結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 方案 優(yōu)化

前言

近年來，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平得到不斷的提升，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不僅需要滿足銷售及居住的質(zhì)量要求，同時(shí)還要求具有較好的經(jīng)濟(jì)適用性。剪力墻結(jié)構(gòu)由于側(cè)移較小，抗側(cè)剛度較大，而且具有較強(qiáng)的抗震性能，所以在現(xiàn)代建筑中得到廣泛的應(yīng)用。但在當(dāng)前建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)過程中，還存在著一些問題，所以還需要加強(qiáng)對其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，從而確保建筑的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的基本定義

剪力墻作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其可以承擔(dān)較強(qiáng)的風(fēng)荷載及地震作用，所以通常也將剪力墻稱為抗風(fēng)墻或抗震墻。目前高層建筑較多，但在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，則不宜將所有墻體都采用剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于需要應(yīng)用較多剪力墻時(shí)，則需要布置一定的筒體，這樣利用剪力墻和筒體可以對水平力來進(jìn)行抵抗。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本樣式

（一）壁式框架。這種樣式的剪力墻更多的在聯(lián)肢墻中進(jìn)行應(yīng)用，由于其洞口較大，所以墻肢的剛度往往較弱，而連梁的風(fēng)度則較強(qiáng)，這種情況下的剪力墻在受力上表現(xiàn)的與框架結(jié)構(gòu)更過于接近。但其與框架結(jié)構(gòu)的梁柱還具有較大的不同，厚度上較小。通常上框剪結(jié)構(gòu)中，壁式框架剪力墻可以進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，同時(shí)也可以利用其他一些墻體來進(jìn)行設(shè)置，所以在目前的房屋建筑中壁式框架剪力墻應(yīng)用的更為廣泛。

（二）整體剪力墻。整體剪力墻由于沒有洞口或是只有少量的洞口，其作為建筑的主體結(jié)構(gòu)存在，所以在設(shè)計(jì)時(shí)往往可以忽視洞口的存在，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中作為極其重要部分，對建筑起著支撐的作用。

（三）聯(lián)肢墻。聯(lián)肢墻上往往是有一列或是多列洞口存在，而且洞口的尺寸也較大，各連梁承擔(dān)著主要的受力，其可以說是由于多組連梁連接起來的特殊剪力墻，而且各墻肢具有比連梁更強(qiáng)的剛度，所以每一個(gè)墻肢的作用都不可忽視。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)方案的選擇

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的設(shè)計(jì)方案具有多樣化的特點(diǎn)，但在確保建筑結(jié)構(gòu)安全的情況下，需要選擇經(jīng)濟(jì)性較好的方案，可以有效的降低工程的成本。特別是在設(shè)計(jì)的初期階段，對于剪力墻結(jié)構(gòu)體系、材料及構(gòu)件截面尺寸的選擇，都會(huì)直接影響到建筑工程的造價(jià)。

目前高層建筑結(jié)構(gòu)中，利用框支剪力墻較多，這樣就可以在上部結(jié)構(gòu)中可以采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了盡量的減少上下層在剛度上的變化，則可以適當(dāng)?shù)臏p少上層短肢剪力墻來減少剪力墻的剛度，而加大下層剛度，這種結(jié)構(gòu)方案可以在保證整體結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

因建筑的層數(shù)過大，對于結(jié)構(gòu)的剛度要求增加，也需要結(jié)構(gòu)底部具有良好的抗剪系數(shù)，控制好層部位移和頂點(diǎn)位移值，確保結(jié)構(gòu)的安全性，所以如果利用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)則無法滿足各方面的要求，使Y構(gòu)的安全性無法得到保證。

對于層數(shù)在20層以下的住宅建筑若采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，由于墻體多為構(gòu)造配筋，各墻肢的實(shí)際軸壓又一般會(huì)比計(jì)算值偏小，就會(huì)導(dǎo)致墻體的承載力不能充分發(fā)揮出來，而采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，就可以很好地解決這些問題，既加大了結(jié)構(gòu)的延性，提高結(jié)構(gòu)的抗震性也使得工程費(fèi)用隨之降低。

