引論：我們?yōu)槟砹?3篇建筑結構的優(yōu)化設計范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，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
在工程建設過程中，建筑功能的實現(xiàn)與工程投資的控制是工程建設的兩大目標。而進行工程投資控制的關鍵在項目決策和設計階段，在項目做出投資決策后，其關鍵就在于設計階段。在建筑工程的設計階段，當滿足建筑的諸多功能后，工程造價的控制是每個投資者最為關注的主要內容，也自然成為投資者評價設計質量優(yōu)劣、衡量設計水平、選擇設計單位的重要標準。為了在日益激烈的設計市場競爭中求得生存與發(fā)展，為業(yè)主提供優(yōu)質的設計產品，提高設計產品的經(jīng)濟性，已成為每一個設計單位努力追求的目標。由于在建筑產品中結構造價所占的比重很大，通過對建筑結構的優(yōu)化設計，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，從而實現(xiàn)投資效益的最大化。在建筑結構設計中，當建筑方案產生后，結構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計、準確計算、合理選用等全過程的優(yōu)化設計才能產生優(yōu)化的結構。下面就結構設計優(yōu)化的一些途徑，談一下本人的一點看法。
2 選擇合理的結構方案
結構設計方案的優(yōu)劣決定了結構設計的成敗。對于同一個建筑設計方案，結構設計方案往往不是唯一的。不同的結構方案會使工程造價和工程質量產生很大的差別，所以選擇合理的結構方案便顯得尤為重要。在結構方案的選擇上，應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構總體方案的構思，處理好構件與結構、結構與結構的關系，充分利用和發(fā)揮整體結構和構件的最佳受力狀態(tài)，使結構具備足夠的承載力、剛度和良好的延性；
（2）盡可能使結構的受力與傳力途徑簡單、直接、明確。傳力途徑復雜會出現(xiàn)多次轉換的結構構件，這樣會導致造價的提高，也容易出現(xiàn)計算錯誤產生安全問題。采用最簡單、直接的傳力途徑，可以省去中間傳遞的結構構件，減少結構的安全風險，使結構受力更加明確，其造價也相對經(jīng)濟；
（3）保持整個結構安全可靠度的協(xié)調一致性應通盤考慮整體結構的每一個構件，使結構構件能夠協(xié)調一致發(fā)揮其最大效能，確保達到規(guī)范規(guī)定的設計目標水準，實現(xiàn)結構既經(jīng)濟又安全的目標；
（4）使結構平面布置的抗側力剛度中心與建筑物的外力作用中心或質量重心盡量接近或重合，以避免或減小外力作用下結構的扭轉效應，因為抵抗結構的扭轉所需增加的材料用量是很大的，可以說結構平面布置的不規(guī)則既不經(jīng)濟又不安全；
（5）積極主動的參與建筑設計的方案階段，加強與建筑師的溝通與協(xié)調。一個設計精品是建筑師和結構工程師創(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，結構工程師有責任對建筑方案提出建設性的意見，與建筑師一起構思最佳的結構體系。
結構工程師只有加強結構概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。并綜合運用其掌握的結構概念，通過反復試算、反饋和優(yōu)化，選擇效果最好、造價最低的結構方案。
3 進行正確的結構計算
一體化計算機結構設計程序的不斷完善和全面應用，使工程師從繁重復雜的結構計算中解脫出來。工程師可以在概念、經(jīng)驗和估算的基礎上借助計算機進行可靠的分析計算，經(jīng)過多次計算比較和調整，使結構設計更加合理和經(jīng)濟。在利用計算機結構設計程序進行結構計算時，要注意以下問題：
（1）不能盲目的依賴計算機。因計算軟件的缺陷和設計人員不加分析的盲從而導致設計錯誤的現(xiàn)象時有發(fā)生，所以對用于結構設計的計算程序的基本理論假定、應用范圍和限制條件以及程序與規(guī)范的結合一定要搞清楚；
（2）對于輸入的幾何圖形、構件尺寸、荷載數(shù)據(jù)等應認真核對、力求準確無誤。避免因數(shù)據(jù)輸入錯誤造成計算分析結果的錯誤或較大的誤差。
（3）對計算參數(shù)的選取要正確合理。選取不同的計算參數(shù)會得出完全不同的計算結果，要根據(jù)實際結構的具體情況和計算程序的功能要求合理選取。比如，高層建筑結構的計算自振周期折減系數(shù)的取值，要根據(jù)不同的結構形式以及填充墻的材料和數(shù)量，選取恰當?shù)臄?shù)值對計算周期進行折減，若折減系數(shù)選取偏大，會使計算地震力小于實際的地震力，造成結構分析偏于不安全，反之則不經(jīng)濟；
（4）注意實際結構與計算模型的差異。所有的計算理論和設計程序都是建立在一些假定和理想的計算模型之上的，而實際結構的受力狀態(tài)又是千差萬別的，一味地依賴電腦或計算手冊的計算結果進行結構設計會給結構留下較多的隱患，所以任何構件的計算都應根據(jù)實際情況確定結構的約束關系，并利用結構概念、工程經(jīng)驗對計算結果進行分析，判斷其是否合理，以確保最終結構設計的正確。
4 提高材料的利用率
結構設計的目的便是花盡可能少的錢，做最安全、適用的建筑，這就要求結構設計時對材料的選用要合理，利用要充分。要根據(jù)結構構件的不同受力特點、工作環(huán)境和材料的力學性能特點，選用合適的建筑材料。在鋼筋混凝土結構中，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，盡可能采用高標號混凝土，不但可以減小構件截面，增加使用空間，還能減輕結構自重。梁板以受彎為主，可采用高強度鋼筋，以減少鋼筋用量，同時要注意鋼筋混凝土結構中鋼筋與混凝土強度的匹配，最大限度地發(fā)揮出材料的性能。對于高層建筑的結構轉換層和受力復雜的結點部位以及大跨度結構，可采用型鋼混凝土和預應力混凝土或鋼結構等，以達到適用、安全、經(jīng)濟的目的。實際工程中，因材料選擇不當造成浪費的情況很多。比如，經(jīng)常出現(xiàn)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標號過高的現(xiàn)象，不僅高標號的混凝土不能充分發(fā)揮其強度作用，而且為抵抗高強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，從而導致工程造價的提高。
5 正確理解運用《規(guī)范》
《規(guī)范》是我們在設計中必須遵循的“最低”標準，是國家的技術經(jīng)濟政策、科技水平和工程實踐經(jīng)驗的總結。全面理解規(guī)范條文的概念、定義、前提條件和適用范圍，是正確運用《規(guī)范》的前提和基礎。作為一個結構工程師，一方面必須熟悉、理解和吃透規(guī)范條文的真實含義，另一方面必須客觀理性地正確對待規(guī)范。對“規(guī)范”中的“強制性條文”要不折不扣的執(zhí)行，而對《規(guī)范》中的“非強制性條文”工程師可以運用自己的理論知識、結構概念和實踐經(jīng)驗，在《規(guī)范》條文思想的指導下，針對具體的設計對象、環(huán)境和使用條件，以工程的安全性和經(jīng)濟性為目標，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限制創(chuàng)新成果、影響設計創(chuàng)作，阻礙工程技術的進步，也會造成不必要的浪費。因為即使規(guī)范再詳細，也不可能包羅實際工程中遇到的所有技術問題。對《規(guī)范》中的構造措施要給予足夠的重視。在實際工程中，一些設計人員過分依賴結構計算分析結果，不同程度地存在忽視結構構造措施的問題。以抗震設計為例，我們都知道，地震是一種很復雜的自然現(xiàn)象，我們對地震發(fā)生時建筑物的破壞機理還不十分清楚，對地震的破壞現(xiàn)象也只是停留在感性認識階段，建筑物抗震計算的原理也只是一種近似方法。建筑抗震設計是建立在對震害分析和總結的基礎上，通過概念設計、結構計算和構造措施三部分來實現(xiàn)的。所以，我們在進行建筑抗震設計時，不但要遵循《規(guī)范》提出的抗震設計原則和抗震計算方法，同時還要重視抗震構造措施。
6 樹立精品意識
篇2
一、建筑結構設計優(yōu)化的內容及其意義
當前，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們對居住條件及生活環(huán)境要求越來越高，而對建筑房屋進行優(yōu)化設計，使其結構與美觀相互協(xié)調、同時適用、安全、經(jīng)濟以及便利是改善人們居住環(huán)境方面的重要手段。建筑結構設計優(yōu)化理念注重以實際為準則，根據(jù)工程建設的基本狀況，以計劃成本控制為中心來進行的結構優(yōu)化設計，其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統(tǒng)的結構方案以及圍護系統(tǒng)結構方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關于結構優(yōu)化設計的模型，通過對各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關鍵參數(shù)的科學計算，確立最終的建筑工程結構設計的優(yōu)化結果方案。
建筑結構優(yōu)化設計意義重大，一是大大提高建筑結構經(jīng)濟性，建筑進行結構設計優(yōu)化可節(jié)省材料，有利于抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經(jīng)濟性能。二是結構優(yōu)化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。節(jié)約用地，大量資料表明，建筑進行結構設計優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優(yōu)化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分協(xié)調，提升了建筑工程結構設計的經(jīng)濟性。
二、建筑結構優(yōu)化設計中的問題
現(xiàn)代的建筑結構設計優(yōu)化工作是一個復雜的過程，關系著建筑的安全與否，是否經(jīng)濟和適用，在結構優(yōu)化設計中也會遇到一些問題。
(一) 缺少詳細的勘察地質資料
從現(xiàn)在的建筑結構設計工作來看，普遍缺少詳細的勘察地質資料，只是簡單的依據(jù)相臨建筑的情況進行圖紙設計。勘察施工場地的作用是保證科學的進行地基基礎工作，并且達到最基本的安全保障。往往房屋設計工作人員只是把耐力數(shù)值控制到最小，就簡單認為房屋建筑結構沒有問題了，這種技術問題為房屋埋下了安全隱患。在對較軟地基進行處理時，忽略了墊層換土設計，只是根據(jù)經(jīng)驗判斷處理。房屋結構設計過程中，對于較軟地基存在的安全隱患沒有足夠認識，單純依據(jù)個人經(jīng)驗使用砂墊層強化承載力，對于其寬厚度缺乏精確計算，也造成了費用的浪費。
(二) 構造柱設計存在的問題
建筑結構設計中的構造柱可以設計為單一的受力柱，其橫截面與配筋必須達到規(guī)范砼的規(guī)格，如果房屋結構包含抗震功能，必須要滿足以上要求。當構造柱體被當做承重的柱體應用時，這就會使構造柱體的受力提前了，從而限制了構造柱體對建筑結構的拉束功能的完全發(fā)揮，使整體房屋結構設計暗藏了安全危機。地圈梁通常會植入構造柱體，這種情況下是不需要另外設置地基的，可是當構造柱體充當了承重柱體時，柱底部基礎抗壓能力必然會出現(xiàn)超負荷現(xiàn)象，裂縫也就產生了。在實際施工當中，處于承重梁下的柱體應當達到承重柱體的標準，假如承重梁的負載與跨度呈現(xiàn)最小狀態(tài)時，梁下也可以使用構造柱體。這時候就要對構造柱體的功能忽略不計，重新檢測墻體下半部分的抗壓強度，達到要求才能設計施工。
(三) 抗震設計中存在的問題
在抗震建筑結構設計中，施工設計人員普遍認為六度設防可以看成是沒有設防。為了方便受力分析，施工設計人員往往把柱體橫截面較小設計，增加梁線的剛度，將梁設計成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設計成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結構的受力，但是針對整體的房屋結構安全帶來了危險。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個建筑結構一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現(xiàn)裂縫。
