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時(shí)間：2023-09-27 09:06:46
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對(duì)建筑工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是建筑師們共同的目標(biāo),任何一幢建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案提出之后，從結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)件布置開始就已經(jīng)存在是否優(yōu)化的問題，再加上隨后的每一個(gè)設(shè)計(jì)程序也都需要結(jié)構(gòu)工程師去進(jìn)行精心思考、準(zhǔn)確計(jì)算和合理選用建筑材料等全過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能最終產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不應(yīng)僅僅在結(jié)構(gòu)本身，而是應(yīng)包括建筑的各方面，比如，提高建筑空間利用率、增加建筑投入使用后的舒適度和提高建筑的經(jīng)濟(jì)效益等。為此，科學(xué)地確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)幾項(xiàng)基本原則并有效地按照這些基本原則去進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是非常重要的。
一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性
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。通過以往的優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看，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)的目的。但是在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，很多因素都制約了優(yōu)化設(shè)計(jì)的開展和實(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，通過合理的優(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。
二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施
1.局部優(yōu)化與整體優(yōu)化
每個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)都是包含其復(fù)雜性和層次性兩個(gè)特點(diǎn)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從復(fù)雜性來講包括結(jié)構(gòu)選型、材料、構(gòu)件選用等方面；從層次性來講包括建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、設(shè)備安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)等,其每個(gè)系統(tǒng)下面又包含多個(gè)子系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過程中對(duì)每個(gè)小的分系統(tǒng)或子系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化實(shí)際上等于割斷了各局部之間的橫向聯(lián)系,最終疊加而成的工程并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)最終的整體最優(yōu)化。因此,對(duì)于任何建筑來說必須對(duì)其全局進(jìn)行優(yōu)化才能實(shí)現(xiàn)真正的優(yōu)化。
2.分段優(yōu)化與壽命期優(yōu)化
任何工程項(xiàng)目在其壽命期內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都有很多方案可供選擇,即每個(gè)階段都存在優(yōu)化方案,設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)各階段性質(zhì)來決定對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方法,即對(duì)工程壽命期優(yōu)化,才能最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目在每個(gè)階段優(yōu)化,但又不影響最終整個(gè)壽命期的優(yōu)化。
3.樁基優(yōu)化
樁基分為預(yù)制樁與灌注樁兩種,由于灌注樁在成樁過程中其質(zhì)量難以把握,且其施工周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于預(yù)制樁,因此在滿足沉降控制、上部承載以及基礎(chǔ)總重的前提下應(yīng)盡可能使用預(yù)制樁,同時(shí),由于一般情況下隨著基礎(chǔ)深度增加,地基土對(duì)樁身的側(cè)摩阻力及樁端阻力都隨之增大,因此應(yīng)盡可能選用較大長度的樁和樁位。為了能夠盡量減少基礎(chǔ)底板厚度以及鋼筋用量應(yīng)盡量采用軸線樁,使其盡量布置在剪力墻之下。
4.基礎(chǔ)優(yōu)化
在采用軸線樁的前提下,應(yīng)盡量選用條形承臺(tái),若建筑物沒有地下室時(shí)則應(yīng)僅布置條形承臺(tái)梁,有地下室時(shí)則應(yīng)采用條形承臺(tái)梁加止水底板,若建筑高度較低則承臺(tái)梁高可以同地下室止水板厚度相同,建筑高度較高則其梁高應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。止水板的荷載取值一般應(yīng)根據(jù)其上部結(jié)構(gòu)總重的20%與水浮力之和與上部結(jié)構(gòu)總重的30%中大者來做為計(jì)算依據(jù),但目前有人認(rèn)為該值應(yīng)以最不利水位來考慮水浮力,而地基土對(duì)地下室底板的作用占上部結(jié)構(gòu)比例應(yīng)根據(jù)沉降計(jì)算結(jié)果區(qū)別對(duì)待,其取值范圍應(yīng)在5%～20%之間。
5.上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化
上部結(jié)構(gòu)模型的建立以及優(yōu)化應(yīng)從合理的剪力墻布置開始,并應(yīng)遵循剪力墻平面分布均勻、對(duì)稱且樓層平面剛度中心與樓層結(jié)構(gòu)重心相結(jié)合的原則,以盡量減小水平地震和風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；若建筑房型允許應(yīng)優(yōu)先采用大開間剪力墻結(jié)構(gòu),并適當(dāng)加長剪力墻墻肢長度,其既可以減少剪力墻墻肢總數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)在樓層側(cè)向剛度相同的情況下可以大大減少剪力墻的混凝土用量,同時(shí)由于在剪力墻結(jié)構(gòu)中鋼筋用量最大的部位是暗柱,采用大開間剪力墻可以在很大程度上減少暗柱的鋼筋用量；但若建筑物所處地質(zhì)條件較差但建筑對(duì)抗震要求較高的地段則應(yīng)盡量避免大開間剪力墻結(jié)構(gòu)；在墻柱都確定好后,連梁(跨高比小于5)的高度一般取窗頂與樓層之間的高度,而跨高比大于5的跨度較大的框架梁其高度則取跨度的1/12即可；對(duì)于建筑樓板厚度除應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)定外,重要就是準(zhǔn)確輸入樓層層高及層數(shù)以正確計(jì)算各樓層對(duì)應(yīng)的荷載；在這些基本構(gòu)件確定之后則應(yīng)進(jìn)行人工修改、干預(yù)諸如梁端鉸接設(shè)置、框支梁柱定義、混凝土容重、風(fēng)荷載等相關(guān)定義及參數(shù),盡量達(dá)到計(jì)算模型與實(shí)際建筑匹配；之后則應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行電算,并必須分析電算結(jié)果的合理性。
6.建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)的協(xié)調(diào)
設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)與建筑平面密切配合,以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理、美觀實(shí)用的結(jié)果。建筑墻柱布置應(yīng)滿足建筑物平面功能要求；各房間開間進(jìn)深等應(yīng)盡量統(tǒng)一便于構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化；建筑體系應(yīng)盡量簡(jiǎn)單,墻柱不易錯(cuò)位,截面面積不宜出現(xiàn)明顯變化,同樓層內(nèi)標(biāo)高應(yīng)盡量一致,不宜設(shè)置錯(cuò)層即夾層結(jié)構(gòu)；樓梯電梯等不宜布置在受力復(fù)雜或應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角部位,非承重構(gòu)件應(yīng)盡量選用輕質(zhì)材料,承重構(gòu)件選用高強(qiáng)材料實(shí)現(xiàn)減輕結(jié)構(gòu)自重,建筑整體布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則,并盡量保持建筑質(zhì)心、剛心盡量重疊,防止發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
7.結(jié)構(gòu)與給排水專業(yè)的協(xié)調(diào)
由于給排水專用房屋內(nèi)含有設(shè)備及設(shè)備基礎(chǔ),其荷載往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他房間,因此,水泵間應(yīng)盡量設(shè)置在地下室或半地下室內(nèi)；給排水房間內(nèi)管道數(shù)量多、粗細(xì)不均,因此應(yīng)確保預(yù)留孔洞及預(yù)埋件位置及尺寸準(zhǔn)確,并對(duì)樓板孔進(jìn)行局部加強(qiáng),同時(shí)應(yīng)盡量避免水平管道穿過梁柱；管道穿過承重墻時(shí)應(yīng)采取加固措施；應(yīng)盡量保證結(jié)構(gòu)布置為管網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)造條件,避免出現(xiàn)管道繞梁繞柱現(xiàn)象；建筑內(nèi)尤其是高層建筑內(nèi)空調(diào)設(shè)備通常與電梯、樓梯、衛(wèi)生間等布置在核心區(qū)域,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮該類房間內(nèi)樓面負(fù)荷,避免該類房間內(nèi)由于管道多出現(xiàn)超載現(xiàn)象,另外由于設(shè)備層層高不同于標(biāo)準(zhǔn)層,且內(nèi)部應(yīng)力集中,因此應(yīng)著重考慮該房間內(nèi)抗震加固措施。
8.結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)協(xié)調(diào)
電氣管線若以導(dǎo)線在金屬管內(nèi)沿墻或樓板暗裝則對(duì)于預(yù)制結(jié)構(gòu)帶來很大困難,因此穿過梁的垂直管線應(yīng)在預(yù)制時(shí)在梁內(nèi)預(yù)留孔洞,并要保證梁寬與墻厚盡量一致,若不一致則應(yīng)要求墻的一側(cè)與梁的側(cè)面平齊,以確保穿梁管線不外露于墻外；電梯機(jī)房內(nèi)空洞、預(yù)埋件非常多其荷載相應(yīng)增大,因此該房間內(nèi)應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算來確定其強(qiáng)度,另外電梯井道一般除受豎向荷載外還受水平力作用,因此應(yīng)單獨(dú)校核其強(qiáng)度尤其是洞口處強(qiáng)度。建筑物尤其是高層建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,設(shè)計(jì)人員不僅要研究建筑地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的共同工作性,還應(yīng)與各專業(yè)密切配合、協(xié)調(diào),確保計(jì)算的準(zhǔn)確性等方面實(shí)現(xiàn)建筑物的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，必須秉持設(shè)計(jì)優(yōu)化的理念，才能確保工作的順利進(jìn)行，既可以確保房屋具備高質(zhì)量，還能切實(shí)提升房屋安全性與美觀度。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，達(dá)到提升建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平的目的，必須切實(shí)分析設(shè)計(jì)狀況，采取安全、先進(jìn)的技術(shù)，為優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì)工作提供幫助。
1房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的含義及重要性
房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作內(nèi)容較多，較為繁雜，影響因素多，需要綜合考慮。為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，既要綜合考慮施工材料的價(jià)格、性能、安全性，還必須站在宏觀的角度考慮建筑空間如何安排，確保設(shè)計(jì)的空間既美觀又具有功能性，綜合上述內(nèi)容及建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體設(shè)計(jì)要求開展設(shè)計(jì)工作。此外，房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化還必須制定目標(biāo)，明確結(jié)構(gòu)的具體功能和使用目的，細(xì)分設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容，循序漸進(jìn)地開展優(yōu)化工作，保障最后得出的優(yōu)化方案切實(shí)可行、性價(jià)比高，設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)安全、美觀。房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的優(yōu)勢(shì)：（1）房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容繁雜，與建筑行業(yè)的許多知識(shí)相關(guān)，其優(yōu)化工作也與許多學(xué)科存在聯(lián)系，具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。（2）優(yōu)化后的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案相較于優(yōu)化前，在美觀性、安全性、功能性等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過優(yōu)化的房屋建筑的質(zhì)量大幅度提升，實(shí)用性更強(qiáng)。（3）經(jīng)過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有便于管理和便于施工的特點(diǎn)，規(guī)范的施工以及系統(tǒng)化的現(xiàn)場(chǎng)管理可以大幅度提升施工安全性和工程質(zhì)量，還可以加快施工進(jìn)度，有效減少施工成本。（4）新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可以推動(dòng)建筑行業(yè)走向多元化，滿足人們的居住需求，提升人們的居住質(zhì)量。
2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化措施
2.1優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)師開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在提升結(jié)構(gòu)安全性和實(shí)用性上，通過持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到提升結(jié)構(gòu)承載能力的目的，還可以在一定程度上提升建筑質(zhì)量。在環(huán)境條件欠佳的情況下，依然能夠確保安全，盡可能降低建筑結(jié)構(gòu)受外界不良條件影響的程度，防止沉降、傾斜、坍塌破損等情況發(fā)生。剪力墻結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定程度與建筑剪力墻布置存在關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)師可以由此入手，開展針對(duì)剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，促使建筑剛性中心與質(zhì)心重合。減少剪力墻數(shù)量、增大剪力墻長度是常用的剪力墻優(yōu)化措施，該措施通過對(duì)剪力墻的優(yōu)化，提升了建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。通常情況下，在優(yōu)化剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)加大鋼材的使用量，在一定程度上提升了建筑成本。因此，未來一段時(shí)間建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方向應(yīng)為在確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的同時(shí)，適當(dāng)降低材料成本造價(jià)、節(jié)約用料。
