引論：我們?yōu)槟砹?3篇建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

在工程建設(shè)過程中，建筑功能的實(shí)現(xiàn)與工程投資的控制是工程建設(shè)的兩大目標(biāo)。而進(jìn)行工程投資控制的關(guān)鍵在項(xiàng)目決策和設(shè)計(jì)階段，在項(xiàng)目做出投資決策后，其關(guān)鍵就在于設(shè)計(jì)階段。在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，當(dāng)滿足建筑的諸多功能后，工程造價(jià)的控制是每個(gè)投資者最為關(guān)注的主要內(nèi)容，也自然成為投資者評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)劣、衡量設(shè)計(jì)水平、選擇設(shè)計(jì)單位的重要標(biāo)準(zhǔn)。為了在日益激烈的設(shè)計(jì)市場(chǎng)競爭中求得生存與發(fā)展，為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，已成為每一個(gè)設(shè)計(jì)單位努力追求的目標(biāo)。由于在建筑產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)造價(jià)所占的比重很大，通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠提高建筑物的安全度，而且能夠有效的降低工程造價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)投資效益的最大化。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)建筑方案產(chǎn)生后，結(jié)構(gòu)從選型和布置開始就存在優(yōu)化與否的問題，再加上后續(xù)每一道工序的精心設(shè)計(jì)、準(zhǔn)確計(jì)算、合理選用等全過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)才能產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。下面就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一些途徑，談一下本人的一點(diǎn)看法。

2 選擇合理的結(jié)構(gòu)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成敗。對(duì)于同一個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案往往不是唯一的。不同的結(jié)構(gòu)方案會(huì)使工程造價(jià)和工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的差別，所以選擇合理的結(jié)構(gòu)方案便顯得尤為重要。在結(jié)構(gòu)方案的選擇上，應(yīng)遵循以下的一些基本原則：

（1）要用整體的概念在特定的建筑空間中來完成結(jié)構(gòu)總體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具備足夠的承載力、剛度和良好的延性；

（2）盡可能使結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑簡單、直接、明確。傳力途徑復(fù)雜會(huì)出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣會(huì)導(dǎo)致造價(jià)的提高，也容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤產(chǎn)生安全問題。采用最簡單、直接的傳力途徑，可以省去中間傳遞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，減少結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)，使結(jié)構(gòu)受力更加明確，其造價(jià)也相對(duì)經(jīng)濟(jì)；

（3）保持整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠度的協(xié)調(diào)一致性應(yīng)通盤考慮整體結(jié)構(gòu)的每一個(gè)構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠協(xié)調(diào)一致發(fā)揮其最大效能，確保達(dá)到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)水準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟(jì)又安全的目標(biāo)；

（4）使結(jié)構(gòu)平面布置的抗側(cè)力剛度中心與建筑物的外力作用中心或質(zhì)量重心盡量接近或重合，以避免或減小外力作用下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，因?yàn)榈挚菇Y(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)所需增加的材料用量是很大的，可以說結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則既不經(jīng)濟(jì)又不安全；

（5）積極主動(dòng)的參與建筑設(shè)計(jì)的方案階段，加強(qiáng)與建筑師的溝通與協(xié)調(diào)。一個(gè)設(shè)計(jì)精品是建筑師和結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)造性合作的共同成果，在滿足建筑物的功能和建筑師創(chuàng)意的前提下，結(jié)構(gòu)工程師有責(zé)任對(duì)建筑方案提出建設(shè)性的意見，與建筑師一起構(gòu)思最佳的結(jié)構(gòu)體系。

結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。并綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，通過反復(fù)試算、反饋和優(yōu)化，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案。

3 進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算

一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的不斷完善和全面應(yīng)用，使工程師從繁重復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算中解脫出來。工程師可以在概念、經(jīng)驗(yàn)和估算的基礎(chǔ)上借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行可靠的分析計(jì)算，經(jīng)過多次計(jì)算比較和調(diào)整，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理和經(jīng)濟(jì)。在利用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，要注意以下問題：

（1）不能盲目的依賴計(jì)算機(jī)。因計(jì)算軟件的缺陷和設(shè)計(jì)人員不加分析的盲從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，所以對(duì)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算程序的基本理論假定、應(yīng)用范圍和限制條件以及程序與規(guī)范的結(jié)合一定要搞清楚；

（2）對(duì)于輸入的幾何圖形、構(gòu)件尺寸、荷載數(shù)據(jù)等應(yīng)認(rèn)真核對(duì)、力求準(zhǔn)確無誤。避免因數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤造成計(jì)算分析結(jié)果的錯(cuò)誤或較大的誤差。

（3）對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取要正確合理。選取不同的計(jì)算參數(shù)會(huì)得出完全不同的計(jì)算結(jié)果，要根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的具體情況和計(jì)算程序的功能要求合理選取。比如，高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期折減系數(shù)的取值，要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式以及填充墻的材料和數(shù)量，選取恰當(dāng)?shù)臄?shù)值對(duì)計(jì)算周期進(jìn)行折減，若折減系數(shù)選取偏大，會(huì)使計(jì)算地震力小于實(shí)際的地震力，造成結(jié)構(gòu)分析偏于不安全，反之則不經(jīng)濟(jì)；

（4）注意實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型的差異。所有的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)程序都是建立在一些假定和理想的計(jì)算模型之上的，而實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)又是千差萬別的，一味地依賴電腦或計(jì)算手冊(cè)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)給結(jié)構(gòu)留下較多的隱患，所以任何構(gòu)件的計(jì)算都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定結(jié)構(gòu)的約束關(guān)系，并利用結(jié)構(gòu)概念、工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，判斷其是否合理，以確保最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確。

4 提高材料的利用率

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的便是花盡可能少的錢，做最安全、適用的建筑，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料的選用要合理，利用要充分。要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同受力特點(diǎn)、工作環(huán)境和材料的力學(xué)性能特點(diǎn)，選用合適的建筑材料。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，以受壓為主的柱子，就要充分發(fā)揮鋼筋混凝土材料中混凝土抗壓性能好的特點(diǎn)，盡可能采用高標(biāo)號(hào)混凝土，不但可以減小構(gòu)件截面，增加使用空間，還能減輕結(jié)構(gòu)自重。梁板以受彎為主，可采用高強(qiáng)度鋼筋，以減少鋼筋用量，同時(shí)要注意鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土強(qiáng)度的匹配，最大限度地發(fā)揮出材料的性能。對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層和受力復(fù)雜的結(jié)點(diǎn)部位以及大跨度結(jié)構(gòu)，可采用型鋼混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼結(jié)構(gòu)等，以達(dá)到適用、安全、經(jīng)濟(jì)的目的。實(shí)際工程中，因材料選擇不當(dāng)造成浪費(fèi)的情況很多。比如，經(jīng)常出現(xiàn)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標(biāo)號(hào)過高的現(xiàn)象，不僅高標(biāo)號(hào)的混凝土不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度作用，而且為抵抗高強(qiáng)混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，板中鋼筋的配筋量也隨之增加，從而導(dǎo)致工程造價(jià)的提高。

5 正確理解運(yùn)用《規(guī)范》

《規(guī)范》是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須遵循的“最低”標(biāo)準(zhǔn)，是國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策、科技水平和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。全面理解規(guī)范條文的概念、定義、前提條件和適用范圍，是正確運(yùn)用《規(guī)范》的前提和基礎(chǔ)。作為一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師，一方面必須熟悉、理解和吃透規(guī)范條文的真實(shí)含義，另一方面必須客觀理性地正確對(duì)待規(guī)范。對(duì)“規(guī)范”中的“強(qiáng)制性條文”要不折不扣的執(zhí)行，而對(duì)《規(guī)范》中的“非強(qiáng)制性條文”工程師可以運(yùn)用自己的理論知識(shí)、結(jié)構(gòu)概念和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在《規(guī)范》條文思想的指導(dǎo)下，針對(duì)具體的設(shè)計(jì)對(duì)象、環(huán)境和使用條件，以工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，創(chuàng)造性地靈活選用規(guī)范中的數(shù)據(jù)。盲目照搬硬套不但會(huì)限制創(chuàng)新成果、影響設(shè)計(jì)創(chuàng)作，阻礙工程技術(shù)的進(jìn)步，也會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。因?yàn)榧词挂?guī)范再詳細(xì)，也不可能包羅實(shí)際工程中遇到的所有技術(shù)問題。對(duì)《規(guī)范》中的構(gòu)造措施要給予足夠的重視。在實(shí)際工程中，一些設(shè)計(jì)人員過分依賴結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果，不同程度地存在忽視結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的問題。以抗震設(shè)計(jì)為例，我們都知道，地震是一種很復(fù)雜的自然現(xiàn)象，我們對(duì)地震發(fā)生時(shí)建筑物的破壞機(jī)理還不十分清楚，對(duì)地震的破壞現(xiàn)象也只是停留在感性認(rèn)識(shí)階段，建筑物抗震計(jì)算的原理也只是一種近似方法。建筑抗震設(shè)計(jì)是建立在對(duì)震害分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，通過概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造措施三部分來實(shí)現(xiàn)的。所以，我們?cè)谶M(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不但要遵循《規(guī)范》提出的抗震設(shè)計(jì)原則和抗震計(jì)算方法，同時(shí)還要重視抗震構(gòu)造措施。

6 樹立精品意識(shí)

篇2

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軌蜃尳ㄖこ探Y(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)工作來看，普遍缺少詳細(xì)的勘察地質(zhì)資料，只是簡單的依據(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，就簡單認(rèn)為房屋建筑結(jié)構(gòu)沒有問題了，這種技術(shù)問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)過程中，對(duì)于較軟地基存在的安全隱患沒有足夠認(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)中存在的問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承重能力時(shí)主要是通過樓板設(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)化來說，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來對(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)約束條件都必須滿足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中必須對(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，其拐彎處容易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結(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)較為簡單的房屋工程，某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可能過于保守，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∩幔瑺幦∈乖O(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)爭取到非常優(yōu)秀的開端。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)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計(jì)過程中需要設(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)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長的選擇影響很大，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)來說，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。

篇3

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對(duì)于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。以前人們對(duì)建筑的要求就只是保暖、舒適、安全就基本可以了，但是現(xiàn)在人們對(duì)建筑的給予了更高的要求，它不僅要安全、舒適，還要美觀，合理，經(jīng)濟(jì)，適用。因此選擇合理的建筑方案就顯得尤為重要了，它不僅可以降低生產(chǎn)成本，還能夠獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。近十年來，房地產(chǎn)行業(yè)火熱，樓價(jià)節(jié)節(jié)高升，土地價(jià)格不斷上漲，這就增加了開發(fā)商的建筑成本，開發(fā)商為了減少這種成本的支出，就會(huì)選擇降低工程造價(jià)，要實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)就要從現(xiàn)代建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)入手。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用到實(shí)踐中是一個(gè)很廣泛的課題，越來越多的人已經(jīng)開始知道現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的好處，現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在相同的面積上利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案就改變內(nèi)外表面的裝修面積，縮小裝修面積的同時(shí)就可以降低成本，合理利用每一寸土地。