(四) 承重墻設計中存在的問題
建筑結構設計承重能力時主要是通過樓板設計完成的，在房屋建筑時經(jīng)常將一些隔墻放置在樓板上，之后還會將這部分算在同等效果的荷載力范圍內，樓板的配筋也會依據(jù)這個數(shù)據(jù)進行計算。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。兩個方向同時產生彎矩的雙向板中的鋼筋是要疊放并且要保持縱橫方向，計算時應該依據(jù)雙方向的高度。
三、建筑結構設計優(yōu)化的基本步驟
通常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數(shù)作為設計變量。如目標控制的相關參數(shù)( 損失的期望 C2 和結構的造價 C1) 和約束控制相關參數(shù)( 結構的可靠度 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構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數(shù)，我們可以用預定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。在進行結構設計優(yōu)化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關的預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應的失效的概率的函數(shù)，使得工程造價最少。
對于房屋的結構的設計優(yōu)化來說，必須確保結構的可靠度，來對優(yōu)化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標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。在進行結構設計的時候，確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現(xiàn)最佳的設計。在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優(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，在滿足其結構的基本要求條件下，達到既安全又經(jīng)濟的目的。
四、建筑結構優(yōu)化設計的要點
（一）結構優(yōu)化設計的規(guī)范
在對房屋建筑結構進行結構優(yōu)化設計時，設計工作者應遵循相關的結構設計規(guī)范。房屋結構優(yōu)化設計的追求決定了房屋結構優(yōu)化設計對設計工作者提出了較高的要求，要求工作者不僅詳細了解房屋結構設計規(guī)范的條文，同時也要能夠根據(jù)房屋結構設計的實際情況，把房屋結構設計的結構優(yōu)化設計方案科學合理的運用到實際的房屋工程中。
對于一些結構較為簡單的房屋工程，某些結構設計規(guī)范可能過于保守，而對于一些結構復雜的，或者有特殊用途的房屋工程，某些結構設計規(guī)范又可能過于寬松，安全性不足，這就要求房屋結構設計結構設計優(yōu)化工作者能夠根據(jù)具體的工程情況，對結構設計條文進行適當?shù)娜∩幔瑺幦∈乖O計成果達到最優(yōu)化。
（二）前期方案設計期間將結構設計優(yōu)化參與其中
建筑方案設計前期如有一個優(yōu)秀的、合理的設計方案，并參與結構設計優(yōu)化，就會爭取到非常優(yōu)秀的開端。但目前在前期設計方案中結構設計優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對建筑類別有所針對，并進行合理選擇結構設計優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設計初期應注意建筑方案的結構優(yōu)化設計，考慮結構的合理及可行性。
（三）細部結構設計優(yōu)化
概念設計應用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優(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級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，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。在做立面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達到既安全又經(jīng)濟的目的。
（四）地基基礎結構設計
地基基礎的結構設計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。
（五）概念設計處理的實際建筑設計問題
在建筑結構設計中，很多外在因素是難以控制的，尤其是地震這種破壞力極強的自然災害，對于建筑結構來說，破壞性是不可估計的。故此，在進行實際建筑設計時，必須充分考慮其建筑結構的地質特征，采用概念處理的原則進行合理的規(guī)劃設計，將其存在的危險因素降至最低。在進行建筑結構設計時，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因素，采取合理的技術
手段，在建筑施工中注意剛度均勻、對稱的重要性，同時還可以采取延性的設計原則，它可以有效的防止建筑結構在地震發(fā)生時所產生的突發(fā)性破壞，消耗一定的能量，減少破壞。
篇3
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對于現(xiàn)代建筑結構的要求也越來越高。以前人們對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，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成本，還能夠獲得最大的經(jīng)濟效益。近十年來，房地產行業(yè)火熱，樓價節(jié)節(jié)高升，土地價格不斷上漲，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，就會選擇降低工程造價，要實現(xiàn)降低工程造價就要從現(xiàn)代建筑優(yōu)化設計入手。現(xiàn)代建筑結構優(yōu)化應用到實踐中是一個很廣泛的課題，越來越多的人已經(jīng)開始知道現(xiàn)代建筑結構優(yōu)化的好處，現(xiàn)在建筑結構優(yōu)化設計可以在相同的面積上利用結構優(yōu)化方案就改變內外表面的裝修面積，縮小裝修面積的同時就可以降低成本，合理利用每一寸土地。
現(xiàn)代建筑結構優(yōu)化設計的好處
（一）現(xiàn)代建筑結構的優(yōu)化設計，已經(jīng)逐漸被業(yè)界人士所認可，在建筑中加強建筑結構的優(yōu)化，是現(xiàn)在建筑工作者的一個重要使命。在建筑過程中，先進的優(yōu)化方案就會節(jié)約很多不必要的物質消耗，節(jié)省工期，節(jié)省原材料，在單位面積提供更大的空間。同時建筑結構的優(yōu)化也能給人帶來賞心悅目效果。
（二）對于建筑我們基本都是本著適用、經(jīng)濟、安全、美觀和利于施工的幾個方面進行施工的，我們的建筑結構優(yōu)化就是綜合了這幾點，利用數(shù)學等相關科學，進行分析處理，選擇一個更為合理的方案進行施工，這樣就保證的建筑的美觀、安全、經(jīng)濟、適用等性能。同時減少了不必要的的損失，比如在鋼的優(yōu)化結構里，鋼材的用量就是一個很大的問題，我們在進行這個問題的優(yōu)化結構分析時候，就會參考多種因素，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)學等理論進行分析，選擇合理、簡單、安全、節(jié)約的施工方案。
二、現(xiàn)代建筑結構優(yōu)化設計的應用
我們所說的建筑結構優(yōu)化設計必須要注意到前期參與，前期我們就要安排進行合理的收集相關材料，對建筑面積，建筑施工時間等相關因素進行整合，也就是在施工前期就要確定各種因素的具體情況。然后找到相關的建筑師進行計算、分析，選擇最好的施工方案進行準備。如果沒有進行施工前期的優(yōu)化結構設計，我們就會發(fā)現(xiàn)大多建筑師設計時候大多不會考慮到建筑結構的合理性和可行性。有一些建筑法案甚至會增加施工的難度。因此結構以后就顯得尤為重要了，合理的結構優(yōu)化設計方案，就能給建筑施工帶來一個良好的開始。當我們進行現(xiàn)代結構優(yōu)化設計時候，難免會發(fā)現(xiàn)一些問題，比如當我們設計建筑防震強度時候，因為地震強度是一個不確定因素，計算難免和現(xiàn)實有很大差異，這個時候我們就要靈活運用優(yōu)化結構設計方案，選擇最佳設計方案。同時在我們進行優(yōu)化結構設計的過程中我們也要注意到細節(jié)的把握，不能只是注重到宏觀的對應。
三、建筑結構優(yōu)化設計與經(jīng)濟性的關系
（一）結構優(yōu)化建筑和用地的關系
隨著地價的不斷上漲，房產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，還要考慮到建筑之間的間距，層數(shù)越高，間距就會越大，同時層數(shù)越高所要的建筑數(shù)量就會減少，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造價會隨著層數(shù)的增加而下降。與此同時我們又不得不考慮到地基建設所需要的費用，地基的單位面積成本會隨著層數(shù)的增加而增加，因為層數(shù)越高地基承受的壓力就會越大，我們就要加大地基結構的載重能力，所以我們要合理優(yōu)化建筑結構設計，選擇合理的建筑優(yōu)化結構方案，綜合所有因素，確定合理層數(shù)、間距，在減少成本同時，達到理想效果。
（二）建筑優(yōu)化結構和建筑形狀的關系
我們的建筑的形狀的不同，就會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，此時建筑長度就會越小。
四、現(xiàn)代建筑優(yōu)化結構的具體實施方法
（一）提高材料的利用率
我們所說的建筑結構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，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，盡可能利用高號混凝土，這樣就可以減少建筑自身重量，同時又可以增加使用空間。在鋼筋用量減少的時候，沒有影響到建筑主體結構承受壓力的能力。這樣就達到了經(jīng)濟、安全、適用的目的。
（二）正確運用《規(guī)范》
建筑《規(guī)范》是由政府授權機構提出的建筑質量、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。作為施工人員應該正確理解運用這個標準，這個標準中有些是強制性的，所以我們在實行的過程中要不折不扣的執(zhí)行，不能有個人感情因素在內，我們必須要堅持自己的職業(yè)操守，對待不同對象、環(huán)境都要以工程安全為準則去施工。施工人員要嚴格按照規(guī)范中的要求進行施工，在建筑的外部環(huán)境、結構、室內環(huán)境、設備、防火疏散、節(jié)能等多個方面要個把關，建筑出符合標準的住宅小區(qū)。
五、城市高層建筑優(yōu)化結構分析
眾所周知，當城市建筑物增高時，它的施工難度就會加大。例如當我們每升高一層建筑的時候，它的地基的承受能力就要加強一些，同時我也要注意到，當建筑的高度增加的時候，豎向荷載數(shù)值就會增大，也會影響連續(xù)彎梁的受力情況。在建筑高度增加的情況下，建筑物的高度會直接影響到建筑物基底的傾覆力矩，同時頂部的側向移動也會隨著高度的增加而增加。所以當我們升高建筑物的高度時候，就要參考建筑物結構分析和個體系相對應的方法，這樣在施工的過程中就會很安全。城市高層建筑還有一個難題，那就是當升高建筑物的高度時候，相鄰高層之間會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，這些問題都是實實在在存在的，我們在建筑結構優(yōu)化設計的時候應當優(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