四、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

（一）基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目地質(zhì)與水文條件，各項(xiàng)工藝、技術(shù)指標(biāo)與相鄰建筑的分布狀態(tài)要進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃，以最大限度發(fā)揮基礎(chǔ)方案的實(shí)際作用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量在原基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的修訂與整改。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行實(shí)地考察后，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行承重構(gòu)件的設(shè)計(jì)和選擇，其根本目的是確保建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。例如：在剪力墻承重構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，必須考慮到墻體配筋率的問題，在國內(nèi)現(xiàn)階段執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：抗震等級為一、二、三級的剪力墻中，豎向與水平分布筋的最小配筋率應(yīng)≥0.25%，而部分框支剪力墻的底部加強(qiáng)部位實(shí)際配筋率則要≥0.3%。與上世紀(jì)80年代相比，現(xiàn)在規(guī)定的配筋率已經(jīng)明顯提高，而且基本實(shí)現(xiàn)了與國外建筑行業(yè)要求的配筋率接軌，所以，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員在基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須注重相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與工藝參數(shù)的合理選用，特別是要符合國家建筑主管部門出臺的最新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以保證設(shè)計(jì)方案通過審核。

（二）有效提升建筑整體結(jié)構(gòu)性能。在剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中要對其抗震性能進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)力求簡單、規(guī)則，明確結(jié)構(gòu)各部位受力情況，避免在災(zāi)難發(fā)手時(shí)出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)受力不均衡的情況，實(shí)現(xiàn)對危害的有效控制。設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱部位，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)參數(shù)，及時(shí)對可能產(chǎn)生薄弱的部位進(jìn)行分析，并對方案進(jìn)行修訂，從而有效的提升整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（三）合理應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與計(jì)算方法。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須選擇合理的設(shè)計(jì)方案，這是保證建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。剪力墻結(jié)構(gòu)處于受彎工作狀態(tài)時(shí)才能有展現(xiàn)良好的延性，所以，剪力墻的形式應(yīng)以高細(xì)為主，如果剪力墻過長，可能形成低寬剪力墻，由于剪力墻呈現(xiàn)為脆性，難以滿足抗震要求。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須經(jīng)過精確的計(jì)算，雖然國內(nèi)在設(shè)計(jì)工作中已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)代替人工操作，但是在部分環(huán)節(jié)的計(jì)算中仍需依靠設(shè)計(jì)人員豐富的工作經(jīng)驗(yàn)予以解決。

篇2

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是“安全、適用、經(jīng)濟(jì)”，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的目的就是使有限的空間、資源效果最大化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作就顯得非常的重要。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用結(jié)構(gòu)體系的受力特性，合理的結(jié)構(gòu)布置，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，達(dá)到規(guī)范所規(guī)定的安全度，并使其使用功能得到最大的滿足。下面將通過幾個(gè)方面對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行探討，以期與廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員共勉。

1　結(jié)構(gòu)整體分析

在承載各種作用的時(shí)候，建（構(gòu)）筑物總是以整個(gè)結(jié)構(gòu)體系協(xié)同工作的，結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣是這個(gè)建（構(gòu)）筑物的先天基礎(chǔ)。合理的結(jié)構(gòu)體系可以在安全、經(jīng)濟(jì)、適用等方面做到更好的協(xié)調(diào)。

1.1　結(jié)構(gòu)形式的選擇及結(jié)構(gòu)布置

同一建筑方案，可以采用多種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑工程常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。每一種結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)性都有所差別，且都有其相應(yīng)的適應(yīng)性、抗震性能。因此，設(shè)計(jì)人員在建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化選擇過程中，要根據(jù)建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、場地條件等因素，按照經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的設(shè)計(jì)原則，保證結(jié)構(gòu)整體具有良好的抗震性能、足夠的承載力和剛度的前提下，選擇最合適的結(jié)構(gòu)體系。

結(jié)構(gòu)布置要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者具有化繁為簡、了解各種結(jié)構(gòu)特性并對其出現(xiàn)的各種狀況采取相應(yīng)措施的能力。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、對稱，盡量縮小質(zhì)心和剛心的距離；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)。豎向布置應(yīng)在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通且豎向剛度最好不要突變，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，這對結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載是十分不利的。

筆者設(shè)計(jì)的某值班宿舍樓，平面尺寸為7×38m，平面雖然很規(guī)則，但很狹長，結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候，做到了結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心非常的接近，但計(jì)算后的結(jié)果卻不能令人滿意，第一周期是扭轉(zhuǎn)周期，對于結(jié)構(gòu)的抗震是非常不利的。究其原因就是結(jié)構(gòu)平面過于狹長，平面剛度不足，造成兩端振動(dòng)不同步引起了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在增大了兩端柱截面之后，雖然第一、二周期變成了平動(dòng)周期，但第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值大于0.9。雖然抗震規(guī)范對多層建筑的周期比并不做要求，但參考高層規(guī)范的規(guī)定，比值過大的情況下結(jié)構(gòu)的抗震性能并不是很好。于是筆者在兩端墻體交接處各增加了一根柱子，使得兩端的剛度進(jìn)一步增強(qiáng)，且柱的布置不影響使用，結(jié)構(gòu)的周期比小于了0.9，而且由于結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候剛心和質(zhì)心是非常接近的，因此結(jié)構(gòu)的抗震性能是非常好的。

