導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇建筑結構的優(yōu)化設計，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

Talk about building structure of excellent turn design

Yang Jian

（ Nanyang City， Henan Province， Architectural Design and Research Institute， Nanyang， Henan 473000 ）

【Abstract】to maximize the efficiency of investment， each investor is the pursuit of investment objectives. Through the optimal design of the building structure， not only to improve building safety， and can effectively reduce the construction cost， construction products with a higher price. Based on the structural design， the choice of the structure of the programmed， structure， material selection， and regulate the use of a designer boutique to cultivate awareness of the structural optimization and design of the system on， elaborated on the significance of structural optimization， optimization methods And optimize the way for the designers of the structural optimization of the structure designed to provide information.

【Keywords】structural optimization； lower cost； carefully designed； ensure safety

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，在項目作出投資決策后，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(nèi)容，也自然成為投資者評價設計質(zhì)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(zhì)的設計產(chǎn)品，提高設計產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生優(yōu)化的結構。下面就結構設計優(yōu)化的一些途徑，談一下筆者的一點看法，以期與廣大結構設計人員共勉。

1.選擇合理的結構方案

在建筑設計方案確定后，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(zhì)量產(chǎn)生很大的差別，所以選擇合理的結構方案便顯得尤為重要，只有采用合理的結構設計方案才能實現(xiàn)“技術先進、安全適用、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量”的設計目標。也只有采用合理的結構設計方案才能真正實現(xiàn)投資效益的最大化。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、剛度和良好延性的同時造價最低。

（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(zhuǎn)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(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，使結構構件能夠同時發(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(zhì)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(zhuǎn)效應，因為抵抗結構的扭轉(zhuǎn)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）加強與建筑師的溝通與協(xié)調(diào)。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。

2.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，使結構工程師從繁重復雜的結構計算中解脫出來。過去對一些復雜結構的設計完全依靠概念、經(jīng)驗和估算來完成，為保證結構安全，結構設計的安全度往往富余很多，造成不必要的浪費。現(xiàn)在工程師可以在概念、經(jīng)驗和估算的基礎上借助計算機進行可靠的分析計算，并通過對計算結果的分析，發(fā)現(xiàn)結構的薄弱部位和設計的不足之處，對結構體系以及結構構件的合理尺寸做出相應的調(diào)整，經(jīng)過多次計算比較和調(diào)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。比如，高層建筑標準層荷載數(shù)據(jù)的輸入出現(xiàn)錯誤，其累加后對結構計算所產(chǎn)生的影響是不容忽視的，將導致計算結果要么不安全、要么不經(jīng)濟。

（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，框架結構計算中，周期折減系數(shù)的取值，要根據(jù)實際工程中框架填充墻的材料和數(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)驗對計算結果進行仔細的分析，判斷其是否合理，以確保最終結構設計的正確。

3.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，以充分發(fā)揮鋼筋的抗拉性能，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(zhuǎn)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。

4.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，盲目的照搬規(guī)范的具體條文會導致設計失誤，造成質(zhì)量安全隱患和經(jīng)濟損失。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。

5.樹立精品意識

對結構優(yōu)化設計的過程是結構工程師打造設計精品的過程。要求結構工程師不僅要具備深厚扎實的專業(yè)基本理論基礎、豐富的實際工作經(jīng)驗，更要有盡心盡力、精益求精、追求完美的精品意識。設計單位要提高市場競爭能力，必須實施精品戰(zhàn)略、走精品之路。改變以往在管理上重業(yè)務經(jīng)營輕技術質(zhì)量，造成設計人不注重技術水平的提高，設計只要保證不出大的質(zhì)量問題，方案的好壞、造價的高低無關緊要，使優(yōu)化設計失去內(nèi)在動力。導致對設計方案不認真進行經(jīng)濟分析，而是為保險起見，隨意加大安全系數(shù)，造成投資浪費。只有在單位內(nèi)部管理上把設計質(zhì)量同個人效益掛鉤，才能提高設計人員的質(zhì)量意識和經(jīng)濟觀念，促使結構專業(yè)經(jīng)濟化。預算專業(yè)可以提前介入到結構設計的方案階段，為結構工程師提供必要的經(jīng)濟分析數(shù)據(jù)，改變以前設計過程中不算帳，設計完了預算見分曉的現(xiàn)象，通過結構工程師與造價工程師對設計質(zhì)量和經(jīng)濟指標進行全過程的控制，實現(xiàn)設計產(chǎn)品技術質(zhì)量與經(jīng)濟的統(tǒng)一。要落實各級技術崗位責任制，通過各環(huán)節(jié)層層把關，把提高設計質(zhì)量、創(chuàng)設計精品的工作貫穿于整個設計過程之中。

通過結構優(yōu)化設計來降低工程造價是控制工程投資的一個有效途徑，而正確處理技術與經(jīng)濟的對立統(tǒng)一是控制投資的關鍵。不能片面強調(diào)節(jié)約投資，而降低技術和質(zhì)量標準，又要反對重技術、輕經(jīng)濟，設計保守浪費的現(xiàn)象。建筑結構設計的首要任務是滿足建筑功能的需求，實現(xiàn)建筑物適用、安全、美觀、經(jīng)濟的目標。結構設計不僅要做到保證結構安全，而且要盡可能的降低工程造價。結構造價在建筑工程中所占的比重很大，通過精心設計所帶來的經(jīng)濟效益是十分可觀的。實現(xiàn)安全與經(jīng)濟的最佳結合，也是衡量一個結構設計人員專業(yè)水平和能力的主要標準。結構工程師要珍惜每一項工程的設計機會，將優(yōu)化設計貫穿于結構設計的整個過程，精益求精的完成每一項設計工作，創(chuàng)作出既保證結構達到《規(guī)范》要求的安全設防水準，又節(jié)省工程造價，同時還能最大限度地實現(xiàn)建筑師的創(chuàng)作思想和令業(yè)主滿意的產(chǎn)品，從而真正達到優(yōu)化設計的效果。

篇2

中圖分類號： TU3 文獻標識碼： A

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對于自身的生活和居住環(huán)境也提出了更高的要求。房屋建筑的結構設計中，不僅需要考慮結構的合理性、可行性和安全性，還必須充分滿足舒適性、經(jīng)濟性的要求。在市場經(jīng)濟環(huán)境下，市場競爭的日益激烈，使得建筑企業(yè)為了保證自身的利益，在保證建筑使用質(zhì)量的前提下盡可能的降低成本，展開了對于結構優(yōu)化設計方法的有益探索，從而推動了建筑結構設計優(yōu)化技術的發(fā)展，不僅可以使得房屋建筑的設計效果更佳，而且能夠取得最大的經(jīng)濟效益，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一、建筑結構優(yōu)化設計綜述

