房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

1、<p>　　房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計</p><p>　　【摘 要】目前我國高層建筑發(fā)展迅速，在其結(jié)構(gòu)設計中經(jīng)常遇會到各種問題，這就需要結(jié)構(gòu)設計人員不斷地積累經(jīng)驗，自主創(chuàng)新，利用正確概念進行結(jié)構(gòu)設計，因此，結(jié)構(gòu)工程師必須在每一個工程項目的設計中都能做到不斷地探求自然法則，不懈地追求相對的最佳最優(yōu)，要通過反思比較，在經(jīng)驗積累中不斷提高自己的判斷力和創(chuàng)新力。 </p><p>　　【關(guān)鍵

2、詞】房屋建筑；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設計 </p><p>　　中圖分類號：TU208文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　Optimum design of building structure </p><p><b>　　Wang Fei </b></p><p>　　652723198507251311 <

3、;/p><p>　　[Abstract ] at present, China's rapid development of high-rise buildings, in its structure design often encounters to all kinds of problems, which requires structural designers continue to accumul

4、ate experience, independent innovation, using the correct concepts of structural design, therefore, structural engineer must in every project design can be done continuously explore the law of nature, the tireless pursui

5、t of the best optimal relative to comparison, by reflection, in the accumulated expe</p><p>　　[ Key words ] building; structure; optimization design </p><p>　　中圖分類號：TU208 </p><p>&l

6、t;b>　　0 引言 </b></p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，是實現(xiàn)建筑本體功能與建筑投資成本的關(guān)鍵手段。隨著國家建立節(jié)約型社會理念的不斷深入，建筑的需求者與供應者都對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計提出了更高的要求。結(jié)合工程經(jīng)驗和理論依據(jù)，對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中的材料選用、構(gòu)件設計和整體結(jié)構(gòu)布局主要因素進行分析，探討建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的實現(xiàn)手段，為未來建筑結(jié)構(gòu)設計者進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計提供參考。 <

7、;/p><p>　　1 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的必要性 </p><p>　　為了達到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的目的，工程設計人員必須在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過對建筑結(jié)構(gòu)的理性分析，采用合理的優(yōu)化設計理念和方法進行優(yōu)化設計，使得能有效地控制工程造價，滿足投資方的經(jīng)濟要求。通過以往的優(yōu)化設計經(jīng)驗來看，相比于傳統(tǒng)的設計方法，優(yōu)化設計通常可以達到降低工程造價5%～30%的目的。但是在實際的工程設計中，很多因素都

8、制約了優(yōu)化設計的開展和實施。比如，工程的設計進度的要求，使得設計人員根本無暇顧及到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計要求；再者，由于知識水平的限制，傻瓜化的設計軟件使得年輕設計人員對優(yōu)化設計的理解缺乏，更談不上有效合理的優(yōu)化設計，大部分設計人員在所謂優(yōu)化設計中總著眼于局部部位而忽略了結(jié)構(gòu)總體方案的設計，沒有從總體布局上考慮造價的控制。為此，為了降低工程造價的成本，提高設計人員在工程建設過程中對優(yōu)化設計的設計把握非常必要，只有加強技術(shù)和經(jīng)濟效益的有效結(jié)合，通

9、過合理的優(yōu)化設計方案，達到降低工程造價的目的，創(chuàng)造更大的社會效益。 </p><p>　　2 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的內(nèi)容 </p><p>　　通常，結(jié)構(gòu)設計的工作主要是根據(jù)建筑設計的要求，采用合理的設計理念和方法，來確定適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、布置以及具體的構(gòu)件設計尺寸。對常見的鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系進行優(yōu)化時，可以從結(jié)構(gòu)整體的布局以及具體構(gòu)件兩方面的因素來加以考慮。影響結(jié)構(gòu)整體的布局的因素包括

10、了建筑物的體型特征、柱網(wǎng)尺寸、層高以及抗側(cè)力構(gòu)件的位置等具體構(gòu)件因素主要包括結(jié)構(gòu)的布置、構(gòu)件的截面、混凝土和鋼筋強度等級及配筋構(gòu)造等。綜合考慮兩方方面的因素影響是必須的，為了實現(xiàn)這一目標，對工程師提出了更高的要求，即需要結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力特征有充分的把握，能根據(jù)構(gòu)件設計的合理經(jīng)驗和規(guī)范的深刻理解，采用合理優(yōu)化方法進行有效設計。 </p><p>　　3 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的措施 </p>

11、<p>　　3．1 加強剪力墻的設計 </p><p>　　剪力墻設計中連梁的設計是關(guān)鍵。聯(lián)肢墻是通過連梁連接的各墻肢聯(lián)結(jié)而成，從而增加了墻肢的約束條件。連梁的剮度增大必將使得結(jié)構(gòu)的地震作用也增大，這樣連梁和墻肢分配內(nèi)力也相應增大，此時必須增大構(gòu)件的配筋量，顯然這一設計結(jié)果必然會造成材料的浪費。因此，在住宅結(jié)構(gòu)設計時，有經(jīng)驗的設計師都不會采用大剛度的窗下墻作為連梁，而宣將連梁設計成為截面、剛度較小的弱連