現(xiàn)代建筑結構的優(yōu)化設計，深受開發(fā)商，業(yè)內人士認可。通過建筑結構優(yōu)化設計，我們可以有效降低工程造價，節(jié)約建筑成本。這樣在節(jié)約了能源的同時，達到了預期的效果，滿足了現(xiàn)代人對于建筑物的諸多要求。現(xiàn)代建筑結構優(yōu)化設計給人們創(chuàng)造了方便、安全、舒適的生活環(huán)境。安全，適用、經(jīng)濟、美觀已經(jīng)成為人們對一個建筑的評價的指標。通過建筑結構優(yōu)化設計，我們的建筑更美觀、更安全。建筑結構優(yōu)化設計，帶來的經(jīng)濟效益是相當可觀的。
參考文獻
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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，土地市場的波動也發(fā)了一些變化。土地價格不斷上漲，不僅使土地開發(fā)商倍感壓力，也大大增加了住房消費者的經(jīng)濟負擔。此外，隨著生活條件的不斷提高，人們對于居住條件和環(huán)境各方面的要求也不斷提高，順應這些潮流，建筑設計師們就應該利用房屋建筑設計中建筑結構優(yōu)化設計的方法，開發(fā)有限的空間資源，發(fā)揮這些資源的最優(yōu)效果，最終實現(xiàn)建筑房屋經(jīng)濟實用性的最大化。
工程設計人員為了使建筑結構設計得到最優(yōu)，必須以確保結構穩(wěn)定為前提條件，然后通過對建筑結構進行合理分析，運用精準的設計理念和方法來使設計達到最優(yōu)，從而更有效地掌握工程的造價，符合投資方的資金要求。借鑒先前優(yōu)秀設計的經(jīng)驗，我們可以看到，與傳統(tǒng)的設計方法比較，優(yōu)化設計往往能夠使工程造價減少5%～30%。因此，要實現(xiàn)降低工程造價的成本的目的，在工程建設過程中，使工作人員對優(yōu)化設計的設計的牢固掌握是很必要。此外把提高技術和經(jīng)濟效益二者有效結合，通過不斷完善設計方案，實現(xiàn)工程造價最低，從而實現(xiàn)更大的社會效益。
二、如何進行建筑結構的優(yōu)化設計
結構的設計過程結構設計的階段大體可以分為三個階段，結構方案階段，結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設防烈度，工程地質勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結構形式（例如，磚混結構，框架結構，框剪結構，剪力墻結構，筒體結構，混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式）。確定了結構的形式之后就要根據(jù)不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。
結構計算階段的內容為：首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內部荷載（例如，結構的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準永久值系數(shù)等來進行不同工況下的組合計算。其次，構件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構件的截面。再次，內力的計算，根據(jù)確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構件的計算。根據(jù)計算出的結構內力及規(guī)范對構件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復核結構試算的構件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止。
三、建筑結構設計優(yōu)化在房屋結構設計中的運用實例分析
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。以粉細砂層為基礎持力層， 凍土深度1.05m，地下水位埋深約5m，抗震設防烈度為9°。對于這個工程所運用的建筑結構設計優(yōu)化方法主要是從建筑整體和分部結構兩方面實現(xiàn)結構設計優(yōu)化。
3.1 房屋建筑整體的設計優(yōu)化
要想使房屋建筑整體的設計達到最優(yōu)，必須先塑造結構優(yōu)化模型，再確定使用的最優(yōu)計算方案和步驟， 隨后通過計算結構的科學分析的三個步驟來實現(xiàn)。第一步：（1）挑選并確定設計變量。設計變量通常挑選與建筑設計有著重要聯(lián)系的因素來作為參數(shù)， 而把其他對建筑設計影響較小的因素作為預定參數(shù)，從而減少設計的工作量；（2）制定優(yōu)化設計目標函數(shù)；（3）確定模型約束條件。通常在樓房可靠度優(yōu)化設計中， 其約束條件主要包括結構強度約束、應力約束、變形約束、裂縫約束、彈性約束等。第二步：在應用房屋結構設計優(yōu)化方法時， 依附于可靠度的優(yōu)化設計變量較多、非線性優(yōu)化較多， 為使計算便捷， 可以將約束優(yōu)化轉化為無約束問題來算，常見的計算方法有拉式乘法、Powell法等。依照優(yōu)化模型與計算方法來制定計算程序。第三步：通過優(yōu)化模型的確定和求解， 不難發(fā)現(xiàn)建筑結構設計中存在的一些問題，并通過不斷尋找解決問題的方法，深入優(yōu)化建筑結構的設計，從而實現(xiàn)建筑結構的更安全、更適用、更經(jīng)濟。
3.2 房屋建筑分部結構設計優(yōu)化
高約幾十米的寫字樓， 抵抗地震的能力暫時定為7.5度， 為了達到抗震的目的，建筑基礎的設計應該采用短柱的形式。把臨近的兩條短柱中心間距的1/15當作建筑基礎拉梁的剖面長度。一般情況下，如果在建筑工程施工過程中，建筑高度相對比較低的時候，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構和建筑物梁柱的彎曲度與房屋上面的混凝土結構保持協(xié)調，就需要把基礎拉梁的設計作為最大。
3.3 鋼筋混凝土框架結構設計的優(yōu)化
如果某一建筑使用的是鋼筋混凝土框架的結構體系，就需要運用標準的方法去實現(xiàn)建筑結構設計的最優(yōu)化。在應經(jīng)得知的建筑結構的截面的前提下， 采用限制性的分元法，對建筑物的整體結構進行物理受力方面的測試分析， 之后再對建筑結構進行分解，優(yōu)化具體建筑物構建的各個部分，運用公式進行推算， 從而計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)化結構。
3.4 建筑結構計算周期設計優(yōu)化
為了提高建筑物的質量，一般寫字樓都設計成輕薄的墻體，這樣就可以使建筑物的使用壽命和設計年限相等。此外，還要對建筑結構計算時間乘以折減系數(shù)0.6 ～0.7 進行折中計算。
四、建筑結構優(yōu)化設計時應注意的事項
4.1 關于箱、筏基礎底板的挑板問題
從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節(jié)約；出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。
4.2 該注意前期參與
言，前期施工方案的確定會直接關系到建筑施工需要的總投額度，而現(xiàn)在往往是結構設計并不參與前期方案的制定。因為建筑設計師在進行建筑施工設計時，一般不會過多的考慮建筑結構的科學性和可操作性，但是建筑設計的結果卻直接影響著結構設計。此外，一些方案還可能會使結構設計的難度增大，并使得建筑施工的總投資增加。
4.3 結構的設計優(yōu)化
在地基基礎的結構設計優(yōu)化方面，首先要選擇恰當?shù)慕ㄖO計方案。如果建筑物為樁基礎，那么就要依據(jù)施工現(xiàn)場的地質條件對樁基的類型進行選擇，盡量降低成本。樁端支持力的部分對灌注樁樁長的選取很有借鑒意義，所以應該盡可能多的進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：TU3 文獻標識碼：A 文章編號：
在房屋建造的過程中，建筑結構成本的花費占了一個比較大的比例，通過結構設計的優(yōu)化技術可以很有效的解決建筑成本造價方面的壓力。因此，從事結構設計的工作人員應當充分考慮房屋建造過程中的合理性、經(jīng)濟性和適用性，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。
一、房屋結構設計優(yōu)化技術的現(xiàn)實價值及應用1、房屋結構設計優(yōu)化技術的現(xiàn)實價值在進行房屋結構設計時，首先要做的便是要滿足房屋結構效益的長遠性。在這樣的基礎上盡量使房屋在投資上降低成本，結構上科學合理。和傳統(tǒng)的房屋結構設計理念相比，現(xiàn)代房屋結構設計優(yōu)化技術在房屋結構建造中的運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。結構設計優(yōu)化技術的應用可以將建材的利用率及性能發(fā)揮到最大限度，使房屋內部的各個空間構成一個協(xié)調的整體，并符合我國相關安全質量的規(guī)定。此外，房屋結構設計優(yōu)化技術的運用還可以對房屋的最初設計提供一定的幫助。因此，優(yōu)化技術對房屋整體設計的安全性、舒適性、合理性起著相當重要的作用。2、房屋結構設計技術方案及其理論的應用房屋結構設計方案及理論在現(xiàn)實中的應用主要表現(xiàn)在兩個方面：房屋整體工程結構的優(yōu)化設計和房屋各個組成部分的優(yōu)化設計。在這其中，房屋各個組成部分的優(yōu)化設計包括很多方面，比如：相關基礎結構方面的優(yōu)化設計、相關細節(jié)結構方面的優(yōu)化設計和房屋屋頂方面的優(yōu)化設計等，對于這些方面的優(yōu)化設計還包括很多更加細化的設計，如選型、布置、造價等方面。相關的設計工作者應當在滿足房屋建造相關規(guī)定的前提下，充分考慮造價方面的因素來進行相關結構設計的優(yōu)化。
二、房屋建筑結構優(yōu)化設計的內容
一般，結構設計工作主要依據(jù)建筑設計的要求，運用合理的設計理念及方法來確定合適的結構形式、布置和具體的構件設計尺寸。對常見的鋼筋混凝土房屋建筑結構體系進行優(yōu)化時，可以從結構整體的布局和具體構件兩方面的因素來考慮。影響整體結構布局的因素包括了建筑物的柱網(wǎng)尺寸、體型特征以及抗側力構件的位置等，具體構件的因素主要包括構件的截面、布置、鋼筋強度及配筋構造等。綜合考慮這兩方面因素的影響是必須的，為了達到這一目標，對工程師們提出了更高的要求：即需要結構工程師對結構及構件受力特征有充分的把握，可以根據(jù)構件設計規(guī)范的深刻理解及合理經(jīng)驗，采用合理的優(yōu)化方法來進行有效設計。三、房屋建筑結構優(yōu)化設計的措施3.1 加強剪力墻的設計
剪力墻設計中的關鍵是連梁的設計。連梁剛度的增大定會使得結構的地震作用也相應增大，這樣連梁和墻肢分配內力也會增大。此時必須要增大構件的配筋量，顯然這一設計結果必將會造成材料的浪費。所以，在住宅結構設計時，優(yōu)秀的設計師都不會運用大剛度的窗下墻作為連梁，而是將連梁設計成剛度、截面較小的弱連梁。同時，在滿足結構剛度及變形要求的前提下，要從經(jīng)濟角度與變形、抗力等方面綜合考慮，合理的布置抗側力構件。顯然，剪力墻的數(shù)量越多，結構抗側力的剛度越大，相應的結構位移將會減小。但結構地震力也會隨抗側力剛度的增大而加大，對結構的造價控制產生不利影響。所以剪力墻要以周邊均勻、分散、對稱等原則進行合理布置，以規(guī)定的水平位移限值為準盡可能的減少剪力墻的數(shù)量。
3.2 注重細部優(yōu)化
(1)在重視整體設計的同時，也應當加強結構局部構件的精細設計。如在現(xiàn)澆板的設計中盡可能的把異形板劃分為矩形板，這樣既可以達到合理受力的目的也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。
(2)隨著計算機技術及結構優(yōu)化設計理論的結合，基于計算仿真的優(yōu)化設計思路已經(jīng)在工程結構的設計中得到了廣泛的應用。通過計算機分析軟件建立優(yōu)化設計的分析模型，運用高效的計算機優(yōu)化計算方法，設立結構設計需要達到的目標要求來最終實現(xiàn)結構設計優(yōu)化的目的。在具體的設計優(yōu)化過程中，優(yōu)化設計實際上已由一個工程問題轉變成為了一個數(shù)學問題，在大型復雜的結構優(yōu)化設計中，基于這一思想的結構優(yōu)化設計方案擁有其他算法無可比擬的優(yōu)勢。因此，工程設計人員加強基于計算機技術的優(yōu)化設計分析是非常有必要。3.3 加強設計中建筑結構形式的選用