建筑工程包含的方面很多，所以建筑結構在設計過程中優(yōu)化所涉及的內(nèi)容也很豐富。從大的方面可以簡單分為兩大內(nèi)容，即房屋總體結構優(yōu)化和分部結構優(yōu)化。細化可以進一步分為:房屋內(nèi)部基本結構優(yōu)化;房屋的維護方面、細節(jié)和總體結構的優(yōu)化設計;屋頂結構優(yōu)化設計;房屋造價優(yōu)化控制設計等。建筑結構設計優(yōu)化的目的是能夠?qū)τ邢薜目臻g和固定的資源進行合理分配，將建筑材料和設備達到最大使用率，還能使所要建成的房屋安全、舒適、美觀。經(jīng)過優(yōu)化設計的房屋比一般房屋在造價方面能夠節(jié)省很多，從長遠利益上看，建筑優(yōu)化設計的理念對建筑工程是一種可持續(xù)發(fā)展的理論觀念，對資源實現(xiàn)充分利用起到了關鍵作用。

二、結構設計優(yōu)化技術的作用

（一）提升建筑的安全性

通過對房屋建筑結構的優(yōu)化設計，可以對原有設計方案中的不足和缺陷進行彌補，從而提升建筑結構的合理性和安全性，在保證建筑整體質(zhì)量的基礎上，節(jié)省建筑材料，提升建筑的穩(wěn)定性和相應的受力性能，確保建筑的使用安全。

（二）減低工程造價

相關數(shù)據(jù)顯示，運用結構優(yōu)化設計后，與原設計方案相比，建筑工程的成本可以節(jié)約10%－30%左右，成本大大降低。同時，通過結構優(yōu)化設計，還可以充分發(fā)揮原材料的性能，確保建筑結構各個單元之間的緊密聯(lián)系，提升建筑工程的經(jīng)濟性。

三、結構設計優(yōu)化技術的方法

之前也提到，建筑結構設計所追求的最終效果，是實現(xiàn)結構的安全性、經(jīng)濟性、美觀性、實用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應用結構設計優(yōu)化技術，主要體現(xiàn)在建筑結構總體的優(yōu)化設計以及建筑的分部結構優(yōu)化設計。在房屋結構設計中的結構優(yōu)化設計，主要包括基礎結構、屋蓋系統(tǒng)、圍護結構、結構細部等多個方面，需要從結構受力情況、整體布局、結構造型以及成本造價等方面進行綜合分析。結構設計優(yōu)化技術需要從房屋建筑的實際情況出發(fā)，以確保優(yōu)化設計作用的充分發(fā)揮。

（一）建立相應的結構優(yōu)化模型

結構優(yōu)化設計的實質(zhì)，是利用相應的數(shù)學知識，對就愛你住結構中的各種參數(shù)進行整理和分析，然后依據(jù)結構整體，構建相應的數(shù)學模型，尋求最優(yōu)設計的過程實際上就是對最優(yōu)解的求解過程。因此，在對房屋結構進行優(yōu)化設計時，需要建立相應的優(yōu)化模型。首先，對設計變量進行合理選擇，設計變量對于房屋結構設計的影響是十分巨大的，設計人員需要按照變量的重要性，對其設計的參數(shù)進行分類，將影響較小的變量作為預定參數(shù)，從而簡化計算流程。其次，要對目標函數(shù)進行確定。在這里的目標函數(shù)，就是滿足建筑實際需求的最優(yōu)解。然后，明確約束條件。對于房屋結構優(yōu)化設計而言，其約束條件主要包括強度約束、尺寸約束、應力約束、彈塑性約束時，可以按照現(xiàn)行的房屋建筑設計規(guī)范，對優(yōu)化設計的約束條件進行明確。

（二）確定結構設計優(yōu)化方案

對于房屋建筑而言，結構設計的優(yōu)化方案，主要是指結構的布局以及細部的優(yōu)化。結構布局的合理性直接影響著房屋結構的造價，因此要求其結構盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細部優(yōu)化是一個較為廣泛的概念，包含的內(nèi)容相對較多，根據(jù)其對于房屋結構的影響程度分析，最為關鍵的部分，是對構件截面的合理選擇。例如，豎向構件應該在滿足實際需求的前提下適當選擇軸壓比，軸壓比過大或過小都會影響配筋的設置。梁的截面設置同樣如此，如果截面過大，會影響建筑內(nèi)部的有效空間，而截面過小，則會導致配筋相對較大，影響造價。

四、探討房屋結構優(yōu)化技術的實踐應用方式

（一）框剪設計的整體思路

框剪結構集框架結構布局靈活、剪力墻結構剛度較大的優(yōu)點于一身，使得該種結構體系具有較好的延性和整體性。目前框剪結構已被廣泛的應用于公用建筑、住宅等高層建筑中。在這個結構的剪力墻可以單獨設置，也可以利用一些其他的墻體，比如電梯井、樓梯間等，此外，這個結構還可以有效的提高側向剛度。在實際的建筑施工中，主要有剛性、剛柔、柔性等不同的價值計算方法，一般來說選用哪種計算方法會根據(jù)抗震質(zhì)量的不同來進行合理的選擇，比如為了改善結構的抗震性能，應該注意場地的土質(zhì)類別，對不同土質(zhì)采取不同的加剪力墻等。

（二）復合地基形成法的技術提升

通過對被加固土體填充相應的材料，改變土體的結構，使土體被增強或被置換形成一定的增強體，由增強體和周圍地基同承載荷載，形成復合地基的一些地基處理方法。在建筑施工中，根據(jù)特殊地質(zhì)條件對地基承載力的要求，而選用不同的處理方法達到相應要求。比如通過填充砂和石料深入土體，被置換或擠密，從而達到提高承載力的目的等。

（三）多層鋼筋混凝土框剪結構設計

在多層鋼筋混凝土框剪結構的設計上，全面把握設計的主要點，分析梁柱以及剛接或者鉸接相連促成的承載重量體系，在依據(jù)設計圖紙和文件的前提下，全面把握設計圖紙的客觀需要，同時加強規(guī)范性施工和管理，讀懂并理解設計圖紙中的每一項內(nèi)容，達到按圖紙施工、依據(jù)圖紙設計的目的，作好技術交底。根據(jù)建筑結構的實際需求，可以采用現(xiàn)澆式框剪設計，就是通過梁、柱、樓蓋的現(xiàn)澆鋼筋水泥混凝土結構，增強建筑結構的整體性能，提升抗震能力，在實際建筑設計中可以廣泛應用；同時，還可以采用預制裝配式設計，就是指梁、柱、樓板均為預制，這樣可以減少工程的難度，提高工程的速度，但是，整體建筑質(zhì)量的性能不是很強，抗震效果、漏水系統(tǒng)等會有一定的偏差，可以結合地質(zhì)條件進行考慮。