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的好處

（一）現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，已經(jīng)逐漸被業(yè)界人士所認(rèn)可，在建筑中加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是現(xiàn)在建筑工作者的一個(gè)重要使命。在建筑過程中，先進(jìn)的優(yōu)化方案就會(huì)節(jié)約很多不必要的物質(zhì)消耗，節(jié)省工期，節(jié)省原材料，在單位面積提供更大的空間。同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也能給人帶來賞心悅目效果。

（二）對(duì)于建筑我們基本都是本著適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀和利于施工的幾個(gè)方面進(jìn)行施工的，我們的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化就是綜合了這幾點(diǎn)，利用數(shù)學(xué)等相關(guān)科學(xué)，進(jìn)行分析處理，選擇一個(gè)更為合理的方案進(jìn)行施工，這樣就保證的建筑的美觀、安全、經(jīng)濟(jì)、適用等性能。同時(shí)減少了不必要的的損失，比如在鋼的優(yōu)化結(jié)構(gòu)里，鋼材的用量就是一個(gè)很大的問題，我們?cè)谶M(jìn)行這個(gè)問題的優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析時(shí)候，就會(huì)參考多種因素，如受力因素，裝修面積因素等等。綜合各種因素在一起就可以利用數(shù)學(xué)等理論進(jìn)行分析，選擇合理、簡單、安全、節(jié)約的施工方案。

二、現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

我們所說的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)必須要注意到前期參與，前期我們就要安排進(jìn)行合理的收集相關(guān)材料，對(duì)建筑面積，建筑施工時(shí)間等相關(guān)因素進(jìn)行整合，也就是在施工前期就要確定各種因素的具體情況。然后找到相關(guān)的建筑師進(jìn)行計(jì)算、分析，選擇最好的施工方案進(jìn)行準(zhǔn)備。如果沒有進(jìn)行施工前期的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)大多建筑師設(shè)計(jì)時(shí)候大多不會(huì)考慮到建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性。有一些建筑法案甚至?xí)黾邮┕さ碾y度。因此結(jié)構(gòu)以后就顯得尤為重要了，合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，就能給建筑施工帶來一個(gè)良好的開始。當(dāng)我們進(jìn)行現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)候，難免會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問題，比如當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)建筑防震強(qiáng)度時(shí)候，因?yàn)榈卣饛?qiáng)度是一個(gè)不確定因素，計(jì)算難免和現(xiàn)實(shí)有很大差異，這個(gè)時(shí)候我們就要靈活運(yùn)用優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，選擇最佳設(shè)計(jì)方案。同時(shí)在我們進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中我們也要注意到細(xì)節(jié)的把握，不能只是注重到宏觀的對(duì)應(yīng)。

三、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

（一）結(jié)構(gòu)優(yōu)化建筑和用地的關(guān)系

隨著地價(jià)的不斷上漲，房產(chǎn)商們都越來越重視單位面積土地的利用率，想要利用好每一寸土地，就要盡可能的增加建筑的層數(shù)，但是增加建筑層數(shù)的同時(shí)，還要考慮到建筑之間的間距，層數(shù)越高，間距就會(huì)越大，同時(shí)層數(shù)越高所要的建筑數(shù)量就會(huì)減少，減少建筑物的數(shù)量就減少了屋頂?shù)某杀荆晕蓓數(shù)膯挝幻娣e造價(jià)會(huì)隨著層數(shù)的增加而下降。與此同時(shí)我們又不得不考慮到地基建設(shè)所需要的費(fèi)用，地基的單位面積成本會(huì)隨著層數(shù)的增加而增加，因?yàn)閷訑?shù)越高地基承受的壓力就會(huì)越大，我們就要加大地基結(jié)構(gòu)的載重能力，所以我們要合理優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇合理的建筑優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，綜合所有因素，確定合理層數(shù)、間距，在減少成本同時(shí)，達(dá)到理想效果。

（二）建筑優(yōu)化結(jié)構(gòu)和建筑形狀的關(guān)系

我們的建筑的形狀的不同，就會(huì)使我們建筑的外墻的長度系數(shù)、寬度系數(shù)不同，很顯然建筑接近方形或者圓形，此時(shí)建筑長度就會(huì)越小。

四、現(xiàn)代建筑優(yōu)化結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方法

（一）提高材料的利用率

我們所說的建筑結(jié)構(gòu)的目的就是用最少的錢，做最好的事情，建造最好的建筑，這就要求我們把所有的材料利用到最充分，做到不浪費(fèi)，在我們選擇鋼筋混凝土的優(yōu)化過程中，就要充分考慮到鋼筋和混凝土的特性，盡可能利用高號(hào)混凝土，這樣就可以減少建筑自身重量，同時(shí)又可以增加使用空間。在鋼筋用量減少的時(shí)候，沒有影響到建筑主體結(jié)構(gòu)承受壓力的能力。這樣就達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、安全、適用的目的。

（二）正確運(yùn)用《規(guī)范》

建筑《規(guī)范》是由政府授權(quán)機(jī)構(gòu)提出的建筑質(zhì)量、安全、功能等多方面的最低要求，這些要求要通過文件的方式存在，因此就形成了建筑規(guī)范。建筑規(guī)范中包括很多如空間規(guī)范，防火規(guī)范等。作為施工人員應(yīng)該正確理解運(yùn)用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中有些是強(qiáng)制性的，所以我們?cè)趯?shí)行的過程中要不折不扣的執(zhí)行，不能有個(gè)人感情因素在內(nèi)，我們必須要堅(jiān)持自己的職業(yè)操守，對(duì)待不同對(duì)象、環(huán)境都要以工程安全為準(zhǔn)則去施工。施工人員要嚴(yán)格按照規(guī)范中的要求進(jìn)行施工，在建筑的外部環(huán)境、結(jié)構(gòu)、室內(nèi)環(huán)境、設(shè)備、防火疏散、節(jié)能等多個(gè)方面要個(gè)把關(guān)，建筑出符合標(biāo)準(zhǔn)的住宅小區(qū)。

五、城市高層建筑優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析

眾所周知，當(dāng)城市建筑物增高時(shí)，它的施工難度就會(huì)加大。例如當(dāng)我們每升高一層建筑的時(shí)候，它的地基的承受能力就要加強(qiáng)一些，同時(shí)我也要注意到，當(dāng)建筑的高度增加的時(shí)候，豎向荷載數(shù)值就會(huì)增大，也會(huì)影響連續(xù)彎梁的受力情況。在建筑高度增加的情況下，建筑物的高度會(huì)直接影響到建筑物基底的傾覆力矩，同時(shí)頂部的側(cè)向移動(dòng)也會(huì)隨著高度的增加而增加。所以當(dāng)我們升高建筑物的高度時(shí)候，就要參考建筑物結(jié)構(gòu)分析和個(gè)體系相對(duì)應(yīng)的方法，這樣在施工的過程中就會(huì)很安全。城市高層建筑還有一個(gè)難題，那就是當(dāng)升高建筑物的高度時(shí)候，相鄰高層之間會(huì)影響到建筑采光等諸多問題，例如隨著建筑物高度增加，相鄰的高層的三樓以下的采光就會(huì)受到影響，比如說有的高層住宅小區(qū)，高層的三樓以下常常是等到中午才能有陽光射到房屋中，還有的是下午，這些問題都是實(shí)實(shí)在在存在的，我們?cè)诮ㄖY(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮，不能為了節(jié)約土地，就縮短高層建筑的間距，造成建筑采光問題出現(xiàn)。

總結(jié)

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，深受開發(fā)商，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可。通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們可以有效降低工程造價(jià)，節(jié)約建筑成本。這樣在節(jié)約了能源的同時(shí)，達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足了現(xiàn)代人對(duì)于建筑物的諸多要求。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)給人們創(chuàng)造了方便、安全、舒適的生活環(huán)境。安全，適用、經(jīng)濟(jì)、美觀已經(jīng)成為人們對(duì)一個(gè)建筑的評(píng)價(jià)的指標(biāo)。通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們的建筑更美觀、更安全。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，帶來的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。

參考文獻(xiàn)

【1】林同炎，結(jié)構(gòu)概念和體系（第2版）【M】.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999

篇4

最近一些年來，由于人口壓力增大，土地資源變得越來越緊張了，土地市場(chǎng)的波動(dòng)也發(fā)了一些變化。土地價(jià)格不斷上漲，不僅使土地開發(fā)商倍感壓力，也大大增加了住房消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。此外，隨著生活條件的不斷提高，人們對(duì)于居住條件和環(huán)境各方面的要求也不斷提高，順應(yīng)這些潮流，建筑設(shè)計(jì)師們就應(yīng)該利用房屋建筑設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，開發(fā)有限的空間資源，發(fā)揮這些資源的最優(yōu)效果，最終實(shí)現(xiàn)建筑房屋經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的最大化。

工程設(shè)計(jì)人員為了使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到最優(yōu)，必須以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定為前提條件，然后通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分析，運(yùn)用精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)理念和方法來使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，從而更有效地掌握工程的造價(jià)，符合投資方的資金要求。借鑒先前優(yōu)秀設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，我們可以看到，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法比較，優(yōu)化設(shè)計(jì)往往能夠使工程造價(jià)減少5%～30%。因此，要實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)的成本的目的，在工程建設(shè)過程中，使工作人員對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的牢固掌握是很必要。此外把提高技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益二者有效結(jié)合，通過不斷完善設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)最低，從而實(shí)現(xiàn)更大的社會(huì)效益。

二、如何進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場(chǎng)地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊(cè)上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。再次，內(nèi)力的計(jì)算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對(duì)構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用實(shí)例分析

某房屋工程為五層寫字樓， 總面積為6365 m2，長度為55.3m，寬為16.3 m，房間開間為4.7m， 走廊寬2.5m，層高為3.5m。以粉細(xì)砂層為基礎(chǔ)持力層， 凍土深度1.05m，地下水位埋深約5m，抗震設(shè)防烈度為9°。對(duì)于這個(gè)工程所運(yùn)用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要是從建筑整體和分部結(jié)構(gòu)兩方面實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.1 房屋建筑整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化

要想使房屋建筑整體的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，必須先塑造結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，再確定使用的最優(yōu)計(jì)算方案和步驟， 隨后通過計(jì)算結(jié)構(gòu)的科學(xué)分析的三個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)。第一步：（1）挑選并確定設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)變量通常挑選與建筑設(shè)計(jì)有著重要聯(lián)系的因素來作為參數(shù)， 而把其他對(duì)建筑設(shè)計(jì)影響較小的因素作為預(yù)定參數(shù)，從而減少設(shè)計(jì)的工作量；（2）制定優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)；（3）確定模型約束條件。通常在樓房可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)中， 其約束條件主要包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、應(yīng)力約束、變形約束、裂縫約束、彈性約束等。第二步：在應(yīng)用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法時(shí)， 依附于可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量較多、非線性優(yōu)化較多， 為使計(jì)算便捷， 可以將約束優(yōu)化轉(zhuǎn)化為無約束問題來算，常見的計(jì)算方法有拉式乘法、Powell法等。依照優(yōu)化模型與計(jì)算方法來制定計(jì)算程序。第三步：通過優(yōu)化模型的確定和求解， 不難發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些問題，并通過不斷尋找解決問題的方法，深入優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的更安全、更適用、更經(jīng)濟(jì)。