2.2優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)
相關(guān)學(xué)者經(jīng)過研究得出，建筑的上部結(jié)構(gòu)較比其他部分結(jié)構(gòu)更易受到剪切力的干擾，穩(wěn)定性大幅度下降。優(yōu)化設(shè)計(jì)必須提出科學(xué)性更強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案，盡可能使上部結(jié)構(gòu)的幾何中心位于正上方的中心位置，確保建筑安全[1]。剪力墻的具體設(shè)計(jì)需要結(jié)合房屋建筑實(shí)際情況開展，在確保滿足設(shè)計(jì)需求的同時(shí)，科學(xué)地設(shè)計(jì)剪力墻數(shù)量、尺寸等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，充分利用建筑原料，加大墻肢長度，減少墻肢數(shù)量。另外，建筑物周邊環(huán)境也會(huì)影響其質(zhì)量與穩(wěn)定性，所以進(jìn)行設(shè)計(jì)前，相關(guān)人員應(yīng)去往施工地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地考察，避免方案與現(xiàn)實(shí)情況不符，不能投入實(shí)際應(yīng)用。
2.3優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)
地下室是高層建筑的重要組成部分，從資金支出的角度分析，地下室結(jié)構(gòu)成本占結(jié)構(gòu)總成本的比重較大，如果能夠提出有效措施優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于控制項(xiàng)目成本支出具有促進(jìn)作用。（1）設(shè)計(jì)師應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)需要的前提下，合理減小地下室層高，節(jié)約材料，達(dá)到控制成本支出的目的，還能夠減小施工階段土方的開挖量，節(jié)約施工時(shí)間，降低維護(hù)成本。（2）在地下水源豐沛的地段建設(shè)時(shí)，必須考慮浮力對(duì)建筑建設(shè)的影響，如果可以降低地下室的層高，則可以減少抗拔樁數(shù)量，減少底板配筋的使用量。（3）在開展地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)注意地下水的浮力、土壤重力轉(zhuǎn)化的壓力都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)建造產(chǎn)生一定影響，底板與側(cè)墻所承受的壓力遠(yuǎn)高于地面，因此鋼筋等材料的用量多于地上部分的用量，設(shè)計(jì)階段應(yīng)細(xì)致分析結(jié)構(gòu)每個(gè)部分的受力情況，根據(jù)操作流程完成用料計(jì)算，受力較少的結(jié)構(gòu)部分可以選取通用鋼筋建造，受力較大的結(jié)構(gòu)部分可以采用局部附加的措施進(jìn)行建造。
2.4優(yōu)化結(jié)構(gòu)與排水的關(guān)系
在房屋建筑給排水系統(tǒng)施工時(shí)需要用到許多設(shè)備，也需要大型機(jī)械的參與，在施工時(shí)應(yīng)確保設(shè)備有足夠的能力承擔(dān)高強(qiáng)荷載，所以應(yīng)當(dāng)把水泵放置在地下室。排水系統(tǒng)設(shè)備的荷載能力強(qiáng)、荷載強(qiáng)度大，房屋結(jié)構(gòu)與功能越復(fù)雜，需要建造的排水系統(tǒng)就越復(fù)雜。給排水系統(tǒng)管道具有粗細(xì)程度不一致、長度多樣等特點(diǎn)，要求設(shè)計(jì)師應(yīng)在宏觀的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，精確計(jì)算每個(gè)位置所需鋪設(shè)管道的尺寸和長度。除此之外，為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能防止管線從梁柱之間穿過的現(xiàn)象發(fā)生，若管道必須穿過承重墻，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況開展對(duì)承重墻的加固計(jì)算，保證墻體的穩(wěn)定性。
3房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1工程簡(jiǎn)述
某建筑工程占地面積約55000m2，為多層多功能建筑。房屋建筑結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓蓋梁為井字梁。該房建工程占地面積廣，建筑使用情況較為復(fù)雜，房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的工作難度較大，為了確保優(yōu)化工作順利開展，設(shè)計(jì)師應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕に?，綜合考慮用戶需求，開展設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化工作，確保建筑安全、美觀。
3.2提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性
在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)，以其為基礎(chǔ)構(gòu)建科學(xué)的優(yōu)化模型，再具體分析模型特點(diǎn)，開展對(duì)原有設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)優(yōu)化工作。例如，該房建工程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)實(shí)際情況確定相關(guān)參數(shù)值與約束數(shù)值，確保建造的結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定堅(jiān)固，避免安全事故的發(fā)生。針對(duì)變化性較弱的局部因素，設(shè)計(jì)師可以使用預(yù)定參數(shù)的辦法，降低施工成本[2-3]。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)合理建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合建筑使用需求，利用電子設(shè)備準(zhǔn)確計(jì)算各原料的使用量，節(jié)約結(jié)構(gòu)成本，提升設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果。為提高施工效率、更好地落實(shí)房屋建筑結(jié)構(gòu)的施工方案，設(shè)計(jì)師必須了解該建筑的結(jié)構(gòu)體系約束因素，并開展約束因素的比較與研究工作，確保各約束因素與房建工程設(shè)計(jì)優(yōu)化相適宜。通過建立科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，可以在極大程度上幫助設(shè)計(jì)人員了解與掌握房屋結(jié)構(gòu)特性，幫助其揚(yáng)長避短，確保經(jīng)過優(yōu)化的方案更具可行性。該房建工程的占地面積較大，施工內(nèi)容繁雜，工期長且成本高，在某種程度上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化產(chǎn)生了一定影響。因此，設(shè)計(jì)師需要持續(xù)更新設(shè)計(jì)理念，汲取先進(jìn)設(shè)計(jì)知識(shí)，與時(shí)俱進(jìn)，充分了解房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的特點(diǎn)，獲得最佳的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果[4-5]。房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型如圖1所示。
3.3優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)平面布置
建筑結(jié)構(gòu)平面布置是設(shè)計(jì)工作的重要內(nèi)容之一，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際建設(shè)情況對(duì)結(jié)構(gòu)平面布置開展相應(yīng)的優(yōu)化工作，借助計(jì)算機(jī)等設(shè)備準(zhǔn)確計(jì)算該建筑結(jié)構(gòu)的剛重比。經(jīng)反復(fù)調(diào)整計(jì)算可知，該房建工程X方向的剛重比為3.15%，縱向剛重比為2.88%，橫向剪重比為2.68%，縱向剪重比為2.58%，橫向的質(zhì)量系數(shù)為98.3%，縱向的質(zhì)量系數(shù)為99.73%。
4結(jié)語
綜上所述，通過建設(shè)科學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，優(yōu)化房建結(jié)構(gòu)平面布置，可以達(dá)到提升設(shè)計(jì)合理性和建筑實(shí)用性的目的，有效節(jié)約建筑材料，降低建設(shè)成本。要求設(shè)計(jì)師必須不斷學(xué)習(xí)具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性的相關(guān)知識(shí)，提升自身專業(yè)水平和技能熟練度，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，提升建筑質(zhì)量和效率，推動(dòng)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
建筑是人們對(duì)于藝術(shù)、建筑、文化、生活等各方面理解后的一種表現(xiàn)形式，不同風(fēng)格的建筑展示出的是不同的風(fēng)情和歷史，同時(shí)也是展示設(shè)計(jì)師的文化結(jié)構(gòu)的一個(gè)途徑。通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以極大的增強(qiáng)建筑的各項(xiàng)性能，同時(shí)也是降低施工單位的成本的重要舉措，在不影響建筑性能的情況下，合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以最大限度的發(fā)揮出建筑材料的利用價(jià)值，因此，合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，選擇合適的優(yōu)化方法的選擇，對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑的各項(xiàng)性能來說都是非常重要的。
1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的內(nèi)涵和特征
建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法是全面考慮建筑方便的同時(shí)，把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和藝術(shù)學(xué)、審美學(xué)充分結(jié)合到一起，把房屋建設(shè)的目的和房屋功能全涵蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，再優(yōu)化選擇各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，挑選既適用又安全、美觀的建設(shè)方法，確保房屋建筑質(zhì)量、建設(shè)方便性及經(jīng)濟(jì)性。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法有一些基本特征：美觀性較強(qiáng)；涉及很多學(xué)科，多學(xué)科的聯(lián)合性較廣；實(shí)用性很強(qiáng)；方便建設(shè)施工管理；既環(huán)保又節(jié)能；具有較強(qiáng)的科學(xué)性。建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)過程中，也要敢于創(chuàng)新，不斷提出新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
2優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的重要意義
在設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)中充分運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)不僅能夠提升建筑工程質(zhì)量，還能提升建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。我國一直提倡可持續(xù)發(fā)展理念，爭(zhēng)取市場(chǎng)效益的最大化，這就要求建筑企業(yè)不僅要滿足房屋建筑結(jié)構(gòu)的長遠(yuǎn)效益，還要盡量減少建筑結(jié)構(gòu)短期投資。和以往傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較，運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化方法能夠降低建筑工程建設(shè)成本，提高優(yōu)化方法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)充分利用建筑材料。伴隨我國高層房屋建筑越來越多，人們更加重視房屋建筑怎樣既滿足時(shí)展需求，又能減少建設(shè)投資的問題，而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備和建材性能，對(duì)人們所關(guān)注的房屋建筑問題具有重要促進(jìn)作用。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果得到優(yōu)化，房屋結(jié)構(gòu)各單元就能實(shí)現(xiàn)有機(jī)整合，進(jìn)而提高建筑質(zhì)量，確保人民安全居住環(huán)境。以往傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)十分注重安全質(zhì)量，建筑建設(shè)成本方面控制工作做的不到位，工程設(shè)計(jì)時(shí)期成本很高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也常存有缺陷，外觀也不夠精美，這些都難以滿足現(xiàn)代人們對(duì)房屋的心理需求。設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)過程中運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，既能把經(jīng)濟(jì)價(jià)值、審美價(jià)值、生態(tài)戒指及使用價(jià)值有效結(jié)合到一起，還能降低房屋建設(shè)成本，節(jié)省施工材料，確保房屋結(jié)構(gòu)安全，具有很高的藝術(shù)性，提高房屋建筑綜合效益。
3建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的步驟
3.1建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型
選擇設(shè)計(jì)變量過程中，要把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)具有重要影響的主要參數(shù)看出變量，例如：約束控制參數(shù)和控制目標(biāo)參數(shù)。對(duì)變化范圍小、影響較小或局部有關(guān)要素可以滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)，可以利用預(yù)定參數(shù)表示，進(jìn)而減少計(jì)算數(shù)量和設(shè)計(jì)數(shù)量，變成工作量減少，工作效率自然會(huì)有所提升。確定目標(biāo)函數(shù)十分重要，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要運(yùn)用滿足預(yù)定條件的已失效概率函數(shù)及對(duì)應(yīng)鋼筋截面面積，進(jìn)而降低建筑工程總的建設(shè)成本。有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來講，一定要保證結(jié)構(gòu)具有較高可靠度，確定優(yōu)化設(shè)計(jì)有關(guān)約束條件，約束條件主要含有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、構(gòu)件單元約束、裂縫寬度約束、應(yīng)力約束、尺寸約束等約束條件。設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)過程中，一定有認(rèn)真比較和分析目標(biāo)約束條件和實(shí)際約束條件，保證每個(gè)條件均滿足要求，爭(zhēng)取獲得最佳設(shè)計(jì)。
3.2合理設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及有關(guān)程序設(shè)計(jì)
按照可靠度所做的房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有著多約束條件問題且有很多復(fù)雜變量，分析計(jì)算過程中，通常要將有約束條件的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)成沒有約束優(yōu)化問題求解。優(yōu)化設(shè)計(jì)常見的計(jì)算方法有復(fù)合形法、拉氏乘子法和Powell法。根據(jù)可靠度所進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型和實(shí)際設(shè)計(jì)過程中利用的計(jì)算方式，為更好地實(shí)現(xiàn)它們的效果，可以把這些變成具有較強(qiáng)功能且運(yùn)算速度非?？斓倪\(yùn)用程序，進(jìn)而讓優(yōu)化設(shè)計(jì)方案得到全面實(shí)施。
