1、建筑结构优化设计分析摘 要：随着经济不断发展和人民生活水平的提高，建筑在我国也得到了迅猛发展，复杂的不规则建筑越来越多，业主及建筑师的创新艺术使得钢筋混凝土建筑发展被广泛应用。如何正确进行结构设计和结构计算，以满足新规范的要求，也给工程设计人员提出了更高的要求。面对如此形势，应该把建筑的结构设计放在首位加以研究，本文就结构设计中应值得重视和注意的几个问题进行探讨。 关键词：建筑结构；优化设计；存在问题及改进 中图分类号：TU318 文献标识码： A 引言 建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设
2、中。建筑类型与功能越来越复杂，建筑的数量日渐增多，建筑的结构体系也是越来越多样化，因此结构设计也越来越成为建筑结构工程设计工作的难点与重点。 一、建筑结构设计方面的原则 1 、选用适当的计算方式。建筑结构的计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生。所以，选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。 2 、选择合适的基础方案。基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基
3、础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。 3、合理选择结构设计方案。合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷，同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，必要时应进行多方案比较，择优选用。 4 、正确分析计算结果。结构设计中普遍采用计算机技术，因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，要求
4、结构工程师在拿到结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。 二、高层建筑结构设计的特点 1、决定因素是水平载荷 水平荷载是结构设计中的关键因素也是控制性因素。任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力，水平荷载却在其中起着决定性的作用。在较低楼房中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小，但在较高楼房中竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，随着楼房层数的增多。 水平荷载成为决定因素：高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆
5、力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；某一定高度楼房，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。 2、轴向变形不容忽视 建筑中竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大。此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整。 建筑轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。对连续梁弯矩的影响有：采用框架体系和框一墙体系的高楼中，框架中柱的轴压应力往
6、往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁的中间支座产生沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩增大。对构件剪力和侧移的影响，与考虑竖向杆件轴向变形的剪力相比较，不考虑竖杆件轴向变形时，各构件水平剪力的平均误差达 30%以上，结构顶点侧移减小一半以上。 3、控制指标是结构侧移侧移 结构侧移是最关键的因素，在建筑结构设计中必不可少。水平荷载作用下结构的侧向变形会随着建筑结构的增高而迅速增大，因此在进行建筑设计时，结构的强度是首先要考虑的问题，并且还应具有足够的抗侧刚度，能够可靠
7、地承受风荷载作用产生的内力。为了保证居住条件的良好，在进行建筑结构设计时还要求使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内。 4、重要的设计指标是结构设计 建筑结构的柔性大对在发生地震时的作用力会更大些，其变形能力相对较强，可避免发生坍塌时造成的人员伤亡和巨大的经济损失。因此在结构设计上，应采取适当的措施，以次保证建筑结构的延展性。 三、建筑结构的相关问题分析 1、结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上
8、必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉”原则，注意构件的延展性性能；加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；同时也要考虑温度应力的影响力。 2、结构的超高问题。对于超高限建筑物,应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下,超高建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加,许多影响因素将发生质变,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围,如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意。 在抗震规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤
9、其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为 A 级高度以外，增加了 B 级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。 3、嵌固端的设置问题。不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响结构产生侧移的真实性,以及结构局部的经济性,由于高层建筑一般都带有地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置。在这个问
10、题上，结构设计工程师需要注意如下几个方如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等。而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下更多的安全隐患。在建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 结束语 建筑建设的发展迅速对建筑结构设计的要求不断地完善，但从设计质量方面来看，并不理想，结构设计中经常遇到各种问题。在建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，必须充分地理解新规范，密切结合新规范和工程实际情况，应作出合理的结构方案选择。建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题，才能够积累经验,利用正确的概念进行设计，不断地提高工程设计水平。 参考文献： 1班春旭,建筑结构优化设计的研究J,科技与企业,2012,(17) 2何飞平,浅析建筑工程中建筑结构优化设计J知识经济，2011（11）. 3陈宇新.对建筑结构设计的若干思考J.山西建筑,2011(09)
