(yùn)用到實(shí)際的房屋工程中。

對(duì)于一些結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的房屋工程，某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可能過(guò)于保守，而對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，或者有特殊用途的房屋工程，某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范又可能過(guò)于寬松，安全性不足，這就要求房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作者能夠根據(jù)具體的工程情況，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條文進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?，?zhēng)取使設(shè)計(jì)成果達(dá)到最優(yōu)化。

（二）前期方案設(shè)計(jì)期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化參與其中

建筑方案設(shè)計(jì)前期如有一個(gè)優(yōu)秀的、合理的設(shè)計(jì)方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就會(huì)爭(zhēng)取到非常優(yōu)秀的開(kāi)端。但目前在前期設(shè)計(jì)方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對(duì)建筑類(lèi)別有所針對(duì)，并進(jìn)行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計(jì)初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性。

（三）細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿(mǎn)足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做立面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿(mǎn)足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

（四）地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類(lèi)型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。

（五）概念設(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多外在因素是難以控制的，尤其是地震這種破壞力極強(qiáng)的自然災(zāi)害，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，破壞性是不可估計(jì)的。故此，在進(jìn)行實(shí)際建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮其建筑結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征，采用概念處理的原則進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，將其存在的危險(xiǎn)因素降至最低。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮抗震性能的重要性，分析其建筑階段所受到的各種危險(xiǎn)因素，采取合理的技術(shù)

手段，在建筑施工中注意剛度均勻、對(duì)稱(chēng)的重要性，同時(shí)還可以采取延性的設(shè)計(jì)原則，它可以有效的防止建筑結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的突發(fā)性破壞，消耗一定的能量，減少破壞。

參考文獻(xiàn)

篇(2)

關(guān)鍵詞:房屋結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì);措施

Abstract: With the development of society, the people’s demand for the material and the change of market price makes the building cost rises stage by stage, using structural optimization design method to optimize the design of building structure is the important measure to maximize resources. This paper mainly explores the building structure optimization design related content and structure design optimization technology and its application in structure design.

Key words: building structure; optimization design; measures

中圖分類(lèi)號(hào)：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

在房屋建造的過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)成本的花費(fèi)占了一個(gè)比較大的比例，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)可以很有效的解決建筑成本造價(jià)方面的壓力。因此，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作人員應(yīng)當(dāng)充分考慮房屋建造過(guò)程中的合理性、經(jīng)濟(jì)性和適用性，從而在滿(mǎn)足建造要求的前提下降低房屋建筑工程的總體造價(jià)。

一、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值及應(yīng)用1、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要做的便是要滿(mǎn)足房屋結(jié)構(gòu)效益的長(zhǎng)遠(yuǎn)性。在這樣的基礎(chǔ)上盡量使房屋在投資上降低成本，結(jié)構(gòu)上科學(xué)合理。和傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相比，現(xiàn)代房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)建造中的運(yùn)用可以有效的降低建筑工程的成本，大概可以保持在10%—30%之間。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用可以將建材的利用率及性能發(fā)揮到最大限度，使房屋內(nèi)部的各個(gè)空間構(gòu)成一個(gè)協(xié)調(diào)的整體，并符合我國(guó)相關(guān)安全質(zhì)量的規(guī)定。此外，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用還可以對(duì)房屋的最初設(shè)計(jì)提供一定的幫助。因此，優(yōu)化技術(shù)對(duì)房屋整體設(shè)計(jì)的安全性、舒適性、合理性起著相當(dāng)重要的作用。2、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方案及其理論的應(yīng)用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及理論在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：房屋整體工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋各個(gè)組成部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在這其中，房屋各個(gè)組成部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括很多方面，比如：相關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、相關(guān)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋屋頂方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)等，對(duì)于這些方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括很多更加細(xì)化的設(shè)計(jì)，如選型、布置、造價(jià)等方面。相關(guān)的設(shè)計(jì)工作者應(yīng)當(dāng)在滿(mǎn)足房屋建造相關(guān)規(guī)定的前提下，充分考慮造價(jià)方面的因素來(lái)進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

二、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容

一般，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作主要依據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，運(yùn)用合理的設(shè)計(jì)理念及方法來(lái)確定合適的結(jié)構(gòu)形式、布置和具體的構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸。對(duì)常見(jiàn)的鋼筋混凝土房屋建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以從結(jié)構(gòu)整體的布局和具體構(gòu)件兩方面的因素來(lái)考慮。影響整體結(jié)構(gòu)布局的因素包括了建筑物的柱網(wǎng)尺寸、體型特征以及抗側(cè)力構(gòu)件的位置等，具體構(gòu)件的因素主要包括構(gòu)件的截面、布置、鋼筋強(qiáng)度及配筋構(gòu)造等。綜合考慮這兩方面因素的影響是必須的，為了達(dá)到這一目標(biāo)，對(duì)工程師們提出了更高的要求：即需要結(jié)構(gòu)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件受力特征有充分的把握，可以根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范的深刻理解及合理經(jīng)驗(yàn)，采用合理的優(yōu)化方法來(lái)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。三、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施3.1 加強(qiáng)剪力墻的設(shè)計(jì)

剪力墻設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵是連梁的設(shè)計(jì)。連梁剛度的增大定會(huì)使得結(jié)構(gòu)的地震作用也相應(yīng)增大，這樣連梁和墻肢分配內(nèi)力也會(huì)增大。此時(shí)必須要增大構(gòu)件的配筋量，顯然這一設(shè)計(jì)結(jié)果必將會(huì)造成材料的浪費(fèi)。所以，在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師都不會(huì)運(yùn)用大剛度的窗下墻作為連梁，而是將連梁設(shè)計(jì)成剛度、截面較小的弱連梁。同時(shí)，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)剛度及變形要求的前提下，要從經(jīng)濟(jì)角度與變形、抗力等方面綜合考慮，合理的布置抗側(cè)力構(gòu)件。顯然，剪力墻的數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的剛度越大，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位移將會(huì)減小。但結(jié)構(gòu)地震力也會(huì)隨抗側(cè)力剛度的增大而加大，對(duì)結(jié)構(gòu)的造價(jià)控制產(chǎn)生不利影響。所以剪力墻要以周邊均勻、分散、對(duì)稱(chēng)等原則進(jìn)行合理布置，以規(guī)定的水平位移限值為準(zhǔn)盡可能的減少剪力墻的數(shù)量。

