導(dǎo)語：如何才能寫好一篇工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：ANSYS參數(shù)化語言 APDL 鋼結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TU391文獻標識碼：A

引言

隨著工程上對結(jié)構(gòu)輕量化要求的增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的工程實際意義日趨顯現(xiàn)。。APDL（ANSYS 參數(shù)化設(shè)計語言）可用來完成一些通用性強的任務(wù)，也可以依此來建立模型，不僅是優(yōu)化設(shè)計和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分等 ANSYS 經(jīng)典特性的實現(xiàn)基礎(chǔ)，也為日常分析提供了便利。文章以單跨單層鋼框架結(jié)構(gòu)廠房為例，采用 ANSYS 軟件的參數(shù)化設(shè)計語言對其進行尺寸優(yōu)化，使其結(jié)構(gòu)在滿足一定約束條件下最大限度地節(jié)省材料，從而能夠降低成本。

1.ANSYS和APDL概述及其關(guān)系

ANSYS是一種運用廣泛的通用有限元分析軟件,其有限元分析過程主要包括:建立分析模型并施加邊界條件、求解計算和結(jié)果分析3個步驟。運用ANSYS提供的參數(shù)化設(shè)計語言(APDL),通過結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的調(diào)整,則可以自動完成上述循環(huán)功能,進行優(yōu)化設(shè)計,從而大大減少修改模型和重新分析所花的時間。

APDL是ANSYS Parametric Design Language的縮寫,即AN-SYS參數(shù)化設(shè)計語言。它是一種通過參數(shù)化變量方式建立分析模型的腳本語言,用建立智能化分析的手段為用戶提供了自動完成有限元分析過程的功能,即程序的輸入可設(shè)定為根據(jù)制定的函數(shù)、變量以及選用的分析標準來做決定。APDL允許復(fù)雜數(shù)據(jù)的輸入,使用戶對任何設(shè)計和分析屬性有控制權(quán),擴展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力,并擴充了更高級的運算,包括靈敏度研究、優(yōu)化設(shè)計等。具體為參數(shù)、參數(shù)數(shù)組、表達式與函數(shù),分支與循環(huán)、重復(fù)等功能,從而為優(yōu)化設(shè)計運行繁瑣的迭代提供了可能和提高效率。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本理論

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概念

假定分析搜索最優(yōu)設(shè)計一般被歸納為結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過程的流程。而這其中優(yōu)化分析的核心部分為搜索過程。在包括滿足各種給定條件的前提下，是否達到最優(yōu)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計最先對設(shè)計方案進行的判斷。如果沒能達到，但又為了使得預(yù)定的最優(yōu)指標能逐步達到，就需要遵循某一設(shè)定的規(guī)則進行修改。而以數(shù)學(xué)規(guī)劃為基礎(chǔ)，進行數(shù)學(xué)模型建立，并對計算方法進行選擇，使得工程結(jié)構(gòu)設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，然后在多種可行性設(shè)計中運用計算機選擇出相對屬于最優(yōu)設(shè)計的方案，這也正是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主要任務(wù)。

2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型

設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主要要素：。其數(shù)學(xué)模型的一般表達式為

求設(shè)計變量

使目標函數(shù)

滿足約束條件

3.基于APDL的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

3.1APDL語言簡介和使用

APDL是指ANSYS 參數(shù)化設(shè)計語言，是使得某些功能或建模可以自動完成的腳本語言之一。它提供如參數(shù)、宏、標量、向量及矩陣運算、分支、循環(huán)、重復(fù)以及訪問ANSYS 有限元數(shù)據(jù)庫等一般程序語言的功能，同時其可以實現(xiàn)參數(shù)交互輸入、消息機制、界面驅(qū)動和運行應(yīng)用程序等，因此它也提供簡單界面定制功能。為了擴展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力，它可以根據(jù)指定的函數(shù)、變量設(shè)定程序的輸入，同時選它使用戶對任何設(shè)計和分析屬性有控制權(quán)，也就是說其為了為用戶提供了自動完成繁瑣循環(huán)的功能而運用了建立智能分析的手段，從而為優(yōu)化設(shè)計運行繁瑣的迭代提供了可能和高效率，具體為參數(shù)、函數(shù)、分支與循環(huán)、重復(fù)、宏等功能。

3.2優(yōu)化基本原理

優(yōu)化方法采用復(fù)形法。復(fù)形法優(yōu)化是一個運用較多且較為成熟的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，其基本思路來源于無約束優(yōu)化算法的單純形法。而無約束優(yōu)化算法的單純形法就是復(fù)合形法的基本思路的來源。

3.3優(yōu)化設(shè)計流程

為了將有限元法與優(yōu)化方法結(jié)合起來，可以采用基于APDL語言的ANSYS優(yōu)化設(shè)計模塊（OPT）來實現(xiàn)。基本流程圖如圖1所示。

圖1ANSYS軟件優(yōu)化設(shè)計程序流程圖

3.4APDL優(yōu)化程序關(guān)鍵技術(shù)

首先建立鋼框架結(jié)構(gòu)參數(shù)化有限模型。參數(shù)是指APDL中的變量與數(shù)組。參數(shù)化模型的建立，便于模型的修改，也便于設(shè)置優(yōu)化設(shè)計變量。

其次建立鋼框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。下面是部分優(yōu)化命令：

/POST1！進入后處理器

*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取結(jié)構(gòu)體積，賦予參數(shù)V

……

/OPT！進入優(yōu)化設(shè)計器

OPANL,1.LGW!指定分析文件

OPVAR,W1,DV,.1,.4!定義設(shè)計變量

OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02

OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02

……

OPVAR,MS1,SV,0,225750!定義狀態(tài)變量

OPVAR,SS1,SV,0,125000

……

OPVAR,V,OBJ,,,.01!定義目標函數(shù)

OPKEEP,ON!要求保留最優(yōu)設(shè)計序列時的數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件

OPTYPE,SUBP!使用零階方法

OPFRST,40!最大40次迭代

OPEXE!運行優(yōu)化

4.優(yōu)化設(shè)計實例分析

本文以單跨單層鋼框架結(jié)構(gòu)廠房為例，跨度為 12m，層高為4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型鋼截面且翼緣采用焰切邊，材質(zhì)均為Q235 鋼。為簡便起見，取恒荷載為0.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2。通過APDL 優(yōu)化程序，得出用鋼量約為18.2kg/m2。優(yōu)化前后的結(jié)果對比分析見表1。

表1 優(yōu)化前后結(jié)果分析

5.結(jié)語

本文首先論述了進行鋼框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的意義，介紹了優(yōu)化算法（復(fù)形法）和ANSYS 中的APDL語言。并通過與實際工程相結(jié)合，并分別采用復(fù)形法和有限元軟件ANSYS優(yōu)化模塊，同時以最低化用為優(yōu)化的目的，使一平面鋼結(jié)構(gòu)的梁柱截面尺寸得到優(yōu)化并進行相應(yīng)的分析。通過理論分析與結(jié)果的分析比較，證實了該優(yōu)化方法是可行的，不僅能明顯降低工程造價，促進鋼結(jié)構(gòu)的普及和推廣。而由設(shè)計實例可知，基于ANSYS 的二次開發(fā)語言APDL 語言建立的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊操作方便，優(yōu)化程序可自定義優(yōu)化過程和控制性變量，適應(yīng)了不同的結(jié)構(gòu)類型和荷載組合，具有很強的靈活性。本文的優(yōu)化設(shè)計思想，可以推廣到其它結(jié)構(gòu)形式，可對其它類型結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到借鑒作用。

參考文獻：

篇2

關(guān)鍵詞斜拉橋；工程；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化；模型；設(shè)計；方法；

中圖分類號：U448.27文獻標識碼： A 文章編號：

引言

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論和米歇爾麥斯威爾桁架似乎已有百年，從施密特使用數(shù)學(xué)規(guī)劃求解結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計也有40多年的歷史，特別是在過去30年中，理論，算法和應(yīng)用方面都取得了長足的發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域的航天，機械，土木工程，水利工程，橋梁，鐵路，汽車，紡織和輕工業(yè)，能源工業(yè)和軍事工業(yè)等方面，主要治療這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計，或大規(guī)模的工程建設(shè)，或產(chǎn)量大，汽車，機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用研究也延伸到了土地資源的開發(fā)和利用，環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)保護，和海洋工程等領(lǐng)域，并作為一種技術(shù)手段解決諸如系統(tǒng)識別，工程反分析問題。