3.3綜合結(jié)果的分析
計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得出各種結(jié)果后要對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行分析與比較，通過選取各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)選擇效果最好的設(shè)計(jì)方案。分析計(jì)算結(jié)果時(shí)，一定要全面考慮有關(guān)問題，并多角度分析這些問題。結(jié)果分析在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)里占有重要地位，選取科學(xué)的設(shè)計(jì)方案可以確保建筑安全性、美觀感和實(shí)用合理性，并降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工成本。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)過程中，需要注意重視有關(guān)建筑技術(shù)要求，全面考慮對(duì)建筑工程具有重要影響，分析過程中，必須全面考慮科學(xué)配置，進(jìn)而才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。
4優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施
4.1建筑階段性優(yōu)化和壽命優(yōu)化
建筑工程使用年限期間內(nèi)，對(duì)各個(gè)階段都要做相應(yīng)優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員必須清楚每個(gè)階段特征，按照實(shí)際計(jì)算分析結(jié)果確定優(yōu)化方式，進(jìn)而能夠科學(xué)優(yōu)化工程整體壽命。最終不僅確保建筑工程建設(shè)質(zhì)量，而且提高建筑施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
4.2建筑局部性優(yōu)化和整體性優(yōu)化
建筑在設(shè)計(jì)方面均具有相應(yīng)復(fù)雜性與層次性特征。站在層次性角度看，含有建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)體系、整體設(shè)計(jì)體系及安裝體系，每個(gè)單獨(dú)體系也都含有很多下屬體系。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)房屋過程中，要對(duì)應(yīng)優(yōu)化每個(gè)下屬系統(tǒng)，突破關(guān)聯(lián)橫向性。站在復(fù)雜性角度看，建筑復(fù)雜含有選取建筑施工材料和選取建筑物零部件。對(duì)每個(gè)建筑來說，都要從整體上開始優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)真正的設(shè)計(jì)優(yōu)化。
4.3建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化
設(shè)計(jì)建筑上部結(jié)構(gòu)需要先構(gòu)建對(duì)應(yīng)模型再進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。科學(xué)設(shè)計(jì)剪力墻工作非常重要，剪力墻的設(shè)置要注意確保剪力墻整體質(zhì)量均勻，才能使樓層平面剛度中心點(diǎn)和樓層整體結(jié)構(gòu)重心相重合，進(jìn)而減少風(fēng)力或地震給建筑帶來的破壞性作用。建設(shè)房屋建筑過程中，要盡量大開間構(gòu)造剪力墻，加長剪力墻墻肢的長度，進(jìn)而減少墻肢數(shù)量。
4.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化和排水系統(tǒng)優(yōu)化、電氣優(yōu)化相協(xié)調(diào)
排水系統(tǒng)房間機(jī)械設(shè)備的荷載強(qiáng)度與荷載能力都很大，一定要把機(jī)械設(shè)備布置在地下室，并確保管道預(yù)留深度和尺寸能夠滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，加固樓板自身鉆孔位置。除此之外，注意水平方向管線有可能會(huì)貫穿梁或柱，盡量降低管線貫穿梁或柱現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。建筑里的電氣管線安裝通常是利用導(dǎo)線形式裝于樓板、墻體或金屬管體外部，這種安裝方法會(huì)增加預(yù)制結(jié)構(gòu)施工難度，因此，若要把管線穿過梁體，需要在梁體預(yù)留孔洞，并確保墻體寬度和梁體寬度相同。
5結(jié)語
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要地位，合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案既能滿足有關(guān)技術(shù)要求，還能節(jié)約建設(shè)成本。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)綜合性很強(qiáng)且十分復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，設(shè)計(jì)人員一定要不斷深入研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，不斷提高自身水平，敢于創(chuàng)新，為人民居住提供安全保障。
參考文獻(xiàn)
框剪結(jié)構(gòu)是由框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)體系組成的一種結(jié)構(gòu)體系，是由延性較好的框架、抗側(cè)力剛度較大并帶有邊框的剪力墻和耗能性能良好的連梁共同組成的一種結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框剪結(jié)構(gòu)由于其能為建筑使用提供較大的平面空間，又具有整體性好、抗震性能好及較大的抗側(cè)力剛度等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，特別是用于結(jié)構(gòu)平面和功能復(fù)雜的高層辦公樓、醫(yī)院病房及酒店等高層建筑。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中仍然存在著一些問題有待進(jìn)一步的解決。本文將對(duì)建筑框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討和思考。
1 工程概況
某高層建筑工程，主樓地下1層，地面19層，裙樓高3層，主樓總建筑面積18844 m2，裙樓總建筑面積8556 m2，建筑平面如圖1所示。
1.1 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計(jì)
根據(jù)國家抗震區(qū)劃圖，待設(shè)計(jì)建筑地區(qū)的基本烈度為7度，相應(yīng)地主樓結(jié)構(gòu)部分的抗震等級(jí)為二級(jí)，裙樓部分的抗震等級(jí)為三級(jí)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應(yīng)，主樓部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅考慮豎向荷載效應(yīng)，還要考慮水平地震作用及風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計(jì)使用要求以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計(jì)要求，裙房結(jié)構(gòu)承重體系采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)形式，主樓采用框架—剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。
本建筑結(jié)構(gòu)在主樓抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)中，剪力墻主要承擔(dān)水平作用，框架承擔(dān)少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形，樓梯均設(shè)置在角部位置，為提高主樓結(jié)構(gòu)的抗扭能力，剪力墻結(jié)合樓電梯間設(shè)在主樓結(jié)構(gòu)的兩個(gè)對(duì)角位置，具體厚度根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。
1.2 建筑縫的處理設(shè)計(jì)
本建筑由主樓和裙房兩部分組成，在二者的連接部位需設(shè)置建筑縫?？紤]到主樓部分高度較大、結(jié)構(gòu)有效重量大，裙房部分高度較低，因此二者間需設(shè)置防震縫和沉降縫。對(duì)于防震縫，為避免主樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來困難，本建筑采用“抗”的方法，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，將主樓和裙房視為一個(gè)整體進(jìn)行抗側(cè)力設(shè)計(jì)計(jì)算；對(duì)于沉降縫，結(jié)合主樓需設(shè)一層地下室的建筑要求，設(shè)計(jì)中將主樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成樁基礎(chǔ)，而將裙房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成柱下條形基礎(chǔ)，通過兩類基礎(chǔ)的沉降變形計(jì)算，相應(yīng)調(diào)整和消除主樓和裙房兩部分的不均勻沉降差。施工時(shí)，在主樓和裙房連接部位預(yù)留1.5m寬后澆帶，通過施工手段局部調(diào)整高低兩部分間的沉降差。
1.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》提供的場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點(diǎn)，主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計(jì)采用深樁筏板基礎(chǔ)，以提高主樓結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，降低主樓部分的沉降變形。
裙房部分采用柱下條形基礎(chǔ)，通過修正條形基礎(chǔ)的寬度來調(diào)整基底反力，進(jìn)一步控制裙房部分的基礎(chǔ)沉降變形，使主樓結(jié)構(gòu)和裙房結(jié)構(gòu)在各自使用荷載作用下，能產(chǎn)生基本上一致的基礎(chǔ)沉降變形量。
2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
鋼筋砼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的承載體系之一，它同時(shí)具有框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大、整體性好、抗震能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。但鋼筋砼框—剪結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系，力學(xué)分析難度較大，其優(yōu)化設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜和難以實(shí)現(xiàn)。所以，盡管國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此做過許多有益的嘗試，但框）剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還存在很多具有重大工程意義和科學(xué)意義的課題。
2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個(gè)多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)，其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計(jì)，即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化，據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過程，計(jì)算結(jié)果雖不總能等價(jià)于整體優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，但通常能給出工程實(shí)用的滿意結(jié)果。
鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟為：
（1）初始選型：根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析：按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類，并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力；
（3）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；
（4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個(gè)較小的數(shù)值，作為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)收斂性的條件，進(jìn)行收斂性判斷。若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；
（5）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。
2.2 框—剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
框—剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要涉及三個(gè)方面的優(yōu)化問題：一是結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平的決策，二是框架與剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設(shè)計(jì)，三是框架——剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。
高層框—剪結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作問題，主要是水平荷載在框架和剪力墻結(jié)構(gòu)之間的分配設(shè)計(jì)，因此剪力墻數(shù)量和位置的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵問題。這里，我們將框）剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程分為三個(gè)階段進(jìn)行，對(duì)不同階段的不同問題，采取不同的優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（1）第一階段：最優(yōu)設(shè)防水平Id的優(yōu)化決策
根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果或地震區(qū)劃規(guī)定，在預(yù)測(cè)地震烈度概率分析基礎(chǔ)上，用模糊綜合評(píng)判法計(jì)算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強(qiáng)度、損傷等級(jí)概率和震害損失的預(yù)估期望值E（Id），在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C（Id）+k2k3E（Id）達(dá)到最小，求出最優(yōu)抗震設(shè)防烈度Id。
（2）第二階段：剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)
剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合，可用力學(xué)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移，結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。我們根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)層間位移和頂點(diǎn)總側(cè)移的限值來控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)。
（3）第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對(duì)框）剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（4）框）剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟：
1）分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點(diǎn)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；