(1) 加強砌體結構設計
作為承重構件及抗側移構件的磚砌體，它的平面布置比較靈活，但不適合做躍層結構。避免受力較大的突兀結構形式，門窗開洞的寬度最好不要超過 2.1m，縱向墻體數(shù)量不應少于三道，這一措施可適當減少構造柱的配筋。
(2) 加強底部框架剪力墻的設計
底部框架剪力墻的結構由于豎向抗側力構件是不連續(xù)的，使得設計中受力平衡易出現(xiàn)問題，因此對建筑平面的要求是比較嚴格的。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。戶型設計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、房屋結構設計優(yōu)化技術在結構設計中的應用1、概念設計優(yōu)化技術及建筑結構設計在當代建筑的設計中，概念設計是設計思想展示中的關鍵因素。作為設計人員，最重要的事就是在特定的空間內，利用整體的概念進行總體設計方案的確定。把建筑中構件與結構、結構與結構之間的關系進行一定的處理，想要將概念設計較好的完成，設計人員定要建立在豐富建筑經(jīng)驗的基礎上。隨著其經(jīng)驗的增長，作品也將變得越來越完美、新穎。在相同的設計方案中，建筑中的結構組成設計同樣存在很多變化，即便是內部結構設計已經(jīng)確定的建筑，它的分析方法也存在著很多不同，比如材料、設計參數(shù)、負荷等參數(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算機完成，需相關工作人員自己對其進行判斷及處理。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)驗得到最終的結果，這一過程就是上面所說的概念設計。2、概念設計處理的實際建筑設計問題勘察設計在工程中有著相當重要的作用，優(yōu)秀的設計是創(chuàng)建優(yōu)質工程的前提。優(yōu)秀的結構工程師都會在每一項工程設計的開始階段，依據(jù)經(jīng)驗及專業(yè)設計理論，在腦海中進行一個“優(yōu)化”的過程。運用概念設計的方法，可以有效、迅速地對結構體系進行構思、選擇，同時，這也是判斷計算機內力分析輸出的數(shù)據(jù)是否可靠的主要依據(jù)。概念設計是結構設計的核心及靈魂，它將會統(tǒng)領結構設計的整個過程，同時也貫穿著設計工程師的知識水平與設計水平。運用結構概念設計從整體上來把握結構的各項性能，這樣才可以對計算分析結果進行科學的判斷及合理的采用，保證工程師在設計中處于主導地位。
【結語】:總之，結構設計在當今房屋的建筑工程中是一項責任比較繁重的項目，其設計水平將直接影響著建筑物的適用性、經(jīng)濟性和安全性。房屋建筑結構的成本在工程項目中占有很大的比例，優(yōu)質的結構設計不僅能夠確保房屋使用的安全性，而且還可以減少建設的成本，進而獲取最大的經(jīng)濟效益。這也就要求結構工程師需在每一個工程項目的設計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)驗的累積中不斷提高自己的判斷力及創(chuàng)新力。
參考文獻：
篇6
建筑物設計是設計人員對其進行的美觀設計和結構設計相互結合的結果，其中建筑結構的造價在建筑工程中占有較大的比例，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質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生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通。利用結構設計優(yōu)化技術，最大程度上有效的利用有限空間和有限資源，選擇合理的建筑結構設計方案，實現(xiàn)實用度高，經(jīng)濟化，適用性好的目標。降低建筑工程的造價并取得最大經(jīng)濟效益。
一.房屋建筑結構設計優(yōu)化理論分析
1.1房屋的結構設計，專業(yè)性較強，并且還有極強的系統(tǒng)化和理論化的特征。一般的而言設計人員在進行房屋結構設計之時，需要考慮多項指標，不僅需要對美學指標、建筑使用功能的價值指標進行分析，同時還需要結合設計的實際情況和經(jīng)濟指標。建筑的功能性價值，指的是能夠為人們所提供的最為基礎的使用價值，諸如保暖、遮風擋雨、抵御外界的溫度變化等等，而建筑的美學性指標，則主要側重于整個房屋建筑結構設計的美觀性和外觀的整體性，保證各個細節(jié)的搭配合理、房屋的設計形式協(xié)調大氣，能夠給人以美的享受。所以，對于設計人員而言，結構設計是一項非常復雜的工作。也正是在上述四項理念的指引之下，設計人員需要從眾多的設計方案當中選取最為科學、最為合適的設計方案，實現(xiàn)設計的項目目標。
1.2房屋建筑的結構設計優(yōu)化理論，主要的優(yōu)化對象是房屋建筑的設計結構和設計的模式理念等，鼓勵技術人員采用先進的設計工藝、科學的設計觀念，保證最佳的設計效果。同時現(xiàn)代建筑的內部結構一般都很復雜，要想將各種復雜的部件有機的、完美的整合在一起，難度較高。具體一點來講，建筑的結構設計優(yōu)化方案需要將房屋的設計、房頂?shù)脑O計、房屋細節(jié)部位的設計等等進行綜合研究，同時需要很好的考慮到整個建筑結構的布局形式、整體設計的樣式、建筑局部受力情況、價格指標等等，注重結構設計的社會效益、為企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益和對周邊的環(huán)境效益。在保障了整體建筑結構穩(wěn)定的前提基礎之上，設計工作人員需要力求設計方案創(chuàng)新、大膽，設計思想超前，敢于在實踐當中滲入的探索和改良，對基本的房屋結構設計優(yōu)化方案進行不斷的分析，結合其他工作人員的意見，不斷的尋求設計上的突破。
1.3對于房屋建筑來講，平面結構應當平整且簡潔美觀，可以很好的反映和體現(xiàn)出建筑的對稱性，盡可能的減少房屋剛性結構標準以及房屋平面建設施工質量之間存在的差異，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不至于出現(xiàn)結構扭曲的情況。在充分的分析并且滿足居住人員的基本要求基礎上，設計者還應當對建筑的承重結構進行細致的設計，采用貫通豎直的設計形式來增強房屋在側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，保證設計方案符合經(jīng)濟要求。
二.建筑結構設計要點分析
2.1 房屋的地基基礎設計要點
對于房屋的地基與基礎設計，必須以安全為設計過程中最重要的設計原則，必須根據(jù)地面定性調查數(shù)據(jù)，進行綜合研究地質，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構的設計，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)廣泛的標準。一般來說，施工前的設計過程中，設計部門應該看到比相關部門提供更多的詳細的地質層住房建設的調查報告，并以此為設計的依據(jù)進行設計。
2.2結構體系的選擇
隨著技術標準的發(fā)展，更多的高層建筑結構體系已經(jīng)超出了原來的框架和剪力墻結構，從框架、剪力墻、支撐框架剪力墻、框架―核心筒、筒中筒、梁管和混合結構等開始廣泛的應用。在無盡的創(chuàng)新解決方案的挑戰(zhàn)下，建筑師、結構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、板等組成框架的結構，主要應用的是構造柱布置靈活，獲得的空間大，但是缺點為抗側力剛度小，因此一般適用于商場、車站、停車場等公共場所； 在對框架的設計過程中，要注意避免大量使用單跨框架結構，以避免更多的短柱，還要考慮偏心影響梁、考慮地震對于樓梯的影響，剪力墻結構是使用內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，剪力墻結構設計的雙抗側力體系，巨大的橫向剛度，在水平荷載作用下整體表現(xiàn)為良好側向變形小，這樣的效果就可以建立一個高層建筑。剪斷結構是典型的體系彎曲變形結構，在對剪力墻結構的設計中應控制高剪切的寬比不宜過小，以避免剪切破壞，剛度應該是在相似的兩個方向上，同時剪力墻設計中應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構系統(tǒng)，主要由兩個框架剪力墻結構、框架的融合衍生的筒―筒結構、框架―核心筒結構等組成，它們的結構側向變形的性能被優(yōu)化，增加了結構的剛性，從而提高結構的性能，可以抵御強度大些的地震災害。隨著越來越多創(chuàng)新的建筑風格，建筑布局和建設材料科學不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展，房屋建筑結構的結構體系也會越來越多。
2.3房屋建筑樓板的設計要點
在房屋建筑設計中的樓板設計，不能簡單的以單向板的作用來進行計算，要考慮到連續(xù)板的作用，如果按照單向板來計算，就會造成計算出的結果和實際的情況不符，導致設計的樓板在實際的使用過程中出現(xiàn)裂縫。接著就是對于樓板的雙向板的計算問題，由于泊松比的影響，如果不對跨中彎矩進行精確的調整，就會導致計算結果出現(xiàn)誤差。因此，在對雙向板跨中彎矩鋼筋的鋪設的方案設計中，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，要將兩個方向的有效長度考慮進去，這樣才能避免出現(xiàn)漏算、少算荷載量等情況的發(fā)生，保證房屋建筑設計的科學、合理、安全。
2.4選擇最優(yōu)程序及統(tǒng)計分析
設計者在完成了上述模擬設計的工作之后，需要根據(jù)實際條件選擇最佳的計算方式，選擇最優(yōu)設計程序，力求保證程序可以有最為齊全的用途、最為完善的功能、最為高效的運轉效率等。最后，則需要對上述分析的結論進行統(tǒng)計和研究，認真的衡量、慎重的比對，從不同的角度思考問題，不可忽視人事利益、經(jīng)濟利益、施工材料成本以及各個施工技術之間的聯(lián)系，站在綜合平衡的角度之上，在節(jié)省了成本的同時，不可以忽視技術的改進，避免片面的追求經(jīng)濟效益，而忽視了技術創(chuàng)新方面的各項工作。
3 結語
綜上所述，房屋建筑結構設計是一個系統(tǒng)的工作、要全面進行考慮的工程，對于建筑設計的成功、建筑使用的安全意義重大，我們設計人員一定要做到對于房屋建筑的設計規(guī)范、合理、科學，保證建筑結構設計的安全，保證工程的質量，這樣才能保證人們的安全。
篇7
一、 建筑結構設計優(yōu)化方法
1、結構設計優(yōu)化方法的應用結構設計優(yōu)化方法和技術的應用具體體現(xiàn)在房屋工程結構總體的優(yōu)化設計和房屋工程分部結構的優(yōu)化設計兩方面。其中房屋工程分部結構的優(yōu)化設計包括：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包含選型、布置、受力分析、造價分析等內容，并應在滿足設計規(guī)范和使用要求的前提下，結合具體工程的實際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟效益的目標進行結構優(yōu)化設計。
2、結構設計優(yōu)化方法的實踐價值筆者認為，在滿足建筑結構長遠效益的前提下，應盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設計相比，采用設計優(yōu)化技術可以使建筑工程造價降低5％～30％。優(yōu)化技術的實現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協(xié)調，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設計進行合理的決策，優(yōu)化技術是實現(xiàn)建筑設計的“適用、安全和經(jīng)濟”目標的有效途徑。
二、民用建筑結構設計與經(jīng)濟性的關系