一、關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的概述

一個好的設(shè)計應(yīng)該首先確保工程結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠性，即：滿足工程結(jié)構(gòu)的安全性，適用性和耐久性要求。在過去的很長一段時間，人們主要集中在結(jié)構(gòu)可靠性，隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)代計算工具和方法，人們越來越注重經(jīng)濟結(jié)構(gòu)設(shè)計。在科學(xué)的結(jié)構(gòu)分析方法出生之前，結(jié)構(gòu)設(shè)計是基于經(jīng)驗的方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的就是滿足安全使用，該方案還僅僅是不可行解，最優(yōu)解。只檢查安全性檢查功能。隨著生產(chǎn)的迅速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，結(jié)構(gòu)工程師和逐步掌握結(jié)構(gòu)分析的理論和方法應(yīng)用于工程實踐，初期由于理論的不完善和計算手段的限制，結(jié)構(gòu)設(shè)計仍然傾向于結(jié)構(gòu)安全和較少考慮計劃經(jīng)濟。在近代，特別是在業(yè)務(wù)研究，拓撲結(jié)構(gòu)，有限元方法的出現(xiàn)和計算機技術(shù)的發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用在工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性和經(jīng)濟的方案已成為可能，為應(yīng)運而生的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論。

二、斜拉橋優(yōu)化模型的建立

斜拉橋的設(shè)計滿足強度，剛度，變形，頻率和其他要求和施工要求。在本文中，這些規(guī)定的約束函數(shù)形式，他們通常是設(shè)計變量的隱式函數(shù)。

2. 1頻率約束條件

橋梁結(jié)構(gòu)頻率（特別是低階）反映了結(jié)構(gòu)尺寸，類型，材料類型和邊界條件和特點，考慮結(jié)構(gòu)的總體頻率作為約束條件之一。為防止斜拉橋發(fā)生共振，或避免一些負面頻率區(qū)域的情況下，大橋斜拉橋動力特性應(yīng)符合一定的要求。此外，研究表明，基本頻率的橋梁結(jié)構(gòu)最直接地反映沖擊系數(shù)，橋梁結(jié)構(gòu)按照通常的做法，在國內(nèi)外各種橋梁設(shè)計規(guī)范，用于在車輛荷載垂直靜態(tài)效應(yīng)的基礎(chǔ)上乘以增大系數(shù)為移動車輛荷載垂直動態(tài)效果，即

Sz = ( 1+ u) Si

式中: Sz在移動車輛荷載作用下, 橋梁結(jié)構(gòu)在豎向產(chǎn)生的總荷載效應(yīng);

Si在移動車輛荷載作用下, 橋梁結(jié)構(gòu)在豎向產(chǎn)生的靜力效應(yīng);

(1+ u) 考慮移動車輛荷載對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動力效應(yīng)的增大系數(shù).

(1+ u)定義為沖擊系數(shù). 從現(xiàn)場實測和理論研究得知, 每次移動車輛( 一輛或多輛)過橋時, 對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大豎向動力效應(yīng)均出現(xiàn)在最大靜力效應(yīng)處, 因此在取得每次移動車輛過橋時的應(yīng)變( 應(yīng)力或撓度) 的時間歷程曲線的基礎(chǔ)上, 沖擊系數(shù)( 1+ u) 亦可用下列公式來描述, 即

( 1+ u) = ydmax/ Y jmax

式中: Yjmax 在最大豎向動力效應(yīng)處的靜力應(yīng)變( 應(yīng)力或撓度) 的最大值;Y dmax與Y jmax對應(yīng)的動應(yīng)變( 應(yīng)力或撓度) 的最大值.通過對實橋的測試結(jié)果進行回歸分析, 總結(jié)出沖擊系數(shù)與基頻f 1之間的函數(shù)關(guān)系如下

(1+ u) = 0. 9843+ 0. 4068logfi

并且指出, 無論是橋梁建筑材料，結(jié)構(gòu)類型，如果有區(qū)別，不論大小，如果有區(qū)別，只要是相同的基本頻率的橋梁結(jié)構(gòu)，在相同的條件下行動的車輛荷載，可以得到相同的脈沖函數(shù)。本文介紹的基本頻率（或頻率）為約束條件也可以對沖擊系數(shù)的研究將幫助。在優(yōu)化設(shè)計中, 橋梁結(jié)構(gòu)整體頻率特性以兩種約束函數(shù)的形式表述:

其中W , W為預(yù)先設(shè)定的頻帶的下、上限,W i , W j為關(guān)切頻率, 是臨近約束頻率的固有頻率. 本文利用序列二級算法求解形如W2i≤W2, W2j≥W2的數(shù)學(xué)模型.第一級優(yōu)化是求解在尺寸約束及頻率下限約束下的優(yōu)化問題. 由于頻率下限約束限制了結(jié)構(gòu)的尺寸上限, 為了使結(jié)構(gòu)在滿足約束條件的前提下有一個較大的選擇余地, 目標函數(shù)應(yīng)取原目標函數(shù)( 重量) 的最大值. 第一級優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為

第二級優(yōu)化求解在頻率上限及約束下的目標函數(shù)極小值( 結(jié)構(gòu)最輕重量) 問題. 只是在該優(yōu)化問題中, 尺寸約束的上限應(yīng)取由第一級優(yōu)化求得的優(yōu)化值, 這樣形成了新的設(shè)計空間. 第二級優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為

2. 2斜拉橋優(yōu)化模型的建立

通常帶頻率約束的優(yōu)化計算模型表達式為

其中, m, n 分別表示約束條件數(shù)和設(shè)計變量數(shù),

斜拉橋設(shè)計參數(shù)的分析表明：斜拉橋結(jié)構(gòu)主要受的特點，主跨比，邊，角和束電纜，塔電纜截面尺寸效應(yīng)。此外，斜拉橋是平均靜定結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整線張力可以有效減少體重開始溫度，造成梁彎曲位移。本文取按有限元劃分的全橋各單元的截面特性( 面積A i、慣性矩I i)為設(shè)計變量建立優(yōu)化模型. 定義目標函數(shù)為

式中pi為結(jié)構(gòu)各種材料比重, Ai為結(jié)構(gòu)各斷面面積、li為結(jié)構(gòu)各單元長度、c1為各部分結(jié)構(gòu)造價( 包括材料費、勞動力價格等) .

三、優(yōu)化求解方法

本研究主要是關(guān)于斜拉橋的動力優(yōu)化問題的基本概念，將“三個支柱”理論，即結(jié)構(gòu)分析，優(yōu)化模型及算法結(jié)構(gòu)分析采用有限元方法用于優(yōu)化設(shè)計的狀態(tài)變量（即，撓度，應(yīng)力，特征值優(yōu)化模型）。建立綜合考慮的分析變量的（橫截面面積，慣性矩，幾何尺寸，形狀參數(shù)，如彈性模量）和設(shè)計變量（使用組件的大?。┲g的聯(lián)系以及建立目標函數(shù)（通常結(jié)構(gòu)成本和重量）和約束功能和優(yōu)化算法求解非線性選擇約束優(yōu)化方法可行方向的方法。除了加快算法的效率，采取有效的近似方法，并介紹了敏感性分析的方法計算的優(yōu)化過程中所使用的目標函數(shù)和約束函數(shù)的梯度。 類似的做法常見于一些國內(nèi)外大型軟件, 如Access, SAPOP, START S 以及 I-DEAS 等系統(tǒng)中. 圖 1 表示了優(yōu)化迭代過程的流程, CBDEA 可看作“黑箱式”尋優(yōu)程序塊。

第3 步利用了泰勒一階近似法( T SA) , 其近似式可表為

第 7 步計算搜索步長使用了一步步檢驗與糾錯的方法, 在循環(huán)的每一步都要使目標函數(shù)按比例減小一個量. 定義目標函數(shù)的減小量為原值的β值, 即 f ( Xk+ 1) =β f ( X k) ( 0. 90 ≤β≤0. 95)。

在結(jié)構(gòu)動力優(yōu)化，尋求有效的計算結(jié)構(gòu)固有頻率和振型對于設(shè)計變量的靈敏度的方法是非常重要的。此外，敏感性分析也被用來計算搜索方向，構(gòu)造函數(shù)和參數(shù)修改研究。 Fox, Adelman, Haftka, Gardani 等人都給出了一些計算公式, 本文主要應(yīng)用中心有限差分法進行了該方面的研究。

在無法或難以提供解析梯度值，不同梯度值的精度，算法的收斂性將產(chǎn)生較大的影響。采用高精度差分方法是一種有效的方法來提高精度，但計算會帶來的副作用，并運用可行方向法企的主要目標之一是盡量減少一些功能評價的目的。因此，本文采用的計算中心差分法。沒有更多的功能評價的前提下的差別，一步長度自動調(diào)節(jié)，所以當變量和約束函數(shù)值的迭代過程中發(fā)生變化時，差一步變化，可以有效地提高準確性差。方法如下, 取差分步長因子a 為

a=10-5×Xi,102

并且滿足要求

如不滿足, 則作如下修改

四、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在橋梁工程中的應(yīng)用狀況

雖然早在第十九世紀中葉出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論，但由于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計變量，復(fù)變函數(shù)來管理，需要大容量和手術(shù)時間長等原因，優(yōu)化設(shè)計在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究后。在十九年代開始有了橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究。在最早的發(fā)展最為成熟的桁架橋的設(shè)計優(yōu)化。大跨度橋梁設(shè)計研究是在第二十世紀末，大跨度橋梁和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，逐步發(fā)展。由于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定的頻率較高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計變量較多等原因，進行綜合優(yōu)化設(shè)計難度大。以往的研究還只是一種局部優(yōu)化，如：索力優(yōu)化，優(yōu)化，動態(tài)優(yōu)化等。