（四）框架梁、柱箍筋間距的優(yōu)化

對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規(guī)定。側重點就是關于質(zhì)量，比如抗震等級、人防等級、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關因素，同時還包括對設計圖紙的詳細了解和掌握，在鋼筋水泥的質(zhì)量要求、地基基礎設計等級、砌體結構施工質(zhì)量控制等級,基本雪壓和基本風壓,地面粗糙度等等一些基本建筑結構的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標高、防水設計水位和抗浮設計水位，地基液化，濕陷及其他不良地質(zhì)作用，地基土凍結深度、設計活荷載值、混凝土結構的環(huán)境類別、材料等級、強度等級、材料性能、施工質(zhì)量的特別要求等，是在建筑結構設計中要考慮的要素。

結束語

總之，在我國建筑行業(yè)飛速發(fā)展的帶動下，人們對于建筑工程提出了更高的要求，也使得結構設計優(yōu)化技術在建筑工程領域發(fā)揮著日益重要的作用。對于設計人員而言，需要對房屋結構優(yōu)化設計的復雜性和系統(tǒng)性有一個清晰而明確的認識，不斷提升自身的專業(yè)能力和設計水平，推動結構設計優(yōu)化技術的發(fā)展，進而促進我國建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

[1]段佳琦.淺談對建筑結構設計的認識[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2010（11）.

篇3

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

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(chǎn)成本，還能夠獲得最大的經(jīng)濟效益。近十年來，房地產(chǎn)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(nèi)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(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(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，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?，所以屋頂?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(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(nèi)，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(nèi)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(nèi)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?，F(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

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

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中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

城市的高層建筑越來越多，在進行高層建筑的設計時，要考慮多方面因素，比如建筑結構要有足夠的強度，要有適宜的剛度，建筑結構有合理的自振頻率等。另外，為了避免大震下高層建筑倒塌，在進行建筑結構的優(yōu)化時要保證建筑結構的強度夠硬，這是一個前提條件。因此，在建筑結構的優(yōu)化過程中，要對各方面因素綜合考慮，才能設計出符合人們要求的建筑產(chǎn)品。

一、建筑結構概述

在進行建筑結構設計時，要進行內(nèi)力、位移等多方面計算，計算的過程也要從不同的角度進行，以保證最大限度地獲取準確的數(shù)據(jù)。對建筑結構進行分析時，可以從以下幾個方面進行。

（一）建筑結構的材料分析

從線彈性的角度對建筑結構進行分析時，一般假定內(nèi)力和位移的量，想象結構與具體的構件在彈性工作形勢下，具體分析的過程則根據(jù)彈性理論進行研究。彈塑性的析方法一般用在計算地震環(huán)境下的建筑結構的薄弱層變形時。

（二）剛性樓板分析

在對高層建筑的內(nèi)力與位移進行計算時，通常都假定樓板對自身的平面有無限的剛性，由于平面的外剛度極小，可以將其排除。假定樓板結構為剛性時，在進行建筑結構的設計時就要運用相關的措施以保證樓板平面的整體剛度。

另外，還可以計算圖形對高層建筑的結構體系進行分析，分析時的計算圖形主要有三種，即一維、二維協(xié)同分析以及三維空間分析。

二、如何進行建筑結構的優(yōu)化設計

為了保證現(xiàn)代化的建筑能不斷滿足人們對建筑物的要求，同時提高建筑物的穩(wěn)定性、安全性和可利用性。可以從以下幾個方面優(yōu)化建筑結構。

（一）優(yōu)化基礎拉梁設計

這種優(yōu)化設計主要針對多層框架的房屋，當這類房屋的基礎埋得比較深時，可以在一定范圍內(nèi)對基礎拉梁的位置進行設置以達到最優(yōu)狀態(tài)，宜于按照框架梁的結構進行整體設計，并且按照規(guī)定來設置箍筋加密區(qū)。但針對建筑物的抗震特性來說，應該采用短柱基礎。一般來說，當獨立的基礎埋置不深時，可以根據(jù)抗震的要求，在兩個主軸的方向沿線上設置基礎拉梁?；A拉梁的尺寸也有一定的要求，一般橫截面寬度是柱中心距的三十分之一至二十分之一左右，基礎拉梁的高度取柱中心距的十五分之一內(nèi)?；A拉梁的頂標高通常要與基礎的頂標高相同，當基礎拉梁的框架底層不算太高或者基礎埋得不是太深時，也可以把基礎拉梁的面積設計得比較大，以便用基礎拉梁平衡柱底的彎矩。

（二）優(yōu)化框架梁、柱箍筋的間距

不同抗震等級的框架梁和柱箍筋有不同的特性，比如其加密區(qū)的最大箍筋間距和最小箍筋直徑，這些參數(shù)都有明確的規(guī)定。根據(jù)相關規(guī)定，在進行工程設計時，常常將框架梁、柱箍筋的加密區(qū)最大間距設置為100毫米，非加密區(qū)的箍筋最大間距為200毫米。利用計算機程序進行模擬時將框架梁和柱箍筋的加密區(qū)間距也設置成為100毫米，并且計算出加密區(qū)的箍筋面積。但是在某些情況下，也有可能會因為非加密區(qū)采用200毫米的箍筋間距而導致配箍不足。因此，在實際建設過程中我們也應該適當?shù)卦黾庸拷畹闹睆交蛘邔⒐拷铋g距的加密。

（三）優(yōu)化獨立基礎設計荷載的取值

現(xiàn)代化的建筑物中，鋼筋混凝土結構的房屋越來越多，而鋼筋混凝土多層框架的房屋則大多采用柱下獨立的基礎形式。當房屋地基的受力范圍內(nèi)沒有軟弱的粘性土層時，總層數(shù)在八層以內(nèi)而且高度在25米以下的民用框架房屋可以不用進行驗算地基基礎的抗震承載能力，但在實際的設計過程中應該考慮風荷載的影響。在對以鋼筋混凝土為原料的多層框架房屋進行整體的計算分析時，必須要考慮到風荷載的影響，不能因為風荷載的影響不明顯就忽略掉這一部分。另外，在設計獨立的建筑結構基礎時，在設計外荷載的柱腳內(nèi)力值時，只取軸力設計值或者只取軸力與彎矩設計值，都會導致建筑物的基礎尺寸偏小，會影響基礎結構以及整個建筑結構的安全。

（四）優(yōu)化地下室層數(shù)

地下室也是建筑物不可或缺的一個部分，對地下室的結構進行優(yōu)化，有助于提升空間的利用價值。由于地下室的隔墻比較少，因此在設計過程中基礎形式常采用筏板式。在利用計算機對這一部分進行設計時，應該同時輸入地下室的層數(shù)和上部結構，這樣可以一次性計算出地基以及基礎底板的豎向荷載。同時可以利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)對層間側移剛度比進行分析，通過分析比較的結果，可以正確地判斷、調(diào)整房屋的具體嵌固位置，并且采取相應的措施來提高建筑結構的抗震能力。如果在對建筑結構的整體計算過程中，輸入的地下室層數(shù)比實際的層數(shù)要少，會導致在發(fā)生地震災害時底層的柱底部位會因為抗震能力降低而受到破壞。