3.2 注重細(xì)部?jī)?yōu)化

(1)在重視整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。如在現(xiàn)澆板的設(shè)計(jì)中盡可能的把異形板劃分為矩形板，這樣既可以達(dá)到合理受力的目的也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。

(2)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的結(jié)合，基于計(jì)算仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)計(jì)算機(jī)分析軟件建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析模型，運(yùn)用高效的計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算方法，設(shè)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)要求來(lái)最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。在具體的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上已由一個(gè)工程問(wèn)題轉(zhuǎn)變成為了一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，在大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，基于這一思想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案擁有其他算法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，工程設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析是非常有必要。3.3 加強(qiáng)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)形式的選用

(1) 加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為承重構(gòu)件及抗側(cè)移構(gòu)件的磚砌體，它的平面布置比較靈活，但不適合做躍層結(jié)構(gòu)。避免受力較大的突兀結(jié)構(gòu)形式，門(mén)窗開(kāi)洞的寬度最好不要超過(guò) 2.1m，縱向墻體數(shù)量不應(yīng)少于三道，這一措施可適當(dāng)減少構(gòu)造柱的配筋。

(2) 加強(qiáng)底部框架剪力墻的設(shè)計(jì)

底部框架剪力墻的結(jié)構(gòu)由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件是不連續(xù)的，使得設(shè)計(jì)中受力平衡易出現(xiàn)問(wèn)題，因此對(duì)建筑平面的要求是比較嚴(yán)格的。承重墻要盡量放在框架梁上，如果出現(xiàn)了放在次梁上的墻體時(shí)要加大該主梁、次梁及框架梁的配筋，加大此處的樓板厚度。戶(hù)型設(shè)計(jì)中盡量讓大房間布置在臨街面，廚房、衛(wèi)生間等小房間布置在背面，這樣可以方便臨街面柱網(wǎng)的布置等。四、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1、概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在當(dāng)代建筑的設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)思想展示中的關(guān)鍵因素。作為設(shè)計(jì)人員，最重要的事就是在特定的空間內(nèi)，利用整體的概念進(jìn)行總體設(shè)計(jì)方案的確定。把建筑中構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進(jìn)行一定的處理，想要將概念設(shè)計(jì)較好的完成，設(shè)計(jì)人員定要建立在豐富建筑經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。隨著其經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)，作品也將變得越來(lái)越完美、新穎。在相同的設(shè)計(jì)方案中，建筑中的結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)同樣存在很多變化，即便是內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)確定的建筑，它的分析方法也存在著很多不同，比如材料、設(shè)計(jì)參數(shù)、負(fù)荷等參數(shù)的取值就不盡相同。而上述這些問(wèn)題并不完全可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，需相關(guān)工作人員自己對(duì)其進(jìn)行判斷及處理。這些判斷和處理都需要在按照一般規(guī)律的前提下，依據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)得到最終的結(jié)果，這一過(guò)程就是上面所說(shuō)的概念設(shè)計(jì)。2、概念設(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題勘察設(shè)計(jì)在工程中有著相當(dāng)重要的作用，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)是創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)工程的前提。優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師都會(huì)在每一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)理論，在腦海中進(jìn)行一個(gè)“優(yōu)化”的過(guò)程。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的方法，可以有效、迅速地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、選擇，同時(shí)，這也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出的數(shù)據(jù)是否可靠的主要依據(jù)。概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心及靈魂，它將會(huì)統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，同時(shí)也貫穿著設(shè)計(jì)工程師的知識(shí)水平與設(shè)計(jì)水平。運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從整體上來(lái)把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，這樣才可以對(duì)計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的判斷及合理的采用，保證工程師在設(shè)計(jì)中處于主導(dǎo)地位。

【結(jié)語(yǔ)】:總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在當(dāng)今房屋的建筑工程中是一項(xiàng)責(zé)任比較繁重的項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)水平將直接影響著建筑物的適用性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。房屋建筑結(jié)構(gòu)的成本在工程項(xiàng)目中占有很大的比例，優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠確保房屋使用的安全性，而且還可以減少建設(shè)的成本，進(jìn)而獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。這也就要求結(jié)構(gòu)工程師需在每一個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中均可以做到不懈地追求最優(yōu)最佳，不斷地探求自然法則，要通過(guò)反思和比較，在經(jīng)驗(yàn)的累積中不斷提高自己的判斷力及創(chuàng)新力。

參考文獻(xiàn)：

［1］潘亮.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用.科技風(fēng).2011(12)

篇(3)

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；優(yōu)化設(shè)計(jì)