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是目前主要集中在局部優(yōu)化，全局優(yōu)化和優(yōu)化理論在三個方面。局部最優(yōu)不等于整體最優(yōu)，但有利于整體最優(yōu)，并促進發(fā)展的橋梁結(jié)構(gòu)。由于局部最優(yōu)設(shè)計變量的相對較少，研究的難度大大降低，研究的深度和更深入的。大跨度橋梁的局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直參與了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的所有方面，包括：加勁梁截面優(yōu)化，調(diào)整索力優(yōu)化，電纜或索力優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，索塔，或吊索錨固優(yōu)化，懸索橋錨碇的優(yōu)化，墩基礎(chǔ)的優(yōu)化。大跨度橋梁靜不定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計變量，建筑設(shè)計涉及到很多因素，因此，必須進行全面的整體優(yōu)化或全過程的優(yōu)化依然存在困難。困難在于，不僅在其建立目標函數(shù)，它是建立目標函數(shù)，尋求最優(yōu)解的計算速度和可能性。整體優(yōu)化：包括總成本最優(yōu)，動態(tài)性能優(yōu)化，整體施工工藝優(yōu)化及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及景觀設(shè)計方面的協(xié)調(diào)。

結(jié)束語

伴隨著快速發(fā)展的斜拉橋施工，近年來在全國范圍內(nèi)建立了大型斜拉橋。主梁斜拉橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可以有效改善應(yīng)力狀態(tài)，使斜拉橋的設(shè)計，確保安全，經(jīng)濟合理。

參考文獻

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篇3

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；

對于建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化而言，建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計既是重要基礎(chǔ)，又是一個主要方向。運用概念設(shè)計方法，能夠有效提高建筑工程的安全性及穩(wěn)定性，將各種外力所帶來的破壞效果降至最低。建筑在實際使用環(huán)節(jié)，難免會遇到不同類型的不穩(wěn)定因素。建筑概念設(shè)計將會致力于這些不穩(wěn)定因素的解決，以提高建筑的實用性。對建筑結(jié)構(gòu)的諸多可能破壞因素進行研究，發(fā)現(xiàn)地震這一破壞因素最難以控制，因為地震發(fā)生時，將會給建筑施加一個極大的作用力，同時地震又是難以準確預(yù)測的。另外，設(shè)計方案中如果有不利于建筑結(jié)構(gòu)抗震的因素，則應(yīng)對其進行適當調(diào)整，無法調(diào)整時，則應(yīng)放棄。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的幫助下，建筑在整體剛度方面應(yīng)該達到均勻、對稱的效果，如此一來，便有效保證了建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。與此同時，是實際設(shè)計環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合其他優(yōu)化方法的應(yīng)用，以提高建筑的抗震能力。如延性設(shè)計，該種設(shè)計方法能夠很好地保護地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設(shè)防的設(shè)計方法，其設(shè)計思路是，當發(fā)生劇烈地震時，“犧牲” 部分次要結(jié)構(gòu)去吸收地震能量，以降低地震對建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞效果。在進行建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)注意上述優(yōu)化方法的有效運用。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計降低總造價

進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數(shù)的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。 對于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

2、進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設(shè)計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設(shè)計手段，達到這5個方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的概述

完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會所期望的各種要求。依據(jù)設(shè)計的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行有機結(jié)合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案域，運用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以提高整體設(shè)計水量及設(shè)計質(zhì)量，還可縮短設(shè)計周期，從而降低整體工程造價，提高經(jīng)濟及社會效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在滿足設(shè)計要求后，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 時應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)

結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。伴隨急速更新發(fā)展的計算機硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計算機、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計其設(shè)計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計缺少安全、經(jīng)濟性作為衡量準則。最優(yōu)設(shè)計則是在安全、經(jīng)濟準則基礎(chǔ)之上，利用計算機作為輔助技術(shù)，非常便利地實現(xiàn)了分析計算、設(shè)計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設(shè)計整體效果及質(zhì)量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化設(shè)計。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項目的前期、整體、抗震設(shè)計，在舊房改造期間的各個環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實踐中應(yīng)注意的問題如下：

1、前期方案設(shè)計期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中

建筑方案設(shè)計前期如有一個優(yōu)秀的、合理的設(shè)計方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就會爭取到非常優(yōu)秀的開端。但目前在前期設(shè)計方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對建筑類 別有所針對，并進行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性 。

2、概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計主要作用于無具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實難免與計算式存在區(qū)別，那么設(shè)計時應(yīng)采取概念設(shè)計方法，使數(shù)值成為輔助及參考根瞎。為達到最佳優(yōu)化設(shè)計效果，設(shè)計人員應(yīng)該靈活運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時應(yīng)注意：I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上以達到安全、經(jīng)濟之目的。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化――下部地基基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，以降低工程總造價為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影 響較大的樁端持力層的選擇，要多進行比較，最終確定最為合適的方案。

結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實用性和安全性，又要考慮經(jīng)濟性，還應(yīng)考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關(guān)系。本文對建筑結(jié)構(gòu)空間利用率的優(yōu)化進行了重點探討，對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理念進行了闡釋和延伸，希望能對類似工程建設(shè)提供一些借鑒和幫助。

參考文獻：

[1]高鵬.喬可義.重視概念設(shè)計，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量[J].建設(shè)工程與技術(shù).2014（07）.

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關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案問題應(yīng)用

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異; 使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通; 能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)力集中;豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型和方案

房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括: 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，還應(yīng)該按照一切從實際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)在滿足設(shè)計意圖后，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。

1．1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是: 設(shè)計變量的合理選擇。通常的設(shè)計變量選擇對設(shè)計要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設(shè)計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

1. 2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法

(1) 當結(jié)構(gòu)平面圖在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時，需要輸入結(jié)構(gòu)軟件進行建模。建筑物根據(jù)設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度進行相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”與“抗震構(gòu)造措施”，提高地震作用，則結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設(shè)計內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施，其中的一般規(guī)定及計算要點中的地震作用效應(yīng)(內(nèi)力和變形) 調(diào)整的規(guī)定均屬于抗震措施，提高抗震措施，著眼于把財力、物力用在增加結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上，是經(jīng)濟而有效的方法; 抗震構(gòu)造措施指根據(jù)抗震概念設(shè)計原則，一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細部要求。設(shè)計中需要注意受壓和局部受壓的一些問題。

(2) 屋頂(面) 結(jié)構(gòu)圖當建筑是坡屋面時，結(jié)構(gòu)處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時應(yīng)有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，要結(jié)合門窗頂設(shè)置圈梁來降低墻的計算高度。

1．3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設(shè)定計算方案時，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用中的幾個問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計，舊房改造，抗震設(shè)計等設(shè)計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。

2．1 前期參與

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計并不進行參與，建筑師進行建筑設(shè)計時大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。

2．2 細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計過程中需要設(shè)計人員靈活的運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達到既安全又經(jīng)濟的目的。

2．3 地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進行比較以確定最合適的方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的的功用

3．1 降低總造價

進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。對于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

3．2 提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長; 相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。優(yōu)化方法的技術(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設(shè)計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設(shè)計手段，達到這5個方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。

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關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；協(xié)調(diào)性；經(jīng)濟性能

現(xiàn)如今，人們對建筑的要求不再簡單的是居住使用要求，隨著時代的不斷發(fā)展，人們對建筑的美觀性和安全性也愈加重視，對建筑的實用性能有了更嚴格的要求。基于以上要求的變化，這就要求我們不斷改變并優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取耳穴的方案，同時滿足美觀性和實用性，并且還能夠降低成本投入，提高經(jīng)濟效益，促進建筑業(yè)的良好健康發(fā)展。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法內(nèi)容及其原則

1.1概述。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果要對設(shè)計方法進行優(yōu)化，這就勢必給工作人員帶來更多的問題，例如成本問題和建筑材料問題。這種情況下，就要求工作人員用最低的資金投入，進行房屋建筑設(shè)計的優(yōu)化。對優(yōu)化房屋建筑設(shè)計時，其優(yōu)化的內(nèi)容主要包括兩個內(nèi)容：①優(yōu)化整體的房屋建筑結(jié)構(gòu)；②優(yōu)化局部的房屋建筑結(jié)構(gòu)。而局部房屋建筑結(jié)構(gòu)主要就是對主體結(jié)構(gòu)、房頂結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等分別進行優(yōu)化設(shè)計。1.2原則。（1）使建筑具有安全性能。房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是簡單的進行材料的節(jié)約，而是首先要確保房屋建筑結(jié)構(gòu)安全，然后利用專業(yè)知識，結(jié)合實際的房屋建筑情況，對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)合理的優(yōu)化，從而使得房屋建筑的設(shè)計趨于完善。（2）使建筑具有實用性能。對于房屋建筑優(yōu)化設(shè)計的另一個原則就是要確保建筑物的實用性，使得房屋建筑通過優(yōu)化設(shè)計具備更多的功能，滿足人們的實用與使用需求。（3）保證建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時保護環(huán)境。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的另一個原則就是要尊重環(huán)境，也就是說要注意環(huán)保，例如，可以采用綠色環(huán)保材料。（4）確保建筑具有可用價值。這個原則也是非常重要的一點，要求在進行房屋建筑優(yōu)化設(shè)計時，不能一味追求利益，忽視質(zhì)量，而是要在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低資金投入。根據(jù)以上原則，不難看出，在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時必須保證其科學(xué)、安全、質(zhì)量要求。首先，充分重視結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計變量得到解決。主要針對相關(guān)的參數(shù)值和約束來控制參數(shù)值的選擇應(yīng)注意，而較小的將實現(xiàn)一個預(yù)定義的類型參數(shù)，可以有效地減少編程，提高效率，提高整體水平；然后是目標函數(shù)的確定，這將對建筑作為一個整體的成本情況來理解。可以科學(xué)地確定約束條件，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的具體應(yīng)用