1.2　功能要求

每一個(gè)建（構(gòu)）筑物都有其預(yù)定的功能要求，設(shè)計(jì)者甚至不能滿足其無限擴(kuò)大的功能要求，而功能要求往往也會(huì)與結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生沖突。當(dāng)為了更大滿足功能要求而不能采取更優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式使造價(jià)增加，或者采取更優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式使造價(jià)降低卻但限制了一些功能上的要求時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)與建設(shè)方協(xié)調(diào)，在功能要求和結(jié)構(gòu)形式上互相做出讓步，以確定雙方都滿意的結(jié)構(gòu)方案。比如框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)等滿足使用者自由布置空間的能力是不同的，一般情況下按上述排序該能力是越來越弱的，但結(jié)構(gòu)體系的剛度卻是越來越強(qiáng)的，適用的最大高度是越來越高的。當(dāng)某建筑物的高度接近框架結(jié)構(gòu)的適用最大高度時(shí)，其結(jié)構(gòu)成本相對是比較高的，可以考慮采用框剪結(jié)構(gòu)，如建設(shè)方認(rèn)為框剪結(jié)構(gòu)影響了其功能使用，且結(jié)構(gòu)成本對其影響不大時(shí)亦可繼續(xù)采用框架結(jié)構(gòu)。但通過溝通，在采用框架結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在不影響其功能要求的某些位置設(shè)置少量的剪力墻以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度則不失為更優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。

2　改變約束條件

改變約束條件是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一種有效的手段。

某水廠水池，由于施工單位的失誤，池壁鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重的偏位，按偏位后的截面進(jìn)行復(fù)核，池壁承載力已經(jīng)不夠。筆者采用增加約束的辦法進(jìn)行處理。將池壁上部的走道板強(qiáng)化設(shè)計(jì)，作為池壁的上部約束，經(jīng)復(fù)核此情況下偏位后的鋼筋滿足要求。

某門式剛架廠房，筆者最初設(shè)計(jì)時(shí)對剛架的底部按固端約束進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)剛架的基礎(chǔ)非常大，造價(jià)很高。后經(jīng)優(yōu)化，減掉部分約束，改為鉸接，基礎(chǔ)尺寸大為減小，柱腳構(gòu)造施工難度變小，且上部構(gòu)件截面增大不多，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3　構(gòu)件分析

每一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件都有其最經(jīng)濟(jì)的使用范圍，每一種截面尺寸均有其最經(jīng)濟(jì)的承載狀況。通過構(gòu)件分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)是使構(gòu)件的截面尺寸更合理，充分發(fā)揮材料的結(jié)構(gòu)性能。

筆者在設(shè)計(jì)水處理構(gòu)筑物的時(shí)候，通過采用通用計(jì)算軟件分析發(fā)現(xiàn)控制構(gòu)件配筋的最不利彎矩衰減得非常的快，這些在普通的靜力計(jì)算中是察覺不到的。根據(jù)這個(gè)特性，在大尺寸的池壁設(shè)計(jì)中，可以采取沿高度逐漸減小池壁厚度和逐漸減少配筋量的方法來更合理的發(fā)揮材料的性能，取得更好經(jīng)濟(jì)效益。

犧牲某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件的部分經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到更高的整體經(jīng)濟(jì)效益則是另一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向。例如，常規(guī)梁經(jīng)濟(jì)性最好，但嚴(yán)重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，其不一定能實(shí)現(xiàn)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化。寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數(shù)，以獲得更多的建筑面積。雖然寬扁梁在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與常規(guī)梁相比并非最優(yōu)，但對比整體經(jīng)濟(jì)效益和結(jié)構(gòu)增加的投資，整體經(jīng)濟(jì)效益大時(shí)，做寬扁梁設(shè)計(jì)是個(gè)值得考慮的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方向。

4　材料選擇的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)承載能力的載體就是材料，工程實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)階段合理選擇建筑材料，控制材料單價(jià)或工程量，是控制工程造價(jià)的有效途徑。建筑材料應(yīng)盡量選用性價(jià)比高的高強(qiáng)度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400這三種鋼材的價(jià)格比較接近，但它們的抗拉強(qiáng)度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可見采用高強(qiáng)鋼筋的性價(jià)比高。采用高強(qiáng)度鋼筋減少了用鋼量的同時(shí)，還減少了施工量，增加施工可操作性，減少了施工難度。當(dāng)柱截面由軸壓比控制導(dǎo)致尺寸過大時(shí)，可以采用更高等級的混凝土，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)尺寸，增加使用空間的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者可以與建筑設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)采用輕質(zhì)高效的建筑材料，如填充墻材料宜采用輕質(zhì)墻體，屋面采用輕質(zhì)防水材料等，這些材料的使用既可增加室內(nèi)的使用空間，也能減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用，進(jìn)而減少結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件的用鋼量和混凝土用量，減少了結(jié)構(gòu)部分的投資。