12、梁。同時，在滿足結(jié)構(gòu)剛度與變形要求時，應從經(jīng)濟角度與抗力、變形方面綜合考慮，合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。顯然，剪力墻數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度愈大，相應結(jié)構(gòu)位移會減小，但是結(jié)構(gòu)地震力會隨抗側(cè)力剛度增大而加大，對結(jié)構(gòu)的造價控制不利。因此剪力墻應以周邊均勻、對稱、分散等原則合理布置，以規(guī)范規(guī)定的水平位移限值為準盡可能減少剪力墻數(shù)量。 </p><p>　　3．2 加強設計中建筑結(jié)構(gòu)形式的選用 </p><p

13、>　　不同的建筑類別和功能要求決定了戶型的選擇，從砌體結(jié)構(gòu)和底部剪力墻結(jié)構(gòu)談起。 </p><p>　　1) 加強砌體結(jié)構(gòu)的設計。作為承重構(gòu)件和抗側(cè)移構(gòu)件的磚砌體，其平面布置較為靈活，但不事宜做躍層結(jié)構(gòu)，杜絕受力較大的突兀結(jié)構(gòu)形式。門窗開洞寬度不宜超過2．1m，縱向墻體數(shù)量不宜少于三道，這一措施可以適當減少構(gòu)造柱的配筋。 </p><p>　　2) 加強底部框架剪力的設計。底部框架剪

14、力墻結(jié)構(gòu)由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，使得設計中受力平衡容易出現(xiàn)問題，因此對建筑平面的要求較為嚴格。承重墻盡量放在框架梁上，如果出現(xiàn)放在次梁上的墻體時，應加大該次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚該處的樓板厚度。結(jié)構(gòu)樓板不能隨便錯層，只有在樓板上填輕質(zhì)材料實現(xiàn)的方式才可行。戶型設計中宜讓大房間布置在臨街面，衛(wèi)生間、廚房等小房間布置在背面，這樣方便臨街面柱網(wǎng)的布置等。 </p><p>　　3．3 注重細部優(yōu)化 </p

15、><p>　　1) 在注重整體設計的同時，也應加強結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細設計。比如現(xiàn)澆板設計中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。 </p><p>　　2) 底部框架抗震墻的底框梁箍筋配箍量一般較大，此時若選用冷軋帶肋鋼筋作為箍筋，便可減少箍筋肢數(shù)或箍筋直徑，達到造價的降低以及施工的方便化。還有，為減少底部截面，采用高強度的混凝土是柱構(gòu)件不錯的選擇，但是水

16、平構(gòu)件混凝土可適當減少混凝土的標號，滿足了受力要求，也節(jié)約了成本。 </p><p>　　3) 隨著計算機技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計理論的結(jié)合，基于計算仿真的優(yōu)化設計思路已經(jīng)在工程結(jié)構(gòu)設計中得到了廣泛的應用。通過利用計算機分析軟件建立優(yōu)化設計的分析模型，采用高效的計算機優(yōu)化計算方法，設立結(jié)構(gòu)設計達到的目標要求，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化目的。在具體的優(yōu)化設計過程中，優(yōu)化設計實際上已經(jīng)由一個工程問題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€數(shù)學問題。在大型

17、復雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計中，基于這一思想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法具有其他算法無法替代的優(yōu)勢。因此，工程設計人員加強基于計算機技術(shù)的優(yōu)化設計分析非常必要。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化，城市人口的不斷增多及建設用地日趨緊張和城市規(guī)劃的需要，促使高層建筑得以快速發(fā)展，另一方面由于輕質(zhì)高強材料的開發(fā)及新

18、的設計計算理論發(fā)展，抗風和抗震理論的不斷完善，加之新的施工技術(shù)和設備的不斷涌現(xiàn)，特別是計算機的普及和應用以及結(jié)構(gòu)分析手段的不斷提高，為迅速發(fā)展高層建筑提供了必要的技術(shù)條件。對高層建筑結(jié)構(gòu)設計時若干優(yōu)化措施進行了探討，并提出了自己一些見解與看法，謹供大家作參考之用。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　?。?］孫國正．優(yōu)化設計及應用［M］

19、．北京:人民交通出版社，2004． </p><p>　　［2］江歡成．優(yōu)化設計的探索和實踐［J］建筑結(jié)構(gòu)，2006，36 ( 6) : 1－24． </p><p>　?。?］GB50010－2002，混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范［S］． </p><p>　?。?］羅福年，張慧英，楊軍． 建筑結(jié)構(gòu)概念設計及案例［M］．北京: 清華大學出版社，2003． </p>