2.1整體和局部優(yōu)化。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有復(fù)雜層次性。首先要求在進行設(shè)計時要考慮設(shè)計、結(jié)構(gòu)、安裝等不同子系統(tǒng)及其下屬體系。在進行優(yōu)化設(shè)計時，綜合考慮各個子系統(tǒng)和下屬體系并且進行優(yōu)化；其次，由于在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時設(shè)計到施工材料、構(gòu)建、配件等內(nèi)容，這就要求進行房屋建筑設(shè)計時，進行整體優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計算模型和優(yōu)化計算方案屬于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要組成部分。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的本質(zhì)就是在變量中提取重要的參數(shù)，根據(jù)上述所說參數(shù)建立函數(shù)模型，從而得到比較好的方案。一般來說，建立模型主要從以下方面入手：①合理選擇設(shè)計變量，這屬于重要內(nèi)容，而且在選擇變量設(shè)計會影響參數(shù)的選擇，因此合理計算變量就能將降低計算編程的工作量；②確定目標函數(shù)，首先要在符合函數(shù)的基礎(chǔ)上找到最優(yōu)解，才能確定目標函數(shù)；其次，將約束條件確定下來，主要包含彈塑性、強度、應(yīng)力及尺寸等方面，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的同時，必須確保約束條件的范圍在規(guī)定的要求之內(nèi)，滿足設(shè)計的需求。2.2建筑主體上部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性優(yōu)化。建筑主體上部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性優(yōu)化，是在建立模型，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，保證科學(xué)合理性的基礎(chǔ)上，對建筑剪力墻進行優(yōu)化設(shè)計。首先，建立合理的剪力墻數(shù)量；其次，保。證剪力墻的整體質(zhì)量的統(tǒng)一性，保證其整體結(jié)構(gòu)的重心，減少地震等災(zāi)害對房屋建筑的破壞；最后，如果要保證剪力墻的高抗剪能力，在滿足質(zhì)量的要求上減少墻的數(shù)量。2.3概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概念設(shè)計的應(yīng)用表明沒有具體的量化數(shù)據(jù)，例如，抗震防裂度，這種情況下沒有具體的量化的標準進行優(yōu)化設(shè)計，因此需要用到概念設(shè)計。但是在設(shè)計過程中，要求工作人員必須會合理且靈活運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法。例如，在進行抗震設(shè)計時，可以根據(jù)房屋建筑的實際情況，選擇合理的抗震方法進行設(shè)計，方法不同，但是達到了相同的優(yōu)化目的。2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計中注重協(xié)調(diào)性設(shè)計。應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法，可以充分體現(xiàn)在協(xié)調(diào)方面。將建筑與整個平面之間的關(guān)系應(yīng)得到有效的加強，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中加以保護，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的外觀也應(yīng)體現(xiàn)。在設(shè)計過程中，墻、柱的結(jié)構(gòu)布置，建筑平面功能需要得到有效保證，建筑空間和深度，充分保證房子的整體結(jié)構(gòu)來反映系統(tǒng)的簡單性，在各部門的高度可以充分的保護。2.5對計算結(jié)果進行分析，確定最優(yōu)設(shè)計方案。作為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較重要的部分，結(jié)果分析的意義不言而喻。在此過程中，要將計算數(shù)據(jù)結(jié)果進行詳細的分析，然后以數(shù)據(jù)中得到的信息為依據(jù)，制定優(yōu)化設(shè)計方案。另外，在優(yōu)化設(shè)計的過程中需要多方面考慮，尤其是各種阻礙因素，要對其進行控制，使得建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠順利完成。此外，由于在施工建設(shè)過程中，涉及的人力、物理、財力較多，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目的就是合理降低上述指標，從而保證建筑指標不會受到影響。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須注意：①找到建筑技術(shù)和經(jīng)濟之間的平衡點，降低二者矛盾，使用高新技術(shù)，降低費用成本；②充分理解技術(shù)所帶來的經(jīng)濟價值，充分意識到技術(shù)的進步和發(fā)展有利于降低經(jīng)濟損耗，因此這就要求必須加強技術(shù)發(fā)展。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義

3.1有利于降低工程總成本?，F(xiàn)階段，高層建筑不斷增加，與普通多層建筑比較，主要的區(qū)別就是占據(jù)的土地面積比較小，占據(jù)的空間面積比較大，減少用地費用。但是建筑物的高度的增加，層數(shù)的增多，就容易造成樓與樓之間的不協(xié)調(diào)問題，占地節(jié)約量和建筑的層數(shù)不成比例。因此，不可以單純的追求建筑的高度而忽視土地節(jié)約量，要將占地面積、造價進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。另外，高層建筑并不會因為層數(shù)的增多增加樓頂，這就明顯的降低了成本，只是會增加樓層的基礎(chǔ)造價。3.2有利于加強建筑物的整體經(jīng)濟性能。隨著層數(shù)的不斷增加，建筑物必會影響整體框架梁與柱的承載能力，使之承載力增加，這就造成墻體的面積和梁柱的體積的增加，增加結(jié)構(gòu)自重，電線、水管等管道等房屋配置會有所延長。相對來說，普通的多層建筑物能夠節(jié)省建材但不會影響抗震性能。此外，建筑物高度的不同勢必會影響墻面的范圍，這時候一般會選擇圓形建筑或者是接近方形的建筑，這樣外墻的周長系數(shù)就會相對減少，而且內(nèi)外裝修面積也會隨之減少，而且以上形狀有利于其受力的提高，在保證安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上增加了建筑的整體經(jīng)濟效益。

4結(jié)束語

綜上所述，參考實際情況，從多個方面，研究對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用，利用結(jié)構(gòu)理念和方法的不斷優(yōu)化，有效的提高建筑整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。希望本次的相關(guān)研究，可以對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化起到一定指導(dǎo)作用。

作者:胡必偉 單位:伊犁鼎軒建筑設(shè)計院有限公司

參考文獻：

[1]丁可.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用探析[J].工程技術(shù)研究,2016,(6):129.

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【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法

建筑行業(yè)與過去相比產(chǎn)生了很大變化，以往人們對房屋結(jié)構(gòu)的美化并不過分注重，隨著時代的進步與發(fā)展，居民對建筑結(jié)構(gòu)的美感要求非常高，建筑已經(jīng)不單純是作為住房而存在，而是一種藝術(shù)?，F(xiàn)階段，建筑行業(yè)的競爭非常激烈，在激烈的競爭環(huán)境中，投資者為了能夠獲取更好的經(jīng)濟效益，往往會提高房屋建筑的安全性、美觀度，吸引業(yè)主的眼球。就房屋建筑而言，投入最多的部分就是結(jié)構(gòu)投入，通過優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)，有利于提高住房質(zhì)量與安全性，還可使項目投入資金減少，便于投資者獲取更高的經(jīng)濟效益[1]。

一、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概述

成功的建筑可以將審美、功能集合起來，實現(xiàn)兩者的一體化，就建筑工程而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計是其中的重點內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化包含多個方面的內(nèi)容，例如房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、周圍護欄的優(yōu)化、頂蓋系統(tǒng)的優(yōu)化等，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求注重細節(jié)，根據(jù)房屋建筑工程的具體情況進行設(shè)計，滿足居民需求，確定功能性符合要求后，可設(shè)置平面布置規(guī)模，縮小建筑剛度與質(zhì)量中心差距。

（一） 模型的優(yōu)化設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，對設(shè)計過程有明顯影響的就是模型設(shè)計，模型設(shè)計可以反映建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)，提煉相關(guān)變量，對初步函數(shù)模型進行建立，制定合理的設(shè)計方案。要想建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，首先需選擇設(shè)計變量，針對無太大影響的變量，可將其作為預(yù)定參數(shù)，對建筑結(jié)構(gòu)有較大影響的因素，可作為設(shè)計變量。其次，要利用函數(shù)表示建筑切面尺寸，還需表示涉及到的截面積，另外，要對設(shè)計條件進行約束，約束條件包括規(guī)劃房屋尺寸、預(yù)應(yīng)力參數(shù)、結(jié)構(gòu)強度等，在規(guī)劃約束條件時，需根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃，且設(shè)計要符合房屋結(jié)構(gòu)標準，確保約束條件與實際操作情況相符，取得最好的設(shè)計效果[2]。