5　計(jì)算模型的優(yōu)化

實(shí)際結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，完全按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行力學(xué)分析是不可能的，對工程設(shè)計(jì)而言也是沒有必要的。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，都需要采用某個(gè)計(jì)算模型對結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況進(jìn)行簡化模擬，計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各種工況下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的準(zhǔn)確性決定了計(jì)算結(jié)果的合理性及對工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義。

縱觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展歷史，就是結(jié)構(gòu)計(jì)算模型提高準(zhǔn)確性的發(fā)展歷史。在計(jì)算機(jī)高度發(fā)達(dá)和通用計(jì)算逐漸普及的今天，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者擁有了更多的選擇對結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為合理的模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)者可以得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果，從而更為合理有效的進(jìn)行材料配置，提高經(jīng)濟(jì)效益。

由于業(yè)主功能需求的變化，某已建成的建筑物空間布置發(fā)生了較大的改變，部分樓板荷載超出了原設(shè)計(jì)的規(guī)定。筆者在對此建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)鑒定時(shí)，考慮到原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是采用梁柱模型計(jì)算的，樓板并未直接參與計(jì)算，僅估計(jì)了對梁剛度的影響，可能實(shí)際結(jié)構(gòu)承載能力還有一定的富余。筆者采用了梁柱與板殼元共同工作的計(jì)算模型進(jìn)行復(fù)核，并對其局部荷載進(jìn)行精確施加。最終驗(yàn)算的結(jié)果表明原結(jié)構(gòu)基本能滿足要求，僅需進(jìn)行小的調(diào)整即可滿足結(jié)構(gòu)安全。

在水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)中，水池底板的設(shè)計(jì)一直都沿用傳統(tǒng)的倒樓蓋法，整個(gè)底板的地基反力是按均布荷載布置的，這與實(shí)際的受力狀況有很大的不同，造成了底板用鋼量過大的結(jié)果。在使用通用計(jì)算已成為可能的今天，可以考慮采用更為接近實(shí)際狀況的有限元模型進(jìn)行受力分析，并以此結(jié)果指導(dǎo)配筋將會(huì)更為合理且更為經(jīng)濟(jì)。

篇3

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)優(yōu)化、探討、應(yīng)用

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，在滿足建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)下，平面布置應(yīng)當(dāng)盡量保持對稱和規(guī)則，盡可能的縮小剛度中心和質(zhì)量中心之間的差異，從而使建筑物在水平荷載下不至于發(fā)生太大扭轉(zhuǎn)。在豎向布置上，在滿足功能的前提下，應(yīng)盡可能的使豎向承重構(gòu)件上下保持貫通，可以不使用轉(zhuǎn)換層則盡量不使用，避免造成結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難。豎向剛度盡量不要突變，應(yīng)采取漸變的方式，避免應(yīng)水平荷載作用產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

在工程項(xiàng)目和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮設(shè)計(jì)對象基本的使用功能和可靠性外，還要考慮把設(shè)計(jì)對象盡可能設(shè)計(jì)的更完善一些，這就是研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的主要目的。它用科學(xué)的計(jì)算選取更合適本項(xiàng)目滿意的結(jié)構(gòu)方案。

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型與方案

房屋建筑工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、房屋屋蓋系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)優(yōu)化。針對以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還包括了選型、布置、造價(jià)、受力等內(nèi)容進(jìn)行分析。在實(shí)際實(shí)施中，還應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況出發(fā)，再結(jié)合具體工程實(shí)施情況，圍繞房屋建筑綜合經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是在各種影響變量中選取主要的參數(shù)建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方法得出最好的優(yōu)化方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化建立模型大概分為以下幾個(gè)步驟：設(shè)計(jì)變量中主要參數(shù)的合理選擇，通常的變量選擇主要選擇對于總體結(jié)構(gòu)影響較大的參數(shù)，將所有的參數(shù)按各自的影響屬性劃分分類，將影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，這樣可以減少函數(shù)模型中大量的計(jì)算。目標(biāo)函數(shù)一旦確定，使用函數(shù)找出符合條件的最優(yōu)解。最后是約束條件的確定，房屋建筑結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件包括了應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、裂縫寬度約束、尺寸約束。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，確定各種約束條件務(wù)必符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)計(jì)多個(gè)變量和多個(gè)約束條件，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常常將由約束條件轉(zhuǎn)換為無約束條件計(jì)算，常用的方法包含有符合型法和拉式乘子法。在完成計(jì)算方案設(shè)定時(shí)只需要編制相適應(yīng)的運(yùn)算程序即可得到最優(yōu)化的結(jié)果。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用所面臨的幾個(gè)問題