有人認(rèn)為 ,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只是抽鋼筋的問(wèn)題 ,其實(shí)不然。一棟建筑方案產(chǎn)生后 ,結(jié)構(gòu)從選型和布置開(kāi)始就存在優(yōu)化與否的問(wèn)題 ,再加之后續(xù)的精心設(shè)計(jì)、準(zhǔn)確計(jì)算、合理選用等全過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)才能產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。如果僅是抽鋼筋的概念 ,優(yōu)化是非常有限的 ,因?yàn)樗性O(shè)計(jì)依據(jù)同樣的條件 ,遵循同一本規(guī)范 ,計(jì)算采用同樣的軟件 ,結(jié)果應(yīng)該是一樣的。隨著建筑事業(yè)的發(fā)展,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平也相應(yīng)地不斷提高, 但是另一方面,由于技術(shù)原因而造成的質(zhì)量低劣和浪費(fèi)現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生,為此本文對(duì)近年來(lái)在工程實(shí)踐中的體會(huì)和心得,主要是分析高層建筑的設(shè)計(jì)優(yōu)化特點(diǎn)進(jìn)行闡述,供參考討論。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化采用何種方法，首先應(yīng)分析這一問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)、目標(biāo)函數(shù)中的各種變量這些變量之間的各種數(shù)學(xué)解析關(guān)系以及與各種變量有關(guān)的約束條件，在分析的基礎(chǔ)上是采用間接優(yōu)化還是直接優(yōu)化方法來(lái)確定。高層建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化的目標(biāo)就是材料耗量，材料耗量決定于構(gòu)件的截面尺寸大小，截面尺寸必須滿(mǎn)足通過(guò)力學(xué)分析得到各構(gòu)件內(nèi)力后的強(qiáng)度計(jì)算及位移變形等條件。因此，目標(biāo)函數(shù)很難用明確的數(shù)學(xué)解析式來(lái)表達(dá)，不能用數(shù)學(xué)上求極小值的方法，也就是一般所說(shuō)的間接優(yōu)化方法來(lái)優(yōu)化。高層建筑結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化只能采用直接優(yōu)化法來(lái)解決，即給目標(biāo)函數(shù)中變量以已知值，經(jīng)過(guò)試算使其滿(mǎn)足一定的約束條件，求得其目標(biāo)值，并找出使目標(biāo)值逐步變小而趨向最佳值的路線或方向，以達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。因此，可以采用滿(mǎn)應(yīng)力法進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 滿(mǎn)應(yīng)力設(shè)計(jì)法是在桁架等桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中發(fā)展起來(lái)的，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化中最簡(jiǎn)單、最易為工程人員理解的一種準(zhǔn)則法。所謂滿(mǎn)應(yīng)力是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下的最大應(yīng)力達(dá)到所用材料的容許應(yīng)力，此時(shí)材料的強(qiáng)度得到充分利用，構(gòu)件截面面積將是最小，故可作為桁架最輕設(shè)計(jì)或體積最小設(shè)計(jì)的一個(gè)準(zhǔn)則。滿(mǎn)應(yīng)力設(shè)計(jì)法是結(jié)構(gòu)在規(guī)定材料和幾何形狀的條件下，按照滿(mǎn)應(yīng)力準(zhǔn)則的要求，修改構(gòu)件的截面尺寸，使每一構(gòu)件至少在一種工況下達(dá)到或接近其容許應(yīng)力限值的優(yōu)化算法。如果結(jié)構(gòu)除了應(yīng)力約束外還有界限約束，則要求每一構(gòu)件應(yīng)力約束和界限約束中至少有一個(gè)達(dá)到臨界值。

3 利用滿(mǎn)應(yīng)力設(shè)計(jì)法進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要遵循以下步驟：首先，要根據(jù)常規(guī)做法和經(jīng)驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始截面尺寸，并按構(gòu)件分類(lèi)分別建立柱、墻、梁可供選擇截面尺寸的數(shù)據(jù)庫(kù)；其次，要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析，算出各工況下結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力，并對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算；再次，要根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行調(diào)整，在滿(mǎn)足位移條件的前提下，盡量充分發(fā)揮構(gòu)件材料的性能，即按規(guī)范計(jì)算使其接近滿(mǎn)應(yīng)力狀態(tài)，但截面選擇應(yīng)在指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行，并統(tǒng)計(jì)截面需修改的個(gè)數(shù)；然后，根據(jù)修改截面的數(shù)量、性質(zhì)，由人工干預(yù)決定或指定一個(gè)限值自動(dòng)決定是否重新計(jì)算，即返回到第二步計(jì)算，如此循環(huán)反復(fù)，直到滿(mǎn)足要求為止；最后，輸出最后優(yōu)化的構(gòu)件截面尺寸及計(jì)算結(jié)果。

二、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的承載體系之一，它同時(shí)具有框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面易于處理，以及剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大、整體性好、抗震能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框-剪結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系，力學(xué)分析難度較大，其優(yōu)化設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜和難以實(shí)現(xiàn)。所以，筆者以下謹(jǐn)通過(guò)已有的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出步驟性的建議，不作深入的學(xué)術(shù)探討。希望國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程設(shè)計(jì)人員今后對(duì)此能有更多有益的嘗試，探討更多有關(guān)框-剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的課題，以推動(dòng)我國(guó)節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。

1框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個(gè)多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)，其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿(mǎn)足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化，據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過(guò)程，計(jì)算結(jié)果雖不總能等價(jià)于整體優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，但通常能給出工程實(shí)用的滿(mǎn)意結(jié)果。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟為：

（1）初始選型：根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類(lèi)型,初選梁柱的幾何尺寸；

（2）結(jié)構(gòu)分析：按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類(lèi)，并確定每一類(lèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力；

（3）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；

（4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個(gè)較小的數(shù)值，作為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)收斂性的條件，進(jìn)行收斂性判斷。若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第②步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；

（5）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

2 第二階段：剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合，可用力學(xué)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移，結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來(lái)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。我們根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)層間位移和頂點(diǎn)總側(cè)移的限值來(lái)控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)。

3 第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對(duì)框-剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

三、框-剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟

1 分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點(diǎn)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；

2根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸并框架結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并初步選定每一類(lèi)型框架結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的幾何尺寸；

3 進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；

4 根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果，檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點(diǎn)總位移是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。若滿(mǎn)足規(guī)范要求，則轉(zhuǎn)入第5步進(jìn)行判斷；若不滿(mǎn)足規(guī)范要求，則直接返回第1步，進(jìn)行剪力墻水平截面面積的修正；