（二） 實現(xiàn)計算方案的優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)中，要對設(shè)計方案進行優(yōu)化，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及到的變量非常多，且其中包含復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通常情況下，在計算方案規(guī)劃過程中，一般將限制性問題轉(zhuǎn)換為無限定性問題。

二、 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用分析

在房屋結(jié)構(gòu)中采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，可使工程投資成本降低，除此之外，還能夠優(yōu)化配置房屋結(jié)構(gòu)，將最大化社會效應(yīng)、經(jīng)濟效益體現(xiàn)出來，一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要以房屋前期結(jié)構(gòu)設(shè)計為依據(jù)，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理。

（一） 建筑結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計

前期設(shè)計對房屋經(jīng)濟性的影響非常大，還可影響項目總投資資金。現(xiàn)階段，從房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計上看，其中存在較多的問題，主要表現(xiàn)為在前期設(shè)計中，并未應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在前期結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏合理性、科學(xué)性，甚至可能對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生不良影響。這就要求將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于前期設(shè)計中，為房屋設(shè)計提供可實踐、合理的方案，提高前期設(shè)計合理性，有利于為建筑整體設(shè)計提供依據(jù)[3]。

（二） 建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計是關(guān)鍵內(nèi)容，為了獲取最優(yōu)化的設(shè)計方案，首先就需要實現(xiàn)地基結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。目前，建筑行業(yè)發(fā)展速度非?？欤S著建筑產(chǎn)品具體形態(tài)、功能的不同，房屋地基設(shè)計也存在差異，從地基設(shè)計的具體情況上看，必須做好實地勘查工作，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的過程中，遵循控制施工成本的原則，如果在地基設(shè)計中，其基礎(chǔ)部分為地樁，則要以其受力情況為依據(jù)，考察不同材質(zhì)地樁，選取合理的設(shè)計方案。

（三） 建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化

房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要根據(jù)具體參數(shù)完成，抗震設(shè)計具備很多不確定因素，預(yù)定設(shè)計與實際設(shè)計可能存在差異，這就需要對設(shè)計方案進行優(yōu)化。以往采集的數(shù)據(jù)可以作為抗震設(shè)計的依據(jù)，在設(shè)計階段，將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化融入抗震設(shè)計中，獲得最佳的設(shè)計方案[4]。除此之外，為了使宏觀需求得以滿足，還要對結(jié)構(gòu)細節(jié)非常注重，合理選用現(xiàn)澆板，如果異形板易出現(xiàn)斷裂，則在設(shè)計過程中，要將鋼筋選擇范圍納入抗震設(shè)計中，在成本基本不會增加的情況下，選用功能更強的材料。為了確保塑性要求滿足條件，可以選用冷軋帶肋式鋼筋材料，當內(nèi)部結(jié)構(gòu)滿足條件，鋼筋材料的配置也符合要求后，可以提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，同時還可以控制施工成本。

（四） 科學(xué)優(yōu)化建筑主體

房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要以模型為依據(jù)完成系統(tǒng)優(yōu)化，其過程比較復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容非常多，剪刀墻的設(shè)置必須合理，確保墻體質(zhì)量均勻，便于使樓層整體結(jié)構(gòu)重心與樓層中平面剛度中心點重合。在建設(shè)房屋的過程中，若擁有較好的施工條件，則需盡量采用大開間構(gòu)造，將剪刀墻墻肢長度加長，促使墻肢數(shù)量減少，能夠控制混凝土的用量。除此之外，通常采用鋼材對剪刀墻暗柱進行鑄造，控制成本，如果建筑設(shè)計條件無法滿足，則不可使剪刀墻構(gòu)造過大。

（五）優(yōu)化排水結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

房屋建筑排水系統(tǒng)包含的機械設(shè)備非常多，且要求機械擁有較強的荷載能力，一般于地下室內(nèi)設(shè)置，且預(yù)留深度、預(yù)留尺寸要符合設(shè)計要求，還需加固鉆孔部位。施工人員要采取措施降低管線貫穿梁、柱的發(fā)生風(fēng)險，若在建設(shè)過程中，出現(xiàn)了上述貫穿的情況，則要加固墻體。就結(jié)構(gòu)整體而言，需確保管道網(wǎng)與結(jié)構(gòu)設(shè)置的協(xié)調(diào)性。

（六） 優(yōu)化電氣系統(tǒng)設(shè)計

電氣管線主要安裝于樓板、墻體或者金屬管體外部，安裝難度較大，若管線需從梁體穿過，則需選取梁體部位，留取孔洞，確保墻體寬度、梁體寬度保持一致。在房屋建筑中，電梯包含的建筑構(gòu)件非常多，建筑方案的設(shè)計人員要對電梯部分單獨給予設(shè)計，提高設(shè)計的安全性、科學(xué)性，提高施工質(zhì)量。

（七） 建筑結(jié)構(gòu)局部、整體優(yōu)化

建筑工程設(shè)計具有較強的復(fù)雜性、層次性，就其復(fù)雜性而言，主要表現(xiàn)為施工人員要對建筑零部件、建筑材料等進行選擇，做好工程的成本控制工作，從層次性上看，建筑工程包含多種體系，例如安裝體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、整體設(shè)計體系等。在設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)的同時，建筑工程設(shè)計人員必須優(yōu)化所有附屬系統(tǒng)，不能夠單純從局部考慮，必須要堅持從整體利益出發(fā)，實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)資源的合理配置，提高建筑施工質(zhì)量。

三、結(jié)束語：

對建筑結(jié)構(gòu)進行合理、科學(xué)的設(shè)計，并優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，有利于在確保建筑功能的同時，對工程成本進行有效控制，提高投資人員的經(jīng)濟效益。優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的在于確保建筑本身功能充分發(fā)揮，促使建筑主體質(zhì)量提升。設(shè)計人員需要擁有較高的設(shè)計水平，能夠創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，為建筑工程的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供最優(yōu)化方案，希望能夠?qū)V大同行起到借鑒與參考的作用。

參考文獻：

[1]齊建民.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技資訊，2015（11）：73.

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[3]周漢杰.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].中華民居（下旬刊），2014（01）：117.

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關(guān)鍵詞：房屋建筑；建筑設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：

1.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的內(nèi)容和意義

1.1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的內(nèi)容

當前，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們對居住條件及生活環(huán)境要求越來越高，而對建筑房屋進行優(yōu)化設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)與美觀相互協(xié)調(diào)、同時適用、安全、經(jīng)濟以及便利是改善人們居環(huán)境方面重要手段。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化理念注重以實際為準則，根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況，以計劃成本為控制為中心來進行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，其內(nèi)容就是利用對建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型，通過對各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化結(jié)果方案。

1.2房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計意義

（1）大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性，房屋建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可節(jié)省材料，有利用抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經(jīng)濟性能；

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計大大降低了建筑工程的總成本造價。節(jié)約用地，大量資料表明，，房屋建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘軌蜃尳ㄖこ探Y(jié)構(gòu)內(nèi)部各個不同單元之間更加充分互協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性。

2.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法

2.1結(jié)構(gòu)平面圖

在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時，是否要輸入結(jié)構(gòu)軟件進行建模？當建筑地處抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)時，根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范，是可以不用進行截面抗震驗算的，但必須符合有關(guān)的抗震措施要求。因此對于砌體結(jié)構(gòu)來說可以不用在軟件中建模，直接設(shè)計即可。

2.2屋頂(面)結(jié)構(gòu)圖

當建筑是坡屋面時，結(jié)構(gòu)的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面。折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時應(yīng)有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應(yīng)有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，要結(jié)合門窗頂設(shè)置圈梁來降低墻的計算高度。

2.3大樣詳圖

在建筑詳圖的準確無誤的基礎(chǔ)上，大樣詳圖的繪制可在建筑詳圖的基礎(chǔ)上直接繪制，也可在以前做過的詳圖的基礎(chǔ)上來局部改進繪制。這階段需要注意在保持建筑外形的前提下盡量的使結(jié)構(gòu)受力合理和施工方便。在標高和外形尺寸上一定要和建筑專業(yè)協(xié)調(diào)一致。

2.4樓梯

樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統(tǒng)一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內(nèi)折角處要斷開分別錨固防止局部的應(yīng)力集中。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問題。首段梯板的基礎(chǔ)應(yīng)注意基礎(chǔ)的沉降問題，必要時應(yīng)設(shè)梯梁。

2.5基礎(chǔ)