將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)踐中，是比較廣泛的一項(xiàng)措施，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以不改變使用性能下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)、舊房改造等各分部環(huán)節(jié)都能發(fā)揮巨大的效益。在時(shí)間應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)注意幾個(gè)問題。

（一）前期參與。前期方案的確定將直接影響到整體建筑的總投資，前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不參與是現(xiàn)在所面臨的一個(gè)問題，建筑設(shè)計(jì)師在建筑設(shè)計(jì)時(shí)對于建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性大多沒有考慮，但建筑設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有些方案有可能造成建筑總投資增加和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度提升。假如我們在方案的初期，就選擇合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，那么我們就可以根據(jù)不同的建筑類型，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和合理的設(shè)計(jì)方案，打好一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

（二）細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。概念設(shè)計(jì)運(yùn)用于沒有具體化數(shù)值情況下，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，從而達(dá)到最好的效果。在細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，注意各細(xì)節(jié)部分的設(shè)計(jì)，比如現(xiàn)澆板中異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可把異形板劃分成矩形運(yùn)用。

（三）地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先應(yīng)選擇合理的方案，如果是樁基礎(chǔ)，則要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件選擇合適的樁基類型，樁端持力層對灌注樁樁長選擇有很大影響，應(yīng)多比較選擇合適方案。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用

（一）降低建筑總造價(jià)。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，建筑層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用土地面積將越小，這樣節(jié)約了土地占用面積，但隨著建筑層數(shù)的提高，總建筑高端提升，樓與樓之間間距也在提升，傳給基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載也會(huì)增加，我們則要增大基礎(chǔ)，又會(huì)擴(kuò)大土地占用面積。雖然這樣單位面積會(huì)有所降低，但是還是沒有屋蓋效果那么明顯。

（二）提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。隨著建筑層數(shù)提高，墻體面積和柱體積也會(huì)增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自重增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力相應(yīng)增加，水、電氣管線相應(yīng)加長，如果層數(shù)降低，可節(jié)約材料、利于抗震等，當(dāng)建筑高度減少，兩建筑間的日照距離也相應(yīng)減少，間接節(jié)約了用地。如果建筑面積相同，選擇的不同的平面形狀，建筑外側(cè)外墻的周長也會(huì)不同，合理的平面模型使外墻周長減少，外墻砌體、基礎(chǔ)設(shè)施。內(nèi)外表面裝修都會(huì)減少，與此同時(shí)還提高了受力性能，增強(qiáng)建筑經(jīng)濟(jì)性。優(yōu)化方法的運(yùn)用，協(xié)調(diào)了建筑各部分單元，使建筑在更加美觀的同時(shí)增強(qiáng)了建筑的可實(shí)用性，還減少了總體建筑的工程造價(jià)，這符合了現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的效益需求。

當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對于居住條件和生活環(huán)境要求越來越高，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)對建筑房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)和美觀相互協(xié)調(diào)，同時(shí)安全、經(jīng)濟(jì)、適用和便利是改善人們居住環(huán)境的重要手段。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念注重以實(shí)際情況為準(zhǔn)則，根據(jù)工程建設(shè)的基本情況，以控制造價(jià)成本為中心來進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其內(nèi)容就是利用對建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案和圍護(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)模型，通過對各種不同的影響變量參數(shù)中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大，一方面是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料，有利用抗震，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成本造價(jià)。節(jié)約用地，大量資料表明，房屋建筑進(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互協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用中，可以達(dá)到物美價(jià)廉的效果，不僅實(shí)現(xiàn)了房屋的美觀和實(shí)用性，而且突出的節(jié)約了工程造價(jià)。在每個(gè)投資者眼中，在保證建筑結(jié)構(gòu)可靠性和科學(xué)性的前提下，同時(shí)在建筑長遠(yuǎn)效益下，最大程度的節(jié)約工程成本，是首先考慮的因素，這樣才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，用最低的投資成本獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