（五）優(yōu)化建筑結構計算中幾個參數(shù)參數(shù)

利用計算機進行信息化處理，能較快捷地得到相應的計算結果，但對計算出的結果不能盲目使用，應該經(jīng)過認真的分析判斷以保證其合理準確，才能將各種參數(shù)應用于建筑的過程設計中。一般說來，利用計算機進行計算的參數(shù)有建筑結構的自振周期、樓層的側向剛度比、柱底內(nèi)力設計值、樓層地震剪力系數(shù)、墻和柱的軸壓比等。眾多的數(shù)據(jù)參數(shù)都是進行建筑結構設計的依據(jù)，因此，參數(shù)的準確性也影響了建筑設計的安全穩(wěn)定性。為了通過分析來判斷計算機計算出的結果是否合理，在進行相應參數(shù)的計算時，一方面要保證有合理的結構方案，準確可行的結構計算簡圖，另一方面要根據(jù)建筑結構的具體特征，正確地填寫相應的場地類別，而且對于總信息中的各種參數(shù)要進行合理的選取。在應用這些參數(shù)時，要按照相關程序來進行設置，以便設計的結構更加合理可行。

結語

現(xiàn)代化的進程逐步加快，人們的生活腳步也越來越快，也加快了城市建設的進度。建筑物越來越多，導致建筑物的發(fā)展方向向高層化，但是高層建筑具有自身的特點，無論是建筑物的形式、建筑原材料還是具體的力學分析模型都逐漸復雜，多元化。加強建筑結構的優(yōu)化設計是建筑過程中必不可少的一步。通過不斷優(yōu)化建筑結構，才能讓建筑物滿足經(jīng)濟科學且人性的要求。

參考文獻

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關鍵詞：應力；優(yōu)化設計；工程實例

一項大型，復雜建筑的拔地而起，必然與之相對應是這個城市對此投入的巨大經(jīng)濟支持和人力資源。而且，大型復雜的建筑物相對來說各種設計應用繁蕪復雜。因此，稍微的疏忽，都會給建筑的建設和發(fā)展帶來不容忽視的影響和瑕疵。所以在大型復雜建筑物的建設，生產(chǎn)過程中，每一步都必須如履薄冰，小心謹慎。每一次材料的使用，工程結構的規(guī)劃，計算務必都有做到精益求精，宏大美觀的基礎上，做到堅固牢靠，才能真正的算的上是成功的建筑物。本文，筆者就對復雜建筑結構的預應力優(yōu)化設計來做一個簡單的探討，從自己的認識和認知，以及多年的經(jīng)驗著筆，希望大家可以閱讀和參考。

一、應力

中國經(jīng)濟飛速發(fā)展的幾年來，跟隨著建筑設計形式多樣化和使用功能的多元化的日益增加，各種類型迥異的大型復雜的建筑物，例如歌劇院，體育館，圖書館，展覽館，等等應用而生，而且其結構主導體系也日益成熟，越發(fā)的復雜。

同時在這類復雜建筑結構中后張預應力超靜定結構也得到了廣泛的應用，這類復雜結構的預應力初步設計一般有兩種方法:一種方法是把結構進行簡化，然后應用現(xiàn)有專用軟件得到預應力配筋方案，但是這種簡化不能精確地考慮復雜結構的整體效應，其計算結果的誤差較大，而且這樣得到的預應力設計不一定是最優(yōu)設計方案;另一種方法是應用大型有限元程序按結構的實際狀況建立空間計算模型，然后按經(jīng)驗初設預應力鋼束位置和張拉力，把設計荷載和預應力等效施加在結構上，得到結構的各項計算結果，如位移、內(nèi)力、應力等，檢驗是否符合規(guī)范要求，若不符合則調(diào)整預應力鋼束位置和張拉力重新進行計算，經(jīng)過反復調(diào)整，最后可得到符合規(guī)范要求的預應力設計方案。

這種設計計算方法較真實地模擬了實際結構的受力狀態(tài)，但工作量較大，而且從理論上講，是一種設計方案的枚舉檢算法，得到的是可行設計方案，不會是最優(yōu)的預應力設計。

本文就關于復雜建筑結構體系中各個組成構件之間互相受力較為復雜的特點，分析了預應力對建筑建構的作用方式和方法，把施加預應力作為對建筑結構不利受力狀態(tài)的一種重要的調(diào)整手段，并且把不同的預應力簡單明確的劃分為三種基本里的作用方式。提出把結構整體有限元計算與線性規(guī)劃優(yōu)化二者相互結合，相互配合的方案，對影響預應力效果的設計變量進行明確的優(yōu)化規(guī)劃和計算，只需要在有限元程序中做基礎最本質(zhì)的受力計算，這樣就可以按設計要求得到最終的，最優(yōu)的預應力設計方法和方案。

二、預應力優(yōu)化設計方法分析

（一）預應力超靜定結構受力分析

后張預應力混凝土結構受到兩種力系的作用，一種是由結構功能所決定的設計荷載對結構的作用，我們稱這種作用為工作力系;另一種是通過預應力筋和錨具作為人為預加外力對結構的作用，我們稱這種作用為調(diào)整力系。工作力系有使結構發(fā)生破壞的趨勢，而調(diào)整力系是為了改善結構在工作力系下的受力狀態(tài)，人為地對結構施加的一種調(diào)整內(nèi)力的手段，使結構受力狀態(tài)向有利的方面發(fā)展。

預應力對結構的作用效果是由兩方面的因素決定的，即預應力筋的張拉力和預應力筋的布束形式。在合理的預應力筋布束形式下，可以用最小的張拉力把結構中多個控制斷面的內(nèi)力同時調(diào)整到所需的目標狀態(tài)。而在不合理的預應力筋布束形式下，不僅會增加預應力筋的用量，而且預應力對結構中各控制斷面的內(nèi)力調(diào)整效果也是不一樣的。因此在常規(guī)設計中必須反復調(diào)整預應力筋的曲線幾何位置。另外，由于梁截面尺寸的限制，在梁端上部錨具布置不下時，有時考慮在梁下部布置直線預應力筋。在這種曲線筋與直線筋混合配筋的形式下，兩種預應力筋布束形式和張拉力比率都會對預應力的調(diào)整效果有很大影響。