2）根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸并框架結(jié)構(gòu)類型，并初步選定每一類型框架結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的幾何尺寸；
3）進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；
4）根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果，檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點(diǎn)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(jìn)行判斷；若不滿足規(guī)范要求，則直接返回第1）步，進(jìn)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(jié)構(gòu)實(shí)際側(cè)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(jìn)行計(jì)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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；
6）分別進(jìn)行剪力墻和框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)；
7）收斂性判斷：比較優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接近程度，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進(jìn)行可行性判斷，否則將優(yōu)化結(jié)構(gòu)作為原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)回第3）步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；
8）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。
3 工程實(shí)例
采用三階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)前述高層框-剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在正常承受災(zāi)害損失能力和投資能力較強(qiáng)時(shí)，最優(yōu)設(shè)防烈度為7.5度。后經(jīng)專家論證，并考慮到資金投入的難度，提高了權(quán)重系數(shù)k1，最優(yōu)設(shè)防水平按7度設(shè)計(jì)。圖2為主樓部分框剪結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖，表1所示為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
4 結(jié)論
總之，框剪結(jié)構(gòu)融合了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的各自特點(diǎn)，得到了很好的互補(bǔ)，合理的設(shè)計(jì)能夠突出該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，提高建筑的抗震性能和使用品質(zhì)。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在整體考慮下進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算后在整體考慮概念中調(diào)整修改，不惜調(diào)整多次，這樣才能達(dá)到結(jié)構(gòu)整體受力分布更均勻，造價(jià)更經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。
1引言
結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。初步設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們。
2、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法
2.1從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，主要是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)。分析結(jié)果要求能夠解釋和評(píng)估真實(shí)結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)作用下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)分析是否科學(xué)合理直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。
2.2計(jì)算模型
計(jì)算模型的確定是結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)節(jié)，它包括合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算理論，這是結(jié)構(gòu)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。一般情況下，建立結(jié)構(gòu)分析模型時(shí)，都會(huì)做一些假定。如：假定結(jié)構(gòu)材料是均質(zhì)連續(xù)的，這種假設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能不會(huì)引起顯著的誤差，只有主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與整體性能的效應(yīng)。
2.3選擇適合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是個(gè)非線性的優(yōu)化問題，在設(shè)計(jì)中涉及到多個(gè)變量和多個(gè)約束條件，設(shè)定好計(jì)算方案，通常是將約束條件變?yōu)闊o約束條件來計(jì)算。復(fù)合型法、拉式乘子法和Powell等方法是常用的計(jì)算方法，在完成了相應(yīng)的計(jì)算方案后再進(jìn)行編程運(yùn)算即可完成最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
3、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施
在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，不同方案和不同建筑材料的選擇對(duì)工程的造價(jià)都會(huì)造成不同影響，尤其是在基礎(chǔ)類型的選用、開間的確定、層高與層數(shù)的確定以及結(jié)構(gòu)形式選擇等方面都有著重大關(guān)系。
3.1對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在整個(gè)工程工期的1/4左右，并且基礎(chǔ)造價(jià)也占到總造價(jià)的10%-20%，所以基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)的重要性也是顯而易見的。而且基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)還與地質(zhì)條件是密切相關(guān)的，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地質(zhì)勘探報(bào)告要求也是極高，選擇合理的基礎(chǔ)形式、控制好基礎(chǔ)的截面尺寸和埋深，能相對(duì)減少基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在總工程造價(jià)中的費(fèi)用。
3.2選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類型 建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇，意味著選擇不同工程造價(jià)的建設(shè)模式，常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式有如下三種：（1）剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見于高層建筑，以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托，這種結(jié)構(gòu)形式相對(duì)于短肢剪力墻的抗震級(jí)別要高，比起短肢剪力墻，構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多。（2）框架結(jié)構(gòu)，具有大開間、布局靈活性強(qiáng)和造價(jià)成（3）框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進(jìn)行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強(qiáng)，而且能夠應(yīng)對(duì)各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點(diǎn)，但我們?cè)谶x擇結(jié)構(gòu)模式的時(shí)候，不能片面認(rèn)為造價(jià)最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型的綜合分析，將投資與收益進(jìn)行平衡優(yōu)化，根據(jù)工程條件的客觀實(shí)際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)模式。
3.3梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常采用矩形截面梁當(dāng)做受彎梁，但是這種情況下材料的利用率較低。因?yàn)?，首先，在靠近中和軸附近的材料的應(yīng)力較低，再者，梁彎矩會(huì)沿梁長變化而變化。由于截面梁大部分區(qū)段的應(yīng)力較低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在設(shè)計(jì)時(shí)可采用平面桁架來代替矩形梁，此時(shí)平面桁架就相當(dāng)于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，減輕了其自身的重量，這樣既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，大幅度地提高材料的利用率。
3.4柱網(wǎng)布局和柱子截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)
柱網(wǎng)布局決定柱子的開間和跨度（縱向或橫向相鄰的兩個(gè)柱子的間的距離），柱網(wǎng)的尺寸一般來說在6到12米之間，如果柱距小那么其傳力路線就短，上部結(jié)構(gòu)的材料就能節(jié)省，但是這可能使基礎(chǔ)費(fèi)用偏高，所以說柱網(wǎng)布局是否合理，對(duì)工程的造價(jià)有很大的影響。另外，柱子的截面形狀和尺寸對(duì)工程造價(jià)也有著直接的影響，所以合適的柱網(wǎng)布局、柱子截面的形狀及尺寸的選擇對(duì)工程造價(jià)的影響是很明顯的。
3.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋計(jì)算的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在計(jì)算建筑物構(gòu)件尺寸及配筋的過程中，需要反復(fù)調(diào)整構(gòu)件尺寸并進(jìn)行計(jì)算，從中總結(jié)出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸，使得在一個(gè)固定荷載常數(shù)下，得到最為經(jīng)濟(jì)的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足兩個(gè)重要的指標(biāo)：a、計(jì)算結(jié)果應(yīng)首先確保結(jié)構(gòu)的安全性，這是重中之重。b、在滿足安全的前提下，使配筋量大致控制在結(jié)構(gòu)計(jì)算配筋的范圍內(nèi)，使得構(gòu)件內(nèi)的鋼筋量切實(shí)地發(fā)揮其受力作用，而并非作為僅僅起到支架作用的構(gòu)造配筋量。采用此法設(shè)計(jì)，可以使得最終鋼筋量控制在首次計(jì)算結(jié)果的80%至90%左右。
3.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息優(yōu)化技術(shù)
由于建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計(jì)變量等條件的約束，難以用單一的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。筆者認(rèn)為，鑒于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，應(yīng)該開發(fā)一種較為實(shí)用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，減少設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時(shí)間。筆者較為推崇的是TBCAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是針對(duì)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、建模、分析、評(píng)估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的指導(dǎo)設(shè)計(jì)，使得方案的人力、物力和財(cái)力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行優(yōu)化，第一個(gè)時(shí)間段是通過對(duì)材料的分配調(diào)整，使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求，系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)間段的目標(biāo)函數(shù)是混凝土的使用量，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計(jì)的變量。第二個(gè)時(shí)間段是對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的優(yōu)化，通過對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整，使得構(gòu)件的強(qiáng)度要求實(shí)現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價(jià)。
4結(jié)束語：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅可以提高建筑的功能性、安全性和耐久性，而且還可以在滿足人們對(duì)各種功能要求的基礎(chǔ)上，提升建筑物的美觀性和經(jīng)濟(jì)性。因此，房屋建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)中，充分的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，降低建筑工程的成本。
參考文獻(xiàn)
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伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力也逐漸增強(qiáng)。為了確保民用建筑的安全、外觀，相關(guān)施工企業(yè)就應(yīng)對(duì)施工設(shè)計(jì)及方法進(jìn)行深入研究。因?yàn)槊裼媒ㄖㄔO(shè)中，其結(jié)構(gòu)的資金投入占總體投入比相對(duì)較高，所以，在建筑設(shè)計(jì)的過程中，不僅僅要注重建筑的質(zhì)量和功能的形成，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)建筑的成本節(jié)約和空間優(yōu)化，以更好的現(xiàn)有的資源，發(fā)揮最大的使用功效。而這一切都要靠相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。
1 房屋建筑中結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的重要性
隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)于建筑的要求也不斷的呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的趨勢(shì)，也就是說現(xiàn)代人們?cè)谌丝诤屯恋孛苋找嫱癸@的情況下，對(duì)于建筑的成本控制的考慮也是非常重要的。所以，在建筑設(shè)計(jì)的過程中，不僅僅要注重建筑的質(zhì)量和功能的形成，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)建筑的成本節(jié)約和空間優(yōu)化，以更好的現(xiàn)有的資源，發(fā)揮最大的使用功效。而這一切都要靠相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化可以全面發(fā)揮機(jī)械設(shè)備及建材的性能，同以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化可以降低工程造價(jià)的資金投入，為企業(yè)贏取更高的收益。同時(shí)，還能夠把房屋結(jié)構(gòu)中的各個(gè)單元進(jìn)行有機(jī)整合，提高建筑的質(zhì)量，保證人們的居住安全。所以，對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化是保證民用房屋經(jīng)濟(jì)性更好、適用性更強(qiáng)的重要方法之一。目前來看，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論已經(jīng)逐漸的進(jìn)入了我國的建筑領(lǐng)域，其主要的意義在于對(duì)建筑過程中的建筑環(huán)境和品質(zhì)進(jìn)行全面的綜合，以保證用戶的實(shí)際使用感受得到提升。在這個(gè)過程中，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制和管理就必須要結(jié)合使用一定的經(jīng)濟(jì)適用原則。但是，在現(xiàn)實(shí)的施工設(shè)計(jì)優(yōu)化中，因?yàn)槭艿蕉喾矫鏃l件的限制，施展起來十分困難，無法充分發(fā)揮其優(yōu)越性。例如：一些施工企業(yè)過于追趕工程進(jìn)度，從而導(dǎo)致對(duì)房屋的設(shè)計(jì)效果造成影響；很多年輕的項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員因?yàn)槿鄙俟ぷ鹘?jīng)驗(yàn)，無法進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化；還有的設(shè)計(jì)人員因?yàn)閷?duì)建筑部分的過分關(guān)注，從而對(duì)整體建筑的設(shè)計(jì)預(yù)案造成忽略，影響了整體造價(jià)。從中可以看出，建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員應(yīng)把施工技術(shù)同經(jīng)濟(jì)收益緊密的聯(lián)系起來，唯有規(guī)劃出切實(shí)可行、效果良好的設(shè)計(jì)預(yù)案才可以保證企業(yè)獲取最大收益。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施
2.1 整體優(yōu)化和局部優(yōu)化任一項(xiàng)目建筑的設(shè)計(jì)都具備層次性及復(fù)雜性兩方面的特點(diǎn)。以層次性看來，其一般包含建筑的設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系及安裝設(shè)計(jì)體系等，每一個(gè)體系內(nèi)又囊括了多個(gè)下屬體系。進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)各個(gè)下屬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將各個(gè)布局間的橫向關(guān)聯(lián)沖破，疊加工程；以復(fù)雜性看來，其一般包含建筑原料選取、零部件選取、結(jié)構(gòu)類型選取等內(nèi)容。所以，對(duì)于任一房屋建筑來講，就應(yīng)從整體進(jìn)行優(yōu)化，方可真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。
2.2 壽命優(yōu)化和分階段優(yōu)化每一個(gè)項(xiàng)目工程在限定的使用期限中，每一環(huán)節(jié)都有多種設(shè)計(jì)方案供以挑選，也就是每個(gè)階段都可以進(jìn)行方案優(yōu)化。房屋設(shè)計(jì)人員應(yīng)該依據(jù)各個(gè)階段的性質(zhì)對(duì)優(yōu)化方法進(jìn)行確定，從而對(duì)整體工程的壽命進(jìn)行優(yōu)化，保證建筑的施工質(zhì)量，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益。
2.3 樁基礎(chǔ)優(yōu)化樁基礎(chǔ)可以劃分為灌注樁及預(yù)制樁兩種樁型。因?yàn)楣嘧对谑┕r(shí)質(zhì)量較難控制，并且操作復(fù)雜，時(shí)間較長。所以，如果在沉降符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)利用預(yù)制樁進(jìn)行施工。另外，因?yàn)樵谄胀顩r下，伴隨著樁基的不斷深入，土壤對(duì)樁身的作用及摩擦也隨之增大，所以，應(yīng)盡量選取長度較大的預(yù)制樁。
2.4 對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化想要對(duì)房屋建筑上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型建立及優(yōu)化，首先應(yīng)合理布設(shè)剪力墻。保證剪力墻的質(zhì)量均勻，使對(duì)稱樓層的平面剛度中心點(diǎn)同樓層的結(jié)構(gòu)重心相重合，從而削減地震、風(fēng)力等外部荷載作用的扭轉(zhuǎn)影響。假如房屋類型允許，盡可能應(yīng)用大開間的剪力墻構(gòu)造，同時(shí)增加剪力墻的墻肢長，這樣，不但可以縮減墻肢的數(shù)量，同時(shí)還能夠在保證剛度符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上降低混凝土使用數(shù)量。另外，因?yàn)榧袅χ械陌抵话銘?yīng)用鋼筋建材，如果應(yīng)用大開間的剪力墻構(gòu)造能夠縮減鋼筋的使用該數(shù)量。然而，假如建筑所在地區(qū)的地質(zhì)情況較差，而建筑對(duì)抗震性能的要求較高，那么，就不應(yīng)采用大開間的剪力墻構(gòu)造。
2.5 結(jié)構(gòu)同建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能保證建筑的結(jié)構(gòu)同整體平面的配合緊密，從而實(shí)現(xiàn)造型美觀、結(jié)構(gòu)合理的效果。在進(jìn)行建筑柱及墻的布設(shè)時(shí)，應(yīng)同房建平面的功能需求相一致，每個(gè)房間的進(jìn)深、開間都應(yīng)保持統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)盡可能簡(jiǎn)潔，墻與柱不可以出現(xiàn)錯(cuò)位情況，每一層的高度及截面面積應(yīng)相同。進(jìn)行樓體或電梯的設(shè)計(jì)時(shí)，其應(yīng)力集中或受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重構(gòu)件應(yīng)盡可能選取高強(qiáng)建材，從而降低自重，而非承重的構(gòu)建應(yīng)選用質(zhì)量較輕的建材。整體建筑在布局方面應(yīng)保證重心、剛心及質(zhì)心交疊，預(yù)防出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。
2.6 結(jié)構(gòu)同排水的協(xié)調(diào)優(yōu)化因?yàn)榻ㄖ械慕o排水專用房間包含了大量的機(jī)械設(shè)備，其荷載強(qiáng)度也較普通的房屋較大。所以，盡可能將水泵房設(shè)置在地下室區(qū)域中。給排水房間中的管道較多，粗細(xì)不一，所以，應(yīng)保證預(yù)留的孔徑尺寸及預(yù)埋的深度符合標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)樓板的穿孔位置進(jìn)行加固。另外，盡可能降低水平方向的管線貫穿柱、梁等結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的幾率。如果管道貫穿房屋建筑的承重墻，應(yīng)進(jìn)行加固維護(hù)。盡可能確保結(jié)構(gòu)的布設(shè)同管網(wǎng)體系相協(xié)調(diào)，預(yù)防管道繞柱或梁的情況。
中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市人口不斷增加，建筑用地資源非常緊張，在這種情況下，高層建筑以其大容積率得以在城市中快速發(fā)展起來。高層建筑垂直高度較大，而且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這就需要選擇適宜的結(jié)構(gòu)形式，來確保高層建筑的穩(wěn)定性。目前框剪結(jié)構(gòu)不僅能夠有效的確保使用空間的最大化，而且抗側(cè)力剛度也較好，所以在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化，確保建筑結(jié)構(gòu)能夠更好的滿足建設(shè)可靠性的要求。
1框架剪力墻結(jié)構(gòu)概述
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，即框剪結(jié)構(gòu)，是在框架結(jié)構(gòu)布局中，應(yīng)用一定數(shù)量的剪力墻來構(gòu)成靈活自由的利用空間，從而滿足不同建筑功能的要求。這種結(jié)構(gòu)要具備足夠的剪力墻、相當(dāng)大的剛度、以及框剪結(jié)構(gòu)的受力特性，這就需要把兩種具有不同抗側(cè)力的框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)組成新的受力形式，所以它的框架與其他純框架結(jié)構(gòu)中的框架不同，剪力墻在框剪結(jié)構(gòu)中和剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻也不盡相同。
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是由框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)重新組成的結(jié)構(gòu)體系，框架和剪力墻等豎向承重單體一起承擔(dān)著豎向荷載，而水平荷載主要由具有較大剛度抗側(cè)力單元的剪力墻來承擔(dān)。這種結(jié)構(gòu)體系不僅具備了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的長處，而且在某種程度上達(dá)到了揚(yáng)長避短的目的，使建筑功能要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到更好的協(xié)調(diào)。根據(jù)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的概述可以得知，這種結(jié)構(gòu)不僅具有框架結(jié)構(gòu)布置靈便、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且也有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而被高層辦公建筑和旅館建筑廣泛應(yīng)用。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1結(jié)構(gòu)布置。在高層住宅的框架 － 剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻與普通剪力墻結(jié)構(gòu)相比存在一定的差異。下部樓層中，剪力墻的位移較小，因此，可以拉著框架按照彎曲型曲線變形，由剪力墻承受大部分水平力;而在上部樓層，剪力墻的位移會(huì)越來越大，并且呈現(xiàn)出外側(cè)的趨勢(shì)，因此，框架趨于內(nèi)收，拉著剪力墻按照剪切型曲線變形?？蚣艹素?fù)擔(dān)外負(fù)荷產(chǎn)生的水平力，還需要負(fù)擔(dān)拉動(dòng)剪力墻的附加水平力，而剪力墻不會(huì)承受任何的荷載水平力，還因?yàn)榻o框架一個(gè)附加水平力，而承受負(fù)剪力。因此，在上部樓層，即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架中也會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的剪力。作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，剪力墻在結(jié)構(gòu)中的作用是非常巨大的，如果在設(shè)計(jì)時(shí)，僅僅在一個(gè)主軸方向布設(shè)剪力墻，很可能造成兩個(gè)主軸方向抗側(cè)剛度的巨大的差異，在沒有設(shè)置剪力墻的主軸方向，會(huì)因?yàn)閯偠炔蛔?，無法與另一個(gè)主軸方向相互協(xié)調(diào)，在振動(dòng)作用下容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)破壞。因此，該工程設(shè)計(jì)中，在兩個(gè)主軸方向都布置了剪力墻，形成了雙向抗側(cè)力體系，可以有效減少層間側(cè)移。
2.2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化
（1）對(duì)于剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該按照主軸的方向或者是其他的方向進(jìn)行雙向的布設(shè)，這樣能夠進(jìn)一步優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)，為了更好地體現(xiàn)抗震的性能，不能進(jìn)行單向的剪力墻設(shè)計(jì)，同時(shí)還要盡量把兩個(gè)方向上的抗側(cè)剛度保持相對(duì)比較接近的水平上，這樣能夠增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)在空間上的性能和表現(xiàn)，能夠?qū)⒓袅Y(jié)構(gòu)的性能得以充分的發(fā)揮，從而使得可用的空間進(jìn)一步加大，同時(shí)剪力墻的密度不能過大，使其在側(cè)向剛度上有比較好的表現(xiàn)。
（2）在剪力墻的肢截面設(shè)計(jì)上應(yīng)該盡量確保其具有比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，剪力墻各個(gè)方面的剛度不應(yīng)該有太大的差距，同時(shí)剪力墻的門窗洞口不應(yīng)該出現(xiàn)參差不齊的現(xiàn)象，將其進(jìn)行成列的布置，使得墻肢結(jié)構(gòu)和連梁結(jié)構(gòu)都非常的明顯，同時(shí)還要按照一定的規(guī)則對(duì)應(yīng)力進(jìn)行一定的控制，還要能夠很好地符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，設(shè)計(jì)最終要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，保證其安全性和可靠性，在各個(gè)部分的強(qiáng)度上也不能出現(xiàn)非常大的差異，如果剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了施工和設(shè)計(jì)上的失誤要在剪力墻的內(nèi)部將配筋設(shè)計(jì)成框架的形式。
（3）對(duì)于較長的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該按照相關(guān)的要求開設(shè)洞口，將其的程度均勻地分成若干段，墻段之間可以采用弱連梁進(jìn)行連接，每段墻的高度都應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其與總高度的比值要在2 以上，這樣可以很好的防止剪力出現(xiàn)減弱的狀況，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該框架柱的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（3）剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度及承重力大，而平面外度及承載力都相對(duì)很小，應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩，保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。當(dāng)剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時(shí)，應(yīng)采取足夠的措施減少梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響。
（4）在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)注重抗震的作用，盡量避免單向布置，按照雙向布置的原則，使受力方向的抗側(cè)剛度逐漸接近，形成一個(gè)良好的空間結(jié)構(gòu)。利用空間的充足性，減輕結(jié)構(gòu)的重量。剪力墻的門窗洞口要成列布置，墻肢截面簡(jiǎn)單，與連梁分布規(guī)則，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)洞或者疊合錯(cuò)洞的情況下，腔內(nèi)的配筋要形成框架的形式。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度受布置結(jié)構(gòu)影響較大，如果出現(xiàn)突變的情況，對(duì)抗震非常不利，在對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要堅(jiān)持從上到下連續(xù)布置的原則，改變墻體的厚度和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，減小側(cè)向沿高的高度。站在多種角度，從多方面出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，注重和考慮抗震等級(jí)平均軸壓比帶來的影響及其穩(wěn)定性的相關(guān)要求。
2.2剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算優(yōu)化
在剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算方面進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則、連梁超出限值的調(diào)整原則、樓層最大位移和層高之比的調(diào)整原則、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期和以平動(dòng)為主的第一自振周期之間的比例調(diào)整原則，使計(jì)算結(jié)果無限地接近規(guī)范值。
剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度不宜過大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標(biāo)，使計(jì)算結(jié)果無限接近規(guī)范值；控制好結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。剪力墻連梁是否超限；剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的軸壓比是否滿足規(guī)范要求。
結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)針對(duì)不同的項(xiàng)目進(jìn)行合理的分析，選擇與實(shí)際情況最接近的受力模型并充分了解所使用軟件，合理選用計(jì)算參數(shù)，只有這樣才能夠做到結(jié)構(gòu)安全，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。
結(jié)束語
綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使土地利用率大幅度提高，土地資源越來越貧乏，高層建筑成為建筑業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)，剪力墻由此誕生。相對(duì)于其他建筑結(jié)構(gòu)而言，剪力墻外觀精美，經(jīng)濟(jì)適用，并且受到廣大開發(fā)商和業(yè)主的喜愛，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來越廣泛，經(jīng)濟(jì)發(fā)展刺激著人們的生活需求，剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。
參考文獻(xiàn)
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隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的人定居城市，城市高層建筑的建設(shè)越來越受到重視。為了充分利用建筑空間，高層住宅的建設(shè)高度不斷增加，并且對(duì)高層住宅兼顧舒適性和安全性的要求也越來越高，因此尋找提高高層住宅的安全性的方法非常重要。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來越被廣泛應(yīng)用到高層建筑的建設(shè)中。為了符合現(xiàn)代建筑理念即提高高層住宅的安全性、經(jīng)濟(jì)性和合理性的要求，高層住宅剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得非常重要。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型
按照使用的材料區(qū)分，高層建筑可采用砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)等類型。
砌體結(jié)構(gòu)雖然具有取材容易、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，但由于砌體是一種脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度均較低，抗震性能較差，現(xiàn)代高層建筑很少采用無筋砌體結(jié)構(gòu)建造。在砌體內(nèi)配置鋼筋后，可大大的改善砌體的受力性能，使之用于建造地震區(qū)和非地震區(qū)的中高層建筑成為可能。
混凝土結(jié)構(gòu)具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節(jié)約鋼材、降低造價(jià)、可模性好以及能澆制成各種復(fù)雜 的截面和形狀等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)澆整體式混凝土結(jié)構(gòu)還具有整體性好，經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可獲得較好的抗震性能?；炷两Y(jié)構(gòu)布置靈活方便，可組成各種結(jié)構(gòu)受力體系，在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在我國和其他一些發(fā)展中國家，高層建筑主要以混凝土結(jié)構(gòu)為主。鋼結(jié)構(gòu)具有材料強(qiáng)度高、截面小、自重輕、塑性和韌性好、制造簡(jiǎn)便、施工周期短、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑中也有著較廣泛的應(yīng)用。但由于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價(jià)高，再加之因鋼結(jié)構(gòu)防火性能差，需要采取防火保護(hù)措施，增加了工程造價(jià)。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還受鋼鐵產(chǎn)量和造價(jià)的限制，在發(fā)達(dá)國家，高層建筑的結(jié)構(gòu)類型主要以鋼結(jié)構(gòu)為主。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的增強(qiáng)和鋼產(chǎn)量的大幅度提高以及高層建筑建造高度的增加，采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑也不斷地增多。特別是對(duì)地基條件差或抗震要求高，而高度又較大的高層建筑，更適合采用鋼結(jié)構(gòu)。
鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)不僅具有鋼結(jié)構(gòu)自重輕、截面尺寸小、施工進(jìn)度快、抗震性能好等特點(diǎn)，同時(shí)還兼有混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、防火性能好、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，因而被認(rèn)為是一種較好的高層建筑結(jié)構(gòu)形式，近年來在我國發(fā)展迅速。組合結(jié)構(gòu)是將鋼材放在構(gòu)件內(nèi)部，外部由鋼筋混凝土做成（稱為鋼骨混凝土），或在鋼管內(nèi)部填 充混凝土，做成外包鋼構(gòu)件（稱為鋼管混凝土）。如北京的香格里拉飯店（24 層，高83m）采用鋼骨混凝土柱，正在建設(shè)的上海環(huán)球金融中心大廈（95 層，460m）和陜西信息大廈（52層，高 189m）均采用鋼骨混凝土框筒結(jié)構(gòu)，深圳的賽格廣場(chǎng)大廈（76層，高292m）采用圓鋼管混凝土柱，香港中心大廈（70層，高292m）和臺(tái)北國際金融中心大廈均采用方鋼管混凝土柱。混合結(jié)構(gòu)一般是指由鋼筋混凝土或 鋼骨混凝土剪力墻（或筒體）以及鋼框架組成的抗側(cè)力體系。
2 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性
經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使得城市的現(xiàn)代化程度越來越高，城市人口的不斷增加導(dǎo)致城市的高層住宅建筑也越來越多，居民對(duì)高層住宅的安全性要求也越來越高。高層住宅的設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括建筑的高度、安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性等等，并且在施工結(jié)束后的工程驗(yàn)收過程中的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也是非常嚴(yán)格，高層住宅必須經(jīng)過嚴(yán)密的檢查才能投入居住。因此，建筑的結(jié)構(gòu)對(duì)高層住宅的建設(shè)非常重要，而近年來，由于剪力墻能夠增加高層住宅建筑的可靠性的特點(diǎn)，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍變得越來越廣泛。
3 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化措施
3.1剪力墻抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)
現(xiàn)代社會(huì)，人們對(duì)建筑的抗震性能意識(shí)不斷提高。對(duì)于高層住宅建筑，地震所帶來的危害將會(huì)更大。因此，在對(duì)高層住宅進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮建筑的抗震指數(shù)。對(duì)于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)，可能由于本身剛度比較差，所以在發(fā)生地震時(shí)變形就會(huì)非常嚴(yán)重，對(duì)于地震的防御力就很低。因此，對(duì)于高層住宅剪力墻的剛度問題要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，符合抗震的要求，保證結(jié)構(gòu)合理和經(jīng)濟(jì)性。
3.2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
高層住宅建筑的設(shè)計(jì)不僅僅要求是能夠達(dá)到最基本的建筑使用標(biāo)準(zhǔn)，更要注意的注重結(jié)構(gòu)合理性問題。高層建筑的設(shè)計(jì)過程中需要考慮建筑層數(shù)比較多，并且在施工時(shí)要保證地基足夠堅(jiān)固，支撐之后將要建造的上面的樓層的重量。在設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證剪力墻能夠保證較好的抗震性，又要保證足夠的剛度。對(duì)于現(xiàn)有的剪力墻結(jié)構(gòu)中的一些缺點(diǎn)，比如建筑成本比較高，而且在施工時(shí)難度比較大，對(duì)于鋼材的使用量也非常大，也需要被考慮在優(yōu)化設(shè)計(jì)中。可能這些缺點(diǎn)就是因現(xiàn)有剪力墻的結(jié)構(gòu)不合理性造成，所以在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中就要考慮到這些問題。優(yōu)化設(shè)計(jì)者要充分考慮到各方面可能影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的因素，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)能夠改進(jìn)這些問題，爭(zhēng)取使得優(yōu)化后的剪力墻在使用過程中盡量避免出現(xiàn)原有的不足。優(yōu)化過后的剪力墻結(jié)構(gòu)需要表現(xiàn)出抗震性好、建造成本低、施工時(shí)比較簡(jiǎn)單、對(duì)鋼材的使用量降低等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)高層住宅的剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的探索具有重要意義。
3.3剪力墻位置優(yōu)化
剪力墻在其設(shè)計(jì)的過程中通常為雙向布置，一般沿著主軸方向或者其他的方向，此種做法可有效的提高空間工作性能，且極易實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面手里的抗側(cè)剛度接近。剪力墻的位置、數(shù)量均要得當(dāng)適宜，若是剪力墻的數(shù)量太少，那么結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度則無法滿足設(shè)計(jì)要求，但是數(shù)量過多，那么墻體的利用率則會(huì)大大降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度過大，加大地震力和自重，無法充分滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)剪力墻肢截面的時(shí)候，盡量達(dá)到規(guī)則、簡(jiǎn)單、豎直剛度均勻等要求。在對(duì)建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻底部則需加強(qiáng)部位不應(yīng)采用錯(cuò)洞墻和疊合錯(cuò)洞墻，有效的避免設(shè)計(jì)過程中墻肢剛度相差懸殊的洞口。同時(shí)剪力墻必須應(yīng)用從上到下的連續(xù)布置方式，避免強(qiáng)敵剛度突變，且對(duì)剪力墻平面外地彎矩進(jìn)行控制，保證剪力墻平面外地穩(wěn)定性。
3.4剪力墻厚度優(yōu)化
在對(duì)剪力墻進(jìn)行厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可完全依靠pansy軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，剪力墻結(jié)構(gòu)模型利用梁?jiǎn)卧狟EAM4和殼單元SHELL63建立剪力墻結(jié)構(gòu)模型，如圖1，并充分的發(fā)揮ansys軟件強(qiáng)大模態(tài)分析功能采用30階莫泰，得到模型的30階自振頻率，從而對(duì)剪力墻的固有頻率與振型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的各階頻率均小于優(yōu)化前，這就使得整個(gè)結(jié)構(gòu)變的“更柔”而且降低了工程的成本。在墻體厚度的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)變量為剪力墻厚度，約束條件為最大層間位移角，目標(biāo)函數(shù)為混凝土用量。優(yōu)化后的墻體厚度從0.25m減小到0.214m，混凝土的用量也從2544？降到了2181？。
4 結(jié)語
從現(xiàn)實(shí)情況來看，在我國的高層建筑住宅中，剪力墻結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用，其數(shù)量會(huì)根據(jù)不同的高層住宅而有所不同，所以對(duì)于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化勢(shì)在必行。而在對(duì)剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)中要注意，優(yōu)化的目的不僅僅是為了能夠降低工程造價(jià)，更要在保證安全的前提下，做到建筑的合理性，要更好的保證建筑的使用功能。因此，對(duì)于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要妥善考慮到建筑各方面的特點(diǎn)，兼顧合理性，才能發(fā)揮出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義。
Abstract: nowadays, modernization is generally applied to the city construction, this drives forward the country's high building development progress, as people have the requirement of building construction continues to improve, construction technology that could face higher challenge. Therefore, from building engineering structure design aspects, to improve and expand the construction engineering play space. Based on this, this paper focuses on the construction engineering structure design of the measures are discussed.
Keywords: building engineering; Structure design; Optimization measures
中圖分類號(hào)：TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
城市高層建筑的高度在不斷的進(jìn)行增加,這就使得高層建筑向側(cè)向位移，所以，在對(duì)高層建筑進(jìn)行操作設(shè)計(jì)時(shí)，在確保具有一定強(qiáng)度的同時(shí),還應(yīng)該使結(jié)構(gòu)剛度適宜,使得其在結(jié)構(gòu)上的自振頻率等一些有關(guān)動(dòng)力的特性更加合理,從而在一定空間內(nèi)保證了控制水平作用力下的層位移。除此以外，為了避免高層建筑在大型地震下有倒塌情況的發(fā)生,一定要具備必要的強(qiáng)度,以清晰明了的概念設(shè)計(jì)和科學(xué)合理的構(gòu)造措施為基礎(chǔ),將全部結(jié)構(gòu)、尤其也要注意提高薄弱層面的變形能力,以確保結(jié)構(gòu)的延性。
1 有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的分析
（1）關(guān)于剛性樓板的分析。在計(jì)算高層建筑的位移和內(nèi)力的過程中，一般情況是假設(shè)樓板與本身平面內(nèi)的剛性是無限的,如果平面外剛度極小，就將其排除在計(jì)算范圍之外，在以剛性樓板為假設(shè)的前提下,還要在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用一些措施以保證樓板平面內(nèi)整體剛度。（2）小變形分析?；炯僭O(shè)在所有的方法中都是經(jīng)常運(yùn)用的。但專家們?cè)谘芯糠蔷€性問題后得出了新的結(jié)論，將P―Δ效應(yīng)考慮在計(jì)算內(nèi)的條件是通常在頂點(diǎn)水平位移與建筑物高度的比值大于1/500時(shí)。（3）計(jì)算圖形的分析。有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)的體系，進(jìn)行全面分析時(shí)所使用的計(jì)算圖形分為：一維和二維協(xié)同分析、三維空間分析。（4）結(jié)構(gòu)材料的分析。假定線彈性作用于建筑結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力時(shí),一般情況下假設(shè)成構(gòu)件與結(jié)構(gòu)處在彈性工作情況下,以彈性理論為依據(jù)進(jìn)行研究,但關(guān)于連梁及框架梁等一些構(gòu)件則需要由局部塑性變形而產(chǎn)生的內(nèi)力重分布做出研究。在計(jì)算地震環(huán)境下，建筑結(jié)構(gòu)易變形的薄弱層，應(yīng)依據(jù)彈塑性方面分析其方法。