五、結(jié)論

房屋建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)在工程中是考慮因素較大的一個(gè)方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。所以建筑部門和建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)遵守經(jīng)濟(jì)性、適用性和合理性的設(shè)計(jì)原則，再運(yùn)用現(xiàn)代高科技手段，選擇運(yùn)用合適的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，用以實(shí)現(xiàn)降低建筑總工程造價(jià)并獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TB482文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓參與計(jì)算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計(jì)方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提高整體設(shè)計(jì)水量及設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可縮短設(shè)計(jì)周期，從而降低整體工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)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)。對以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過程中，不僅要按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在滿足設(shè)計(jì)要求后，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)以力學(xué)理論和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為工具，對建筑結(jié)構(gòu)涉及到的各個(gè)變量進(jìn)行尋找優(yōu)化決策的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，其本質(zhì)就是求極值問題。（1）優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。建立正確合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，基于正確的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是得到正確優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)。例如，在優(yōu)化模型中，數(shù)學(xué)模型中的等式約束個(gè)數(shù)應(yīng)當(dāng)小于設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)，這樣才能求得最優(yōu)解。（2）優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和優(yōu)化迭代控制。對于建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，雖然可用的優(yōu)化算法有多種，但是采用不同的優(yōu)化算法所得到的優(yōu)化效果和所花費(fèi)的求解時(shí)間會(huì)有差別。所以，快速、有效的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。（3）結(jié)構(gòu)分析方法。絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題難以采用解析法求解，而是采用數(shù)值法的方法。數(shù)值解的尋優(yōu)實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)化迭代過程，而每次優(yōu)化迭代都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。實(shí)現(xiàn)以上提到的關(guān)鍵技術(shù)需要經(jīng)過建立可靠的優(yōu)化模型，然后采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法進(jìn)行求解。這其中選擇計(jì)算簡便且正確率高的優(yōu)化算法顯得尤為重要。

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

第一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和用地之間的關(guān)系。在多層或者高層的民用建筑中，我們常說的總建筑的面積具體講是每層的建筑面積之和，如果層數(shù)越多，那么單位建筑的面積分?jǐn)偟恼嫉孛娣e相應(yīng)的就會(huì)越小。然而隨著層數(shù)日益變多，總體住宅高度也會(huì)不斷上升，隨之屋子間的距離也相應(yīng)的變大。通過這一闡述我們了解到，用地節(jié)約的多少并不會(huì)根據(jù)建筑樓層增加而按一定的約數(shù)變高。

第二點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和造價(jià)之間的關(guān)系。一般建筑的樓層會(huì)在一定程度上影響到單位建筑的面積，但對每部分的結(jié)構(gòu)來講，具體的影響程度是不一樣的。在屋蓋的區(qū)域，無論有多少層，都統(tǒng)一使用統(tǒng)一相同的房屋蓋。它跟層數(shù)增加無關(guān)，所以對屋蓋的資金投入也不會(huì)加大。因此，屋蓋處的單位面積資金投入會(huì)根據(jù)層數(shù)的不斷上升而表現(xiàn)出很明顯的降低。在建筑的基礎(chǔ)處，每層都共同使用一個(gè)基礎(chǔ)，因此隨著層數(shù)不斷增加，相應(yīng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承受的荷重就會(huì)增加，因此我們必須要增加基本的荷載力。基礎(chǔ)地區(qū)的單位開銷雖然會(huì)根據(jù)層數(shù)的增加而呈現(xiàn)出降低的意思，但是這種意思并不像屋蓋那樣如此明顯。一些承重體，比如墻、梁或者柱等，會(huì)隨著層數(shù)的不斷增加而不斷地增加荷載能力以及抗震能力等，相應(yīng)的這些分部的單位房屋造價(jià)會(huì)有一定的提升。

第三點(diǎn)，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。一般而言，住宅層數(shù)高矮將本質(zhì)的影響住宅開銷，其根本原因乃是伴隨層高不斷上升，墻體面積和柱體積也會(huì)慢慢上升，而且會(huì)加大結(jié)構(gòu)自重，進(jìn)而還會(huì)增加柱以及基礎(chǔ)承受荷載力，于是讓電氣以及水衛(wèi)的管線同比例變長。如果將層高降低，那么可以有效地節(jié)省材料物資，而且還可以節(jié)約能源等，對于抗震非常有利，能最大程度的節(jié)約金錢輸出。另一方面，減少層高不但可以降低房屋的高矮，有效地縮小建筑和建筑間日照的距離，所以降低層高也在一定程度上對于節(jié)約土地資源有很大的作用。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。伴隨急速更新發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計(jì)算機(jī)、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)缺少安全、經(jīng)濟(jì)性作為衡量準(zhǔn)則。最優(yōu)設(shè)計(jì)則是在安全、經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上，利用計(jì)算機(jī)作為輔助技術(shù)，非常便利地實(shí)現(xiàn)了分析計(jì)算、設(shè)計(jì)、出效果圖等整套程序的自動(dòng)化，大大提升了設(shè)計(jì)整體效果及質(zhì)量。為了達(dá)到降低工程造價(jià)之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項(xiàng)目的前期、整體、抗震設(shè)計(jì)，在舊房改造期間的各個(gè)環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中應(yīng)注意的問題如下：