5 剛度最優(yōu)化判斷：比較結(jié)構(gòu)實(shí)際側(cè)移值和規(guī)范限值，若│max(δ/h)-［δ/h］│/［δ/h］≤ε1且│max(Δ/H)-［Δ/H］│/［Δ/H］≤ε2，則轉(zhuǎn)入第6步進(jìn)行計(jì)算；否則轉(zhuǎn)入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)ζ=max{ζ1，ζ2}(ζ1=［δ/h］/max(δ/h)，ζ2=［Δ/H］│/max(Δ/H))，來(lái)修正剪力墻幾何尺寸，重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；

6分別進(jìn)行剪力墻和框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)；

7收斂性判斷：比較優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接近程度，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進(jìn)行可行性判斷，否則將優(yōu)化結(jié)構(gòu)作為原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)回第3步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；

8可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

篇(4)

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；建筑；應(yīng)用；優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1. 概述

時(shí)代的發(fā)展和人民生活水平的提高，讓人們對(duì)居住環(huán)境的要求也逐步的增多，傳統(tǒng)意義上的住宅，均以滿(mǎn)足“住”為先決設(shè)計(jì)條件，但是現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)理念，更多的注重“宅”的存在形式和特點(diǎn)。很多較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式被得以充分的展現(xiàn)，這其中應(yīng)用最多、受關(guān)注度最高的應(yīng)屬剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)閯傂詮?qiáng)、且實(shí)際使用材料較少，對(duì)整體施工質(zhì)量的保障有穩(wěn)定作用，所以已經(jīng)逐步的成為了一種主流設(shè)計(jì)。

2. 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

為了減少建筑結(jié)構(gòu)本身的重量，相應(yīng)的增加建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，也并不是任何的情況下都可以使用剪力墻結(jié)構(gòu)的，在設(shè)計(jì)階段，要充分考慮到剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用范圍，最大化的減少因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的使用對(duì)施工方面的影響。當(dāng)然，如果把增加單位面積內(nèi)的實(shí)際使用率作為前提的話，尤其是在高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工形式還是首先方案。

3. 剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要是便于大模板技術(shù)的應(yīng)用，室內(nèi)墻面平整，墻體不需抹灰，增加室內(nèi)凈面積，而這一點(diǎn)，恰恰是工程建設(shè)單位和用戶(hù)都十分關(guān)注的，至于剪力墻抗側(cè)剛度大，側(cè)移小的特點(diǎn)由于在實(shí)際中并不經(jīng)常遇到，所以人們的關(guān)注度也不高。

除此之外，剪力墻在施工過(guò)程中施工工藝較繁瑣，總體施工造價(jià)較高，也是制約剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)很大的缺點(diǎn)問(wèn)題。

4. 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化原則

一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的剛度越大，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就越好，抗震作用力也就越強(qiáng)，但是如果無(wú)限制的增加建筑結(jié)構(gòu)的剛度的話，勢(shì)必會(huì)增加整體工程造價(jià)，而且，如果剛度過(guò)大的話，容易出現(xiàn)層間移位過(guò)小等問(wèn)題。所以，在對(duì)建筑進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候應(yīng)主要考慮定量和定型的研究分析之后再確定剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合工程中的實(shí)際情況，在做剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，基本上遵循以下原則：一是，盡量避免出現(xiàn)“一字型”剪力墻，避免樓面梁一側(cè)或兩側(cè)擱置在“一字型”剪力墻或其連梁上；二是使得結(jié)構(gòu)受力更加合理，能在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，使剪力墻的結(jié)構(gòu)性能達(dá)到最優(yōu)，經(jīng)濟(jì)性更加合理；三是通過(guò)改變剪力墻的數(shù)量及其布置使得結(jié)構(gòu)的樓層剛度、周期、層間位移角更加合理。

4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

4.3.1 在合理范圍內(nèi)盡量減小剪力墻厚度

剪力墻結(jié)構(gòu)的取值，直接影響到結(jié)構(gòu)的自重，所以在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先應(yīng)該在合理、可控的范圍內(nèi)盡量減小剪力墻的厚度，這樣不僅減少了施工工程的總造價(jià)，而且能讓結(jié)構(gòu)的剛度達(dá)到一個(gè)較為適中的程度，使其既能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)抗測(cè)力的要求，也能使結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量達(dá)到一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

4.3.2 嚴(yán)格控制剪力墻的配筋率

在建筑施工過(guò)程中，對(duì)配筋率有明確的國(guó)家規(guī)范要求，針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)而言，實(shí)際施工要求也較為詳細(xì)，《混凝土規(guī)范》規(guī)定，抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)的剪力墻的水平和豎向分布鋼筋配筋率均不應(yīng)小于0.25%；四級(jí)抗震等級(jí)剪力墻不應(yīng)小于0.2%，分布鋼筋間距不應(yīng)大于300mm；其直徑不應(yīng)小于8mm。這在高層或者剪力墻墻肢較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是合理的，但對(duì)于短小、低矮的剪力墻，應(yīng)適當(dāng)減小其水平筋的配筋率;墻的豎向最小配筋率應(yīng)包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，同時(shí)應(yīng)注意避免豎筋過(guò)多使墻的抗剪強(qiáng)度小于抗彎強(qiáng)度，對(duì)抗震不利。

4.3.3 減輕結(jié)構(gòu)自重

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了混凝土的使用量，就減輕了結(jié)構(gòu)自身的重量，從而可以減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力、豎向荷載和水平地震作用力。這種方式較適用于高層建筑，基本上以不同的高度選取不同的減少量為最佳。

5. 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑中的實(shí)際應(yīng)用

5.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的軸對(duì)稱(chēng)安排方式，是對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置起到至關(guān)重要的決定性作用的。這種軸對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，其目的是最大化的減少剪力墻的扭矩，進(jìn)而讓剪力墻的側(cè)向剛度能充分地發(fā)揮出應(yīng)有的作用。這種情況在高層建筑中十分的常見(jiàn)，而且抗側(cè)性的增大，對(duì)于原本起到抗震作用的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是有影響的，但是通過(guò)軸對(duì)稱(chēng)的安排方式，能在兩個(gè)甚至是四個(gè)作用力面上對(duì)扭矩起緩沖作用，實(shí)際運(yùn)用效果是十分明顯的。