3.2 房屋建筑分部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

高約幾十米的寫字樓， 抵抗地震的能力暫時(shí)定為7.5度， 為了達(dá)到抗震的目的，建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)該采用短柱的形式。把臨近的兩條短柱中心間距的1/15當(dāng)作建筑基礎(chǔ)拉梁的剖面長度。一般情況下，如果在建筑工程施工過程中，建筑高度相對(duì)比較低的時(shí)候，可以把鋼筋的使用數(shù)量降低到最低。然而，為了使房屋的抗震結(jié)構(gòu)和建筑物梁柱的彎曲度與房屋上面的混凝土結(jié)構(gòu)保持協(xié)調(diào)，就需要把基礎(chǔ)拉梁的設(shè)計(jì)作為最大。

3.3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

如果某一建筑使用的是鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)體系，就需要運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的方法去實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。在應(yīng)經(jīng)得知的建筑結(jié)構(gòu)的截面的前提下， 采用限制性的分元法，對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理受力方面的測(cè)試分析， 之后再對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，優(yōu)化具體建筑物構(gòu)建的各個(gè)部分，運(yùn)用公式進(jìn)行推算， 從而計(jì)算出建筑施工過程中建筑物所需要的鋼筋混凝土框架的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算周期設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了提高建筑物的質(zhì)量，一般寫字樓都設(shè)計(jì)成輕薄的墻體，這樣就可以使建筑物的使用壽命和設(shè)計(jì)年限相等。此外，還要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)間乘以折減系數(shù)0.6 ～0.7 進(jìn)行折中計(jì)算。

四、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

4.1 關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題

從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL布置時(shí)，不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長筋，較節(jié)約；出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí)，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時(shí)，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。

4.2 該注意前期參與

言，前期施工方案的確定會(huì)直接關(guān)系到建筑施工需要的總投額度，而現(xiàn)在往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不參與前期方案的制定。因?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑施工設(shè)計(jì)時(shí)，一般不會(huì)過多的考慮建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和可操作性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接影響著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外，一些方案還可能會(huì)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度增大，并使得建筑施工的總投資增加。

4.3 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，首先要選擇恰當(dāng)?shù)慕ㄖO(shè)計(jì)方案。如果建筑物為樁基礎(chǔ)，那么就要依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件對(duì)樁基的類型進(jìn)行選擇，盡量降低成本。樁端支持力的部分對(duì)灌注樁樁長的選取很有借鑒意義，所以應(yīng)該盡可能多的進(jìn)行比較從而確定最適合的施工方案。

篇5

Key words: building structure; optimization design; measures

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

在房屋建造的過程中，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程中的合理性、經(jīng)濟(jì)性和適用性，從而在滿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足房屋結(jié)構(gòu)效益的長遠(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)部優(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)化過程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上已由一個(gè)工程問題轉(zhuǎn)變成為了一個(gè)數(shù)學(xué)問題，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，門窗開洞的寬度最好不要超過 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，作品也將變得越來越完美、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。而上述這些問題并不完全可以通過計(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，這一過程就是上面所說的概念設(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)的開始階段，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)設(shè)計(jì)理論，在腦海中進(jìn)行一個(gè)“優(yōu)化”的過程。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】: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)：

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建筑物設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員對(duì)其進(jìn)行的美觀設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互結(jié)合的結(jié)果，其中建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)在建筑工程中占有較大的比例，在基本滿足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異。使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通。利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，最大程度上有效的利用有限空間和有限資源，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)實(shí)用度高，經(jīng)濟(jì)化，適用性好的目標(biāo)。降低建筑工程的造價(jià)并取得最大經(jīng)濟(jì)效益。

一.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理論分析

1.1房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，專業(yè)性較強(qiáng)，并且還有極強(qiáng)的系統(tǒng)化和理論化的特征。一般的而言設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時(shí)，需要考慮多項(xiàng)指標(biāo)，不僅需要對(duì)美學(xué)指標(biāo)、建筑使用功能的價(jià)值指標(biāo)進(jìn)行分析，同時(shí)還需要結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。建筑的功能性價(jià)值，指的是能夠?yàn)槿藗兯峁┑淖顬榛A(chǔ)的使用價(jià)值，諸如保暖、遮風(fēng)擋雨、抵御外界的溫度變化等等，而建筑的美學(xué)性指標(biāo)，則主要側(cè)重于整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美觀性和外觀的整體性，保證各個(gè)細(xì)節(jié)的搭配合理、房屋的設(shè)計(jì)形式協(xié)調(diào)大氣，能夠給人以美的享受。所以，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。也正是在上述四項(xiàng)理念的指引之下，設(shè)計(jì)人員需要從眾多的設(shè)計(jì)方案當(dāng)中選取最為科學(xué)、最為合適的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目目標(biāo)。

1.2房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理論，主要的優(yōu)化對(duì)象是房屋建筑的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的模式理念等，鼓勵(lì)技術(shù)人員采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工藝、科學(xué)的設(shè)計(jì)觀念，保證最佳的設(shè)計(jì)效果。同時(shí)現(xiàn)代建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般都很復(fù)雜，要想將各種復(fù)雜的部件有機(jī)的、完美的整合在一起，難度較高。具體一點(diǎn)來講，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案需要將房屋的設(shè)計(jì)、房頂?shù)脑O(shè)計(jì)、房屋細(xì)節(jié)部位的設(shè)計(jì)等等進(jìn)行綜合研究，同時(shí)需要很好的考慮到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的布局形式、整體設(shè)計(jì)的樣式、建筑局部受力情況、價(jià)格指標(biāo)等等，注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的社會(huì)效益、為企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)周邊的環(huán)境效益。在保障了整體建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)工作人員需要力求設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新、大膽，設(shè)計(jì)思想超前，敢于在實(shí)踐當(dāng)中滲入的探索和改良，對(duì)基本的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案進(jìn)行不斷的分析，結(jié)合其他工作人員的意見，不斷的尋求設(shè)計(jì)上的突破。

1.3對(duì)于房屋建筑來講，平面結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)平整且簡潔美觀，可以很好的反映和體現(xiàn)出建筑的對(duì)稱性，盡可能的減少房屋剛性結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)以及房屋平面建設(shè)施工質(zhì)量之間存在的差異，另外，還需要考慮到房屋建筑局部部位承受的力量，確保房屋可以在承受巨大壓力之時(shí)不至于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭曲的情況。在充分的分析并且滿足居住人員的基本要求基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者還應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑的承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)，采用貫通豎直的設(shè)計(jì)形式來增強(qiáng)房屋在側(cè)向以及豎向方向之上的承受能力。最后，還需要考慮到房屋建筑的材料要求，保證設(shè)計(jì)方案符合經(jīng)濟(jì)要求。

二.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 房屋的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于房屋的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，必須以安全為設(shè)計(jì)過程中最重要的設(shè)計(jì)原則，必須根據(jù)地面定性調(diào)查數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合研究地質(zhì)，土壤和地下水，以及其他因素的影響，全面提高基本類型和上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不要片面追求耐力容許值，讓小的耐力容許值成為建筑行業(yè)廣泛的標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，施工前的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)部門應(yīng)該看到比相關(guān)部門提供更多的詳細(xì)的地質(zhì)層住房建設(shè)的調(diào)查報(bào)告，并以此為設(shè)計(jì)的依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2結(jié)構(gòu)體系的選擇

隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，更多的高層建筑結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)超出了原來的框架和剪力墻結(jié)構(gòu)，從框架、剪力墻、支撐框架剪力墻、框架―核心筒、筒中筒、梁管和混合結(jié)構(gòu)等開始廣泛的應(yīng)用。在無盡的創(chuàng)新解決方案的挑戰(zhàn)下，建筑師、結(jié)構(gòu)工程師必須要摒棄按約定辦事，大膽創(chuàng)新，但是前提就是要保證安全，柱、梁、板等組成框架的結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用的是構(gòu)造柱布置靈活，獲得的空間大，但是缺點(diǎn)為抗側(cè)力剛度小，因此一般適用于商場(chǎng)、車站、停車場(chǎng)等公共場(chǎng)所； 在對(duì)框架的設(shè)計(jì)過程中，要注意避免大量使用單跨框架結(jié)構(gòu)，以避免更多的短柱，還要考慮偏心影響梁、考慮地震對(duì)于樓梯的影響，剪力墻結(jié)構(gòu)是使用內(nèi)置建筑物做一些分離壁，其特征是由垂直分力隱藏在填充墻壁，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的雙抗側(cè)力體系，巨大的橫向剛度，在水平荷載作用下整體表現(xiàn)為良好側(cè)向變形小，這樣的效果就可以建立一個(gè)高層建筑。剪斷結(jié)構(gòu)是典型的體系彎曲變形結(jié)構(gòu)，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)控制高剪切的寬比不宜過小，以避免剪切破壞，剛度應(yīng)該是在相似的兩個(gè)方向上，同時(shí)剪力墻設(shè)計(jì)中應(yīng)注意剪切孔布局要統(tǒng)一規(guī)則，緊湊排列成行。剪力墻的兩種基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，主要由兩個(gè)框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架的融合衍生的筒―筒結(jié)構(gòu)、框架―核心筒結(jié)構(gòu)等組成，它們的結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的性能被優(yōu)化，增加了結(jié)構(gòu)的剛性，從而提高結(jié)構(gòu)的性能，可以抵御強(qiáng)度大些的地震災(zāi)害。隨著越來越多創(chuàng)新的建筑風(fēng)格，建筑布局和建設(shè)材料科學(xué)不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展，房屋建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系也會(huì)越來越多。

2.3房屋建筑樓板的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在房屋建筑設(shè)計(jì)中的樓板設(shè)計(jì)，不能簡單的以單向板的作用來進(jìn)行計(jì)算，要考慮到連續(xù)板的作用，如果按照單向板來計(jì)算，就會(huì)造成計(jì)算出的結(jié)果和實(shí)際的情況不符，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的樓板在實(shí)際的使用過程中出現(xiàn)裂縫。接著就是對(duì)于樓板的雙向板的計(jì)算問題，由于泊松比的影響，如果不對(duì)跨中彎矩進(jìn)行精確的調(diào)整，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差。因此，在對(duì)雙向板跨中彎矩鋼筋的鋪設(shè)的方案設(shè)計(jì)中，要盡量采用縱橫疊放，將那些跨度短的鋼筋放于最低端，長的放在上面，要將兩個(gè)方向的有效長度考慮進(jìn)去，這樣才能避免出現(xiàn)漏算、少算荷載量等情況的發(fā)生，保證房屋建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理、安全。