1、結構設計與用地的關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，單位建筑面積所分攤的房屋占地面積就越少。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、 結構設計與造價的關系建筑層數(shù)對單位建筑面積造價有直接影響，但影響程度對各分部結構卻是不同的。屋蓋部分，不管層數(shù)多少，都共用一個屋蓋，并不因層數(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隨層數(shù)增加而明顯下降。基礎部分，各層共用基礎，隨著層數(shù)增加，基礎結構的荷載加大，必須加大基礎的承載力，雖然基礎部分的單位面積造價隨層數(shù)增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結構，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強承載能力和抗震能力，這些分部結構的單位建筑造價將有所提高。
3、高層住宅結構設計與經(jīng)濟性的關系住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結構的自重，會增加基礎和柱的承載力，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。同時，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，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、內外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低。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、結構設計優(yōu)化技術在建筑結構設計中的應用
1、直覺優(yōu)化（概念設計優(yōu)化）技術與建筑結構設計對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規(guī)律指導下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。
2、概念設計處理的實際建筑設計問題。概念設計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計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個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盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。
四、小結
建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構師在保證安全性的前提下，當然應該敢于挑戰(zhàn)新的結構形式，使建筑師的意圖得以實現(xiàn)。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質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生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通；能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應力集中；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出現(xiàn)嚴重的應力集中現(xiàn)象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。
參考文獻：
[1]張炳華.土建結構優(yōu)化設計[M].上海：同濟大學出版社，2008：34-36.
篇8
引言
國內外學者在構件優(yōu)化方面已經(jīng)進行過很多的研究工作,但到目前為止仍沒有一個滿足各種結構設計規(guī)范條件,符合設計人員習慣,盡可能接近最優(yōu)解,能夠適用于高層建筑結構設計的成熟的數(shù)學模型。盡管如此,但有一個觀點還是比較明確的,也是大多數(shù)學者所贊同的,那就是:當結構的各個構件的內力都達到最大承載力時,即可認為結構是最優(yōu)的。當然,要想各個構件都能如愿的在同一時間發(fā)揮出所有潛能是很困難的,往往現(xiàn)實設計中是不可能辦到的。但是,設計者可以以此為目標來優(yōu)化設計,讓設計盡可能的接近最優(yōu)解,從而達到降低造價的最終目的。
1.工程實例
1.1工程概況
某商住樓,剪力墻結構,6度設防,修正后的基本風壓為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)化前的住宅標準層平面布置圖。
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,同時經(jīng)初步計算,在盡可能加長墻肢的情況下,即使首層墻厚取400mm,亦無法滿足側向剛度比的要求,豎向不規(guī)則類型判斷為側向剛度不規(guī)則。顯然,本工程已有兩項超出規(guī)則性的要求,需按《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010中第3.4.4條的要求進行水平地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。根據(jù)以往的經(jīng)驗,若不優(yōu)化平面形狀,盲目采取加強措施,必然要付出沉重的經(jīng)濟代價,甚至會對“控制成本,降低造價”造成致命的打擊。由于在建筑平面的中部增加部分樓板對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,其部分計算數(shù)據(jù)如表1所示。由表中數(shù)據(jù)分析可知,結構平面布置中的核心筒處,其剪力墻數(shù)量有消減的余地。適當消弱結構中部的剛度,除了對控制結構扭轉效應有利外,更直接的效果就是降低造價。假設所有墻厚均為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的大量鋼筋,其經(jīng)濟性是十分可觀的。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度等級的使用比較。本工程大部分板塊的板跨都不大,計算后發(fā)現(xiàn)基本為構造配筋,即由最小配筋率控制,而最小配筋率與鋼筋強度等級直接相關。本工程標準層的梁板砼強度等級采用C25,對比如下:
一級鋼:ρmin=max{0.2%,0.45ft/fy}
=0.27%
三級鋼:ρmin=max{0.2%,0.45ft/fy}
=0.20%
2.總結優(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獨立結構單元內,宜使結構平面形狀簡單、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收,結構的側向剛度宜下大上小,逐漸均勻變化,不應采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。相信大部分的結構工程師都曾遇過類似情況:當一幢高層建筑的結構平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則、均勻,那么其各項指標的校核驗算會很容易滿足規(guī)范的要求,反之,則需花一番苦功才能令各項指標勉強滿足規(guī)范要求。結果可能是墻柱截面尺寸大得驚人,單位面積重量嚴重超標,不僅造價上去了,而且還影響部分建筑功能的使用。筆者認為,結構設計人員一定要注重概念設計,在建筑方案階段就應
積極介入,運用自己的專業(yè)知識提出建議,在滿足美觀、適用的前提下,盡可能使建筑結構的平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則和均勻。這樣一來,結構體系就會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,產生過大的應力集中或塑性變形集中。只有這樣,到擴初設計和施工圖設計階段的截面尺寸優(yōu)化才會有實質性的意義。
2.2剪力墻的平面布置主要應注意以下幾點:
(1)在結構平面布置中,在滿足建筑功能的基礎上,剪力墻宜沿周邊均勻、相對集中布置。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)剪力墻結構中,剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置,抗震設計的剪力墻結構,應避免僅單向有墻的結構布置形式。(3)剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則,剪力墻結構的側向剛度不宜過大。(4)設計中應注意盡量減少短肢剪力墻的數(shù)量,不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。
3.建筑結構優(yōu)化設計的對策分析
3.1建筑結構概念設計的優(yōu)化設計目標分析
每項建筑結構的設計都受到了多項客觀目標的影響，而且這些目標往往以降低其他目標的要求為代價。而建筑結構概念設計的優(yōu)化，首當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之間達到一定的平衡。
3.2建筑結構選型分析
第一建筑結構體系選型與建筑施工的關系
高層建筑施工工藝的不同,不僅會影響到材料消耗、勞動力、工期及造價等技術經(jīng)濟指標,而且也會影響到建筑結構的受力狀態(tài),抗震性能等。所以在高層建筑結構體系選型時就要對施工工藝連同其它因素加以權衡,綜合考慮。現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑結構的造價主要包括材料、模板及施工三部分。
第二建筑結構抗震體系選定的原則
(1)具有明確的計算簡圖和合理的地震力傳遞路線;(2)具備多道抗震防線,不會因部分結構或構件失效,而導致整個體系喪失抗側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,從而使結構體系遭遇地震時具有足夠的防倒塌能力;(4)沿水平和豎向結構的剛度和強度分布均勻,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),從而防止地震時出現(xiàn)過大的應力集中或塑性變形集中的危險。
3.3 建筑中混凝土結構優(yōu)化分析
確保建筑結構設計優(yōu)化在高層建筑的一個獨立結構單元內,宜使結構平面形狀簡單、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收,結構的側向剛度宜下大上小,逐漸均勻變化,不應采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。
3.4 高層建筑結構經(jīng)濟性分析
建筑結構經(jīng)濟性包含非常廣泛的內容。例如傳統(tǒng)中只強調改進建筑材料保溫性、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)在建筑隨著形勢的發(fā)展,人們對居住環(huán)境不僅從結構性出發(fā),更要在建筑結構的經(jīng)濟性角度考慮,如空間組織、技術組織、結構設置、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)濟性的原則、方法。
3.5 高層建筑結構設計優(yōu)化方法的理論分析
在從事工程項目和結構的設計時,除了要考慮設計對象的基本使用功能及安全可靠性外。還應該考慮到把它設計對象設計得盡可能完美。這就是工程和結構的最優(yōu)化問題。用科學的語言來描述就是:利用確定的數(shù)學方法,在所有可能的設計方案的集合中,搜索到能夠滿足預定目標的、最令人滿意的方案。
4.結語
根據(jù)自己多年的設計經(jīng)驗并結合工程實例對高層建筑混凝土結構的優(yōu)化設計提出的見解。優(yōu)化設計,關鍵是要有整體和局部的概念,要從整體入手,落實到局部,整體和局部“兩手抓”
參考文獻：
篇9
Key words: high-rise building; structure design; reinforced concrete; performance
中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：文章編號：
1高層住宅結構設計總體指標控制