1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，如果能對建筑類別有所針對，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。

2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)主要作用于無具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實(shí)難免與計(jì)算式存在區(qū)別，那么設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取概念設(shè)計(jì)方法，使數(shù)值成為輔助及參考根據(jù)。為達(dá)到最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過程同時(shí)要注意對于細(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方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時(shí)應(yīng)注意：I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當(dāng)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。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)之目的。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化―――下部地基基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以降低工程總造價(jià)為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影響較大的樁端持力層的選擇，要多進(jìn)行比較，最終確定最為合適的方案。

總之，建筑是凝固的藝術(shù)，好的建筑師總希望可以通過建筑來合理的表達(dá)本身設(shè)計(jì)意圖，希望擁有藝術(shù)性以及實(shí)用性能的美妙融合。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們應(yīng)嚴(yán)格遵“安全、經(jīng)濟(jì)、合理”的設(shè)計(jì)理念，努力探索更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，保證建筑工程取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。

參考文獻(xiàn)：

篇5

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方案；應(yīng)用；優(yōu)化技術(shù)

中圖分類號： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

近年來，由于經(jīng)濟(jì)體制和市場環(huán)境的變化，土地價(jià)格也在不斷上漲，使得建筑工程在成本控制上面臨的壓力也隨之增大。同時(shí)，隨著人們生活水平的提高，人們對居住環(huán)境和居住條件的要求也較之以往有很大的提高，這就要求建筑產(chǎn)品要有更優(yōu)秀的品質(zhì)才能滿足人們的需要。為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)商和居住者的共同利益，那么就要在降低建筑工程造價(jià)的同時(shí)還要優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)計(jì)部門和人員就要在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)方法，在有限的空間里對有限資源進(jìn)行合理利用，使其能夠發(fā)揮出最優(yōu)效果，實(shí)現(xiàn)房屋建筑安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性的最大化。

一、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

安全、美觀、經(jīng)濟(jì)、適用且便于施工是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的五項(xiàng)基本原則，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑美觀密切配合起來，在各自發(fā)揮作用的同時(shí)相互協(xié)調(diào)，能夠打造出賞心悅目的建筑。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，既能夠使建筑的造型更加美觀，又能夠滿足房屋結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性原則。它是從優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋工程的分部結(jié)構(gòu)和優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋工程結(jié)構(gòu)的總體這兩個(gè)方面來體現(xiàn)的。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案有這幾方面的內(nèi)容：優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋的屋頂系統(tǒng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)的細(xì)部。在這些優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中包含著多方面的內(nèi)容，主要有工程的造價(jià)分析、結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)的受力分析等方面。在具體的實(shí)施過程中，要從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合房屋建筑工程的自身實(shí)際情況，將提高房屋建筑的綜合效益為目標(biāo)，來進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

二、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的應(yīng)用

1、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行房屋建筑工程圖紙的設(shè)計(jì)時(shí)，按照抗震的等級來對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)防進(jìn)行分類，這是在國家《抗震規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)房屋的高度、烈度和結(jié)構(gòu)類型來確定的。具體的優(yōu)化方案如下：

對高層房屋建筑來說，在計(jì)算地震震力的振型組合數(shù)據(jù)時(shí)不必考慮耦聯(lián)扭轉(zhuǎn)的情況。如果房屋振型數(shù)大于3，那么在計(jì)算時(shí)要取3的整數(shù)倍，并且這個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)該小于建筑物的總層數(shù)，如果房屋是1層或者是2層時(shí)，那么可以將房屋層數(shù)作為振型數(shù)。如果房屋結(jié)構(gòu)并不規(guī)則，那么就應(yīng)該考慮扭耦聯(lián)轉(zhuǎn)，同樣拿高層建筑來說，房屋的振型數(shù)不應(yīng)該小于9而應(yīng)該大于或等于9；如果該項(xiàng)建筑房屋結(jié)構(gòu)的層數(shù)較大，或者它的剛性突變系數(shù)大的情況下，那么在選取該房屋的振型數(shù)時(shí)應(yīng)該多一些，例如在房屋結(jié)構(gòu)中有轉(zhuǎn)換層的情況，或者房屋頂部有小塔樓，又或者房屋內(nèi)部是多塔結(jié)構(gòu)，這時(shí)應(yīng)該選取大于或等于12的數(shù)作為該房屋的振型數(shù)，但是需要注意的是，振型數(shù)仍然不能超過該房屋總層數(shù)的3倍。除非存在特殊情況，才可以選取更大的振型數(shù)，例如在房屋結(jié)構(gòu)中含有彈性定義樓板，并且在剛性分析時(shí)采取的是總剛性分析的方法。

