房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘 要】目前我國(guó)高層建筑發(fā)展迅速，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇會(huì)到各種問(wèn)題，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，自主創(chuàng)新，利用正確概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，結(jié)構(gòu)工程師必須在每一個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中都能做到不斷地探求自然法則，不懈地追求相對(duì)的最佳最優(yōu)，要通過(guò)反思比較，在經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </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(hào)：TU208 </p><p>&l

6、t;b>　　0 引言 </b></p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)建筑本體功能與建筑投資成本的關(guān)鍵手段。隨著國(guó)家建立節(jié)約型社會(huì)理念的不斷深入，建筑的需求者與供應(yīng)者都對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的材料選用、構(gòu)件設(shè)計(jì)和整體結(jié)構(gòu)布局主要因素進(jìn)行分析，探討建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)手段，為未來(lái)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。 <

7、;/p><p>　　1 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性 </p><p>　　為了達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，工程設(shè)計(jì)人員必須在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的理性分析，采用合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念和方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得能有效地控制工程造價(jià)，滿足投資方的經(jīng)濟(jì)要求。通過(guò)以往的優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)通?？梢赃_(dá)到降低工程造價(jià)5%～30%的目的。但是在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，很多因素都

8、制約了優(yōu)化設(shè)計(jì)的開(kāi)展和實(shí)施。比如，工程的設(shè)計(jì)進(jìn)度的要求，使得設(shè)計(jì)人員根本無(wú)暇顧及到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求；再者，由于知識(shí)水平的限制，傻瓜化的設(shè)計(jì)軟件使得年輕設(shè)計(jì)人員對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理解缺乏，更談不上有效合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大部分設(shè)計(jì)人員在所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)中總著眼于局部部位而忽略了結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，沒(méi)有從總體布局上考慮造價(jià)的控制。為此，為了降低工程造價(jià)的成本，提高設(shè)計(jì)人員在工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)把握非常必要，只有加強(qiáng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的有效結(jié)合，通

9、過(guò)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，創(chuàng)造更大的社會(huì)效益。 </p><p>　　2 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容 </p><p>　　通常，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作主要是根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，采用合理的設(shè)計(jì)理念和方法，來(lái)確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、布置以及具體的構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸。對(duì)常見(jiàn)的鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以從結(jié)構(gòu)整體的布局以及具體構(gòu)件兩方面的因素來(lái)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(qiáng)度等級(jí)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對(duì)工程師提出了更高的要求，即需要結(jié)構(gòu)工程師對(duì)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(shè)計(jì)的合理經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的深刻理解，采用合理優(yōu)化方法進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。 </p><p>　　3 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施 </p>

11、<p>　　3．1 加強(qiáng)剪力墻的設(shè)計(jì) </p><p>　　剪力墻設(shè)計(jì)中連梁的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。聯(lián)肢墻是通過(guò)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(yīng)增大，此時(shí)必須增大構(gòu)件的配筋量，顯然這一設(shè)計(jì)結(jié)果必然會(huì)造成材料的浪費(fèi)。因此，在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師都不會(huì)采用大剛度的窗下墻作為連梁，而宣將連梁設(shè)計(jì)成為截面、剛度較小的弱連

12、梁。同時(shí)，在滿足結(jié)構(gòu)剛度與變形要求時(shí)，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)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(yīng)結(jié)構(gòu)位移會(huì)減小，但是結(jié)構(gòu)地震力會(huì)隨抗側(cè)力剛度增大而加大，對(duì)結(jié)構(gòu)的造價(jià)控制不利。因此剪力墻應(yīng)以周邊均勻、對(duì)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(zhǔn)盡可能減少剪力墻數(shù)量。 </p><p>　　3．2 加強(qiáng)設(shè)計(jì)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(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。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(mén)窗開(kāi)洞寬度不宜超過(guò)2．1m，縱向墻體數(shù)量不宜少于三道，這一措施可以適當(dāng)減少構(gòu)造柱的配筋。 </p><p>　　2) 加強(qiáng)底部框架剪力的設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)中受力平衡容易出現(xiàn)問(wèn)題，因此對(duì)建筑平面的要求較為嚴(yán)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(shí)，應(yīng)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(cuò)層，只有在樓板上填輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)的方式才可行。戶型設(shè)計(jì)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(xì)部?jī)?yōu)化 </p

15、><p>　　1) 在注重整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達(dá)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(shí)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(dá)到造價(jià)的降低以及施工的方便化。還有，為減少底部截面，采用高強(qiáng)度的混凝土是柱構(gòu)件不錯(cuò)的選擇，但是水

16、平構(gòu)件混凝土可適當(dāng)減少混凝土的標(biāo)號(hào)，滿足了受力要求，也節(jié)約了成本。 </p><p>　　3) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的結(jié)合，基于計(jì)算仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)分析軟件建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析模型，采用高效的計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算方法，設(shè)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)要求，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化目的。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上已經(jīng)由一個(gè)工程問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。在大型

17、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，基于這一思想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有其他算法無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。因此，工程設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析非常必要。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(shè)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(qiáng)材料的開(kāi)發(fā)及新

18、的設(shè)計(jì)計(jì)算理論發(fā)展，抗風(fēng)和抗震理論的不斷完善，加之新的施工技術(shù)和設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，特別是計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)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(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)若干優(yōu)化措施進(jìn)行了探討，并提出了自己一些見(jiàn)解與看法，謹(jǐn)供大家作參考之用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　?。?］孫國(guó)正．優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用［M］

19、．北京:人民交通出版社，2004． </p><p>　?。?］江歡成．優(yōu)化設(shè)計(jì)的探索和實(shí)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(shè)計(jì)規(guī)范［S］． </p><p>　　［4］羅福年，張慧英，楊軍． 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)及案例［M］．北京: 清華大學(xué)出版社，2003． </p>