計算判斷結構抗震是否可行的主要依據(jù)是在風荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結構的振型曲線，自振周期以及風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。總體指標對建筑物的總體判別十分有用。譬如說若剛度太大，周期太短，導致地震效應增大，造成不必要的材料浪費；但剛度太小，結構變形太大，影響建筑物的使用。當然建議對于頂層構件可不考慮在內，否則很難滿足上述指標。另外地震效應是與建筑物質量成正比,減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效措施.高層建筑中質量大了,不僅作用于結構上的地震剪力大,還由于地震作用傾覆力矩大,對豎向構件產生很大的附加軸力.因此,在小高層建筑房屋中,結構構件宜采用高強度材料,非結構構件和圍護墻體應有用輕質材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構件的內力，使構件截面變小，又可減小結構剛度與地震效應，不但能節(jié)省材料，降低造價，還能增加使用空間。
對于小高層住宅結構而言，在結構選型上應注意以下幾點:
1.1結構的規(guī)則性
《抗規(guī)》、《高規(guī)》在這方面要求了相當多的限制條件，例如:平面規(guī)則性信息、豎向抗側力、剛度變化宜均勻等，而且，《抗規(guī)》采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。”因此，結構的規(guī)則性問題對整個結構設計是很重要的。
1.2上部結構嵌固端的設計
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，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，我們在嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性等問題上都要認真考慮，不得忽視。
1.3短肢剪力墻的設計
由于目前的住宅內部空間以及美觀的要求，以及建筑造價經(jīng)濟合理的要求，從而對結構體系的要求也隨之提高，剪力墻結構(含部分短肢剪力墻)就是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。剪力墻結構(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)濟合理
2 性能分析
2.1 抗震性能分析
對結構體系來說足夠的承載能力和變形能力是兩個同時需要滿足的條件。結合概念設計的理念，對上述兩種結構體系進行對比分析，電算程序可以采用中國建筑科學研究院編制的結構空間有限元分析軟件SATWE。在結構設計中，不僅要求結構具有足夠的承載能力，還要求其有適當?shù)膭偠取８邔咏Y構的使用功能和安全與其側移的大小密切相關，過大的側向變形會使隔墻、維護墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結構分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計算出各結構體系層間位移角，剪力墻結構小于框剪結構，但均小于規(guī)范要求，且富裕量較大，說明兩種結構體系滿足剛度要求。但就使用性能方面，剪力墻結構由于墻體太多，結構自重大，導致了較大的地震作用，混凝土和鋼材用量也較高;同時也增加了基礎工程的投資，而且限制了建筑上的靈活使用。而框架――剪力墻結構的特點是平面使用靈活，適用性強，結構合理，能使框架、剪力墻兩種有著不同變形性能的抗側力結構很好地協(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構更為有利的水平變形曲線。由框架構成自由靈活的使用空間，容易滿足不同建筑功能的要求;同時剪力墻具有相當大的抗側移剛度，從而使框一剪結構具有較好的抗震能力，也大大減少了結構的側移。
2.2 經(jīng)濟性比較
我們通過對三種鋼筋混凝土住宅結構直接費的計算，發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結構單位面直接費相差不是很多，其中短肢剪力墻結構的單位面積直接費最大，框架――剪力墻結構的單位面積直接費最小，其中短肢剪力墻結構的單位面積直接費比框架――剪力墻結構的單位面積直接費高出12.5%，比大開間剪力墻結構的單位面積直接費高出7.3%，大開間剪力墻結構的單位面積直接費比框架――剪力墻結構的單位面積直接費高出4.9%。三種鋼筋混凝土住宅結構的次要項目造價基本相同。單位面積造價框架――剪力墻結構的最小，大開間剪力墻結構的次之，短肢剪力墻結構的會稍微較大些，然而三種結構體系直接費最大相差不到45元/。
3小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的要點
3.1 水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結構設計的控制因素
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構設計;而在小高層住宅中，盡管豎向荷載仍對鋼筋混凝土結構設計產生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對某一特定建筑來說，豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨動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
對于采用框架――剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到很大的數(shù)值，其后果相當于連續(xù)梁中間支座產生沉陷，使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。
3.3 側移成為鋼筋混凝土結構設計的控制指標
與低層住宅不同，結構側移己成為小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的關鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，結構的頂點側移一般與房屋高度H 的四次方成正比。在設計小高層住宅時，不僅要求結構具有足夠的強度，而且還要有足夠的抗側移剛度，使結構在水平荷載下產生的側移控制在一定的范圍內。這是因為:
a.過大的側移會使人不舒服，影響房屋的正常使用。
b.過大的側移會使隔墻、圍護墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，也會使電梯軌道變形而導致不能正常運行。
c.過大的側移會因P -效應使結構產生附加內力，甚至因側移與附加內力的惡性循環(huán)導致建筑物的倒塌。
3.4 結構延性是鋼筋混凝土結構設計的重要指標
相對于低層住宅而言，小高層住宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結構在進入塑性階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結構具有足夠的延性。
4小高層住宅鋼筋混凝土結構設計策略
4.1 優(yōu)化設計的方法
當前，在無成熟的優(yōu)化設計分析軟件的情況下，主要是應用小高層住宅結構分析軟件，采用人工分析進行調整，運用概念設計的方法對不同的結構選型和布置不斷的進行方案分析比較，以獲得比較理想的結構方案，這是在結構設計中最常用的也是最簡單的優(yōu)選或者說是優(yōu)化方法。用概念設計的方法所得的方案是較合理、經(jīng)濟的，雖其費工費時、對設計人員的素質要求較高，但這種依靠設計人員經(jīng)驗進行人工優(yōu)化的方法仍是當前所普遍采用的主要方法。對于同一小高層住宅方案，可以有許多不同的結構(包括基礎)布置方案;確定了結構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;分析過程中設計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是唯一的;小高層住宅物細部的處理更是不盡相同等等，這些問題目前計算機是無法完全解決的，都需要設計人員自己做出判斷。
5結語
總之，高層設計時，做好概念設計，根據(jù)房屋的建造地點，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構體系。在構件設計中精打細算，嚴格執(zhí)行規(guī)范構造要求對于整個建筑物，保證安全，降低造價影響巨大，這也是我們在今后設計中不斷提高及改進的。
參考文獻
篇10
一、預應力優(yōu)化設計的分析
（一）對預應力超靜定結構的受力分析
利用錨具和預應力筋對混凝土結構產生作用，被稱為調整力系；利用設計荷載對結構產生作用，這種作用由結構的功能來決定，被稱作為工作力系，而所說的調整力系和工作力系也是后張預應力混凝土受力的兩種形式。作為其中的工作力系，對混凝土的結構會產生破壞，但調整力系則可以對工作力系之下的結構受力進行改善，使得通過人為的施加力得到自身內力的調整。有兩個方面可以影響到預應力對結構的作用效果，也就是預應力筋的布束形式和張拉力形式。如結構中的控制斷面的內力要同時被調整到所需的條件狀態(tài)，就要在合理的預應力筋的布束形式下進行。假使預應力筋的布束形式不夠合理，預應力筋的數(shù)量就會有所增加，其對結構控制斷面的內力調整的效果也是有差異的。所以，預應力筋的曲線幾何位置是要在常規(guī)中進行反復調整的，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出現(xiàn)障礙，此時，就要進行粱下的直線預應力筋的布置。當設計荷載設定以后，混凝土的工作力系值就固定了下來，加之結構的設計要求，結構的設計參數(shù)都被限制在一定的程度內，通過這樣的設定，預應力的設計也就擁有了一個合理的調整力系，使得結構的各項內容的檢驗都能夠符合規(guī)定的要求。
（二）對預應力設計變量的分析
極限狀態(tài)以及承載能力的極限狀態(tài)是預應力結構中配筋設計所要滿足的規(guī)范和規(guī)定，并對此進行變形、抗裂、承載力、和應力的驗算。在實際設計中，一般利用結構的高跨比對結構的變形進行主要的控制，預應力筋的配筋則對抗裂進行控制。如果出現(xiàn)承載力的要求不能被預應力筋量滿足時，就要進行對非預應力鋼筋的增配工作。所以，作為預應力的初步設計，預應力配筋則可受到結構抗裂性的要求進行控制。混合式的曲線與直線配筋和單獨的曲線配筋是預應力設計中常用的兩種布束方式，在初步設計中，預應力的沿力筋可視為不變，其損失也就不需要進行考慮。依據(jù)等效荷載法，結構所受的曲線預應力作用可以被視為調整力系的作用。
二、工程應用實例
（一）工程概況
位于杭州市的杭州大劇院是該市的一項重大工程，作為杭州市的標志性建筑，杭州大劇院的高度為46.4米，面積可達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、左右舞臺、后臺、音樂廳等較多的附屬結構。對于建筑結構尺寸和結構布置而言，其建筑設計的要求非常嚴格，杭州大劇院的結構非常復雜，直柱、剪力墻、曲柱、梁、板組成等超靜定結構是它所采用的結構體系。為了滿足大劇院使用功能對空間的要求，其建筑使用了預應力混凝土梁結構，并且跨度很大。其中，該建筑的大廳的預應力梁跨度為25米，設計荷載也是比較的大。上方預應力梁現(xiàn)澆和剪力墻是該劇院大廳所采用的結構，高位24米，側墻長31米，厚度為500毫米。為了滿足建筑管道的布置要求，沿墻長方向還設有7道豎向間隔縫，寬度為500毫米，墻體由此被分為8個薄壁墻肢。為使得結構的穩(wěn)定性有所增強，其它結構體系還與前后剪力墻相連。由于設計荷載的作用，側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)。但因為剪力墻的梁高和厚度已有了規(guī)定的要求，因此預應力設計的關鍵則是預應力的梁體設計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，使預應力的鋼束能夠得到合理的配置。
（二）就大劇院的大廳預應力結構的優(yōu)化設計而言，其實際結構是所建立的空間三維的計算模型的有限元軟件ANSYS所建立的結構。計算表明，預應力設計被薄壁墻肢上端的彎矩所控制，為此，建筑的三個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。