基礎(chǔ)要注意混凝土的標號選擇應(yīng)符合結(jié)構(gòu)耐久性的要求。(通常情況下可采用C25)基礎(chǔ)的配筋應(yīng)滿足最小配筋率的要求(施工圖審查中心重點審查部位)。條基交接部位的鋼筋設(shè)置應(yīng)有詳圖或選用標準圖。條基交叉處的基底面積不可重復(fù)利用，應(yīng)注意調(diào)整基礎(chǔ)寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時也要調(diào)整基礎(chǔ)的寬度。基礎(chǔ)圖中的構(gòu)造柱，當定位不明確時應(yīng)給予準確定位。

3.現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求達到安全性、適用性、耐久性等功能要求，但在實際的設(shè)計過程中，由于存在一些認識上的誤區(qū)，會導(dǎo)致大量設(shè)計問題的出現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

3.1地基與基礎(chǔ)方面

（1）多層建筑沒有地質(zhì)詳勘報告，僅根據(jù)建設(shè)單位的口頭說明，或才簡單地以附近的建筑物為參照，在其基礎(chǔ)設(shè)計資料上進行施工圖的設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計要嚴格按操作規(guī)范進行，做到安全合理適用，必須依據(jù)地質(zhì)勘察的資料，對基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)等多方面的因素要綜合考慮，不能只憑地耐力來完成，或者把耐力容許值降低一些，這是不科學(xué)的，也是極不安全的。

（2）對軟弱地基要采用換土墊層處理時，沒有進行換層設(shè)計，依據(jù)已有的經(jīng)驗加以處置。要對軟弱地基的危害有深刻的認識，如果只憑經(jīng)驗武斷地采用砂墊層來加強承載力，而不對墊層寬度和厚度進行精確計算，將帶來極大的安全隱患，而且也會造成一定程度的資源浪費。

（3）民用建筑中柱、梁及基礎(chǔ)的負荷未按規(guī)范乘以折減系數(shù)。設(shè)計人員設(shè)計多層民用建筑時，在計算梁、柱和基礎(chǔ)的負荷時，沒有按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范將荷載乘以折減系數(shù)計算其荷載值，因而采用荷載值偏大。

3.2磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用

構(gòu)造能夠不但提高磚混結(jié)構(gòu)中墻體的抗剪能力，而且構(gòu)造柱與圈梁聯(lián)結(jié)在一起，可形成對砌體的有效約束，限制墻體裂縫發(fā)生和進一步擴大，維持豎向承載力，對增強結(jié)構(gòu)的抗震性能有著很大作用。在如今房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，構(gòu)造柱往往被作為承重柱使用，這種作法是極不科學(xué)的，將引起以下幾個問題：

（1）如果構(gòu)造柱作為承重柱，將提前受力，導(dǎo)致構(gòu)造柱對砌體的拉結(jié)和約束作用降低，而且在遭遇地震作用時，應(yīng)力將集中在構(gòu)造柱位置，并使之首先遭到破壞，在這種情形下，構(gòu)造柱不但起不到其應(yīng)有的承力作用，而且會適得其反成為房屋結(jié)構(gòu)中的脆弱部位。

（2）構(gòu)造柱多數(shù)在地圈梁中生根，較少另設(shè)基礎(chǔ)的，構(gòu)造柱兼作承重柱使用后，柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎部及局部承壓強度就超過了原設(shè)計的負荷。一旦柱底基礎(chǔ)發(fā)生沖切或局部承壓破壞，便會出現(xiàn)裂縫。因此，重大梁下的柱子應(yīng)按承重柱要求設(shè)計，在梁上荷載和跨度都比較小的情況下，構(gòu)造柱也可布置于梁下，在驗算下墻體的局部承壓和抗彎強度時，不計算構(gòu)造柱作用。經(jīng)過驗算滿足，方可在梁下布置構(gòu)造柱。

3.3承重柱截面高度設(shè)計過小

在六度抗震設(shè)防區(qū)，有的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員存在誤區(qū)，認為六度設(shè)防就是不設(shè)防，為受力分析方便，故意把柱子的截面高度設(shè)計得過小，使梁柱的線剛度比加大。把梁簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種做法降低了結(jié)構(gòu)受力分析的難度，但也給房屋結(jié)構(gòu)帶來了隱患。沒有考慮到梁柱間的剛結(jié)作用，即忽略了柱對梁的約束彎矩，再因為柱截面的配筋都較小，在結(jié)構(gòu)受力時，因為柱頂抗彎強度的不足，將導(dǎo)致柱子在梁底附近將會出現(xiàn)一條或多條水平裂縫，形成塑性餃。在正常使用情況下，柱子就帶餃工作。這將對房屋的耐久性產(chǎn)生不利影響，勢必引起用戶的恐懼心理。這樣的結(jié)構(gòu)抗震性差，一旦遭遇地震，倒塌的可能性極大，這顯然不符合現(xiàn)行抗震規(guī)范中“強柱弱梁”的設(shè)計原則。

3.4在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，注重橫向框架的設(shè)計忽視縱向框架設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求，水平地震作用應(yīng)按兩個主軸方向分別計算，各方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)來自該各方向的地震作用，可大大增強抗效果。因此，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，縱向框架與橫向框架同等重要。如果把縱向框梁按普通連續(xù)梁進行設(shè)計，那么梁柱的節(jié)點和框架中的縱筋、箍筋的配置均無法滿足框架梁、柱的構(gòu)造要求。由于對地震的縱向作用欠缺考慮，在實際設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負筋，跨中縱筋及箍筋的配置均不滿足要求的現(xiàn)象。

另外，還有懸挑梁的截面高度選用過小，連續(xù)梁按單梁進行設(shè)等問題。

4.總結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項全面系統(tǒng)復(fù)雜的綜合性勞動，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要具備扎實的理論知識功底，思維上能靈活創(chuàng)新，態(tài)度上認真負責(zé)。當前，尤其要加強對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的認識與研究，提高業(yè)務(wù)修養(yǎng)，以不斷提升自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，結(jié)合實際勇于創(chuàng)新，設(shè)計出比現(xiàn)階段的其它建筑具有更高的水準、更合理和更經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻：

篇8

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；飛機；結(jié)構(gòu)強度；機電液

1 概述

機械產(chǎn)品設(shè)計是一個近代完善的過程，尤其對機等航空器是集各種先進科技成果于一體的產(chǎn)品，設(shè)計結(jié)果都需要進行反復(fù)多次的地面試驗，才能驗證設(shè)計結(jié)果能否符合要求。在仿真技術(shù)獲得大規(guī)模應(yīng)用之前，大部分試驗都是依靠產(chǎn)品樣機進行的，不僅成本高昂，而且試驗一旦失敗，對后續(xù)設(shè)計將會產(chǎn)生極大影響，無形之中增加研制成本，研制周期也得不到保證，隨著現(xiàn)代計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，在飛機設(shè)計中，越來越多的使用虛擬仿真技術(shù)。在概念設(shè)計階段，仿真技術(shù)可以快速預(yù)測產(chǎn)品強度及性能，是試驗無法取代的。目前，使用較為廣泛的有：結(jié)構(gòu)強度計算，多體動力學(xué)仿真、多學(xué)科多目標結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)外流場分析、非線性有限元分析、疲勞強度分析、電磁仿真分析，機電液聯(lián)合仿真分析。本文著重介紹各個仿真技術(shù)在飛機設(shè)計中的應(yīng)用。

2 仿真技術(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)強度分析

飛機的設(shè)計中，滿足結(jié)構(gòu)強度要求是設(shè)計的首要要求，可以一票否決設(shè)計成果。影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素有材料的種類和性質(zhì)、截面積、形狀等，數(shù)年來，新材料的發(fā)展還不成熟，因此在飛機設(shè)計中應(yīng)用得不多。設(shè)計人員往往通過改變結(jié)構(gòu)的形狀來提高設(shè)計產(chǎn)品的強度，在機械產(chǎn)品的最薄弱部位增加受力面，隨著仿真軟件的發(fā)展，這些已不是困擾設(shè)計員的主要問題，在飛機的零組件設(shè)計中，更為突出的強度問題是無法得到零組件所受真實荷載，有時候設(shè)計員甚至靠估算或放大載荷數(shù)來計算產(chǎn)品的強度，估計結(jié)果不利于產(chǎn)品的輕量化設(shè)計，目前是困擾設(shè)計員強度計算的主要問題，亟待要求更為準確的荷載計算方法。

2.2 多體動力學(xué)仿真

飛機的零組件往往需要運動才能實現(xiàn)飛機的性能，利用多體運動力學(xué)仿真分析軟件對各個機構(gòu)進行運動仿真，得到運動時間、運動周期、運動速度、各個零組件的受力等的參數(shù)，用戶可以用交互圖形環(huán)境和零件庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)和理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。目前多體動力學(xué)仿真在剛體運動機械領(lǐng)域比較成熟，盡管金屬材料的剛度很大，但是剛體分析往往不能反映產(chǎn)品的真實運動規(guī)律，通常情況下，需要把剛體轉(zhuǎn)化成柔性體進行仿真計算。