2優(yōu)化有關(guān)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案
2.1優(yōu)化一些有關(guān)獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載取值
對(duì)于一些鋼筋混凝土進(jìn)行多層次框架設(shè)計(jì)時(shí)，房屋一般采用的方法是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，如果在地基的重點(diǎn)受力層范圍以內(nèi)不具有軟弱的粘性土層時(shí)，在小于8層并且高度小于等于25m的普通民用框架房屋或是具有一定的荷載范圍的多層框架廠房，可以不用進(jìn)行驗(yàn)算地基和最基本的抗震承載能力。但具有該特點(diǎn)的房屋在對(duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)也要將風(fēng)荷載的影響算在考慮范圍內(nèi)。所以，在對(duì)使用鋼筋混凝土的多層框架房屋進(jìn)行整體計(jì)算分析時(shí)，必須將風(fēng)荷載這一因素輸入，不能因?yàn)榈卣饏^(qū)的高層建筑之外的普通建筑風(fēng)荷載缺乏控制作用就將其忽視；另一方面，在進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的時(shí)候，在有關(guān)基礎(chǔ)上的外荷載柱的腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值，只取彎矩設(shè)計(jì)值以及軸力設(shè)計(jì)值，有時(shí)候也不依據(jù)彎矩設(shè)計(jì)值。以上兩方面最終會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的配筋偏少，威脅基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)安全。
2.2對(duì)基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化
若出現(xiàn)多層框架的房屋在基礎(chǔ)埋深值較大的情況，為了計(jì)算小底層柱的長度以及減小底層的位移，在±0.000之內(nèi)的合理位置進(jìn)行基礎(chǔ)拉梁的設(shè)置，但在設(shè)計(jì)時(shí)不能按構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)置，應(yīng)該按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)相關(guān)規(guī)定設(shè)置箍筋加密區(qū)。從抗震方面來考慮施工，在基礎(chǔ)方案應(yīng)采用短柱。一般情況下，在獨(dú)立基礎(chǔ)埋置不深時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不良的地基等狀況，根據(jù)抗震的需求，可順應(yīng)兩個(gè)主軸的旋轉(zhuǎn)方向?qū)A(chǔ)拉梁進(jìn)行構(gòu)造設(shè)置。對(duì)于基礎(chǔ)拉梁的截面寬度和高度都有要求，寬度在柱中心距1/20～1/30處，高度于柱中心距1/10～1/15處。因此構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁截面應(yīng)在上述限值范圍內(nèi)，對(duì)于縱向受力鋼筋，采用的計(jì)算依據(jù)有要取在所連接柱子最大的軸力設(shè)計(jì)值的10%為壓力或拉力進(jìn)行計(jì)算，在為構(gòu)造選擇鋼筋時(shí)，應(yīng)遵循最小配筋率的要求?；A(chǔ)拉梁頂標(biāo)一般情況下都與基礎(chǔ)頂標(biāo)高一致，在出現(xiàn)框架底層的層高不足或者基礎(chǔ)埋置較淺的情況時(shí)，有時(shí)需要比較大的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)拉梁，也便于通過拉梁這種方式來平衡柱底的彎矩。此時(shí)，拉梁鋼筋就要進(jìn)行通常設(shè)計(jì)。拉梁的正負(fù)彎矩鋼筋有框架柱之內(nèi)的拉梁箍筋、加密錨固以及有關(guān)于抗震構(gòu)造的需要應(yīng)全部符合上部框架梁。
2.3合理優(yōu)化柱箍筋與框架梁的間距
按照上述規(guī)定，通常情況下，工程常取柱、梁在箍筋加密區(qū)的間距和非加密區(qū)箍筋間距的最大值分別為100mm和200mm。在電算程序全部信息中一般內(nèi)定的柱、梁箍筋加密區(qū)的間距為100mm，并以此為計(jì)算出加密區(qū)箍筋面積的憑證，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照規(guī)范明確箍筋直徑和肢數(shù)。然而，在內(nèi)定程序的狀態(tài)下，在框架梁的跨中位置有起集中荷載作用的次梁而箍筋卻僅有兩肢時(shí)，可對(duì)箍筋進(jìn)行合理的加密或增加箍筋直徑。在框架內(nèi)定柱的加密區(qū)的箍筋是有要求的，是在100mm的間距時(shí)，在一般時(shí)候，框架柱或許會(huì)因?yàn)榉羌用軈^(qū)的箍筋采用200mm的間距而出現(xiàn)配箍不足的情況。所以，合理的強(qiáng)化箍筋直徑以及加密箍筋的間距。這都是我們需要注意的關(guān)鍵，在驗(yàn)算柱、梁箍筋非加密區(qū)的配箍時(shí)，應(yīng)以加密區(qū)的終點(diǎn)處為剪力設(shè)計(jì)值，且不計(jì)算剪力增大系數(shù)。
2.4優(yōu)化結(jié)構(gòu)周期的折減系數(shù)
框架與框架結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇嬖谔畛鋲?，結(jié)構(gòu)實(shí)際的剛度要大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，如果地震剪力的結(jié)果偏小，結(jié)構(gòu)就處于危險(xiǎn)的狀態(tài)下，所以一定要折減結(jié)構(gòu)計(jì)算的周期，然而，不折減計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的周期或者折減系數(shù)取值過大都是不正確的做法。從框架結(jié)構(gòu)方面來看，使用砌體填充墻面時(shí)，其周期的折減系數(shù)處在0.6～0.7這個(gè)范圍以內(nèi)；在砌體填充墻過少或者使用輕質(zhì)砌塊的時(shí)候，取值在0.7～0.8之間；采用的完全是輕質(zhì)墻體板的時(shí)候，取值在0.9。不折減計(jì)算周期的情況要以無墻的純框架為前提。
2.5全面優(yōu)化框架計(jì)算簡(jiǎn)圖
對(duì)于沒有地下室采用鋼筋混凝土的多層框架房屋來講，獨(dú)立基礎(chǔ)的埋置過深，大約在-0.30m無基礎(chǔ)拉梁的情況下，應(yīng)輸入基礎(chǔ)拉梁按層Ⅰ。例如：某項(xiàng)目是3層鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)，屬丙類建筑，其建筑場(chǎng)地是Ⅱ類； 3.2m層高，1.0m的基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)高度為0.7m，室內(nèi)外高差為0.30m。在震區(qū)為7度時(shí)，該工程的框架結(jié)構(gòu)氣抗震等級(jí)是三級(jí)。設(shè)計(jì)者在計(jì)算時(shí)應(yīng)以3層框架房屋計(jì)算，首層層高為3.5m，即假如框架房屋嵌固于-0.30m基礎(chǔ)拉梁的頂面；配筋與截面按構(gòu)造設(shè)計(jì)；以中心受壓計(jì)算其基礎(chǔ)。明顯看出，用此種計(jì)算簡(jiǎn)圖并不恰當(dāng)。在設(shè)拉梁層的時(shí)候，通常來說，將底層柱配筋控制基礎(chǔ)頂面處的截面與控制基礎(chǔ)拉梁頂面的截面進(jìn)行對(duì)比。由于地基土具有約束性的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在進(jìn)行電算時(shí)，基礎(chǔ)拉梁要按層1輸入，輸入基礎(chǔ)拉梁墻荷，設(shè)計(jì)配筋時(shí)按電算結(jié)果為準(zhǔn)。
3結(jié)語
綜上所述，伴隨著高層建筑的不斷進(jìn)步和發(fā)展,高層建筑的材料、形式、力學(xué)分析的模型日益復(fù)雜多變。優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，以達(dá)到從整體上優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目的，從而使得建筑在設(shè)計(jì)要求上更科學(xué)、經(jīng)濟(jì)及合理。
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中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
民用建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性與其自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若是不科學(xué)，將直接影響到工程的整體施工質(zhì)量。當(dāng)前在民用建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍存在許多問題，嚴(yán)重制約了建筑行業(yè)的良性發(fā)展。
一、關(guān)于民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題分析
1.設(shè)計(jì)深度不符合要求。圖紙的設(shè)計(jì)中，部分設(shè)計(jì)人員為了個(gè)人的方便，減少工作量，從以往的老舊設(shè)計(jì)圖紙上截取內(nèi)容，再對(duì)尺寸和外形進(jìn)行一定程度的修改，便應(yīng)用到施工過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的東拼西湊最終導(dǎo)致建筑物的整體結(jié)構(gòu)并不契合。而有些設(shè)計(jì)人員的問題則是設(shè)計(jì)十分粗糙簡(jiǎn)單。按照規(guī)定，施工圖中應(yīng)包含有系統(tǒng)圖和大樣圖以及剖視圖，但由于設(shè)計(jì)人員偷工減料，使得這些圖示漏失，并且還對(duì)應(yīng)當(dāng)在圖紙中反應(yīng)出來的問題僅用“見圖集”來表示，更有甚者直接將責(zé)任推給設(shè)備廠家。另外在設(shè)計(jì)中按照規(guī)定應(yīng)當(dāng)把建筑的設(shè)計(jì)依據(jù)、安全等級(jí)、設(shè)計(jì)參數(shù)和耐火等級(jí)防火消防處理等進(jìn)行解釋說明，但常常被忽略。因此民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程就不能全面展示出來，對(duì)后期施工帶來極大麻煩，而最終影響的則是整個(gè)建筑本身的質(zhì)量。
2.地基設(shè)計(jì)和承載柱截面高度設(shè)計(jì)問題。地基是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，優(yōu)秀的地基設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方向有直接的影響。如果對(duì)修建民用建筑的地址情況進(jìn)行充分的勘察便進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，極有可能導(dǎo)致后期施工過程中出現(xiàn)地基軟弱、承載力不夠使工程出現(xiàn)安全問題。在對(duì)民用建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，荷載值的計(jì)算不去根據(jù)規(guī)范的折減系數(shù)，則直接導(dǎo)致計(jì)算結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確率十分低。這一系列的地基設(shè)計(jì)問題常常是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易被忽視的。墻柱截面高度設(shè)計(jì)問題常出現(xiàn)在抗震設(shè)防烈度6度及以上抗震設(shè)防區(qū)域。設(shè)計(jì)人員在受力分析時(shí)，忽略節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪計(jì)算。這樣做使得柱頂?shù)目辜魪?qiáng)度不合格，建筑骨架--柱子因此產(chǎn)生裂縫，最終結(jié)果則是降低了建筑的耐久性。一旦遭遇地震，墻柱極易發(fā)生受剪破壞，危及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
二、關(guān)于民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析
1.對(duì)民用建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行完善：設(shè)計(jì)圖紙可以說是建筑結(jié)構(gòu)的重要表現(xiàn)載體之一，同時(shí)也是建筑項(xiàng)目在施工過程中的基礎(chǔ)所在。換句話來說，建筑設(shè)計(jì)圖紙中所出現(xiàn)的任何問題都會(huì)在建筑施工中數(shù)倍的反應(yīng)出來，造成不可逆的后果。因此，在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程當(dāng)中，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范展開工作，設(shè)計(jì)師決不能貪圖方便而省略對(duì)關(guān)鍵信息的標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)識(shí)。同時(shí)，對(duì)于較為復(fù)雜、以及細(xì)微的結(jié)構(gòu)區(qū)域而言，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以重點(diǎn)關(guān)注。總而言之，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員需要始終保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙完成之后，需要重視對(duì)圖紙的自我審核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中的問題，結(jié)合實(shí)際情況加以修正，以此種方式來保障民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的完善性與科學(xué)性。
2.重視概念設(shè)計(jì)
（1）在進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)于提高民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量起到了較大的促進(jìn)作用。但是，當(dāng)前的設(shè)計(jì)人員在對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)概念設(shè)計(jì)的重視不夠，導(dǎo)致其不能夠全面的對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和考慮，從而造成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的片面性。片面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在后續(xù)工程施工的應(yīng)用中就會(huì)顯示出弊端，從而對(duì)工程施工的順利進(jìn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，難以有效提高工程施工的質(zhì)量和效率。
（2）當(dāng)前，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮概念設(shè)計(jì)的影響。概念設(shè)計(jì)主要是指依據(jù)整體結(jié)構(gòu)與局部結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、力學(xué)關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行充分考慮，從中得出基本的設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以保證對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的有效控制。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)突破傳統(tǒng)重計(jì)算的設(shè)計(jì)方法，充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的考慮和分析，以從整體上掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想，從而保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