5.2 約束邊緣構(gòu)件處理

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要充分地考慮到邊緣構(gòu)件的處理問(wèn)題，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，剪力墻的邊緣構(gòu)件主要以無(wú)約束邊緣構(gòu)件和有約束邊緣構(gòu)件兩種，而這兩種邊緣構(gòu)件的極限承載力差距是很大的，無(wú)約束邊緣剪力墻構(gòu)件和有約束邊緣剪力墻構(gòu)件在矩形截面上的承載力，最高情況下可以出現(xiàn)40%的差距，所以，必須要根據(jù)實(shí)際情況，按照剪力墻結(jié)構(gòu)的軸壓比的等級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)、安裝何種類(lèi)型的邊緣構(gòu)件。

5.3 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

由于剪力墻結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)，在土地集約化使用率較高的城市中，雖然剪力墻的設(shè)計(jì)存在著工程造價(jià)較高的情況，但是和目前居高不下的房?jī)r(jià)比起來(lái)就相形見(jiàn)拙了，所以這種設(shè)計(jì)方式被廣泛應(yīng)用于高層建筑，特別是高層住宅建筑中。在這里需要著重指出的是，利用剪力墻設(shè)計(jì)的住宅，住戶(hù)在實(shí)際使用過(guò)程中不能輕易的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，否則受影響的不僅是住戶(hù)本身，輕則是上下樓都受到影響，重則建筑物自身的穩(wěn)定性也受到一定影響。

5.4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層抗震應(yīng)用

剪力墻在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本上是遵循著整體設(shè)計(jì)直通到頂?shù)脑瓌t，對(duì)于高層建筑而言，能有效的起到一定的抗震作用，但是由于剪力墻設(shè)計(jì)自身存在著剛度不穩(wěn)定的情況，如果在實(shí)際施工中再采用直通到頂?shù)脑挘敲床粌H會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的自重，還無(wú)法控制層間移位情況，所以在設(shè)計(jì)初期，就基本上遵循著30層以下的建筑，每5-7層變化一次剪力墻剛度的設(shè)計(jì)，自下而上采取逐漸減小的方式進(jìn)行；30層以上且150米以下的建筑，要根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)形式，就基本上能滿(mǎn)足高層建筑的抗震需求了。

6. 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展方向

目前制約剪力墻結(jié)構(gòu)不能大面積推廣的原因有兩個(gè)，一個(gè)是工程施工工藝較為繁瑣，另一個(gè)是總體施工造價(jià)較高，在未來(lái)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果可以跟材質(zhì)相結(jié)合，在上述兩個(gè)層面上有所突破的話，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際使用率將會(huì)大大提高。另外，目前的剪力墻結(jié)構(gòu)主要作用一是增加單位面積里的實(shí)際使用率，二是起到高層建筑的抗震作用，研究人員是否能通過(guò)精確的計(jì)算和具體的試驗(yàn)測(cè)算出剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的其它優(yōu)點(diǎn)，也是剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個(gè)新突破口。

7. 結(jié)束語(yǔ)

剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和安排，對(duì)于建筑，尤其是高層建筑的設(shè)計(jì)而言是十分重要的，通過(guò)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用能增加單位面積的實(shí)際利用空間，但是就它的穩(wěn)定性而言，是關(guān)乎于整個(gè)建筑物的整體結(jié)構(gòu)安全的，所以專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)程，根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況，綜合考慮高度、剛度等因素，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的分析和精確的計(jì)算，使其作用和功效發(fā)揮到最大化，在確保建筑整體的穩(wěn)定性和可靠性的前提下，取得社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

參考文獻(xiàn)：

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[2]. 尹永青. 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究[J]，《山西建筑》2014年 第14期：42-43；

篇(5)

關(guān)鍵詞 建筑；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化；方案；抗震；

Abstract: With the social development and progress, we have more and more attention to optimize the design of building structures, building structures to optimize the design for the real life of great significance. This paper describes the architectural structure to optimize the design of relevant content.

Keywords architecture; design; structure; optimization; programs; earthquake;

中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)不斷向前快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)生存環(huán)境提出了更高要求，而建筑是人類(lèi)物質(zhì)生存環(huán)境的重要載體。近年來(lái)，節(jié)能環(huán)保型社會(huì)建設(shè)理念的不斷深入人心，進(jìn)一步加劇了建筑的需求者與供應(yīng)者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但滿(mǎn)足了投資者控制建筑投資成本的目標(biāo)，而且更加符合使用者對(duì)建筑本體功能的需求，從而實(shí)現(xiàn)了社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的節(jié)能環(huán)保型社會(huì)越來(lái)越成為可行。

1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑工程的決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在建筑工程的決策階段，確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的總體目標(biāo)，滿(mǎn)足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，確定每一個(gè)子系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局；在建筑工程的建設(shè)階段，以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為建設(shè)原則，組織建設(shè)好每一個(gè)子系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。決策階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，3個(gè)階段互相驗(yàn)證、互為補(bǔ)充、缺一不可。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求：

(1)功能性

建筑是人類(lèi)的基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的終極目標(biāo)就是為了滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)物質(zhì)生存環(huán)境的最大化需求。對(duì)功能性的滿(mǎn)足也不再局限于傳統(tǒng)的實(shí)用，而是增添了舒適性、美觀性、協(xié)調(diào)性等多種新元素，滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境的更高要求。