結束語
總的來說，就建筑的復雜結構來說，設計方案和要求將預應力的配筋設計限制了起來，常規(guī)的簡化方法并不能有效的對其問題進行解決，但在后張預應力的設計中，因為預應力能夠得到良好的調整，因此，建筑的設計目標就更加的明確起來。作為預應力的初步設計，梁、墻剛度比會影響到預應力筋的布束，而布束位置在確定以后，又受到了設計荷載的影響，為此，通過優(yōu)化設計與有限元計算的結合，才可以創(chuàng)建一個合理的預應力設計的方案來。
篇11
某水庫是以發(fā)電、農業(yè)灌溉和城鎮(zhèn)供水為主，兼有農村人畜飲水等功能的一項綜合性水利工程，壩址以上集雨面積101.65km2，水庫正常蓄水位1416.00m，死水位1376.50，設計洪水位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級設計，壩型為砼面板堆石壩，建設工期29個月。
2壩址地形地質條件
河流總體為向左岸（NW）凸出，流向為N60°E轉E，下游側轉至N45°E；壩址段河谷為不對稱或基本對稱“V”字型谷，河床高程1322―1330m，壩址壩段長約480m。設計正常蓄水位1416.0m時，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、粉砂質頁巖、砂質粘土巖及煤層；（T1f1）粉砂質、鈣質泥巖、泥質粉砂巖及粘土巖；（T1f2-1）粉砂質泥巖、紫紅色泥質粉砂巖、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)內主要發(fā)育4組裂隙。壩址區(qū)物理地質現(xiàn)象主要為崩塌堆積、采空塌陷及巖體風化：①崩塌體：主要分布于壩軸線上游側兩岸坡，左岸（3#崩塌體）估計方量約3萬m3；右岸（4#崩塌體）估計方量約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；②采空塌陷：主要分布于下壩址下游左岸，地表已形成多個塌坑，房屋大部分已經(jīng)開裂，局部已塌陷。③巖體風化：左岸強風化深9.00―20.00m；河床強風化深3.00―9.00m；右岸強風化深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，屬相對隔水層。兩岸地下水補給河水。壩址區(qū)為三疊系下統(tǒng)飛仙關組第二段第一亞段（T1f2-1）粉砂質泥巖、泥巖、泥質粉砂巖、砂巖等，巖體呈互層狀結構，巖層傾右岸略偏上游。根據(jù)試驗物理力學指標：砂巖強度較高，巖塊飽和抗壓強度大于40MPa；泥質粉砂巖強度一般，巖塊飽和抗壓強度小于20―30MPa；粉砂質泥巖、泥巖強度較低，巖塊飽和抗壓強度小于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；泥質粉砂巖為2000―2500kPa；粉砂質泥巖、泥巖為1000―1500kPa。由于壩基以軟質巖及較軟巖為主，剛性壩建基面應置于弱風化中下部巖體，但巖體物理力學指標較低，需重視壩基巖體壓縮變形問題；柔性壩建基面可置于強風化巖體上，但上游側趾板處在崩塌體上，開挖難度及開挖量較大[1，2]。根據(jù)地形地質條件分析，由于壩基以軟質巖及較軟巖為主，不宜于修建剛性壩，所以以面板堆石壩為代表壩型進行樞紐布置。
3混凝土面板堆石壩方案優(yōu)化設計
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）壩體結構參數(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高程設置2m寬的馬道。大壩壩體結構為：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)+下游塊石護坡+大塊石護腳。砼面板堆石壩標準斷面剖面，如圖2所示。（2）壩頂設計根據(jù)《混凝土面板堆石壩設計規(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)驗取壩頂寬度9.00m。壩頂上游設防浪墻，下游設欄桿，壩頂面做成單側排水坡，坡度為1%。防浪墻采用L型鋼筋混凝土結構，墻底高程1417.0m，高出正常蓄水位1.0m，墻高4.0m，與面板相接處設伸縮縫及相應止水。（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的較小厚度設計，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面板混凝土強度等級采用C25、二級配；抗?jié)B等級W12；抗凍等級F100；水泥為525#普通硅酸鹽水泥；摻用符合標準的粉煤灰[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，布置加強筋。（4）趾板趾板建基面宜置于堅硬的基巖上，厚度0.8m。趾板建基面為弱風化上部或強風化下部，弱風化巖體允許水力梯度為10―20，強風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）、大塊石護腳（3F）及下游塊石護坡區(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的點為起點、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。下游坡面設水平寬度為0.6m的大塊石護坡。在1355.00m高程以下的面板上游，設頂部寬度為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、壓特性事先不能準確預計，從保證止水系統(tǒng)完整性出發(fā)，止水結構設計均按張性縫處理[5]。面板垂直縫采用兩道止水，底部設“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設一條沉降縫。縫內設一道紫銅片止水，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。閘室控制段基礎置于新鮮的砂質泥巖上，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（樁號溢0+000.000―溢0+018.249），閘室頂高程與大壩壩頂齊平，上部設啟閉機室及交通橋；閘室底部及兩側灌漿帷幕與壩肩及右岸山體連接。泄槽底坡根據(jù)泄槽內水流平穩(wěn)、水面線平順的原則，并結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、陡坡結合的型式。樁號溢0+018.249―溢0+032.520段為側收縮段，坡降i=0.0167，收縮段首端寬22m，尾端寬16m，側墻采用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，側墻高3.34m，厚1m。泄槽段總長度約205m。泄槽后設置消力池，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，結合地形地質條件及面板堆石壩相關特性，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流工程三洞合一，進口段采用龍?zhí)ь^方式。取水兼放空隧洞進口底板高程為1360.25m，高于淤沙高程1359.00m。進口塔架段長8.85m，寬6.5m，頂部高程與大壩壩頂高程相同，為1419.8m。進口塔架上布置啟閉機室及交通橋。根據(jù)進口段的地形條件，在1419.8m高程布置交通道路，與右岸坡公路相連接。取水口進口為三面收縮的喇叭型，并設置固定式攔污柵，孔口尺寸為2.0×1.5m（寬×高）；攔污柵后設置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置閘閥和六聲道超聲波流量計，閘閥內徑1.5m，用于控制流量。鋼管在導流洞出口分岔，支管管徑均為1.0m，分別用于輸水和放空。
4基礎處理優(yōu)化設計
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，巖石強度較高，屬中硬巖-硬質巖類。巖體呈層狀結構，弱風化至新鮮巖體結構面中等發(fā)育（多閉合），無貫穿性結構面，巖體較完整，強度較高，抗滑、抗變形性能力較強；強風化巖體卸荷帶較發(fā)育，巖體完整性相對較差，抗滑、抗變形性能力受結構面和巖塊間嵌合能力控制。壩址巖層產狀為N70°―85°W/SW∠55°―∠60°，總體傾向上游偏右岸，壩址區(qū)未見大的地質構造形跡，主要以小規(guī)模層間錯動帶、擠壓破碎帶為主，局部有小規(guī)模繞曲現(xiàn)象。根據(jù)壩址地質情況，河床段大壩建基面置于弱風化下部，接近壩頂高程的拱圈建基面置于弱風化中、上部，接近河床的拱圈建基面至于弱風化底部或微風化上部。由于左壩肩下游有崩塌堆積體（已清除），因此，適當加深了左拱圈的嵌深。大壩開挖深度除考慮地質因素外，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，為防止沿基礎接觸面滲漏，并增強表層固結灌漿效果，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，為保證施工期及運行期邊坡穩(wěn)定，對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，錨桿間距3.0m，深入巖層長度3―5.0m，呈梅花型布置。4.2固結灌漿大壩基礎開挖過程中，爆破震動可能使巖體松動，并存在部分裂隙向壩基巖體內延伸發(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，提高基礎承載能力，需對大壩基礎作固結灌漿處理。固結灌漿孔布置于整個壩基面，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。岸坡及河床強至弱風化巖體裂隙較發(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，同時下限滿足帷幕端點進入地下水位以下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、右岸帷幕端點為地下水位與正常蓄水位的交點，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行，1347.0m高程以上從壩頂鉆孔進行，分層實施，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.建筑結構設計優(yōu)化概述
由于建筑工程所涉及到的內容非常豐富，建筑結構設計優(yōu)化所包含的內容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結構設計的優(yōu)化工作包括對房屋總體結構和分部結構優(yōu)化兩個大的內容，其中，在房屋建筑結構設計中的建主結構優(yōu)化設計主要包括以下幾個方面的具體內容，第一，房屋基本結構優(yōu)化內容。第二，房屋頂部結構的優(yōu)化。第三，房屋的維護結構、總體結構、細節(jié)結構等內容的優(yōu)化設計。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎，對房屋建筑結構的造價進行控制，也就是要對“房屋的造價進行最優(yōu)化設計”。
之所以對建筑結構設計進行優(yōu)化是因為優(yōu)化設計能夠實現(xiàn)對有限的空間和資源進行充分利用，提高各種設備和材料的使用效率，盡量使優(yōu)化結構下所建筑的房屋能夠實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟、美觀。相關研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，建筑結構的優(yōu)化設計與傳統(tǒng)設計相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價，因此，在房屋建筑結構設計中要積極應用建筑結構優(yōu)化設計技術，以推動建筑工程企業(yè)的常遠發(fā)展，實現(xiàn)資源的充分利用。
2.常用的房屋建筑結構設計優(yōu)化技術
常用的建筑結構設計優(yōu)化技術有很多種，不同的優(yōu)化技術產生的實際建筑結構設計效果也是不同的，而由于各種優(yōu)化技術都具有自身的特征，對建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結構相結合時就需要對房屋建筑工程的實際狀況進行分析，而基本優(yōu)化技術的應用分為以下兩種。