2.4選擇最優(yōu)程序及統(tǒng)計(jì)分析

設(shè)計(jì)者在完成了上述模擬設(shè)計(jì)的工作之后，需要根據(jù)實(shí)際條件選擇最佳的計(jì)算方式，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)程序，力求保證程序可以有最為齊全的用途、最為完善的功能、最為高效的運(yùn)轉(zhuǎn)效率等。最后，則需要對(duì)上述分析的結(jié)論進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和研究，認(rèn)真的衡量、慎重的比對(duì)，從不同的角度思考問題，不可忽視人事利益、經(jīng)濟(jì)利益、施工材料成本以及各個(gè)施工技術(shù)之間的聯(lián)系，站在綜合平衡的角度之上，在節(jié)省了成本的同時(shí)，不可以忽視技術(shù)的改進(jìn)，避免片面的追求經(jīng)濟(jì)效益，而忽視了技術(shù)創(chuàng)新方面的各項(xiàng)工作。

3 結(jié)語

綜上所述，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的工作、要全面進(jìn)行考慮的工程，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的成功、建筑使用的安全意義重大，我們?cè)O(shè)計(jì)人員一定要做到對(duì)于房屋建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范、合理、科學(xué)，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全，保證工程的質(zhì)量，這樣才能保證人們的安全。

篇7

一、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法和技術(shù)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)兩方面。其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包含選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和使用要求的前提下，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)踐價(jià)值筆者認(rèn)為，在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠(yuǎn)效益的前提下，應(yīng)盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，采用設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)可以使建筑工程造價(jià)降低5％～30％。優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時(shí)，它還可為建筑整體性方案設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的決策，優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的“適用、安全和經(jīng)濟(jì)”目標(biāo)的有效途徑。

二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與用地的關(guān)系多層或高層住宅建筑中，總建筑面積是各層建筑面積的總和，層數(shù)越多，單位建筑面積所分?jǐn)偟姆课菡嫉孛娣e就越少。但隨著建筑層數(shù)的增加，房屋的總高度也增加，房屋之間的間距也必須增大。因此，用地的節(jié)約量并不隨建筑層數(shù)的增加而按同一比例遞增。

2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與造價(jià)的關(guān)系建筑層數(shù)對(duì)單位建筑面積造價(jià)有直接影響，但影響程度對(duì)各分部結(jié)構(gòu)卻是不同的。屋蓋部分，不管層數(shù)多少，都共用一個(gè)屋蓋，并不因?qū)訑?shù)增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價(jià)隨層數(shù)增加而明顯下降。基礎(chǔ)部分，各層共用基礎(chǔ)，隨著層數(shù)增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載加大，必須加大基礎(chǔ)的承載力，雖然基礎(chǔ)部分的單位面積造價(jià)隨層數(shù)增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結(jié)構(gòu)，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強(qiáng)承載能力和抗震能力，這些分部結(jié)構(gòu)的單位建筑造價(jià)將有所提高。

3、高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系住宅的層高直接影響住宅的造價(jià)，因?yàn)閷痈咴黾樱瑝w面積和柱體積增加，并增加結(jié)構(gòu)的自重，會(huì)增加基礎(chǔ)和柱的承載力，并使水衛(wèi)和電氣的管線加長。降低層高，可節(jié)省材料、節(jié)約能源，有利于抗震，節(jié)省造價(jià)。同時(shí)，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節(jié)約用地的效果。

在相同建筑面積時(shí)，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數(shù)越小，外墻砌體、基礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價(jià)會(huì)降低。考慮到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、直覺優(yōu)化（概念設(shè)計(jì)優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計(jì)參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細(xì)部的處理更是不盡相同，這些問題是計(jì)算機(jī)無法完全解決的，都需要設(shè)計(jì)人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，這便是前面所說的概念設(shè)計(jì)。因此，概念設(shè)計(jì)存在于設(shè)計(jì)師對(duì)多種備選方案進(jìn)行選擇的過程中。

2、概念設(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑設(shè)計(jì)問題。概念設(shè)計(jì)所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼耍治鋈绾螒?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設(shè)計(jì)過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計(jì)算及構(gòu)造等各個(gè)方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對(duì)稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計(jì)則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)思想。

四、小結(jié)

建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，力求藝術(shù)性和實(shí)用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下，當(dāng)然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實(shí)現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難，另外也不經(jīng)濟(jì)，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載是十分不利的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008：34-36.

篇8

引言

國內(nèi)外學(xué)者在構(gòu)件優(yōu)化方面已經(jīng)進(jìn)行過很多的研究工作,但到目前為止仍沒有一個(gè)滿足各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范條件,符合設(shè)計(jì)人員習(xí)慣,盡可能接近最優(yōu)解,能夠適用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成熟的數(shù)學(xué)模型。盡管如此,但有一個(gè)觀點(diǎn)還是比較明確的,也是大多數(shù)學(xué)者所贊同的,那就是:當(dāng)結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力都達(dá)到最大承載力時(shí),即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的。當(dāng)然,要想各個(gè)構(gòu)件都能如愿的在同一時(shí)間發(fā)揮出所有潛能是很困難的,往往現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中是不可能辦到的。但是,設(shè)計(jì)者可以以此為目標(biāo)來優(yōu)化設(shè)計(jì),讓設(shè)計(jì)盡可能的接近最優(yōu)解,從而達(dá)到降低造價(jià)的最終目的。

1.工程實(shí)例

1.1工程概況

某商住樓,剪力墻結(jié)構(gòu),6度設(shè)防,修正后的基本風(fēng)壓為0.4kN/m2；地下1層,地上32層,嵌固端可取地下室頂板處；地下室層高為3.9m,首層層高為7.1m,2層層高為3.6m,其余各層層高均為2.9m,優(yōu)化前的住宅標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖。

1.2問題的提出和優(yōu)化方法

1.2.1一般地,l/Bmax=7100/18900=0.376>0.35,規(guī)則性判斷為平面不規(guī)則類型中的凹凸不規(guī)則,同時(shí)經(jīng)初步計(jì)算,在盡可能加長墻肢的情況下,即使首層墻厚取400mm,亦無法滿足側(cè)向剛度比的要求,豎向不規(guī)則類型判斷為側(cè)向剛度不規(guī)則。顯然,本工程已有兩項(xiàng)超出規(guī)則性的要求,需按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010中第3.4.4條的要求進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整,并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),若不優(yōu)化平面形狀,盲目采取加強(qiáng)措施,必然要付出沉重的經(jīng)濟(jì)代價(jià),甚至?xí)?duì)“控制成本,降低造價(jià)”造成致命的打擊。由于在建筑平面的中部增加部分樓板對(duì)建筑功能的使用和立面的影響較小,經(jīng)多方協(xié)商,發(fā)展商同意修改,修改后的平面布置。但對(duì)首層商業(yè)區(qū)降低層高的建議因牽連過多,最后決定維持不變。

1.2.2分析建筑圖的剪力墻布置,核心筒位置的墻體布置似乎偏多,剛度偏大。經(jīng)建模初算,其部分計(jì)算數(shù)據(jù)如表1所示。由表中數(shù)據(jù)分析可知,結(jié)構(gòu)平面布置中的核心筒處,其剪力墻數(shù)量有消減的余地。適當(dāng)消弱結(jié)構(gòu)中部的剛度,除了對(duì)控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)有利外,更直接的效果就是降低造價(jià)。假設(shè)所有墻厚均為200mm,僅削去核心筒處的部分墻體,就可減少混凝土用量:0.96× (3.9+7.1+3.6+30× 2.9)≈ 124.2m3以及扣除原有墻體內(nèi)的大量鋼筋,其經(jīng)濟(jì)性是十分可觀的。另外,本工程為高層建筑,核心筒以外的其它墻肢,其長度可每隔5～7層縮短一次,但應(yīng)檢查控制值(如位移比、軸壓比等)是否滿足規(guī)范要求和確保墻肢長度大于墻厚的8倍,避免墻體演變?yōu)槎讨袅Α?/p>

1.23板中受力鋼筋不同強(qiáng)度等級(jí)的使用比較。本工程大部分板塊的板跨都不大,計(jì)算后發(fā)現(xiàn)基本為構(gòu)造配筋,即由最小配筋率控制,而最小配筋率與鋼筋強(qiáng)度等級(jí)直接相關(guān)。本工程標(biāo)準(zhǔn)層的梁板砼強(qiáng)度等級(jí)采用C25,對(duì)比如下:

一級(jí)鋼:ρmin=max{0.2%,0.45ft/fy}

=0.27%

三級(jí)鋼:ρmin=max{0.2%,0.45ft/fy}

=0.20%

2.總結(jié)優(yōu)化方法和途徑

2.1形狀優(yōu)化比尺寸優(yōu)化更有意義在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi),宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則,剛度和承載力分布均勻,平面長度不宜過長,突出部分長度不宜過大；L、l等值宜滿足要求；高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑和內(nèi)收,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小,逐漸均勻變化,不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。相信大部分的結(jié)構(gòu)工程師都曾遇過類似情況:當(dāng)一幢高層建筑的結(jié)構(gòu)平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則、均勻,那么其各項(xiàng)指標(biāo)的校核驗(yàn)算會(huì)很容易滿足規(guī)范的要求,反之,則需花一番苦功才能令各項(xiàng)指標(biāo)勉強(qiáng)滿足規(guī)范要求。結(jié)果可能是墻柱截面尺寸大得驚人,單位面積重量嚴(yán)重超標(biāo),不僅造價(jià)上去了,而且還影響部分建筑功能的使用。筆者認(rèn)為,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定要注重概念設(shè)計(jì),在建筑方案階段就應(yīng)

積極介入,運(yùn)用自己的專業(yè)知識(shí)提出建議,在滿足美觀、適用的前提下,盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則和均勻。這樣一來,結(jié)構(gòu)體系就會(huì)具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。只有這樣,到擴(kuò)初設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段的截面尺寸優(yōu)化才會(huì)有實(shí)質(zhì)性的意義。

2.2剪力墻的平面布置主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)在結(jié)構(gòu)平面布置中,在滿足建筑功能的基礎(chǔ)上,剪力墻宜沿周邊均勻、相對(duì)集中布置。在建筑物的樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位宜布置剪力墻,其間距不宜過大。(2)剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置,抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu),應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式。(3)剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則,剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過大。(4)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意盡量減少短肢剪力墻的數(shù)量,不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)策分析

3.1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)分析

每項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都受到了多項(xiàng)客觀目標(biāo)的影響，而且這些目標(biāo)往往以降低其他目標(biāo)的要求為代價(jià)。而建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化，首當(dāng)其沖就要考慮一種最為合理的方案，使這些相互矛盾的客觀目標(biāo)之間達(dá)到一定的平衡。

3.2建筑結(jié)構(gòu)選型分析

第一建筑結(jié)構(gòu)體系選型與建筑施工的關(guān)系

高層建筑施工工藝的不同,不僅會(huì)影響到材料消耗、勞動(dòng)力、工期及造價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),而且也會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),抗震性能等。所以在高層建筑結(jié)構(gòu)體系選型時(shí)就要對(duì)施工工藝連同其它因素加以權(quán)衡,綜合考慮。現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)主要包括材料、模板及施工三部分。