3.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，關(guān)系到民用建筑物的穩(wěn)定性，因此，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要對(duì)影響基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的因素進(jìn)行全面的考慮和分析，以保證設(shè)計(jì)的有效性。對(duì)于基礎(chǔ)埋深問題，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)實(shí)際的水文地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證滿足結(jié)構(gòu)受力的基礎(chǔ)上，因地制宜，全面考慮地下水位的變化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)浮力的影響及凍土對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，以確定基礎(chǔ)埋深。要根據(jù)實(shí)際情況保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)墻體受力的均勻性，避免出現(xiàn)裂痕。以降低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施工建設(shè)的成本費(fèi)用。
4.對(duì)民用建筑主體上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的科學(xué)性優(yōu)化。建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個(gè)過程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點(diǎn)重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心，從而減少地震或者風(fēng)力等對(duì)其的破壞性。在建設(shè)時(shí)如果條件允許，要盡可能地對(duì)剪力墻進(jìn)行大開間的構(gòu)造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對(duì)的鋼筋使用數(shù)量，減少相應(yīng)的成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對(duì)于抗震抗壓的要求較高，就不得構(gòu)造過大的剪力墻。
5.提高民用建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，首先各地區(qū)要根據(jù)所處區(qū)域的地質(zhì)特征，提高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的破壞性更強(qiáng)的地震災(zāi)害?？萍肌⒌卣?、建設(shè)等部門要嚴(yán)格建筑技術(shù)規(guī)范，從建房選址、規(guī)劃設(shè)計(jì)、材料選用、施工保障等方面加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)督檢查，確保各類建筑設(shè)施符合抗震設(shè)防要求。同時(shí)要積極推廣研發(fā)符合本地建筑物特點(diǎn)的抗震減災(zāi)新技術(shù)、新工藝、新材料。積極借鑒發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，推廣應(yīng)用到各類建筑設(shè)施中。尤其是在重點(diǎn)設(shè)防地區(qū)，即使成本高一些，也要堅(jiān)持使用抗震能力更強(qiáng)的新技術(shù)、新工藝、新材料。要堅(jiān)決杜絕不安全建筑材料使用，要科學(xué)選材，新材料的使用要嚴(yán)格把關(guān)，進(jìn)行抗震測(cè)試和檢驗(yàn)，提高可靠性。需要提供相應(yīng)的出廠證明等材料，安排專人對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，將質(zhì)量安全責(zé)任落實(shí)到人，一旦出現(xiàn)問題，做到有據(jù)可查。另外，民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的實(shí)施者和管理者，對(duì)建筑的抗震能力起到最大的影響。每個(gè)工作人員的工作成果都會(huì)對(duì)建筑抗震能力起到直接或間接的影響，因此，民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵在于提高工作人員的整體素質(zhì)，工作人員素質(zhì)的提高，必將帶領(lǐng)工程質(zhì)量的整體提升。
民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)化的工程，不能有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)。正如人體的骨骼構(gòu)造一樣，一處出現(xiàn)問題，那么其功能也就有喪失的部分。因此為了最終的建筑成品能讓民眾感到滿意，為民眾帶來舒適和安全的體驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)當(dāng)以極強(qiáng)的專業(yè)素養(yǎng)和責(zé)任感對(duì)每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)盡心盡力，嚴(yán)格要求每一個(gè)計(jì)算步驟。
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中圖分類號(hào)：TU93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）02-0000-01
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，加快了各大城市的人流涌人速度，人們對(duì)建筑的需求日益增加，需要建筑企業(yè)在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，充分了解建筑空間結(jié)構(gòu)的基本特征，并采取切實(shí)可行的有效措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而提高建筑空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化水平，提升建筑物的使用功能和價(jià)值作用，促進(jìn)我國建筑業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展 。
一、建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)
當(dāng)前建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)，具體包括：
第一，別致多變的空間結(jié)構(gòu)形式。新形勢(shì)下，建筑的空間結(jié)構(gòu)形式越來越別致而多變，就越能體現(xiàn)出建筑物的建筑風(fēng)格和建筑水準(zhǔn)，并且更加的具有吸引力。因此，越來越多的建筑設(shè)計(jì)師在對(duì)建筑 的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，都開始嘗試具有多種建筑風(fēng)格的組合，逐漸成為目前建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流。例如，一些在國際上比較著名的建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)作品，更多的是一些風(fēng)格多變的建筑組合體。豐富的空間結(jié)構(gòu)形式，改變了傳統(tǒng) 的單一的建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，更加符合人們的需求，在當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)中得到 了充分的體現(xiàn)。
第二，豐富多樣的空間結(jié)構(gòu)架構(gòu)材料。隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多，使用的空間架構(gòu)材料也呈現(xiàn)出多樣性。新形勢(shì)下，建筑空間結(jié)構(gòu)的架構(gòu)材料更加的豐富多樣。在建筑空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中使用的基礎(chǔ)材料，一直都是比較普 通的碳素鋼。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑材料越來越多，一些建筑企業(yè)開始逐漸的使用鋁合金和不銹鋼等新的架構(gòu)材料。這些新的建筑空間結(jié)構(gòu)架構(gòu)材料，具有一定的防腐、裝飾和承重等作用，在建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中著廣泛的應(yīng)用。這些新 型架構(gòu)材料的應(yīng)用，有利于推進(jìn)建筑空間架構(gòu)的新進(jìn)程。
第三，受到外力因素的影響。目前，我國的建筑結(jié)構(gòu)正在向高層建筑發(fā)展，會(huì)受到一些外力因素的影響，不利于建筑物的正常使用。只有在建筑的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最大化的減少這些外力因素的影響，才能進(jìn)一步的保證建筑物的使用安全。比如，空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)力問題是建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)，在建筑設(shè)計(jì)過程中要充分考慮風(fēng)和地震對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)的影響。建筑物在風(fēng)力的作用下，受到動(dòng)力影響主要由于在空間建筑織物的膜結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的外形具有變化多樣的特點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)的自重相對(duì)較輕。我國的相關(guān)研究中，對(duì)空氣動(dòng)力的失穩(wěn)和橫風(fēng)向共振響應(yīng)在大跨度的索膜屋蓋空間結(jié)構(gòu)中展開的非線性分析取得了一定的成果，但對(duì)于膜結(jié)構(gòu)來說，其風(fēng)振問題較難解決，還需要繼續(xù)進(jìn)行研究。建筑物的抗震能力，主要是在建筑空間的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中進(jìn)行研究。隨著相關(guān)研究的不斷深入， 目前已經(jīng)取得了關(guān)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)地震水平方向反應(yīng)的非線性計(jì)算靜力分析、不同網(wǎng)殼的彈塑性分析等研究成果，推動(dòng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)改善工作。
二、新形勢(shì)下建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施
針對(duì)目前我國建筑物的空間結(jié)構(gòu)特征，建筑企業(yè)應(yīng)該采取有效的優(yōu)化措施，強(qiáng)化建筑空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化管理，把控好各階段質(zhì)量管控工作，為建筑空間結(jié)構(gòu)得以順利構(gòu)架奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。具體優(yōu)化措施包括以下方面：
1.嚴(yán)把建筑材料關(guān)，健全建筑材料驗(yàn)收制度
在建筑工程的建設(shè)施工過程中，一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作就是建筑材料的選擇，嚴(yán)把建筑材料關(guān)是確保建筑質(zhì)量安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的過程中，要充分考慮到建筑材料的合格性，在管理過程中不斷建立和健全建筑材料驗(yàn)收制度。例如，建筑企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)要求，對(duì)建筑材料和配件進(jìn)行專業(yè)的規(guī)格和質(zhì)量審查，保證建筑工程的順利實(shí)施。在我國的建筑工程施工過程中，在材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)，相關(guān)負(fù)責(zé)人一般只查看是否具有出廠證明及合格證，只有當(dāng)存在明顯問題時(shí)才會(huì)展開進(jìn)一步的驗(yàn)收工作。而一些原材料可能由于各種原因只能提供合格證的復(fù)印件，這時(shí)如果沒有相應(yīng)的驗(yàn)收制度，就很容易出現(xiàn)合格證造假問題，導(dǎo)致材料質(zhì)量無法得到保證。這種情況在鋼管材料中較為常見，因?yàn)槭┕み^程對(duì)鋼管的規(guī)格和材質(zhì)有不同的要求，如果只對(duì)其規(guī)格進(jìn)行查看而不進(jìn)行驗(yàn)收，很容易造成材料不符合施工要求的情況。因此，建立相應(yīng)的材料驗(yàn)收制度是非常必要的，是把控好材料關(guān)、 保證施工安全順利展開的必要條件。
2.強(qiáng)化建筑空間結(jié)構(gòu)的焊接工藝管理，保證建筑物的使用安全
焊接是建筑空間結(jié)構(gòu)架構(gòu)不可或缺的組成內(nèi)容，圖紙和相關(guān)規(guī)范中對(duì)焊縫的質(zhì)量和焊接而成的構(gòu)件形狀都有一定的要求，任何建筑中使用的焊接成品，都必須滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。因此，在對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，還應(yīng)該注重強(qiáng)化建筑空間結(jié)構(gòu)的焊接工藝管理，保證建筑物的使用安全。一方面要注意強(qiáng)化焊接工人的管理，嚴(yán)格檢查焊接工人是否持證上崗，是否具有專業(yè)的焊接技術(shù)等，以保證焊接的技術(shù)和質(zhì)量。另一方面進(jìn)行大型焊接或進(jìn)行重要焊接部位的焊接時(shí)，要先進(jìn)行焊接試驗(yàn)，確定焊接的方式和工藝流程，確保焊接工作順利開展，提高建筑物的使用質(zhì)量。
3.重視安裝用腳手架的剛性，確保建筑空間結(jié)構(gòu)的施工安全
在建筑空間結(jié)構(gòu)安裝的過程中通常會(huì)對(duì)腳手架進(jìn)行安裝使用，在實(shí)際安裝過程中，腳手架會(huì)不斷增加負(fù)荷，在對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，施工人員需重視腳手架的剛度，防止腳手架因變形而下沉，從而影響建筑空間結(jié)構(gòu)的順利安裝。同時(shí)，在建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)安裝用的腳手架必須進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，在投入使用腳手架前，要進(jìn)行專業(yè)的試壓測(cè)試，以保證腳手架的剛度，避免建筑空間結(jié)構(gòu)施工中因腳手架的緣故而導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)，保證建筑空間結(jié)構(gòu)安全。此外，為了保證建筑空間結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間和外觀質(zhì)量，建筑企業(yè)應(yīng)該滿足必要的消防需求。通常情況下，建筑空間結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)外表都會(huì)涂上涂料，尤其是防火涂料。在涂料的過程中，建筑施工技術(shù)人員應(yīng)該注意不同涂料之間的相容性，配套的使用地層涂料和防火涂料，從而確保建筑空間結(jié)構(gòu)的施工安全。
4.注意支座超差問題和約束條件變化，避免和減少安全隱患的出現(xiàn)
當(dāng)前建筑施工對(duì)安裝鋼結(jié)構(gòu)的精度有著較高的要求，并對(duì)誤差范圍作出了明確的限制。然而，在建筑空間結(jié)構(gòu)的安裝過程中，相應(yīng)的誤差范圍仍存在較大的爭(zhēng)議，需要建筑技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況，確定相應(yīng)誤差。在建筑工程的施工現(xiàn)場(chǎng)，由于一些建筑工作人員對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)中支座超差的影響認(rèn)識(shí)不足，不重視約束條件改變之后造成的嚴(yán)重后果，從而致使建筑工作人員在建筑空間結(jié)構(gòu)的安裝過程中出現(xiàn)支座埋件的軸線和標(biāo)高相差甚遠(yuǎn)的現(xiàn)象。因此，在建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化管理中，建筑企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)相關(guān)工作人員的培訓(xùn)教育，提高對(duì)支座超差問題和約束條件變化問題等的認(rèn)識(shí)，重視變化后會(huì)產(chǎn)生的后果，以提高其安全意識(shí)，避免因建筑間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束條件發(fā)生變化，或者因支座超差問題等而引發(fā)安全隱患，危險(xiǎn)建筑的使用安全。
總之，建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作任重道遠(yuǎn)，建筑單位需要結(jié)合實(shí)際情況，不斷努力探索新的方法，新的措施，強(qiáng)化建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化管理，提高建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化水平，加強(qiáng)施工人員的質(zhì)量安全意識(shí)，從而保證建筑物的使用安全，推動(dòng)我國的建筑行業(yè)穩(wěn)定的發(fā)展。