2、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中周期性折減系數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在建筑房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對于房屋框架和頂蓋來說，它實(shí)際表現(xiàn)的剛度往往會(huì)大于設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算的剛度，而實(shí)際的周期又會(huì)小于設(shè)計(jì)計(jì)算的周期，這是由于存在填充墻體的原因引起的。如果計(jì)算出來的房屋結(jié)構(gòu)剪力偏小時(shí)，會(huì)引起房屋某些結(jié)構(gòu)的安全隱患，為了避免這種情況而使房屋結(jié)構(gòu)達(dá)到更好的效果，那么在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)就要適當(dāng)折減它的計(jì)算周期。但是房屋的框架結(jié)構(gòu)除外，在設(shè)計(jì)時(shí)不宜折減它的計(jì)算周期，必要時(shí)就取最小的折減系數(shù)。對于房屋的框架結(jié)構(gòu)來說，它通常是采用砌填充墻的方式，因此應(yīng)根據(jù)砌塊和墻體的情況來決定折減系數(shù)。如果采用輕質(zhì)砌塊來填充或者墻體較少的情況下，折減系數(shù)應(yīng)為0.7～0.8之間；如果完全是采用輕質(zhì)墻體板時(shí)，折減系數(shù)可以取為0.9。

3、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架梁、柱箍筋間距的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

房屋柱箍筋、框架梁等的設(shè)計(jì)中，要在符合國家相關(guān)規(guī)定的前提下來設(shè)定最大箍筋和最小箍筋的直徑間距，通常將加密區(qū)的最大間距設(shè)為100mm左右，而將非加密區(qū)的最大間距設(shè)為200mm左右，然后來計(jì)算房屋結(jié)構(gòu)的箍筋面積。設(shè)計(jì)人員在確定肢數(shù)和箍筋的直徑時(shí)，要依據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定來進(jìn)行。如果有其他較大載荷存在于房屋框架梁跨中部時(shí)，或者存在次梁且箍筋僅為兩肢時(shí)，而程序又為內(nèi)定的條件下，就應(yīng)該取200mm左右作為非加密區(qū)的箍筋間距。這樣既能夠提高間距為100mm的梁箍筋加密區(qū)的抗剪切能力，又使梁非加密區(qū)抗剪承載能力適當(dāng)增強(qiáng)了。通過這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，更能夠充分體現(xiàn)出梁的強(qiáng)抗剪性能。

4、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中地下室的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果是多層性的框架結(jié)構(gòu)，一般都會(huì)設(shè)置地下室，而通常會(huì)采用板筏基礎(chǔ)來建造，這是因?yàn)榈叵率业母魤^少。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮房屋的上部結(jié)構(gòu)和地下室的層數(shù)，在圖紙中的計(jì)算時(shí)應(yīng)以地下室的實(shí)際層數(shù)為依據(jù)，這樣可以一次性設(shè)計(jì)完成基礎(chǔ)

底板和地基的縱向荷載。同時(shí)，通過比較和分析側(cè)層移剛度性系數(shù)，可以對房屋的嵌固位置做出正確的判斷和調(diào)整。為了保證樓板有必要的厚度且配筋率最小，可以采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧﹣磉M(jìn)行構(gòu)造；如果房屋的縱向結(jié)構(gòu)不規(guī)則時(shí)，要加強(qiáng)最房屋結(jié)構(gòu)中最薄弱層的驗(yàn)算。

三、在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的意義

在房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案具有著重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和實(shí)踐意義。在滿足房屋結(jié)構(gòu)長遠(yuǎn)效益的基礎(chǔ)上，應(yīng)該盡可能的減少房屋結(jié)構(gòu)的投資成本，并使房屋結(jié)構(gòu)更為可靠和合理，以實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)為目的來進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較，運(yùn)用建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案能有效降低房屋工程的造價(jià)，大約為10%～35%。運(yùn)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念來合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，可以將建筑材料的性能最大限度的發(fā)揮出來，充分協(xié)調(diào)房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元之間的關(guān)系，其安全性也能達(dá)到國家的規(guī)定范圍。同時(shí)，在房屋建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案還能提高房屋整體方案設(shè)計(jì)的合理性，從而實(shí)現(xiàn)房屋整體結(jié)構(gòu)的美觀、安全、經(jīng)濟(jì)和適用。

四、結(jié)語

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，能夠使房屋變得更加美觀、適用、經(jīng)濟(jì)、安全。要使房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮最大的功效，既要注重建設(shè)初期優(yōu)化方案的制定，又要在施工過程中合理運(yùn)用。在保證質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新理念，合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案并充分利用，對于建筑工程成本的控制和人們居住條件的提高都有著重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

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