第二建筑結(jié)構(gòu)抗震體系選定的原則

(1)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震力傳遞路線;(2)具備多道抗震防線,不會(huì)因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效,而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗側(cè)力或承受重力荷載的能力;(3)具有必要的承載力、良好的延性和較多的耗能潛力,從而使結(jié)構(gòu)體系遭遇地震時(shí)具有足夠的防倒塌能力;(4)沿水平和豎向結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度分布均勻,或按需要合理分布,避免出現(xiàn)局部削弱或突變,形成薄弱環(huán)節(jié),從而防止地震時(shí)出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中的危險(xiǎn)。

3.3 建筑中混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi),宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則,剛度和承載力分布均勻,平面長度不宜過長,突出部分長度不宜過大;高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑和內(nèi)收,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小,逐漸均勻變化,不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。

3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析

建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性包含非常廣泛的內(nèi)容。例如傳統(tǒng)中只強(qiáng)調(diào)改進(jìn)建筑材料保溫性、改善建筑體形系數(shù)、提高建筑材料的氣密性等一系列節(jié)能降耗措施,現(xiàn)在建筑隨著形勢(shì)的發(fā)展,人們對(duì)居住環(huán)境不僅從結(jié)構(gòu)性出發(fā),更要在建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性角度考慮,如空間組織、技術(shù)組織、結(jié)構(gòu)設(shè)置、能源與資源利用,以及建筑循環(huán)再利用等方面全面地確立經(jīng)濟(jì)性的原則、方法。

3.5 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論分析

在從事工程項(xiàng)目和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí),除了要考慮設(shè)計(jì)對(duì)象的基本使用功能及安全可靠性外。還應(yīng)該考慮到把它設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)得盡可能完美。這就是工程和結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化問題。用科學(xué)的語言來描述就是: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,搜索到能夠滿足預(yù)定目標(biāo)的、最令人滿意的方案。

4.結(jié)語

根據(jù)自己多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出的見解。優(yōu)化設(shè)計(jì),關(guān)鍵是要有整體和局部的概念,要從整體入手,落實(shí)到局部,整體和局部“兩手抓”

參考文獻(xiàn)：

篇9

Key words: high-rise building; structure design; reinforced concrete; performance

中圖分類號(hào)：TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：

1高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體指標(biāo)控制

計(jì)算判斷結(jié)構(gòu)抗震是否可行的主要依據(jù)是在風(fēng)荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結(jié)構(gòu)的振型曲線，自振周期以及風(fēng)荷載和地震作用下建筑物底部剪力和總彎矩是否在合理范圍中。總體指標(biāo)對(duì)建筑物的總體判別十分有用。譬如說若剛度太大，周期太短，導(dǎo)致地震效應(yīng)增大，造成不必要的材料浪費(fèi)；但剛度太小，結(jié)構(gòu)變形太大，影響建筑物的使用。當(dāng)然建議對(duì)于頂層構(gòu)件可不考慮在內(nèi)，否則很難滿足上述指標(biāo)。另外地震效應(yīng)是與建筑物質(zhì)量成正比,減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施.高層建筑中質(zhì)量大了,不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大,還由于地震作用傾覆力矩大,對(duì)豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力.因此,在小高層建筑房屋中,結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用高強(qiáng)度材料,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和圍護(hù)墻體應(yīng)有用輕質(zhì)材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構(gòu)件的內(nèi)力，使構(gòu)件截面變小，又可減小結(jié)構(gòu)剛度與地震效應(yīng)，不但能節(jié)省材料，降低造價(jià)，還能增加使用空間。

對(duì)于小高層住宅結(jié)構(gòu)而言，在結(jié)構(gòu)選型上應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

《抗規(guī)》、《高規(guī)》在這方面要求了相當(dāng)多的限制條件，例如:平面規(guī)則性信息、豎向抗側(cè)力、剛度變化宜均勻等，而且，《抗規(guī)》采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很重要的。

1.2上部結(jié)構(gòu)嵌固端的設(shè)計(jì)

由于小高層住宅一般都帶有一層或一層以上的地下室或人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，我們?cè)谇豆潭藰前宓脑O(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性等問題上都要認(rèn)真考慮，不得忽視。

1.3短肢剪力墻的設(shè)計(jì)

由于目前的住宅內(nèi)部空間以及美觀的要求，以及建筑造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理的要求，從而對(duì)結(jié)構(gòu)體系的要求也隨之提高，剪力墻結(jié)構(gòu)(含部分短肢剪力墻)就是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)(含部分短肢剪力墻)能夠較好地完成建筑要求，并且較為經(jīng)濟(jì)合理

2 性能分析

2.1 抗震性能分析

對(duì)結(jié)構(gòu)體系來說足夠的承載能力和變形能力是兩個(gè)同時(shí)需要滿足的條件。結(jié)合概念設(shè)計(jì)的理念，對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行對(duì)比分析，電算程序可以采用中國建筑科學(xué)研究院編制的結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，還要求其有適當(dāng)?shù)膭偠取８邔咏Y(jié)構(gòu)的使用功能和安全與其側(cè)移的大小密切相關(guān)，過大的側(cè)向變形會(huì)使隔墻、維護(hù)墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結(jié)構(gòu)分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計(jì)算出各結(jié)構(gòu)體系層間位移角，剪力墻結(jié)構(gòu)小于框剪結(jié)構(gòu)，但均小于規(guī)范要求，且富裕量較大，說明兩種結(jié)構(gòu)體系滿足剛度要求。但就使用性能方面，剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻體太多，結(jié)構(gòu)自重大，導(dǎo)致了較大的地震作用，混凝土和鋼材用量也較高;同時(shí)也增加了基礎(chǔ)工程的投資，而且限制了建筑上的靈活使用。而框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是平面使用靈活，適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，能使框架、剪力墻兩種有著不同變形性能的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)很好地協(xié)同發(fā)揮作用。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。由框架構(gòu)成自由靈活的使用空間，容易滿足不同建筑功能的要求;同時(shí)剪力墻具有相當(dāng)大的抗側(cè)移剛度，從而使框一剪結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力，也大大減少了結(jié)構(gòu)的側(cè)移。

2.2 經(jīng)濟(jì)性比較

我們通過對(duì)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費(fèi)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面直接費(fèi)相差不是很多，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最大，框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最小，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出12.5%，比大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出7.3%，大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出4.9%。三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)的次要項(xiàng)目造價(jià)基本相同。單位面積造價(jià)框架――剪力墻結(jié)構(gòu)的最小，大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的次之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的會(huì)稍微較大些，然而三種結(jié)構(gòu)體系直接費(fèi)最大相差不到45元/。

3小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素

在低層住宅中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);而在小高層住宅中，盡管豎向荷載仍對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對(duì)某一特定建筑來說，豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

3.2 軸向變形不容忽視

對(duì)于采用框架――剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，這就使得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)，此種差異軸向變形將會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座產(chǎn)生沉陷，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。

3.3 側(cè)移成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)

與低層住宅不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移己成為小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移一般與房屋高度H 的四次方成正比。在設(shè)計(jì)小高層住宅時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，而且還要有足夠的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。這是因?yàn)?

a.過大的側(cè)移會(huì)使人不舒服，影響房屋的正常使用。

b.過大的側(cè)移會(huì)使隔墻、圍護(hù)墻以及它們的高級(jí)飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，也會(huì)使電梯軌道變形而導(dǎo)致不能正常運(yùn)行。

c.過大的側(cè)移會(huì)因P -效應(yīng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至因側(cè)移與附加內(nèi)力的惡性循環(huán)導(dǎo)致建筑物的倒塌。

3.4 結(jié)構(gòu)延性是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)

相對(duì)于低層住宅而言，小高層住宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

4小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法

當(dāng)前，在無成熟的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析軟件的情況下，主要是應(yīng)用小高層住宅結(jié)構(gòu)分析軟件，采用人工分析進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的方法對(duì)不同的結(jié)構(gòu)選型和布置不斷的進(jìn)行方案分析比較，以獲得比較理想的結(jié)構(gòu)方案，這是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的也是最簡單的優(yōu)選或者說是優(yōu)化方法。用概念設(shè)計(jì)的方法所得的方案是較合理、經(jīng)濟(jì)的，雖其費(fèi)工費(fèi)時(shí)、對(duì)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)要求較高，但這種依靠設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工優(yōu)化的方法仍是當(dāng)前所普遍采用的主要方法。對(duì)于同一小高層住宅方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)(包括基礎(chǔ))布置方案;確定了結(jié)構(gòu)布置的小高層住宅物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法;分析過程中設(shè)計(jì)參數(shù)、材料、荷載的取值也不是唯一的;小高層住宅物細(xì)部的處理更是不盡相同等等，這些問題目前計(jì)算機(jī)是無法完全解決的，都需要設(shè)計(jì)人員自己做出判斷。

5結(jié)語

總之，高層設(shè)計(jì)時(shí)，做好概念設(shè)計(jì)，根據(jù)房屋的建造地點(diǎn)，平立面體形，層數(shù)多少，在滿足安全性、耐久性與舒適性要求的前提下采用合理的結(jié)構(gòu)體系。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中精打細(xì)算，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范構(gòu)造要求對(duì)于整個(gè)建筑物，保證安全，降低造價(jià)影響巨大，這也是我們?cè)诮窈笤O(shè)計(jì)中不斷提高及改進(jìn)的。

參考文獻(xiàn)

篇10

一、預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析

（一）對(duì)預(yù)應(yīng)力超靜定結(jié)構(gòu)的受力分析

利用錨具和預(yù)應(yīng)力筋對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，被稱為調(diào)整力系；利用設(shè)計(jì)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，這種作用由結(jié)構(gòu)的功能來決定，被稱作為工作力系，而所說的調(diào)整力系和工作力系也是后張預(yù)應(yīng)力混凝土受力的兩種形式。作為其中的工作力系，對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生破壞，但調(diào)整力系則可以對(duì)工作力系之下的結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行改善，使得通過人為的施加力得到自身內(nèi)力的調(diào)整。有兩個(gè)方面可以影響到預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的作用效果，也就是預(yù)應(yīng)力筋的布束形式和張拉力形式。如結(jié)構(gòu)中的控制斷面的內(nèi)力要同時(shí)被調(diào)整到所需的條件狀態(tài)，就要在合理的預(yù)應(yīng)力筋的布束形式下進(jìn)行。假使預(yù)應(yīng)力筋的布束形式不夠合理，預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量就會(huì)有所增加，其對(duì)結(jié)構(gòu)控制斷面的內(nèi)力調(diào)整的效果也是有差異的。所以，預(yù)應(yīng)力筋的曲線幾何位置是要在常規(guī)中進(jìn)行反復(fù)調(diào)整的，除此之外，因受到梁截面面積的大小限制，梁端的錨具布置就會(huì)出現(xiàn)障礙，此時(shí)，就要進(jìn)行粱下的直線預(yù)應(yīng)力筋的布置。當(dāng)設(shè)計(jì)荷載設(shè)定以后，混凝土的工作力系值就固定了下來，加之結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)都被限制在一定的程度內(nèi)，通過這樣的設(shè)定，預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)也就擁有了一個(gè)合理的調(diào)整力系，使得結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)內(nèi)容的檢驗(yàn)都能夠符合規(guī)定的要求。