一般來說，在設計荷載確定以后，結構的工作力系就不變了。由于建筑設計對結構的要求，梁高等設計參數(shù)也被限制在一定范圍之內(nèi)，這樣，預應力設計的目標就是如何找到一個最優(yōu)的調(diào)整力系(即確定這個調(diào)整力系的預應力張拉力的最小值)，使得在工作力系和調(diào)整力系共同作用下結構的各項檢算都符合規(guī)范要求。

（二）預應力設計變量分析

預應力超靜定結構的配筋設計必須滿足規(guī)范規(guī)定的承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，進行承載力、變形、抗裂以及施工階段應力的驗算。在實際設計中變形主要由結構的高跨比控制，抗裂主要由預應力筋的配筋來控制，當按抗裂要求配置的預應力筋量不能滿足承載力要求時，可通過增配非預應力鋼筋予以滿足。因此，在預應力初步設計中，可把結構抗裂性要求作為預應力配筋的控制條件。

在超靜定預應力梁設計中常采用曲線配筋或曲線與直線混合配筋的布束方式。在預應力初步設計中，可認為預應力沿力筋不變，暫時不考慮預應力損失。因此，按等效荷載法，可以把曲線預應力對結構的作用等效為調(diào)整力系的作用。

三、工程應用實例

（一）工程概況

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引言

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(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。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(diào)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(nèi)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(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(diào)查數(shù)據(jù)，進行綜合研究地質(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(zhì)層住房建設的調(diào)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(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(diào)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(zhuǎn)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(zhì)量，這樣才能保證人們的安全。

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有人認為 ,優(yōu)化結構設計只是抽鋼筋的問題 ,其實不然。一棟建筑方案產(chǎn)生后 ,結構從選型和布置開始就存在優(yōu)化與否的問題 ,再加之后續(xù)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(chǎn)生優(yōu)化的結構。如果僅是抽鋼筋的概念 ,優(yōu)化是非常有限的 ,因為所有設計依據(jù)同樣的條件 ,遵循同一本規(guī)范 ,計算采用同樣的軟件 ,結果應該是一樣的。隨著建筑事業(yè)的發(fā)展,建筑結構設計水平也相應地不斷提高, 但是另一方面,由于技術原因而造成的質(zhì)量低劣和浪費現(xiàn)象也時有發(fā)生,為此本文對近年來在工程實踐中的體會和心得,主要是分析高層建筑的設計優(yōu)化特點進行闡述,供參考討論。

一、高層建筑結構優(yōu)化設計

1對高層建筑結構方案進行優(yōu)化采用何種方法，首先應分析這一問題的目標函數(shù)、目標函數(shù)中的各種變量這些變量之間的各種數(shù)學解析關系以及與各種變量有關的約束條件，在分析的基礎上是采用間接優(yōu)化還是直接優(yōu)化方法來確定。高層建筑結構方案優(yōu)化的目標就是材料耗量，材料耗量決定于構件的截面尺寸大小，截面尺寸必須滿足通過力學分析得到各構件內(nèi)力后的強度計算及位移變形等條件。因此，目標函數(shù)很難用明確的數(shù)學解析式來表達，不能用數(shù)學上求極小值的方法，也就是一般所說的間接優(yōu)化方法來優(yōu)化。高層建筑結構方案的優(yōu)化只能采用直接優(yōu)化法來解決，即給目標函數(shù)中變量以已知值，經(jīng)過試算使其滿足一定的約束條件，求得其目標值，并找出使目標值逐步變小而趨向最佳值的路線或方向，以達到目標函數(shù)的最優(yōu)值。因此，可以采用滿應力法進行高層建筑結構優(yōu)化設計。

2 滿應力設計法是在桁架等桿系結構的設計中發(fā)展起來的，是結構優(yōu)化中最簡單、最易為工程人員理解的一種準則法。所謂滿應力是指結構構件在荷載作用下的最大應力達到所用材料的容許應力，此時材料的強度得到充分利用，構件截面面積將是最小，故可作為桁架最輕設計或體積最小設計的一個準則。滿應力設計法是結構在規(guī)定材料和幾何形狀的條件下，按照滿應力準則的要求，修改構件的截面尺寸，使每一構件至少在一種工況下達到或接近其容許應力限值的優(yōu)化算法。如果結構除了應力約束外還有界限約束，則要求每一構件應力約束和界限約束中至少有一個達到臨界值。

3 利用滿應力設計法進行高層建筑的結構優(yōu)化設計要遵循以下步驟：首先，要根據(jù)常規(guī)做法和經(jīng)驗確定結構構件的初始截面尺寸，并按構件分類分別建立柱、墻、梁可供選擇截面尺寸的數(shù)據(jù)庫；其次，要對結構構件進行力學分析，算出各工況下結構的位移及內(nèi)力，并對結構構件進行承載力計算；再次，要根據(jù)計算結果，對構件截面尺寸進行調(diào)整，在滿足位移條件的前提下，盡量充分發(fā)揮構件材料的性能，即按規(guī)范計算使其接近滿應力狀態(tài)，但截面選擇應在指定的數(shù)據(jù)庫中進行，并統(tǒng)計截面需修改的個數(shù)；然后，根據(jù)修改截面的數(shù)量、性質(zhì)，由人工干預決定或指定一個限值自動決定是否重新計算，即返回到第二步計算，如此循環(huán)反復，直到滿足要求為止；最后，輸出最后優(yōu)化的構件截面尺寸及計算結果。

二、 結構優(yōu)化設計策略

鋼筋混凝土框架-剪力墻結構是高層建筑結構中最常采用的承載體系之一，它同時具有框架結構建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面易于處理，以及剪力墻結構抗側移剛度大、整體性好、抗震能力強的優(yōu)點。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。但鋼筋混凝土框-剪結構是一個具有雙重承載體系的非常復雜的空間受力體系，力學分析難度較大，其優(yōu)化設計就更為復雜和難以實現(xiàn)。所以，筆者以下謹通過已有的工程設計經(jīng)驗提出步驟性的建議，不作深入的學術探討。希望國內(nèi)外學者和工程設計人員今后對此能有更多有益的嘗試，探討更多有關框-剪結構的優(yōu)化設計方面的課題，以推動我國節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。

1框架結構的分部優(yōu)化設計技術

鋼筋混凝土框架結構屬于具有多個多余約束的超靜定結構，其荷載效應不僅與外荷載大小有關，還與結構構件的材料特征、幾何構造特征有關。鋼筋混凝土框架結構的分部優(yōu)化設計，即是在結構整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構件的控制內(nèi)力進行截面優(yōu)化設計，確定滿足荷載效應水平要求的各結構構件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結果，由此導致原結構的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化，優(yōu)化結構在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應變化，據(jù)此再進行新一輪的優(yōu)化設計。因此框架結構的分部優(yōu)化設計實際上是一個迭代、漸進的尋優(yōu)過程，計算結果雖不總能等價于整體優(yōu)化設計結果，但通常能給出工程實用的滿意結果。