2.1概念設計在房屋結構設計中的應用
概念設計技術指的是“設計人員根據(jù)設計的一般規(guī)律和實踐經(jīng)驗，對房屋建筑結構設計的多種方案進行分析并優(yōu)化選擇方案的過程”。概念設計技術在房屋結構中主要應用在房屋結構布置、房屋結構的細節(jié)處理、荷載量的確定、參數(shù)選擇等部分的設計中，在進行概念設計過程中設計人員要對房屋施工方案進行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。
2.2概念設計在建筑設計中的應用
概念設計在房屋的建筑設計中進行應用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應用在房屋的抗震性設計當中，如果房屋抗震性能差，在發(fā)生地震時則會造成重大的損失，因此，房屋建筑設計中的抗震優(yōu)化設計就顯得尤為重要。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、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設計中的抗震設計提出了更高的要求，相關數(shù)據(jù)的計算難度也非常大。概念設計是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經(jīng)濟性最強的方案。”因此，在房屋建筑設計中的概念設計優(yōu)化技術的應用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設計優(yōu)化技術在房屋結構設計中所應用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實這種思想也是多途徑設防的思想，多途徑設防思想是指“在發(fā)生大地震時，先破壞房屋次要的結構，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結構不遭到破壞。”
3.房屋結構設計中的建筑結構設計優(yōu)化策略
房屋結構設計中的建筑結構設計優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進行優(yōu)化設計、從信息化自動化角度進行優(yōu)化設計等等，具體而言房屋建筑結構設計優(yōu)化策略大致有以下幾點。
3.1優(yōu)化選擇房屋建筑結構類型
不同的形式的房屋建筑結構類型是會產生不同的造價管理模式的，而在建筑結構設計中常用的結構類型有如下幾種，第一，剪力墻結構類型。該類型主要應用于高層房屋建筑中，所依托的基礎為混凝土結構施工技術，該種優(yōu)化結構類型同“短肢剪力墻”結構類型相比就有抗震性能強、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結構類型。這種類型主要優(yōu)點在于開間大、靈活布局、造價較低等優(yōu)點，但是該結構類型也具有一定的缺點，柱的截面面積比較大，抗震能力相對較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結構類型。這種類型的結構是對剪力墻和框架兩種結構的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結構類型的優(yōu)點，結構布置比較合理，實際應用能力也比較強，該結構的最突出特點就是抗側力能力比較強。
綜上所述的三種房屋結構類型，無論是哪種都會有優(yōu)點和缺點，在進行結構類型選擇過程中一定要從建筑質量和建筑成本兩個角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對于建筑質量一定要符合業(yè)主和相關標準的要求，而對于建筑成本控制來說，要對房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實際施工能力等進行分析和選擇，最好是實現(xiàn)利益均衡。
3.2積極應用信息優(yōu)化技術
在房屋建筑結構設計中存在的變量比較多，房屋建筑結構的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結構中存在的各種復雜因素，在優(yōu)化設計中就應該積極應用先進的信息技術，比如應用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結構優(yōu)化設計中設計者的工作量，提高工作質量和工作效率。
3.3節(jié)能結構設計的優(yōu)化
節(jié)能結構設計的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎，并積極應用設計學中的方法。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)化就是要保證所設計的房屋建筑外表面積不要接受冷風的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護結構設計。維護結構主要指的就是門窗和屋頂，對于門窗而言，在房屋朝南的方向所設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計可以采用架空的方式或者是鋪設循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。
4.結語
從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結構設計的優(yōu)化是需要綜合進行的，雖然本文簡單的提出了三點優(yōu)化策略，但是在實際應用中，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，還需要設計人員在優(yōu)化設計之前對房屋建筑工程實際狀況進行深入了解。
參考文獻
[1]翁維素.運用系統(tǒng)思想，優(yōu)化工程結構設計，實現(xiàn)節(jié)約目標[J].河北建筑工程學院學報.2008（03）.
篇13
隨著現(xiàn)代城市進程的不斷加快，城市建筑的功能化和多元化要求也越來越高，人們在追求建筑安全和質量可靠的基礎上，更加開始注重建筑的舒適度、環(huán)保性等。輕質高新材料和新的設計理論的快速發(fā)展，和現(xiàn)代信息技術的不斷應用，為建筑結構的改善提供了更強大的技術基礎。建筑結構的優(yōu)化設計，在現(xiàn)代提倡的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保大環(huán)境背景下會越來越有必要。因此，加強有關建筑結構優(yōu)化設計的探討，對于提高建筑結構的良好性能和建筑的整體質量具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。
1、建筑結構優(yōu)化設計及其原則
1.1 建筑結構優(yōu)化設計。
建筑結構優(yōu)化設計是指在符合各種特定要求和某些規(guī)范條件下，能夠使結構的剛度、造價、重量等目標達到最優(yōu)的設計方法。優(yōu)化設計就是在可用的設計方案和措施中選擇最為有效和高質的方法。
結構優(yōu)化設計的過程一般是條件-分析-搜索-最優(yōu)設計，其始終綜合性的結構分析過程。搜索是指對結構設計方案進行修改和優(yōu)化的過程，它首先會分析設計方案能否符合各種目標條件，如果不能，則對其進行規(guī)則性的修改，從而逐漸接近預期目標。結構優(yōu)化設計的實質目的就是在所有的可選設計方案和措施中選擇造價最低、材料最省、最接近預期目標的方案，這樣結構設計實際就是在“比較和分析”基礎上逐步演變成“優(yōu)選和綜合”過程，這對于工程結構質量和經(jīng)濟效益的提高具有重要作用。
1.2 建筑結構優(yōu)化設計的原則
1.2.1安全性。安全性是建筑結構設計中的首要考慮因素。建筑結構優(yōu)化設計中，要在設計階段、決策階段綜合考慮建筑的安全性，在保證建筑結構安全可靠的基礎上開展的優(yōu)化。
1.2.2 經(jīng)濟性。建筑結構優(yōu)化設計的經(jīng)濟性原則是指能夠在新的市場經(jīng)濟條件下完善資源配置，就是在建筑結構的優(yōu)化設計過程中，能夠對各類資源材料實現(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，對于部分稀缺材料的應用，在建筑結構優(yōu)化設計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，因此建筑結構優(yōu)化設計的最終目標也是盡最大可能滿足人們的各種建筑需求。現(xiàn)代結構設計中除了要加強傳統(tǒng)的使用功能，還要不斷提高建筑的協(xié)調性、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)代建筑設計中必須重視的一條重要原則。建筑結構優(yōu)化設計應當通過整體布局環(huán)保、建筑材料環(huán)保等多方面來實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。在建筑的整體布局中，要在加強建筑結構主體環(huán)保的基礎上，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環(huán)境的適應。在選擇建筑材料時，應當在確保建筑安全性和功能性的基礎上，加強對環(huán)保型材料的選取。
2、建筑結構優(yōu)化設計的具體措施
2.1結構基礎形式的優(yōu)化。由于基礎費用占項目土建總造價比例較大，且其安全度通常需高于上部結構，因此基礎優(yōu)化從兩方面闡述：（1）重視對地質報告的研究分析，了解各種地基的變形特性，結合上部結構的不同條件，通過整體的分析計算，選擇適宜的基礎方案；（2）重視概念設計，根據(jù)基本理論知識以及豐富的實踐經(jīng)驗，分析、預見可能出現(xiàn)的各種問題，找最合理的處理方案。
2.2結構上部形式的優(yōu)化。建筑類型和功能要求的不同決定了建筑結構形式的不同，這里主要從三方面闡述：（1）平面布置在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平應盡量規(guī)則、均勻、對稱，盡量縮小質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、地基。
2.3 多程序計算的比較。不同程序不同的程序，由于技術模型和計算假定的不同，計算結果會有不同。應在設計中仔細的分析和比較多個程序的計算結果。不是簡單的應用程序的計算結果，而是分析、比較、判斷，進而對計算結果進行合理的調整和取用。這不僅需要結構工程師做大量計算工作，更重要的是運用以往工程經(jīng)驗對計算結果做出合理有效的判斷。計算和分析清晰了，就可以作到心中有數(shù)，配筋的時候做到有的放矢，控制關鍵部位的配筋，減小不必要的配筋，不靠盲目加大配筋保證安全，而是靠計算的精準保證結構的安全并實現(xiàn)采用較小的用鋼量的目標，從而達到優(yōu)化成本目的。
2.4 構件截面和配筋優(yōu)化。配筋時要注意計算結果的合理取用，遵循“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點，強錨固”等重要抗震概念。在滿足計算的情況下禁止隨意放大鋼筋，所選鋼筋既要綜合考慮構件在強度、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 構造措施的優(yōu)化。在通用的鋼筋混凝土結構中，應當盡可能選用高質量和高標號的混凝土，并利用高強度鋼筋，以在提高結構強度的基礎上減少鋼筋用量，減小構件截面，降低自重，減小地震力，節(jié)省成本；采用輕質、節(jié)能、環(huán)保的內隔墻材料，可以降低自重，減小地震力，從而減少整個結構的鋼筋和混凝土用量。在大高層建筑中，應當盡量選用預應力混凝土和型鋼混凝土作為大跨度結構、受力銜接點和結構轉換層的基本材料，以最大限度提高建筑的安全性和功能性。另外，要加強對抗震性、抗土性、抗水性材料的選擇，以減少突發(fā)性洪水、地震等自然災害的危害。
3、結論
建筑結構的優(yōu)化設計，是滿足建筑的多元化和多功能性要求的重要手段。因此，結構設計人員應當在堅持安全性、經(jīng)濟性、功能性、環(huán)保性原則的基礎上，不斷拓展建筑結構優(yōu)化措施和技術，提高結構優(yōu)化技術的應用水平和能力，以有效提升建筑結構的整體性能和質量。
參考文獻：