(2)安全性

建筑作為人類(lèi)生存的基礎(chǔ)生存環(huán)境，與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān)，安全性成為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然考慮因素。一味追求建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，忽略決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段的安全性，其作為建筑不但沒(méi)有任何實(shí)際意義，反而會(huì)給人類(lèi)正常生產(chǎn)和生活帶來(lái)致命的危害。因此，安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的必然考慮因素。

(3)經(jīng)濟(jì)性

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)資源配置提出的新要求。經(jīng)濟(jì)性是指通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化的節(jié)約各種材料資源，達(dá)到減少建設(shè)成本的目標(biāo)。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能科學(xué)合理的減少材料的使用量，節(jié)省建設(shè)材料使用成本。

(4)環(huán)保性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)保性是繼經(jīng)濟(jì)性之后的一大更高要求，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)材料選用品種的環(huán)保、整體布局的環(huán)保來(lái)體現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎(chǔ)上，最大可能的選擇節(jié)能環(huán)保型材料，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的整體布局中，不僅強(qiáng)調(diào)建筑主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一與環(huán)保，也包括建筑建設(shè)過(guò)程中廢舊材料的處理與應(yīng)用，更不能忽略建筑未來(lái)使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的重要影響。另外，材料選用的環(huán)保、整體布局的環(huán)保也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中安全性的體現(xiàn)。

2. 建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

（1) 房屋結(jié)構(gòu)周期性折減系數(shù)。房屋框架結(jié)構(gòu)和頂蓋等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)樘畛鋲w存在使結(jié)構(gòu)實(shí)際表現(xiàn)剛度大于設(shè)計(jì)計(jì)算剛度，計(jì)算周期也會(huì)大于實(shí)際周期，所以當(dāng)算出結(jié)構(gòu)剪力偏小時(shí)，會(huì)使房屋的某些結(jié)構(gòu)不安全，而應(yīng)該對(duì)房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算周期適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行折減，這樣能達(dá)到很好的效果，但是對(duì)于房屋框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算的周期不宜折減或折減系數(shù)取小。

（2) 耐久性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在之前大部分混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，很多沒(méi)有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性，也就是保證房屋建成之后，在合理使用期限內(nèi)，要能滿(mǎn)足用戶(hù)正常使用要求。但是很多的設(shè)計(jì)未能達(dá)到，造成此現(xiàn)象的根本原因是沒(méi)有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)在使用的過(guò)程中，由于遭受條件和使用環(huán)境變化最終造成房屋結(jié)構(gòu)損傷，引起房屋可靠度指數(shù)下降。對(duì)一般高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，低造價(jià)和省材料設(shè)計(jì)都應(yīng)為滿(mǎn)意的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但隨著人們生活水平的提高和在實(shí)際工程中，有時(shí)在其他使用要求或技術(shù)指標(biāo)上升為設(shè)計(jì)主要矛盾時(shí)，設(shè)計(jì)者們就要放棄對(duì)經(jīng)濟(jì)的單純追求。所以當(dāng)選以混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為設(shè)計(jì)的主要目的時(shí)，就應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)所要面對(duì)的關(guān)鍵性問(wèn)題，分清主次，選多目標(biāo)或單目標(biāo)來(lái)實(shí)施優(yōu)化，達(dá)到滿(mǎn)意效果。

3．建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分為兩大部分：計(jì)算設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)。以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。

3.1 計(jì)算設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算包括兩部分：地震作用計(jì)算和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算。

3.1.1 地震作用計(jì)算

地震作用曾稱(chēng)為地震荷載，包括水平地震作用、豎向地震作用和扭轉(zhuǎn)地震作用，它與地震的性質(zhì)和建筑結(jié)構(gòu)的特性有關(guān)。地震作用計(jì)算的方法有：反應(yīng)譜法、振型分解反應(yīng)譜法和動(dòng)力分析法（時(shí)程分析法），其中反應(yīng)譜理論被廣泛的運(yùn)用于地震作用的計(jì)算。

（1）反應(yīng)譜理論是一種擬靜力方法，它是考慮了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（自震周期、震型和阻尼）所產(chǎn)生的共震效應(yīng)，其計(jì)算過(guò)程是先用動(dòng)力方法計(jì)算質(zhì)點(diǎn)體系地震反應(yīng)，建立反應(yīng)譜和反應(yīng)譜曲線，然后用加速度反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的最大慣性力作為結(jié)構(gòu)的等效地震荷載，最后按靜力方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)。反應(yīng)譜理論是依據(jù)彈性結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)得到的，但如果遇到強(qiáng)烈地震結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時(shí)，則反應(yīng)譜理論不能計(jì)算出構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的內(nèi)力、變形，也無(wú)法找出結(jié)構(gòu)的薄弱位置，因此專(zhuān)家提出了延性這一概念，利用延性系數(shù)來(lái)概括結(jié)構(gòu)超出彈性階段的抗震能力，從而使反應(yīng)譜由彈性變成塑性。

篇(6)

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；基本理論；手段和意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民的生活水平顯著提高，越來(lái)越多的人對(duì)物質(zhì)生存的環(huán)境提出了更高的要求，其中建筑是人類(lèi)物質(zhì)生存環(huán)境的重要載體。近年來(lái)興起的節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的建設(shè)理念越來(lái)越得到人們的共識(shí)。本文分析了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本理論，并提出了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)采取的手段。

一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論是指在從事結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師時(shí)，除了考慮設(shè)計(jì)對(duì)象的基本使用功能及安全可靠性，還應(yīng)該把它的設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)得盡可能的完美。這就是我們所說(shuō)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化問(wèn)題。用科學(xué)的語(yǔ)言表述出來(lái)就是，利用確定的數(shù)學(xué)方法，在所有可能的設(shè)計(jì)方案的集合中，找到能夠滿(mǎn)足預(yù)定目標(biāo)的最滿(mǎn)意的答案。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)在建設(shè)工程的各個(gè)階段，包括決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在決策階段，我們要確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的整體目標(biāo)，滿(mǎn)足其本體功能，最大程度的保障安全性，降低投資成本；在設(shè)計(jì)階段，我們要確定每個(gè)字系統(tǒng)的優(yōu)化方案；在建設(shè)階段，應(yīng)以結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化為基本原則，組建好沒(méi)一個(gè)子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局。在決策階段的優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，只有三個(gè)階段緊密配合，才能實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