2.3 多學(xué)科多目標結(jié)構(gòu)優(yōu)化

新的飛機產(chǎn)品涉及的學(xué)科越來越多，科技越來越精尖，使得傳統(tǒng)設(shè)計越來越難滿足新產(chǎn)品的需要，不但浪費大量的材料，而且投入了大量的人力，新的多學(xué)科優(yōu)化的工具，擁有全面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化能力，能為概念設(shè)計和詳細設(shè)計提供豐富的優(yōu)化方法，包括拓撲優(yōu)化、形貌優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化，用來解決懸掛發(fā)射裝置骨架，機構(gòu)等部件的優(yōu)化問題，減輕整體重量，為輕量化設(shè)計提供依據(jù)。

2.4 內(nèi)外流場仿真

目前內(nèi)外流場仿真是飛機設(shè)計必須采用的仿真技術(shù)，內(nèi)流場通常指飛機的負責(zé)管道流動，有液壓、氣壓等，外流場仿真主要指飛機所受氣動載荷，為外形設(shè)計提供參考。內(nèi)流場主要的分析難點在于管道和閥系的精確仿真，無論何種閥系，都涉及到真實閥門動作過程，也就是開啟（關(guān)閉）瞬間的復(fù)雜流場問題，在閥門開啟過程中，流場在不斷的高速變化，是流體分析領(lǐng)域內(nèi)非常難的復(fù)雜流固耦合和動流場網(wǎng)格問題。如果得到精確的結(jié)果，必須不斷對流場進行重新網(wǎng)格劃分。這在傳統(tǒng)流體仿真軟件是非常難和繁瑣的過程，因此，在復(fù)雜的閥系流動仿真的過程中必須引入流體與結(jié)構(gòu)耦合仿真模塊，可以非常方便地處理運動部件與流場的相互耦合作用，得到流場在部件運動過程中的流體特性瞬態(tài)變化規(guī)律。內(nèi)流場另外一個難點在于超高壓流體仿真，在仿真過程中，多數(shù)情況下是不收斂的，需要非常有經(jīng)驗的工程師通過間接方法進行仿真計算。

外流場方面，仿真技術(shù)多采用通用有限元軟件，劃分網(wǎng)格，加邊界條件，在亞音速條件下，仿真計算比較簡單快捷，計算結(jié)果也較準確，但超音速條件下，計算時和內(nèi)流場超高壓計算相似，都存在精度不夠的問題，處理方法同內(nèi)流場。

2.5 非線性仿真分析

飛機的各個零組件等產(chǎn)品在試驗和使用的過程中遇到許許多多靜力學(xué)無法解決的問題，產(chǎn)品的裂紋，齒輪齒牙的脆裂等，這些問題單靠簡單的靜力學(xué)解決手段，智能簡單預(yù)測裂紋寬展和產(chǎn)品壽命，因此必須引入非線性分析來解決接觸、大變形等輔助的結(jié)構(gòu)問題。

2.6 疲勞強度分析

在航空產(chǎn)品需求的大背景下，疲勞分析通常進行耐久性疲勞壽命分析，可用于結(jié)構(gòu)的初始裂紋分析，裂紋擴展分析、應(yīng)力壽命分析、焊接壽命分析、整體壽命預(yù)估、疲勞優(yōu)化設(shè)計、振動疲勞分析、多軸疲勞分析、電焊疲勞分析虛擬應(yīng)變片測量及數(shù)據(jù)采集等；軟件擁有豐富的疲勞斷裂相關(guān)材料庫、疲勞載荷和時間歷程庫等，能夠可視化疲勞分析的各類損傷、壽命結(jié)果。用于主要承力組件的整體壽命預(yù)估、疲勞優(yōu)化設(shè)計等。

2.7 電磁仿真分析

飛機只有結(jié)構(gòu)設(shè)計是不夠的，還有很重要的一部分是電磁伺服控制系統(tǒng)。電磁控制系統(tǒng)是飛機能夠?qū)崿F(xiàn)其功能的關(guān)鍵。往往需要進入電磁仿真分析，主要用來分析電磁作動機的電磁鐵、電磁閥、電磁繼電器、電機、變壓器、傳感器等電磁裝置的靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)特性。直接耦合電磁場分析得到的各種地刺損耗作為熱源，通過熱分析得到電磁設(shè)備的溫升等熱特性，可通過分析設(shè)備在正常運行時對各種參數(shù)變化的敏感度，確保設(shè)計參數(shù)處于制造容差范圍內(nèi)，還可對幾何形狀、材料屬性、激勵源，邊界條件的設(shè)置參數(shù)、工作頻率以及直線或旋轉(zhuǎn)運動位置坐參數(shù)化和優(yōu)化分析，從而選擇最佳設(shè)計方案。

2.8 電液聯(lián)合仿真

一般來講，飛機設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到上述等多個學(xué)科的仿真分析，過去只停留在單元件仿真分析，不能系統(tǒng)聯(lián)合仿真評估的問題。目前，單一學(xué)科的仿真分析，往往不能滿足現(xiàn)代飛機設(shè)計的需要，可以通過機電液聯(lián)合仿真技術(shù)實現(xiàn)對飛機的系統(tǒng)仿真設(shè)計。這種方法需要引入多個仿真分析軟件，相互參考相互印證，主要問題的難點在于軟件間數(shù)據(jù)的傳遞誤差，隨著軟件數(shù)量的增加，傳遞的誤差越來越大，很難保證仿真的橫度，數(shù)據(jù)傳遞誤差是今后仿真工程師應(yīng)該攻克的一大難題。

3 結(jié)束語

仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，對機的設(shè)計要求也越來越高，研究也更加深入具體。仿真技術(shù)在飛機設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展多年來，雖然取得了許多成績，但是在各個學(xué)科及W科間都存在無法攻克的難題，需要仿真工程師進一步研究更精確的仿真技術(shù)。

篇9

[關(guān)鍵詞]建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計；措施

中圖分類號：TH127 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）10-0128-01

1 導(dǎo)言

剪力墻體側(cè)移小、抗側(cè)剛度大、抗震性能良好，越來越引起建筑界的關(guān)注，尤其對于高層住宅、公寓及旅館的設(shè)計，常常運用剪力墻結(jié)構(gòu)有效地將承重墻及分隔墻融為一體，節(jié)省了空間成本及經(jīng)濟成本。建筑設(shè)計是保證建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)較多，需遵循一定的設(shè)計思路，才能夠確保設(shè)計的優(yōu)化及完善，進而才能夠使設(shè)計應(yīng)用的價值得到有效體現(xiàn)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)主要指在房屋建筑中，由一定數(shù)量的構(gòu)件連接成的，且能夠承受一定荷載空間的體系，根據(jù)施工方法的不同，可將建筑結(jié)構(gòu)分為混合結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)。其中，剪力墻在建筑中的主要作用在于承受因風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載，防止建筑結(jié)構(gòu)遭到剪切破壞，可有效保障房屋及構(gòu)筑物的牢固性。具體而言，剪力墻結(jié)構(gòu)就是通過鋼筋混凝土墻板來承受垂直和水平方向力的結(jié)構(gòu)，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，施工單位可將原來建筑物框架中的梁柱替換成鋼筋混凝土墻板，有效承受來自垂直和水平方向的各類荷載，從而對建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平力進行有效控制。簡單地說，剪力墻結(jié)構(gòu)主要是指垂直方向的鋼筋混凝土墻板，建筑物的水平方向依然是用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上的，這種結(jié)構(gòu)形式即為剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計樣式

剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計樣式比較多，近年來，應(yīng)用比較普遍的有壁式框架、整體剪力墻和聯(lián)肢墻：（1）壁式框架。聯(lián)肢墻中，對該樣式剪力墻應(yīng)用比較多，因洞口過大，墻肢剛度不足，而連梁風(fēng)度比較強。該背景下，剪力墻的受力與框架結(jié)構(gòu)類似。但是，它與框架結(jié)構(gòu)中的梁柱仍然存在很大的差別，厚度不足。可在上框剪結(jié)構(gòu)中，單獨設(shè)置壁式框架剪力墻，并采用其他部分墻體作為輔助。該種墻體形式在當前房屋建筑中極具適用性。（2）整體剪力墻。整體剪力墻中的洞口數(shù)量很少，是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵內(nèi)容。具體設(shè)計工作中，可對洞口忽略不計。其在現(xiàn)代建筑工程中不可或缺，主要用以對建筑工程進行有效支撐。（3）聯(lián)肢墻。聯(lián)肢墻上的洞口通常是一排或多排，洞口尺寸很大，連梁是主要的受力承擔(dān)主體。作為特殊剪力墻，其由多組連梁共同連接。而且，相較于連梁，墻肢更具剛度優(yōu)勢。因此，每一個墻肢都有其不可忽略的獨特的作用。