鋼筋混凝土框架結構的分部優(yōu)化設計方法的具體步驟為：

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

（2）結構分析：按照結構的實際幾何構造特征，計算結構所受豎向荷載及水平荷載，對鋼筋混凝土結構進行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結構分析結果，將截面尺寸相同的構件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進行分類，并確定每一類構件的設計控制內(nèi)力；

（3）截面優(yōu)化設計：針對每一種梁柱構件的控制內(nèi)力進行優(yōu)化設計，得出優(yōu)化約束條件下的結構幾何構造特征和配筋特征的優(yōu)化設計結果，從而構成新的優(yōu)化意義上的設計結構；

（4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個較小的數(shù)值，作為檢驗結構收斂性的條件，進行收斂性判斷。若優(yōu)化結構與原結構基本一致，則認為優(yōu)化結構是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第②步重新進行結構分析、優(yōu)化設計；

（5）可行性判斷：對優(yōu)化設計結果進行一次內(nèi)力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優(yōu)化設計結果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結構內(nèi)力分析結果進行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

2 第二階段：剪力墻構件的優(yōu)化設計

剪力墻結構構件的優(yōu)化設計主要是結構剛度與延性指標的最佳組合，可用力學準則進行優(yōu)化。結構剛度對結構的影響主要為結構的自振周期和側向位移，結構延性對結構的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結構整體的側向位移量來協(xié)調(diào)結構的剛度和延性。我們根據(jù)高層結構設計規(guī)范對結構層間位移和頂點總側移的限值來控制結構的剛度設計和延性設計。

3 第三階段：框架結構的優(yōu)化設計

框架結構的優(yōu)化設計準則是一個結構準則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對框-剪結構中的框架部分進行優(yōu)化設計。

三、框-剪結構的優(yōu)化設計步驟

1 分析結構平面、立面布置特點，根據(jù)工程經(jīng)驗選定剪力墻抗側力構件的布置位置及幾何厚度；

2根據(jù)結構使用荷載特點，根據(jù)經(jīng)驗歸并框架結構類型，并初步選定每一類型框架結構梁柱構件的幾何尺寸；

3 進行整體結構的空間內(nèi)力分析；

4 根據(jù)結構分析計算結果，檢查結構的層間位移及頂點總位移是否滿足規(guī)范要求。若滿足規(guī)范要求，則轉(zhuǎn)入第5步進行判斷；若不滿足規(guī)范要求，則直接返回第1步，進行剪力墻水平截面面積的修正；

5 剛度最優(yōu)化判斷：比較結構實際側移值和規(guī)范限值，若│max(δ/h)-［δ/h］│/［δ/h］≤ε1且│max(Δ/H)-［Δ/H］│/［Δ/H］≤ε2，則轉(zhuǎn)入第6步進行計算；否則轉(zhuǎn)入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)ζ=max{ζ1，ζ2}(ζ1=［δ/h］/max(δ/h)，ζ2=［Δ/H］│/max(Δ/H))，來修正剪力墻幾何尺寸，重新進行結構分析；

6分別進行剪力墻和框架結構構件的截面優(yōu)化設計；

7收斂性判斷：比較優(yōu)化結構與原結構的接近程度，若優(yōu)化結構與原結構基本一致，則認為優(yōu)化結構是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進行可行性判斷，否則將優(yōu)化結構作為原結構轉(zhuǎn)回第3步重新進行結構分析、優(yōu)化設計；

篇8

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：1673-0038（2015）48-0067-02

1結構的總體布局

1.1平面布局

通常情況下，我們會依據(jù)建筑工程的實際的情況來確定平面布局的選擇方面，如果是獨立單一的結構單元，則結合分析我們所采用的形狀就較為簡單，而且注意的是要根據(jù)相對應，相協(xié)調(diào)的原理，在剛度和承載力分布要展現(xiàn)比較均勻的形狀。除此以外，從抗震設計要求的角度出發(fā)，高層建筑單一的結構單元長度需要控制在一定的范圍之內(nèi)，不能過長或過短，否則會在發(fā)生地震災害時，反相位的振動會出現(xiàn)在結構的兩端，這將會引起建筑被過早的破壞，與此同時會大大威脅到人民的人身安全。

1.2豎向布局

為了防止過大的外挑和內(nèi)收的發(fā)生，結構的豎向布局就應該遵循形體規(guī)則，剛度和強度沿高度均勻分布的原則，并且值得注意的是，在同一層的樓面，要設在統(tǒng)一的標高處以此防止錯層和局部夾層的出現(xiàn)。在面對高層的建筑時，還應當注意及時對結構剛度和強度發(fā)生變化的情況的問題的解決，最好的辦法就是逐漸變化。

1.3控制結構的側向變形

建筑的結構在一般情況下都會同時承受豎向荷載和水平荷載。其中水平荷載會使得側移跟隨結構的高度的增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，假設建筑高度超出一定的范圍后，這將會導致結構發(fā)生大側移和相對位移，在某些時候，最為嚴重的是會破壞非結構的構件，所以，控制側向位移是高層建筑結構設計的重點和難點，我們應該高度重視，通常的情況下，控制手段要從限制結構的高度和高度比為切入點。

1.4縫的設置和構成

在建筑設計結構的總體布局中沉降，溫度收縮和形體復雜會對結構帶來不好的因素，這些都是需要我們考慮在內(nèi)的。我們可以通過沉降縫，伸縮縫或者是防震縫來把結構分成許多個獨立的單一的單元，因此來降低沉降差，溫度應力和形體結構對結構的有害因素。但是從另一方面來說，假如設縫，這將會對建筑的使用要求。立體效果，防水處理等方面帶來諸多的不便。由此這就需要我們在設縫上要嚴格對待，謹慎處理，盡最大的可能從總體的設置布局上或者構造上采取其他的有效方法來解決沉降，溫度收縮和形體復雜等所引起的許多問題。

2結構分析

2.1計算模型

結構分析的核心環(huán)節(jié)就是計算模型，這種模型包含選擇合理的計算簡圖和計算理論，這在結構分析中是難點，更是重點。通常的情況下，在做結構建立分析模型時，都會以假定為基礎。例如：假設結構材料是均勻連續(xù)的，這種假設不會對結構的宏觀力學性能產(chǎn)生較大的誤差，僅僅是主要結構構件參與整體性能的效應。

2.2計算理論

眾所周知，建模的重要組成部分就是計算理論。計算理論會在建筑結構分析中得到應用，主要分為線性理論和非線性理論。這其中線性理論已趨于穩(wěn)定成熟，在中國建筑結構分析中這種計算理論的使用極為廣泛普遍，在常用結構的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的分析中最為常見；而非線性理論又由材料非線性和幾何非線性組成。材料，截面或者構件的本構關系就是材料非線性。