（二）對(duì)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)變量的分析

極限狀態(tài)以及承載能力的極限狀態(tài)是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中配筋設(shè)計(jì)所要滿足的規(guī)范和規(guī)定，并對(duì)此進(jìn)行變形、抗裂、承載力、和應(yīng)力的驗(yàn)算。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般利用結(jié)構(gòu)的高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行主要的控制，預(yù)應(yīng)力筋的配筋則對(duì)抗裂進(jìn)行控制。如果出現(xiàn)承載力的要求不能被預(yù)應(yīng)力筋量滿足時(shí)，就要進(jìn)行對(duì)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的增配工作。所以，作為預(yù)應(yīng)力的初步設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力配筋則可受到結(jié)構(gòu)抗裂性的要求進(jìn)行控制。混合式的曲線與直線配筋和單獨(dú)的曲線配筋是預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中常用的兩種布束方式，在初步設(shè)計(jì)中，預(yù)應(yīng)力的沿力筋可視為不變，其損失也就不需要進(jìn)行考慮。依據(jù)等效荷載法，結(jié)構(gòu)所受的曲線預(yù)應(yīng)力作用可以被視為調(diào)整力系的作用。

二、工程應(yīng)用實(shí)例

（一）工程概況

位于杭州市的杭州大劇院是該市的一項(xiàng)重大工程，作為杭州市的標(biāo)志性建筑，杭州大劇院的高度為46.4米，面積可達(dá)5萬平方米，地上有十層，地下有四層，具備多功能廳、大廳、主舞臺(tái)、左右舞臺(tái)、后臺(tái)、音樂廳等較多的附屬結(jié)構(gòu)。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)布置而言，其建筑設(shè)計(jì)的要求非常嚴(yán)格，杭州大劇院的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，直柱、剪力墻、曲柱、梁、板組成等超靜定結(jié)構(gòu)是它所采用的結(jié)構(gòu)體系。為了滿足大劇院使用功能對(duì)空間的要求，其建筑使用了預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)，并且跨度很大。其中，該建筑的大廳的預(yù)應(yīng)力梁跨度為25米，設(shè)計(jì)荷載也是比較的大。上方預(yù)應(yīng)力梁現(xiàn)澆和剪力墻是該劇院大廳所采用的結(jié)構(gòu)，高位24米，側(cè)墻長31米，厚度為500毫米。為了滿足建筑管道的布置要求，沿墻長方向還設(shè)有7道豎向間隔縫，寬度為500毫米，墻體由此被分為8個(gè)薄壁墻肢。為使得結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所增強(qiáng)，其它結(jié)構(gòu)體系還與前后剪力墻相連。由于設(shè)計(jì)荷載的作用，側(cè)墻的薄壁墻肢所要承受的彎矩非常的大，使得處于受壓的偏心狀態(tài)。但因?yàn)榧袅Φ牧焊吆秃穸纫延辛艘?guī)定的要求，因此預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的關(guān)鍵則是預(yù)應(yīng)力的梁體設(shè)計(jì)的抗裂性要求的滿足方式，其還要能夠使得剪力墻所承受的巨大彎矩有所減小，使預(yù)應(yīng)力的鋼束能夠得到合理的配置。

（二）就大劇院的大廳預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，其實(shí)際結(jié)構(gòu)是所建立的空間三維的計(jì)算模型的有限元軟件ANSYS所建立的結(jié)構(gòu)。計(jì)算表明，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)被薄壁墻肢上端的彎矩所控制，為此，建筑的三個(gè)控制截面分別為薄壁墻肢上端、梁端截面以及梁的跨中截面。

結(jié)束語

總的來說，就建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)來說，設(shè)計(jì)方案和要求將預(yù)應(yīng)力的配筋設(shè)計(jì)限制了起來，常規(guī)的簡化方法并不能有效的對(duì)其問題進(jìn)行解決，但在后張預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)中，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力能夠得到良好的調(diào)整，因此，建筑的設(shè)計(jì)目標(biāo)就更加的明確起來。作為預(yù)應(yīng)力的初步設(shè)計(jì)，梁、墻剛度比會(huì)影響到預(yù)應(yīng)力筋的布束，而布束位置在確定以后，又受到了設(shè)計(jì)荷載的影響，為此，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)與有限元計(jì)算的結(jié)合，才可以創(chuàng)建一個(gè)合理的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的方案來。

篇11

某水庫是以發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉和城鎮(zhèn)供水為主，兼有農(nóng)村人畜飲水等功能的一項(xiàng)綜合性水利工程，壩址以上集雨面積101.65km2，水庫正常蓄水位1416.00m，死水位1376.50，設(shè)計(jì)洪水位1416.36，校核洪水位1418.32m，總庫容1995×104m3，興利庫容1345×104m3，死庫容425×104m3，最大壩高95m，壩頂高程1419.80m。工程等別Ⅲ等，工程規(guī)模為中等，其永久性建筑物大壩按2級(jí)設(shè)計(jì)，壩型為砼面板堆石壩，建設(shè)工期29個(gè)月。

2壩址地形地質(zhì)條件

河流總體為向左岸（NW）凸出，流向?yàn)镹60°E轉(zhuǎn)E，下游側(cè)轉(zhuǎn)至N45°E；壩址段河谷為不對(duì)稱或基本對(duì)稱“V”字型谷，河床高程1322―1330m，壩址壩段長約480m。設(shè)計(jì)正常蓄水位1416.0m時(shí)，谷口寬約210m，寬高比約3；左、右岸山脊高程大于1515.00m。左岸坡地形零亂，為一約凸出的山脊地形，沖溝較發(fā)育；右岸地形相對(duì)單一，總體為一凸出的山脊地形。壩址區(qū)主要出露（P3l+d）砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)粘土巖及煤層；（T1f1）粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及粘土巖；（T1f2-1）粉砂質(zhì)泥巖、紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及砂巖、紫紅色泥巖等；第四系殘坡積層（Qel+dl）；沖洪積層（Qal+pl）；崩塌堆積（Qcol）。壩址區(qū)巖體較完整，巖層產(chǎn)狀為N75°―85°W/SW∠60°―70°，壩址區(qū)未見較大的褶皺及斷層等通過，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育4組裂隙。壩址區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為崩塌堆積、采空塌陷及巖體風(fēng)化：①崩塌體：主要分布于壩軸線上游側(cè)兩岸坡，左岸（3#崩塌體）估計(jì)方量約3萬m3；右岸（4#崩塌體）估計(jì)方量約4.5萬m3，成份主要為粘土夾塊石，未見架空現(xiàn)象，堆積較密實(shí)；②采空塌陷：主要分布于下壩址下游左岸，地表已形成多個(gè)塌坑，房屋大部分已經(jīng)開裂，局部已塌陷。③巖體風(fēng)化：左岸強(qiáng)風(fēng)化深9.00―20.00m；河床強(qiáng)風(fēng)化深3.00―9.00m；右岸強(qiáng)風(fēng)化深13.00―18.00m。壩址區(qū)為碎屑巖地層，地下水主要為基巖溶隙水，巖體透水性弱，屬相對(duì)隔水層。兩岸地下水補(bǔ)給河水。壩址區(qū)為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組第二段第一亞段（T1f2-1）粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等，巖體呈互層狀結(jié)構(gòu)，巖層傾右岸略偏上游。根據(jù)試驗(yàn)物理力學(xué)指標(biāo)：砂巖強(qiáng)度較高，巖塊飽和抗壓強(qiáng)度大于40MPa；泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)度一般，巖塊飽和抗壓強(qiáng)度小于20―30MPa；粉砂質(zhì)泥巖、泥巖強(qiáng)度較低，巖塊飽和抗壓強(qiáng)度小于20MPa，經(jīng)過綜合分析及工程類比法，壩基巖體承載力建議值：砂巖為2500―3500kPa；泥質(zhì)粉砂巖為2000―2500kPa；粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為1000―1500kPa。由于壩基以軟質(zhì)巖及較軟巖為主，剛性壩建基面應(yīng)置于弱風(fēng)化中下部巖體，但巖體物理力學(xué)指標(biāo)較低，需重視壩基巖體壓縮變形問題；柔性壩建基面可置于強(qiáng)風(fēng)化巖體上，但上游側(cè)趾板處在崩塌體上，開挖難度及開挖量較大[1，2]。根據(jù)地形地質(zhì)條件分析，由于壩基以軟質(zhì)巖及較軟巖為主，不宜于修建剛性壩，所以以面板堆石壩為代表壩型進(jìn)行樞紐布置。