1、 功能性

建筑作為人類(lèi)基礎(chǔ)的物質(zhì)生存環(huán)境，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的終極目標(biāo)就是滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)物質(zhì)生存環(huán)境的最大化地需求。與傳統(tǒng)的實(shí)用相比，增加了舒適性、協(xié)調(diào)性和美觀性等多種要求，從而滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境的更高要求。

2、 安全性

我們?cè)谧非蠼ㄖY(jié)構(gòu)的功能性的同時(shí)，不能忽略建筑結(jié)構(gòu)的安全性要求，任何東西如果沒(méi)有了安全保障都會(huì)失去價(jià)值，與生命相比，任何東西都要讓位。如果建筑商一味地追求建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)而忽略了決策階段、設(shè)計(jì)階段和建設(shè)階段的任何一個(gè)環(huán)節(jié)的安全方面的一個(gè)小小的問(wèn)題，都會(huì)給人類(lèi)的正常的生產(chǎn)和生活帶來(lái)致命的危害。因此，安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的必然要考慮的因素。

3、 經(jīng)濟(jì)型

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下要求對(duì)資源進(jìn)行合理的配置，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性適應(yīng)了這一要求。經(jīng)濟(jì)性是指經(jīng)過(guò)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，能夠最大化的節(jié)約資源，達(dá)到減省建設(shè)成本的作用。此外，資源是有限的，很長(zhǎng)時(shí)期才能再生，存在一定程度的稀缺性，所以建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能科學(xué)合理的減少材料的使用，從而節(jié)省建設(shè)成本。

4、 環(huán)保性

建筑選材必須選用各種環(huán)保材料，人們生活水平的提高對(duì)生活質(zhì)量提出了更高的要求，不僅僅是住的上房子，還要住好的房子。不再把錢(qián)看得像以前那樣重要，與之相反的是更加強(qiáng)調(diào)健康的重要性。筑結(jié)構(gòu)整體布局當(dāng)中，不僅要求建筑結(jié)夠主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一與環(huán)保，還強(qiáng)調(diào)，建筑過(guò)程中的廢料的處理方面的環(huán)保。同時(shí)，建筑在未來(lái)的使用過(guò)程中也必須是環(huán)保的。

三、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的手段

1、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的材料選用

物理學(xué)和建筑學(xué)的基本原理要求我們，建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)點(diǎn)、線、面都應(yīng)體現(xiàn)出力學(xué)承載力的特征，其中力學(xué)承載力的載體本身就是材料。為此，我們?cè)谶x材是必須要慎重。通過(guò)各種材料的配置，加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度、任性和延展性，鋼筋混凝土材料的打造適應(yīng)了這一趨勢(shì)，工程實(shí)踐表明，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把梁柱作為主要得力的承受載體，鋼筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的壓力。因此，在工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，采用高標(biāo)號(hào)的鋼筋混凝土能夠減少梁柱等構(gòu)件的橫截面，減輕結(jié)構(gòu)本體的重量，同時(shí)也能擴(kuò)大其使用空間；梁板以受彎為特性，采用高標(biāo)號(hào)的鋼筋混凝土能夠減少鋼筋的使用數(shù)量。結(jié)構(gòu)的構(gòu)建者應(yīng)該科學(xué)合理的配比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和混凝土的投放比例，以使其達(dá)到最優(yōu)性能。近年來(lái)，自然災(zāi)害不斷增多，強(qiáng)度也成提高的趨勢(shì)，對(duì)建筑材料的抗震性、抗水性、抗土性等提出了新的要求，為此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)在決策階段、設(shè)計(jì)階段和假設(shè)階段全面考慮材料的品種、質(zhì)量、價(jià)格和對(duì)周?chē)h(huán)境的適應(yīng)程度，在最小化犧牲經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，最大化的保證建筑結(jié)構(gòu)的功能性、安全性以及環(huán)保性。

2、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)建布置

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)建布置是指梁、柱子和剪力墻的布置與設(shè)計(jì)。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)置大都采用框架―力墻的結(jié)構(gòu)體系，這種體系主要有鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻兩部分組成，框架的梁柱為剛接，框架與剪力墻可為剛接，也可以為鉸接?？蚣塄D力墻的結(jié)構(gòu)體系具有較高的承載力，較好的延展性和整體性的優(yōu)點(diǎn)，并且具備了很強(qiáng)的吸收地震力的能力，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，剪力墻的剛度的確定出了滿(mǎn)足強(qiáng)度條件外，還必須是結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度，基于此原因，剪力墻的剛度的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和工程造價(jià)的成本的大小。在梁的選用方面，常規(guī)梁的經(jīng)濟(jì)型最好，但會(huì)嚴(yán)重影響到建筑層的高度，在目前的土地資源有限的情況下依然無(wú)法實(shí)現(xiàn)社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化；寬扁梁能夠減少梁的截面高度，從而可以增加建筑物的凈高，在建筑物的總高度有限制的情況下，可以增加建筑物的層數(shù)，從而獲得更多的建筑面積。但是寬扁梁也不是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)的梁。我們的目標(biāo)只有一個(gè)，最大化程度保證功能性和安全性。

3、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的整體布局

建筑結(jié)構(gòu)的決策者和設(shè)計(jì)者應(yīng)從全局觀念出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線、面，確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體布局，處理好點(diǎn)、線、面之間的框架結(jié)構(gòu)關(guān)系，并借助材料的選用和構(gòu)建的布置，是單個(gè)構(gòu)件與整體的結(jié)構(gòu)相配合，使之能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的受力狀況。即實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的良好的承重力、剛性和延展性，也實(shí)現(xiàn)單個(gè)構(gòu)件的最大化與最佳化利用，保證達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