3構件的優(yōu)化設計

（1）應該對豎向構件的具體情況進行判斷分析。在剪力墻和混凝土框架以及框架-剪力墻結構等構件中，首先注意到的就是軸壓之比，在豎向構件中對其影響最大的就是軸壓之比，如果一旦軸壓之比不符合規(guī)范的相應要求，就應該采取一定的補救辦法，如：加大截面或者適當提高混凝土的強度等級，或者有效的采用配附加箍筋的措施。

（2）取決于梁和柱的配筋。在考慮到延性的要求的前提下，梁和柱的配筋就應該按照《抗震規(guī)范》或者《高規(guī)》中的最大配筋要求去嚴格執(zhí)行。

（3）剪力墻的配筋，超筋分為以下幾種情況：①剪力墻的暗柱超筋，剪力墻結構以及框架-剪力墻結構中，暗柱就等同于框架結構的柱，是最重要的部分，所以它的配筋主要是體積配箍率，而且在考慮到相應的抗震構造措施與辦法的前提下，其配筋就應該按照《抗震規(guī)范》或者《高規(guī)》中的標準的配筋要求去嚴格執(zhí)行。②從剪力墻的水平筋超筋來看，得出墻的抗剪能力薄弱，所采取的辦法就是適當對截面進行調(diào)整。③剪力墻的連梁超筋，在剪力墻的結構中的第一道防線就是連梁，它自身就允許在地震來臨時先釋放一部分的地震熱能。

4質(zhì)量管理

（1）工程建設中最為重要的內(nèi)容就是設計質(zhì)量，它將會直接影響到工程的周期，預算成本。從業(yè)主的角度考慮，在同一個行業(yè)中時間和預算成本在他們的眼中就是金錢，在千變?nèi)f化，錯綜復雜的市場中，要想搶得先機，立于不敗之地的方法就是有效地縮短工程周期和節(jié)約成本，這樣才能將利益最大化，獲得最大的效益，通常這就是業(yè)主對設計方的基本要求。一旦達到業(yè)主的滿意程度，在以業(yè)主為中心的設計單位的競爭力在無形之中不斷增強。正是因為這種原因，設計單位必須嚴格執(zhí)行全面質(zhì)量管理，這是一種行之有效的管理辦法，適用于諸多設計單位。

（2）依據(jù)《建筑工程設計招標投標管理辦法》中的規(guī)定：設計單位應該組建項目組，并且安排對應的人員如設計人員，核對人員，專業(yè)負責人，審核人員等在設計階段合理的安排時間共同協(xié)作完成，形成設計的進度計劃表。（3）在設計合同的簽訂前，設計人員就應當對業(yè)主的明確要求與隱含要求完全掌握，和業(yè)主達到良好的溝通，向業(yè)主指定的或者有一定協(xié)作的業(yè)主代表收集，整理相關資料（包括：委托書，立項文件，地質(zhì)勘察報告，環(huán)評報告，規(guī)劃書等）同時設計單位提供的資料要由業(yè)主本人親自確定簽字。（4）建筑設計中，大多數(shù)的建筑工程都為不同的類型，對于不同類型的建筑工程來說，設計單位所提供的專業(yè)的負責人應該對該項設計擬定一個投入建筑之前的指導表，這其中包含對人員的職責的確認以及設計人員等的指導。最為重要的是負責人應當統(tǒng)一起草該設計項目的應急措施和方案，一經(jīng)總工程師同一認可后，便保證所有人員人手一份，以應對緊急情況。

5結束語

在新的設計相關文獻執(zhí)行后，這些文獻提出了在結構屬性能力方面提出了更高的設計要求，我們必須做到的是要完全掌握了解建筑結構設計，在此基礎上進行大量創(chuàng)新，保證設計質(zhì)量。在節(jié)約建筑預算成本，不能影響建筑品質(zhì)的條件下，實施有效的優(yōu)化方法是我們最好的選擇。而熟練地利用相關優(yōu)化技術，不單單會使得建筑的內(nèi)部更加一致完美，成為一個完整的賞心悅目的個體，而且可以使得建筑更加經(jīng)濟化、人性化，達到建筑結構設計的最大目標。只要完成這些目標，城市的建筑達到市場利益最大的要求，滿足了施工方的效益需要，更達到了業(yè)主最終的需求。建筑結構的優(yōu)化設計與質(zhì)量管理在生活中有著舉足輕重的作用。

參考文獻

[1]葉金鵬，王子戡，王麗紅，等.論出口注冊肉類加工企業(yè)的專業(yè)化設計[A].中國農(nóng)業(yè)機械學會2006年學術年會論文集[C].2006.

篇9

Abstract: This paper analyzes the characteristics of high-rise building structure design, the design of high-rise building structure theory as the basis, to the current relevant national standards as the basis, undertook thorough analysis studies on the structure of high-rise building economy, and draws some valuable conclusions for high-rise building, optimization design is very practical meaning.

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?？傮w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(nèi)，否則很難滿足上述指標。另外地震效應是與建筑物質(zhì)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構件的內(nèi)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?！币虼?，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(nèi)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?。高層結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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的側移控制在一定的范圍內(nèi)。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(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至因側移與附加內(nèi)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?，來保證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(diào)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(zhì)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

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中圖分類號：TU2文獻標識碼： A

1. 概述

時代的發(fā)展和人民生活水平的提高，讓人們對居住環(huán)境的要求也逐步的增多，傳統(tǒng)意義上的住宅，均以滿足“住”為先決設計條件，但是現(xiàn)代化的建筑設計理念，更多的注重“宅”的存在形式和特點。很多較為先進的結構設計方式被得以充分的展現(xiàn)，這其中應用最多、受關注度最高的應屬剪力墻結構，這種結構設計因為剛性強、且實際使用材料較少，對整體施工質(zhì)量的保障有穩(wěn)定作用，所以已經(jīng)逐步的成為了一種主流設計。

2. 剪力墻結構設計的基本原則

為了減少建筑結構本身的重量，相應的增加建筑結構的抗震性，也并不是任何的情況下都可以使用剪力墻結構的，在設計階段，要充分考慮到剪力墻結構的實際應用范圍，最大化的減少因為剪力墻結構的使用對施工方面的影響。當然，如果把增加單位面積內(nèi)的實際使用率作為前提的話，尤其是在高層建筑中，剪力墻結構的設計和施工形式還是首先方案。

3. 剪力墻結構的特點

剪力墻結構的特點主要是便于大模板技術的應用，室內(nèi)墻面平整，墻體不需抹灰，增加室內(nèi)凈面積，而這一點，恰恰是工程建設單位和用戶都十分關注的，至于剪力墻抗側剛度大，側移小的特點由于在實際中并不經(jīng)常遇到，所以人們的關注度也不高。

