1、房屋建筑结构优化设计【摘 要】目前我国高层建筑发展迅速，在其结构设计中经常遇会到各种问题，这就需要结构设计人员不断地积累经验，自主创新，利用正确概念进行结构设计，因此，结构工程师必须在每一个工程项目的设计中都能做到不断地探求自然法则，不懈地追求相对的最佳最优，要通过反思比较，在经验积累中不断提高自己的判断力和创新力。 【关键词】房屋建筑；结构；优化设计 中图分类号：TU208 文献标识码： A 文章编号： Optimum design of building structure Wang Fei 652723198507251311 Abstract at present, Chinas ra
2、pid development of high-rise buildings, in its structure design often encounters to all kinds of problems, which requires structural designers continue to accumulate experience, independent innovation, using the correct concepts of structural design, therefore, structural engineer must in every proj
3、ect design can be done continuously explore the law of nature, the tireless pursuit of the best optimal relative to comparison, by reflection, in the accumulated experience, and constantly improve their judgment and creativity. Key words building; structure; optimization design 中图分类号：TU208 0 引言 建筑结构
4、优化设计，是实现建筑本体功能与建筑投资成本的关键手段。随着国家建立节约型社会理念的不断深入，建筑的需求者与供应者都对建筑结构的优化设计提出了更高的要求。结合工程经验和理论依据，对建筑结构优化设计过程中的材料选用、构件设计和整体结构布局主要因素进行分析，探讨建筑结构优化设计的实现手段，为未来建筑结构设计者进行结构优化设计提供参考。 1 房屋建筑结构优化设计的必要性 为了达到结构优化设计的目的，工程设计人员必须在保证结构安全的前提下，通过对建筑结构的理性分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计，使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济要求。通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，
5、优化设计通常可以达到降低工程造价 5%30%的目的。但是在实际的工程设计中，很多因素都制约了优化设计的开展和实施。比如，工程的设计进度的要求，使得设计人员根本无暇顾及到结构的优化设计要求；再者，由于知识水平的限制，傻瓜化的设计软件使得年轻设计人员对优化设计的理解缺乏，更谈不上有效合理的优化设计，大部分设计人员在所谓优化设计中总着眼于局部部位而忽略了结构总体方案的设计，没有从总体布局上考虑造价的控制。为此，为了降低工程造价的成本，提高设计人员在工程建设过程中对优化设计的设计把握非常必要，只有加强技术和经济效益的有效结合，通过合理的优化设计方案，达到降低工程造价的目的，创造更大的社会效益。 2 房
6、屋建筑结构优化设计的内容 通常，结构设计的工作主要是根据建筑设计的要求，采用合理的设计理念和方法，来确定适当的结构形式、布置以及具体的构件设计尺寸。对常见的钢筋混凝土住宅结构体系进行优化时，可以从结构整体的布局以及具体构件两方面的因素来加以考虑。影响结构整体的布局的因素包括了建筑物的体型特征、柱网尺寸、层高以及抗侧力构件的位置等具体构件因素主要包括结构的布置、构件的截面、混凝土和钢筋强度等级及配筋构造等。综合考虑两方方面的因素影响是必须的，为了实现这一目标，对工程师提出了更高的要求，即需要结构工程师对结构和构件受力特征有充分的把握，能根据构件设计的合理经验和规范的深刻理解，采用合理优化方法进行
7、有效设计。 3 房屋建筑结构优化设计的措施 31 加强剪力墙的设计 剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成，从而增加了墙肢的约束条件。连梁的剐度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宣将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度
8、增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。 32 加强设计中建筑结构形式的选用 不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。 1) 加强砌体结构的设计。作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不事宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过 21m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。 2) 加强底部框架剪力的设计。底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续，使得设计中受力平衡容易出现问题，因此对建筑平面的要求较为严
9、格。承重墙尽量放在框架梁上，如果出现放在次梁上的墙体时，应加大该次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚该处的楼板厚度。结构楼板不能随便错层，只有在楼板上填轻质材料实现的方式才可行。户型设计中宜让大房间布置在临街面，卫生间、厨房等小房间布置在背面，这样方便临街面柱网的布置等。 33 注重细部优化 1) 在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的精细设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板，这样既达到合理受力的目的，也避免了拐角裂缝的出现。 2) 底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大，此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，便可减少箍筋肢数或箍筋直径，达到造价的降低以及施工的方便化。还有，为减少底部截
10、面，采用高强度的混凝土是柱构件不错的选择，但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号，满足了受力要求，也节约了成本。 3) 随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计达到的目标要求，最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。 4 结束语 随着
11、社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展，另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。对高层建筑结构设计时若干优化措施进行了探讨，并提出了自己一些见解与看法，谨供大家作参考之用。 参考文献 1孙国正优化设计及应用M 北京:人民交通出版社，2004 2江欢成优化设计的探索和实践J建筑结构，2006，36 ( 6) : 124 3GB500102002，混凝土结构设计规范S 4罗福年，张慧英，杨军 建筑结构概念设计及案例M 北京: 清华大学出版社，2003 5肖燕武浅谈建筑结构设计的安全度J 科技创新导报，2007，35107