3混凝土面板堆石壩方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

面板堆石壩方案樞紐布置為：面板堆石壩+右岸溢洪道+右岸取水兼放空隧洞等。首部樞紐布置如圖1所示。3.1面板堆石壩（1）壩體結(jié)構(gòu)參數(shù)壩軸線方位NW51.290，壩頂長272.7m，寬6.5m，壩頂高程1419.8m，防浪墻高程1421.0m，建基面高程1321.00m，最大壩高98.6m。上游壩坡1：1.4，下游壩坡1：1.3，下游壩坡分別在1357m、1387m高程設(shè)置2m寬的馬道。大壩壩體結(jié)構(gòu)為：上游防滲面板+墊層區(qū)+過度區(qū)+主堆石區(qū)+下游堆石區(qū)+下游塊石護(hù)坡+大塊石護(hù)腳。砼面板堆石壩標(biāo)準(zhǔn)斷面剖面，如圖2所示。（2）壩頂設(shè)計(jì)根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL228-2013），綜合考慮壩高、交通及壩頂布置等要求[3]，并參照一般工程經(jīng)驗(yàn)取壩頂寬度9.00m。壩頂上游設(shè)防浪墻，下游設(shè)欄桿，壩頂面做成單側(cè)排水坡，坡度為1%。防浪墻采用L型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻底高程1417.0m，高出正常蓄水位1.0m，墻高4.0m，與面板相接處設(shè)伸縮縫及相應(yīng)止水。（3）混凝土面板面板厚度：按控制水力梯度小于200，便于鋼筋及止水布置時(shí)的較小厚度設(shè)計(jì)，采用由頂部向底部逐漸增厚的形式，頂部厚度0.30m。垂直縫間距為12m面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C25、二級(jí)配；抗?jié)B等級(jí)W12；抗凍等級(jí)F100；水泥為525#普通硅酸鹽水泥；摻用符合標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰[4]。根據(jù)規(guī)范要求，面板為單層雙向配筋，縱向配筋率0.4%，橫向配筋率0.4%，周邊縫及受壓伸縮縫附近面板內(nèi)，布置加強(qiáng)筋。（4）趾板趾板建基面宜置于堅(jiān)硬的基巖上，厚度0.8m。趾板建基面為弱風(fēng)化上部或強(qiáng)風(fēng)化下部，弱風(fēng)化巖體允許水力梯度為10―20，強(qiáng)風(fēng)化巖體允許水力梯度為5―10。（5）壩體分區(qū)壩體自上游至下游依次分為石碴蓋重區(qū)（1B）、粘土鋪蓋區(qū)（1A），混凝土面板（F）、墊層區(qū)（2A）、周邊縫下特殊墊層區(qū)（2B）、過渡層區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、次堆石區(qū)（3C）、大塊石護(hù)腳（3F）及下游塊石護(hù)坡區(qū)（3D）。墊層區(qū)采用上、下等寬布置，其水平寬度取3.00m。過渡區(qū)上、下等寬布置，其水平寬度采用3.00m。主、次堆石區(qū)在上、下游方向以壩軸線下游3.00m處高程1407.00m的點(diǎn)為起點(diǎn)、1:0.4傾向下游坡線為分界線，上游為主堆石區(qū)3B，下游為次堆石區(qū)3C；下游最高水位為1331.17m，留有余地，以1332.00m高程作為濕潤和干燥區(qū)的分界線。在豎直方向1332.00m高程以上為次堆石區(qū)3C，以下為堆石排水區(qū)3F。下游坡面設(shè)水平寬度為0.6m的大塊石護(hù)坡。在1355.00m高程以下的面板上游，設(shè)頂部寬度為2.00m，坡度為1:1.6的鋪蓋區(qū)；鋪蓋區(qū)上游設(shè)頂寬4.00m、坡度為1:2的土石蓋重區(qū)。（5）分縫及止水周邊縫為面板與趾板間的分縫，采用三道止水。頂部止水由縫口Φ70mm橡膠棒、柔性填料和橡膠波形止水帶覆蓋組成；中部止水為“Ω”型紫銅片，布置在周邊縫中央偏表部；底部止水采用“F”型紫銅片。由于面板垂直縫的張、壓特性事先不能準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，從保證止水系統(tǒng)完整性出發(fā)，止水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均按張性縫處理[5]。面板垂直縫采用兩道止水，底部設(shè)“W”型紫銅片止水；頂部止水由Φ40mm橡膠棒、柔性填料和橡膠波形止水帶覆蓋組成。防浪墻與面板間水平縫，設(shè)頂、底兩道止水，底部采用“W”型紫銅片止水，頂部與面板頂部止水相同。每12.0m設(shè)一條沉降縫。縫內(nèi)設(shè)一道紫銅片止水，止水帶與防浪墻底部的止水銅片相接。3.2溢洪道溢洪道采用岸坡式開敞式溢洪道，緊鄰右壩肩布置，由引渠段、控制段、泄槽段和消力池段組成。引渠段主要是將庫水平順地引入控制閘，引渠底板高程1407.00m，軸線長98.848m，引渠底板厚200mm。閘室控制段基礎(chǔ)置于新鮮的砂質(zhì)泥巖上，閘室采用3孔布置，溢流凈寬16.00m，中墩厚2m，邊墩厚度2.0m，總寬24.00m；閘室沿水流向長18.249m（樁號(hào)溢0+000.000―溢0+018.249），閘室頂高程與大壩壩頂齊平，上部設(shè)啟閉機(jī)室及交通橋；閘室底部及兩側(cè)灌漿帷幕與壩肩及右岸山體連接。泄槽底坡根據(jù)泄槽內(nèi)水流平穩(wěn)、水面線平順的原則，并結(jié)合地形盡可能減少開挖和回填工程量等要求研究形成緩坡、陡坡結(jié)合的型式。樁號(hào)溢0+018.249―溢0+032.520段為側(cè)收縮段，坡降i=0.0167，收縮段首端寬22m，尾端寬16m，側(cè)墻采用C20鋼筋砼厚2m，底板采用C30鋼筋砼厚0.5m；收縮段后接緩坡段（樁號(hào)溢0+032.520―溢0+046.792），底坡i=0.0167，長14.274m；緩坡后接一北盤江段拋物線（樁號(hào)溢0+046.792―溢0+075.843），拋物線方程為：y=0.017x+0.012x?，長31.414m；拋物線后接陡坡段（樁號(hào)溢0+075.843―溢0+124.450），底坡i=0.714，長約59.733m；陡坡段后接圓弧段（樁號(hào)溢0+124.450―溢0+136.380），圓弧半徑R=10m，長14m，圓弧段后再接陡槽段（樁號(hào)溢0+136.380―溢0+199.610），底坡i=0.714，長約71.310m。泄槽段為矩形橫斷面，寬度16米，混凝土底板襯砌厚0.5m，側(cè)墻高3.34m，厚1m。泄槽段總長度約205m。泄槽后設(shè)置消力池，消力池長34.983m，寬16m，底板高程1319.60m，泄槽與消力池采用反弧段連接，反弧半徑R1=6m。3.3取水兼放空工程根據(jù)大壩樞紐布置情況，結(jié)合地形地質(zhì)條件及面板堆石壩相關(guān)特性，從方便施工，節(jié)約工程投資等多方面考慮，取水方式采用取水放空工程與施工導(dǎo)流工程三洞合一，進(jìn)口段采用龍?zhí)ь^方式。取水兼放空隧洞進(jìn)口底板高程為1360.25m，高于淤沙高程1359.00m。進(jìn)口塔架段長8.85m，寬6.5m，頂部高程與大壩壩頂高程相同，為1419.8m。進(jìn)口塔架上布置啟閉機(jī)室及交通橋。根據(jù)進(jìn)口段的地形條件，在1419.8m高程布置交通道路，與右岸坡公路相連接。取水口進(jìn)口為三面收縮的喇叭型，并設(shè)置固定式攔污柵，孔口尺寸為2.0×1.5m（寬×高）；攔污柵后設(shè)置1扇檢修閘門，孔口尺寸為1.5×1.5m；閘門后為漸變段，長3.0m，后接φ1500厚度為14mm的壓力鋼管，引水至大壩下游。取水兼放空管龍?zhí)ь^段（管0+000.000―0+051.773）采用埋管型式，管外回填C20砼厚0.6m，龍?zhí)ь^段與導(dǎo)流洞交接段采用C15砼回填，回填段長20m；鋼管與防滲帷幕線交接段采用31m長的C20砼堵頭封堵。取水兼放空隧洞出口依次設(shè)置閘閥和六聲道超聲波流量計(jì)，閘閥內(nèi)徑1.5m，用于控制流量。鋼管在導(dǎo)流洞出口分岔，支管管徑均為1.0m，分別用于輸水和放空。

4基礎(chǔ)處理優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1壩基開挖壩址河段河谷狹窄，河谷兩岸及河床出露地層為T1yn1-3，上部巖性以灰色薄至厚層灰?guī)r為主，夾灰至灰綠色薄至中厚層泥質(zhì)灰?guī)r、薄層泥灰?guī)r，下部為極薄層泥灰?guī)r夾薄至中厚層灰?guī)r條帶，巖石強(qiáng)度較高，屬中硬巖-硬質(zhì)巖類。巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化至新鮮巖體結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育（多閉合），無貫穿性結(jié)構(gòu)面，巖體較完整，強(qiáng)度較高，抗滑、抗變形性能力較強(qiáng)；強(qiáng)風(fēng)化巖體卸荷帶較發(fā)育，巖體完整性相對(duì)較差，抗滑、抗變形性能力受結(jié)構(gòu)面和巖塊間嵌合能力控制。壩址巖層產(chǎn)狀為N70°―85°W/SW∠55°―∠60°，總體傾向上游偏右岸，壩址區(qū)未見大的地質(zhì)構(gòu)造形跡，主要以小規(guī)模層間錯(cuò)動(dòng)帶、擠壓破碎帶為主，局部有小規(guī)模繞曲現(xiàn)象。根據(jù)壩址地質(zhì)情況，河床段大壩建基面置于弱風(fēng)化下部，接近壩頂高程的拱圈建基面置于弱風(fēng)化中、上部，接近河床的拱圈建基面至于弱風(fēng)化底部或微風(fēng)化上部。由于左壩肩下游有崩塌堆積體（已清除），因此，適當(dāng)加深了左拱圈的嵌深。大壩開挖深度除考慮地質(zhì)因素外，還需滿足壩基（肩）抗滑穩(wěn)定要求，平均法向嵌深16.0―24.0m。開挖邊坡基巖按1：0.3邊坡開挖，河床沙礫石按1：1邊坡開挖。由于兩岸坡地形較陡，為防止沿基礎(chǔ)接觸面滲漏，并增強(qiáng)表層固結(jié)灌漿效果，大壩左右兩岸建基面作接觸灌漿處理[6]。壩基（肩）開挖后，由于左岸岸坡較陡，在大壩左、右壩肩形成10.0―15.0m高的開挖邊坡，為保證施工期及運(yùn)行期邊坡穩(wěn)定，對(duì)該邊坡采取的主要措施是“Φ25系統(tǒng)錨桿+C20噴混凝土+Φ8鋼筋網(wǎng)（雙層）”支護(hù)，錨桿間距3.0m，深入巖層長度3―5.0m，呈梅花型布置。4.2固結(jié)灌漿大壩基礎(chǔ)開挖過程中，爆破震動(dòng)可能使巖體松動(dòng)，并存在部分裂隙向壩基巖體內(nèi)延伸發(fā)展的可能性，從而降低其承載力。因此，為保證壩基巖體的完整性，提高基礎(chǔ)承載能力，需對(duì)大壩基礎(chǔ)作固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿孔布置于整個(gè)壩基面，沿壩底寬度方向按7排呈梅花形布置，排距3.0m，沿壩基面縱向孔距3.0m，除上游面三排孔深15m外，其余孔深8m，灌漿壓力0.3―0.5MPa。4.3防滲帷幕壩址區(qū)為T1yn1-3地層，巖層總體傾向上游偏右岸，兩岸坡巖體為弱巖溶含水層，主要為基巖裂隙水。岸坡及河床強(qiáng)至弱風(fēng)化巖體裂隙較發(fā)育，滲漏型式主要為庫首繞壩裂隙性滲漏和岸坡層間滲漏，擬采用帷幕灌漿解決滲漏問題，降低壩基滲透壓力，保證壩肩穩(wěn)定。由于壩址區(qū)為弱巖溶發(fā)育區(qū)，可能存在巖溶管道水，防滲邊界考慮接上游T1yn2及下游T1f2碎屑巖地層，根據(jù)最短布置原則，左岸邊界接T1f2，右岸邊界接T1yn2，同時(shí)下限滿足帷幕端點(diǎn)進(jìn)入地下水位以下10―15m為宜；河床壩段防滲帷幕下限深入建基面以下0.3―0.7倍壩高，同時(shí)保證透水率小于3Lu。防滲帷幕采用單排孔，孔距為3m，左、右岸帷幕端點(diǎn)為地下水位與正常蓄水位的交點(diǎn)，防滲下限深入地下水水位線以下15m。壩基帷幕灌漿施工按1347.0m高程以下在灌漿廊道中進(jìn)行，1347.0m高程以上從壩頂鉆孔進(jìn)行，分層實(shí)施，帷幕灌漿最大孔深81m。兩岸的防滲帷幕主要為露天灌漿，灌漿壓力按孔口段1.5倍水頭，孔底段2倍水頭控制。

篇12

Abstract: with the development of economy, improve the people's living standard, the building structure design of building structure in the design optimization is one of the effective ways of China's construction enterprises to achieve sustainable development. The paper discussed the optimization design of building structure design of building structure.