除此之外，剪力墻在施工過程中施工工藝較繁瑣，總體施工造價較高，也是制約剪力墻結構設計的一個很大的缺點問題。

4. 剪力墻結構設計的優(yōu)化

4.1 剪力墻結構的優(yōu)化原則

一般情況下，建筑結構的剛度越大，其結構穩(wěn)定性就越好，抗震作用力也就越強，但是如果無限制的增加建筑結構的剛度的話，勢必會增加整體工程造價，而且，如果剛度過大的話，容易出現(xiàn)層間移位過小等問題。所以，在對建筑進行優(yōu)化的時候應主要考慮定量和定型的研究分析之后再確定剪力墻的結構優(yōu)化。

4.2 剪力墻結構的優(yōu)化標準

結合工程中的實際情況，在做剪力墻結構設計的時候，基本上遵循以下原則：一是，盡量避免出現(xiàn)“一字型”剪力墻，避免樓面梁一側或兩側擱置在“一字型”剪力墻或其連梁上；二是使得結構受力更加合理，能在滿足規(guī)范要求的前提下，使剪力墻的結構性能達到最優(yōu)，經(jīng)濟性更加合理；三是通過改變剪力墻的數(shù)量及其布置使得結構的樓層剛度、周期、層間位移角更加合理。

4.3 剪力墻結構設計的優(yōu)化措施

4.3.1 在合理范圍內(nèi)盡量減小剪力墻厚度

剪力墻結構的取值，直接影響到結構的自重，所以在進行剪力墻結構設計的時候，首先應該在合理、可控的范圍內(nèi)盡量減小剪力墻的厚度，這樣不僅減少了施工工程的總造價，而且能讓結構的剛度達到一個較為適中的程度，使其既能滿足結構抗測力的要求，也能使結構自身的質(zhì)量達到一個較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

4.3.2 嚴格控制剪力墻的配筋率

在建筑施工過程中，對配筋率有明確的國家規(guī)范要求，針對剪力墻結構而言，實際施工要求也較為詳細，《混凝土規(guī)范》規(guī)定，抗震等級為一、二、三級的剪力墻的水平和豎向分布鋼筋配筋率均不應小于0.25%；四級抗震等級剪力墻不應小于0.2%，分布鋼筋間距不應大于300mm；其直徑不應小于8mm。這在高層或者剪力墻墻肢較長的剪力墻結構中應該是合理的，但對于短小、低矮的剪力墻，應適當減小其水平筋的配筋率;墻的豎向最小配筋率應包括邊緣構件中的鋼筋，同時應注意避免豎筋過多使墻的抗剪強度小于抗彎強度，對抗震不利。

4.3.3 減輕結構自重

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

5. 剪力墻結構設計在建筑中的實際應用

5.1 剪力墻結構的平面布置

剪力墻結構設計中的軸對稱安排方式，是對于剪力墻結構的平面布置起到至關重要的決定性作用的。這種軸對稱設計在實際應用中，其目的是最大化的減少剪力墻的扭矩，進而讓剪力墻的側向剛度能充分地發(fā)揮出應有的作用。這種情況在高層建筑中十分的常見，而且抗側性的增大，對于原本起到抗震作用的剪力墻結構設計是有影響的，但是通過軸對稱的安排方式，能在兩個甚至是四個作用力面上對扭矩起緩沖作用，實際運用效果是十分明顯的。

5.2 約束邊緣構件處理

剪力墻結構設計中要充分地考慮到邊緣構件的處理問題，因為在實際應用中，剪力墻的邊緣構件主要以無約束邊緣構件和有約束邊緣構件兩種，而這兩種邊緣構件的極限承載力差距是很大的，無約束邊緣剪力墻構件和有約束邊緣剪力墻構件在矩形截面上的承載力，最高情況下可以出現(xiàn)40%的差距，所以，必須要根據(jù)實際情況，按照剪力墻結構的軸壓比的等級來設計、安裝何種類型的邊緣構件。

5.3 高層建筑剪力墻結構設計應用

由于剪力墻結構的突出特點，在土地集約化使用率較高的城市中，雖然剪力墻的設計存在著工程造價較高的情況，但是和目前居高不下的房價比起來就相形見拙了，所以這種設計方式被廣泛應用于高層建筑，特別是高層住宅建筑中。在這里需要著重指出的是，利用剪力墻設計的住宅，住戶在實際使用過程中不能輕易的對建筑結構進行改動，否則受影響的不僅是住戶本身，輕則是上下樓都受到影響，重則建筑物自身的穩(wěn)定性也受到一定影響。

5.4 剪力墻結構設計在高層抗震應用

剪力墻在設計過程中，基本上是遵循著整體設計直通到頂?shù)脑瓌t，對于高層建筑而言，能有效的起到一定的抗震作用，但是由于剪力墻設計自身存在著剛度不穩(wěn)定的情況，如果在實際施工中再采用直通到頂?shù)脑?，那么不僅會影響到結構的自重，還無法控制層間移位情況，所以在設計初期，就基本上遵循著30層以下的建筑，每5-7層變化一次剪力墻剛度的設計，自下而上采取逐漸減小的方式進行；30層以上且150米以下的建筑，要根據(jù)實際環(huán)境情況進行剪力墻結構設計。這樣的設計形式，就基本上能滿足高層建筑的抗震需求了。

6. 剪力墻結構設計的未來發(fā)展方向

目前制約剪力墻結構不能大面積推廣的原因有兩個，一個是工程施工工藝較為繁瑣，另一個是總體施工造價較高，在未來的剪力墻結構設計過程中，如果可以跟材質(zhì)相結合，在上述兩個層面上有所突破的話，剪力墻結構設計的實際使用率將會大大提高。另外，目前的剪力墻結構主要作用一是增加單位面積里的實際使用率，二是起到高層建筑的抗震作用，研究人員是否能通過精確的計算和具體的試驗測算出剪力墻結構設計的其它優(yōu)點，也是剪力墻結構發(fā)展的一個新突破口。

7. 結束語

剪力墻結構的合理設計和安排，對于建筑，尤其是高層建筑的設計而言是十分重要的，通過剪力墻結構的設計和使用能增加單位面積的實際利用空間，但是就它的穩(wěn)定性而言，是關乎于整個建筑物的整體結構安全的，所以專業(yè)設計人員必須嚴格按照相關的規(guī)程，根據(jù)建筑工程的實際情況，綜合考慮高度、剛度等因素，對剪力墻結構進行科學的分析和精確的計算，使其作用和功效發(fā)揮到最大化，在確保建筑整體的穩(wěn)定性和可靠性的前提下，取得社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。

參考文獻：

[1]. 呂白、賈東旭. 高層剪力墻結構連梁的設計與分析[J]，《商品與質(zhì)量：建筑與發(fā)展》2013年 第6期：20-21；