四、建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

1、 通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)降低總造價(jià)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們知道多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越其總建筑面積就越大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地資源。但與此同時(shí)，隨著建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)增加，樓間距就得加大，這是占用的土地節(jié)約量就與建筑曾數(shù)的增加比例不相同了。此外，一棟樓不管有多少層只有一個(gè)屋蓋，它的成本下降會(huì)比較的明顯。就基礎(chǔ)部分而言，雖然也只是各層公用的，當(dāng)層數(shù)增加時(shí)會(huì)加大基礎(chǔ)部分的負(fù)荷量，為此要加大基礎(chǔ)部分的建設(shè)，這樣造價(jià)雖有降低，但并不如屋蓋的效果那樣明顯。

2、 通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性

隨著建筑層數(shù)的增加，墻體的面積和主體的體積會(huì)隨之增加，結(jié)構(gòu)的自重也會(huì)增加，基礎(chǔ)合住的承受力相應(yīng)也會(huì)增加，水衛(wèi)和電器管線會(huì)增長(zhǎng)；相反降低層高，可以節(jié)省材料，有利于抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離會(huì)減少，間接的節(jié)約了用地，建筑面積相同的情況下，如果選用不同的樓形時(shí)，它的外墻的周長(zhǎng)會(huì)減少?；诖?，當(dāng)選用越接近圓形或方形的的平面形狀時(shí)，外墻周長(zhǎng)的系數(shù)就會(huì)越小，基礎(chǔ)，外墻砌體以及內(nèi)外表面的裝修都會(huì)隨之減少，同時(shí)，受利性能也能得到加強(qiáng)，增加了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。

結(jié)語(yǔ)：

利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)方法，能夠提高有限空間、有限資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)效果的最大化，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。同時(shí)，能滿(mǎn)足人們對(duì)居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高的需求，滿(mǎn)足對(duì)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求不斷提高的目的。此外，還能實(shí)現(xiàn)建筑商不斷尋求新的手段滿(mǎn)足顧客要求的想法，達(dá)到降低建筑工程造價(jià)成本的目的。

參考文獻(xiàn)：

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篇(7)

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.1具有較高的抗震設(shè)計(jì)要求。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于其抗震性能有更高的要求，不僅需要充分的考慮豎向荷載和風(fēng)荷載，同時(shí)還需要保證結(jié)構(gòu)性能的良好性，只有這樣才能有效的提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的能力，使其具有較好的牢固性和安全性。1.2減輕高層建筑自重比。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，對(duì)于減少高層建筑的自重比要比多層建筑的自重比減輕具有更直接的影響。高層建筑如果自身的自重減輕了，在相同的基礎(chǔ)上就可以多建層數(shù)，更有益于經(jīng)濟(jì)效益的提高。而且高層建筑的重量與地震效應(yīng)是成正比的關(guān)系的，高層建筑的重量越大，在地震發(fā)生時(shí)其作用于結(jié)構(gòu)上的剪力則會(huì)越大，而所產(chǎn)生的傾覆力矩也會(huì)增加，這就導(dǎo)致作用于豎向結(jié)構(gòu)的除加軸力增加，從而導(dǎo)致建筑物發(fā)生倒塌的可能，所以減少高層建筑的自重，可提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。1.3重視軸向變形。采用框架體系和框架———剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種軸向變形的差異將會(huì)達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。1.4概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同樣重要。在我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常分為計(jì)算設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)兩部分。近幾年來(lái)，我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)無(wú)論是分析手段還是分析原則都得以不斷的提高和完善，但在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)是在一定假想條件下進(jìn)行的，但由于實(shí)際地震作用的復(fù)雜性和不確定性，所以高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與實(shí)際情況存在著較大的偏差，這樣就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)進(jìn)入到彈塑性之后，極易導(dǎo)致局部開(kāi)裂及破壞的情況發(fā)生。因此，高層建筑的概念設(shè)計(jì)也是非常重要的。

2高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

目前高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是最常采用的結(jié)構(gòu)，由于其具有框架結(jié)構(gòu)，所以其平面布置可以很靈活的進(jìn)行布置，以獲得較大的空間，整體性較好，而且抗震能力也較強(qiáng)，由于其框架剪力墻結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，因此在水平荷載下，框架剪力墻具有單純的框架或是單純的剪力墻更為水利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框-剪結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系，力學(xué)分析難度較大，其優(yōu)化設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜和難以實(shí)現(xiàn)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿(mǎn)足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化。優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化，據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟。1）初始選型：根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類(lèi)型，初選梁柱的幾何尺寸。2）結(jié)構(gòu)分析：按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件來(lái)控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類(lèi)，并確定每一類(lèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力。3）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個(gè)較小的數(shù)值，作為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)收斂性的條件，進(jìn)行收斂性判斷，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第2）步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)。5）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性，若整體分析能夠滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。2.2框-剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。在對(duì)框架-剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，其涉及的問(wèn)題較多，主要的有三個(gè)方面。首先需要對(duì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平進(jìn)行決策，其次，還要對(duì)框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同性、承載力、剛度及變形能力進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，最后需要對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于高層建筑工程的質(zhì)量具有極其重要的作用，所以對(duì)于高層建筑及超高層建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分重要的，其不僅能夠使高層建筑結(jié)構(gòu)更加合理，而且對(duì)于高層建筑經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)及新型結(jié)構(gòu)形式具有更廣泛的研究和推廣意義。（本文來(lái)自于《工程科技》雜志?！豆こ炭萍肌冯s志簡(jiǎn)介詳見(jiàn).）

作者：滕寶權(quán) 單位：黑龍江省新建監(jiān)獄工程設(shè)計(jì)科