Keywords: building structure design; structure design; optimization

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

由于建筑工程所涉及到的內(nèi)容非常豐富，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化所包含的內(nèi)容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作包括對(duì)房屋總體結(jié)構(gòu)和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個(gè)大的內(nèi)容，其中，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建主結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的具體內(nèi)容，第一，房屋基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容。第二，房屋頂部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。第三，房屋的維護(hù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎(chǔ)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)進(jìn)行控制，也就是要對(duì)“房屋的造價(jià)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)”。

之所以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有限的空間和資源進(jìn)行充分利用，提高各種設(shè)備和材料的使用效率，盡量使優(yōu)化結(jié)構(gòu)下所建筑的房屋能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價(jià)，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要積極應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以推動(dòng)建筑工程企業(yè)的常遠(yuǎn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。

2.常用的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)

常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)有很多種，不同的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果也是不同的，而由于各種優(yōu)化技術(shù)都具有自身的特征，對(duì)建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)就需要對(duì)房屋建筑工程的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，而基本優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分為以下兩種。

2.1概念設(shè)計(jì)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

概念設(shè)計(jì)技術(shù)指的是“設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多種方案進(jìn)行分析并優(yōu)化選擇方案的過程”。概念設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)中主要應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)布置、房屋結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)處理、荷載量的確定、參數(shù)選擇等部分的設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員要對(duì)房屋施工方案進(jìn)行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。

2.2概念設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

概念設(shè)計(jì)在房屋的建筑設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應(yīng)用在房屋的抗震性設(shè)計(jì)當(dāng)中，如果房屋抗震性能差，在發(fā)生地震時(shí)則會(huì)造成重大的損失，因此，房屋建筑設(shè)計(jì)中的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。然而發(fā)生地震的隨意性是非常大的，不同地區(qū)的地震等級(jí)、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求，相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算難度也非常大。概念設(shè)計(jì)是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價(jià)因素，選擇抗震性和經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)的方案。”因此，在房屋建筑設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實(shí)這種思想也是多途徑設(shè)防的思想，多途徑設(shè)防思想是指“在發(fā)生大地震時(shí)，先破壞房屋次要的結(jié)構(gòu)，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結(jié)構(gòu)不遭到破壞。”

3.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進(jìn)行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、從信息化自動(dòng)化角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，具體而言房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略大致有以下幾點(diǎn)。

3.1優(yōu)化選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)類型

不同的形式的房屋建筑結(jié)構(gòu)類型是會(huì)產(chǎn)生不同的造價(jià)管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種，第一，剪力墻結(jié)構(gòu)類型。該類型主要應(yīng)用于高層房屋建筑中，所依托的基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，該種優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型同“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)類型相比就有抗震性能強(qiáng)、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結(jié)構(gòu)類型。這種類型主要優(yōu)點(diǎn)在于開間大、靈活布局、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點(diǎn)，柱的截面面積比較大，抗震能力相對(duì)較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結(jié)構(gòu)類型。這種類型的結(jié)構(gòu)是對(duì)剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實(shí)際應(yīng)用能力也比較強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)的最突出特點(diǎn)就是抗側(cè)力能力比較強(qiáng)。

綜上所述的三種房屋結(jié)構(gòu)類型，無論是哪種都會(huì)有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型選擇過程中一定要從建筑質(zhì)量和建筑成本兩個(gè)角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對(duì)于建筑質(zhì)量一定要符合業(yè)主和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而對(duì)于建筑成本控制來說，要對(duì)房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實(shí)際施工能力等進(jìn)行分析和選擇，最好是實(shí)現(xiàn)利益均衡。

3.2積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的變量比較多，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)中存在的各種復(fù)雜因素，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，比如應(yīng)用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。

3.3節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ)，并積極應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)中的方法。首先，優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計(jì)的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。維護(hù)結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對(duì)于門窗而言，在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。

4.結(jié)語

從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要綜合進(jìn)行的，雖然本文簡單的提出了三點(diǎn)優(yōu)化策略，但是在實(shí)際應(yīng)用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的優(yōu)化方式也是不同的，還需要設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)之前對(duì)房屋建筑工程實(shí)際狀況進(jìn)行深入了解。

參考文獻(xiàn)

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篇13

隨著現(xiàn)代城市進(jìn)程的不斷加快，城市建筑的功能化和多元化要求也越來越高，人們?cè)谧非蠼ㄖ踩唾|(zhì)量可靠的基礎(chǔ)上，更加開始注重建筑的舒適度、環(huán)保性等。輕質(zhì)高新材料和新的設(shè)計(jì)理論的快速發(fā)展，和現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷應(yīng)用，為建筑結(jié)構(gòu)的改善提供了更強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)代提倡的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保大環(huán)境背景下會(huì)越來越有必要。因此，加強(qiáng)有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討，對(duì)于提高建筑結(jié)構(gòu)的良好性能和建筑的整體質(zhì)量具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其原則

1.1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在符合各種特定要求和某些規(guī)范條件下，能夠使結(jié)構(gòu)的剛度、造價(jià)、重量等目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在可用的設(shè)計(jì)方案和措施中選擇最為有效和高質(zhì)的方法。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程一般是條件-分析-搜索-最優(yōu)設(shè)計(jì)，其始終綜合性的結(jié)構(gòu)分析過程。搜索是指對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和優(yōu)化的過程，它首先會(huì)分析設(shè)計(jì)方案能否符合各種目標(biāo)條件，如果不能，則對(duì)其進(jìn)行規(guī)則性的修改，從而逐漸接近預(yù)期目標(biāo)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)目的就是在所有的可選設(shè)計(jì)方案和措施中選擇造價(jià)最低、材料最省、最接近預(yù)期目標(biāo)的方案，這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際就是在“比較和分析”基礎(chǔ)上逐步演變成“優(yōu)選和綜合”過程，這對(duì)于工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要作用。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則

1.2.1安全性。安全性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的首要考慮因素。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要在設(shè)計(jì)階段、決策階段綜合考慮建筑的安全性，在保證建筑結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上開展的優(yōu)化。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)性。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性原則是指能夠在新的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下完善資源配置，就是在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，能夠?qū)Ω黝愘Y源材料實(shí)現(xiàn)最高的利用率和最大程度的節(jié)約，從而最大化的節(jié)省成本。此外，對(duì)于部分稀缺材料的應(yīng)用，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要盡可能減少材料使用量，減少建材使用成本。

1.2.3 功能性。建筑的主要作用就是為人類提供重要的生存環(huán)境，因此建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)也是盡最大可能滿足人們的各種建筑需求。現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了要加強(qiáng)傳統(tǒng)的使用功能，還要不斷提高建筑的協(xié)調(diào)性、智能化、美觀性和舒適性等，以此不斷使最大限度的發(fā)揮建筑的功能性需求。

1.2.4環(huán)保性。環(huán)保性原則是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中必須重視的一條重要原則。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)通過整體布局環(huán)保、建筑材料環(huán)保等多方面來實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。在建筑的整體布局中，要在加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)主體環(huán)保的基礎(chǔ)上，不斷改善建筑過程中廢舊材料的利用率和提高建筑未來使用中對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。在選擇建筑材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)在確保建筑安全性和功能性的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)環(huán)保型材料的選取。

2、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體措施

2.1結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式的優(yōu)化。由于基礎(chǔ)費(fèi)用占項(xiàng)目土建總造價(jià)比例較大，且其安全度通常需高于上部結(jié)構(gòu)，因此基礎(chǔ)優(yōu)化從兩方面闡述：（1）重視對(duì)地質(zhì)報(bào)告的研究分析，了解各種地基的變形特性，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的不同條件，通過整體的分析計(jì)算，選擇適宜的基礎(chǔ)方案；（2）重視概念設(shè)計(jì)，根據(jù)基本理論知識(shí)以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析、預(yù)見可能出現(xiàn)的各種問題，找最合理的處理方案。

2.2結(jié)構(gòu)上部形式的優(yōu)化。建筑類型和功能要求的不同決定了建筑結(jié)構(gòu)形式的不同，這里主要從三方面闡述：（1）平面布置在基本滿足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平應(yīng)盡量規(guī)則、均勻、對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；（2）豎向剛度在滿足建筑功能要求的前提下，宜漸變，避免突變；（3）傳力路徑力求簡潔清晰，以最直接的方式將樓面上的荷載傳遞到主梁上，再由柱，剪力墻等傳遞到基礎(chǔ)、地基。

2.3 多程序計(jì)算的比較。不同程序不同的程序，由于技術(shù)模型和計(jì)算假定的不同，計(jì)算結(jié)果會(huì)有不同。應(yīng)在設(shè)計(jì)中仔細(xì)的分析和比較多個(gè)程序的計(jì)算結(jié)果。不是簡單的應(yīng)用程序的計(jì)算結(jié)果，而是分析、比較、判斷，進(jìn)而對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理的調(diào)整和取用。這不僅需要結(jié)構(gòu)工程師做大量計(jì)算工作，更重要的是運(yùn)用以往工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果做出合理有效的判斷。計(jì)算和分析清晰了，就可以作到心中有數(shù)，配筋的時(shí)候做到有的放矢，控制關(guān)鍵部位的配筋，減小不必要的配筋，不靠盲目加大配筋保證安全，而是靠計(jì)算的精準(zhǔn)保證結(jié)構(gòu)的安全并實(shí)現(xiàn)采用較小的用鋼量的目標(biāo)，從而達(dá)到優(yōu)化成本目的。

2.4 構(gòu)件截面和配筋優(yōu)化。配筋時(shí)要注意計(jì)算結(jié)果的合理取用，遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)錨固”等重要抗震概念。在滿足計(jì)算的情況下禁止隨意放大鋼筋，所選鋼筋既要綜合考慮構(gòu)件在強(qiáng)度、撓度、裂縫等方面的要求，也要兼顧施工上的方便和可操作性。

2.5 構(gòu)造措施的優(yōu)化。在通用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，應(yīng)當(dāng)盡可能選用高質(zhì)量和高標(biāo)號(hào)的混凝土，并利用高強(qiáng)度鋼筋，以在提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上減少鋼筋用量，減小構(gòu)件截面，降低自重，減小地震力，節(jié)省成本；采用輕質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保的內(nèi)隔墻材料，可以降低自重，減小地震力，從而減少整個(gè)結(jié)構(gòu)的鋼筋和混凝土用量。在大高層建筑中，應(yīng)當(dāng)盡量選用預(yù)應(yīng)力混凝土和型鋼混凝土作為大跨度結(jié)構(gòu)、受力銜接點(diǎn)和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的基本材料，以最大限度提高建筑的安全性和功能性。另外，要加強(qiáng)對(duì)抗震性、抗土性、抗水性材料的選擇，以減少突發(fā)性洪水、地震等自然災(zāi)害的危害。

3、結(jié)論

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是滿足建筑的多元化和多功能性要求的重要手段。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在堅(jiān)持安全性、經(jīng)濟(jì)性、功能性、環(huán)保性原則的基礎(chǔ)上，不斷拓展建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施和技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用水平和能力，以有效提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性能和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：