3 優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施

3.1 要重視轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前，居民想要建筑物具有多種多樣的功能，注意現(xiàn)代化的建筑工程在使用方面，下部和上部的機構(gòu)是不相同的，具有很高的綜合功能。在進行優(yōu)化建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)實際的需要進行相應(yīng)的變化，并布置好設(shè)計結(jié)構(gòu)，還要把轉(zhuǎn)換層設(shè)計布置好。重視剪力墻結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計，在進行高位轉(zhuǎn)換時，剪力墻結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因為質(zhì)量和剛度很大的轉(zhuǎn)換層增高，非常有必要調(diào)整好上下的剛度和其本身剛度相近。就轉(zhuǎn)換層自身而言，所需要的剛度和質(zhì)量不要太大，最后，在水平力的作用下，對空間進行準確的研究分析，保證轉(zhuǎn)換層四周的層角位移達到均勻的現(xiàn)象，并檢驗是否均勻。利用轉(zhuǎn)換層這種結(jié)構(gòu)形勢，要選擇重量和剛度都偏小的建筑材料。在具體的計算中，多選擇組合振型數(shù)，經(jīng)過計算，算出結(jié)構(gòu)中相對薄弱的部分，根據(jù)內(nèi)力配置的特點進行研究分析，并合理的調(diào)整相關(guān)配件的配筋，最后改變提高薄弱部分的性能。

3.2 基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計

依據(jù)建筑工程的地質(zhì)和水文狀況，確定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對工藝、技術(shù)、周邊建筑分布狀況等，具備清晰的認識，并對其進行合理規(guī)劃和布局，將基礎(chǔ)方案的效用發(fā)揮到最大。而設(shè)計人員也要在原有基礎(chǔ)上，對其進行修訂和整改。依據(jù)建筑工程的事實背景，在具體標準和規(guī)范框架內(nèi)，確定承重構(gòu)件，并對其進行合理設(shè)置，使建筑主體結(jié)構(gòu)更加安全、可靠。以剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計為例，該過程中，將墻體配筋率作為重點考量內(nèi)容。剪力墻的抗震等級為一、二、三級，豎向和水平分布筋的最小配筋率不能低于0.25%；部分框支剪力墻的底部加強部位實際配筋率需在0.3%及以上。設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，設(shè)計單位要認識到基礎(chǔ)方案的重要性，并對承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計過程進行嚴格控制，采用正確的方式，對相關(guān)標準和工藝參數(shù)進行合理確定和選擇，避免與國家相關(guān)設(shè)計標準存在偏差，使設(shè)計方案更具實用性。

3.3 合理的洞口布置

開展剪力墻體設(shè)計工作前，需要做好計劃，使設(shè)計工作具有目的性。如設(shè)計工作中，有計劃地選擇好洞口位置，可視實際情況而定。將一定數(shù)量的空洞分區(qū)分布在不同的墻段，并預(yù)先做好計劃，做好洞口與洞口之間的連接措施，保證墻體剛度均勻變化。

3.4 合理掌握剪力墻的尺寸及其外形

要想使建筑監(jiān)理墻結(jié)構(gòu)設(shè)計得到有效優(yōu)化，便有必要合理掌握剪力墻的尺寸及其外形。對于不同的墻體結(jié)構(gòu)來說，其設(shè)計也存在差異；所以剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在豎直或水平方向的剛度及其荷載分布均有所差異。為了使剪力墻荷載傳遞要求得到有效滿足，需保證其墻肢截面高度是墻厚的八倍。同時，對于剪力墻結(jié)構(gòu)來說，要想使自身的穩(wěn)定性得到有效保證，便需要優(yōu)化設(shè)計外形，通常選取T形或者L型最好，這兩種外形方案的選擇均能夠減輕墻體的重量，進而使剪力墻結(jié)構(gòu)的外形體積得到有效減小，并使剪力墻側(cè)向剛度的提高得到有效促進，此外還能夠在一定程度上使建筑工程項目的成本得到控制。此外，在剪力墻結(jié)構(gòu)使用過程當中，需保證剪力墻2個方向中至少有一個與標準相符，且另一個不宜偏短，誤差值控制在1m內(nèi)，這樣才能夠使配筋問題得到有效避免。

3.5 確定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和計算方法

科學(xué)合理的設(shè)計方案是剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)和保障，其不僅關(guān)系到建筑工程的整體性能，而且直接關(guān)乎建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。當剪力墻結(jié)構(gòu)為受彎狀態(tài)，其具備較好的延性。因此，剪力墻一般為高細樣式，假使其過長，很容易形成低寬剪力墻。因剪力墻呈現(xiàn)出脆性特征，其抗震性很容易被削弱。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，切忌盲目，要以精準的計算為基礎(chǔ)。當前，我國剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，多采用計算機執(zhí)行設(shè)計工作。但是部分計算內(nèi)容，仍然需要依靠人工執(zhí)行。設(shè)計人員除了采用計算機，實現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)計算之外，更要依據(jù)自身的專業(yè)構(gòu)成及工作經(jīng)驗，對具體設(shè)計過程進行有效判定，提高設(shè)計質(zhì)量，將設(shè)計過程中的偏差降到最低。而構(gòu)件計算過程中，要通過結(jié)構(gòu)試驗，使計算結(jié)果更加準確，從根本上消除誤差。

結(jié)束語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中運用愈來愈廣，也占據(jù)著愈來愈重要的地位。設(shè)計單位和施工單位要依據(jù)建筑工程背景及實際設(shè)計要求，認識到剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要性，優(yōu)選科學(xué)的設(shè)計方案，所以，需要建筑工程的相關(guān)設(shè)計人員熟悉的掌握剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并根據(jù)實踐的經(jīng)驗，不斷的創(chuàng)新，提出新的優(yōu)化措施設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)，進而提高我國建筑工程的整體水平。

參考文獻

[1] 趙宇.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].科技傳播，2012（09）：08.

篇10

[關(guān)鍵詞] 高層住宅；結(jié)構(gòu)選型；優(yōu)化設(shè)計；抗震性能；注意要點

中圖分類號：TU241.8 文獻標識碼：A 文章編號：

1 概述

某高層住宅小區(qū)樓盤，共30萬m²，屬于一級工程。2010年設(shè)計，共有20棟高層住宅主樓，有18層~32層。人、車完全分流，地下車庫為1層連通的，并有設(shè)備用房和部分設(shè)有人防地下室。

本人獨立完成了里面8棟住宅，為剪力墻結(jié)構(gòu)或框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)選取已建的其中一棟26層的典型高層住宅設(shè)計實例。分別闡述其結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計要點、優(yōu)化設(shè)計措施、注意要點。選取的一棟高層26層，位于7度區(qū)，建筑高度為79.5m，地下室深5.4m。首層層高4.5m，其它層高3.0m，每層均為住宅。

2 結(jié)構(gòu)體系選型及布置要點

由于剪力墻具有自身平面內(nèi)的剛度大、強度高、整體性好，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，抗震性能較強。在地震區(qū)15層以上的高層建筑中采用剪力墻是經(jīng)濟的。剪力墻布置要點：

（1） 剪力墻應(yīng)遵循對稱、均勻、周邊、拐角等,強周邊弱中部原則進行合理布置；

（2） 100m以下的高層住宅一般剪力墻的墻肢長度：墻厚=8:1~10:1左右即可；

（3） 為了保證剪力墻的延性，較長剪力墻宜開洞，將其分成長度均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接。墻肢截面高度不宜大于8m；。

（4） 盡量采用少量短肢，一字型剪力墻。宜沿主軸方向或其他方向雙向布置；

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

根據(jù)此工程的建筑高度和使用功能，故采用剪力墻結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟且抗震性能好的。由于地下室地下車庫的車道有穿過高層主樓底部，少量剪力墻的墻肢長度受到了限制，這不影響剪力墻的優(yōu)越性。

在滿足地下車庫車道功能的前提下，對落地剪力墻盡量進行大開間布置，主樓標準層結(jié)構(gòu)如圖1所示的剪力墻結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。

建筑平面呈細腰型，按抗震規(guī)范應(yīng)判斷為“平面一般不規(guī)則”結(jié)構(gòu)，占有兩項平面不規(guī)則指標，因此應(yīng)嚴格控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則指標，避免其成為復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)。對樓面剛度最薄弱部位的樓、電梯井“細腰”周圍（圖1陰影部分）均設(shè)置了局部150mm厚樓板，雙層雙向拉通鋼筋予以加強；對少量墻肢長度受到限制的短肢剪力墻（墻肢長度：墻厚

整體計算的結(jié)構(gòu)振動特性及抗震性能的指標見表1,2。各指標滿足高規(guī)及抗震規(guī)范。地震作用下最大層間位移角為1/1221(X向)，1/1406（Y向），均小于高規(guī)的限值1/1000。

表1 結(jié)構(gòu)振動特性指標（取前三個周期）

表2 結(jié)構(gòu)抗震性能指標

4 優(yōu)化設(shè)計措施

（1）減輕荷載：外墻及分戶墻采用200mm 厚蒸壓加氣混凝土砌塊，內(nèi)墻采用100mm厚蒸壓加氣混凝土砌塊；控制樓面裝修荷載；

（2）控制樓板厚度，減輕自重。

（3）在施工條件允許范圍內(nèi)提高剪力墻及柱的混凝土強度，可以減小截面尺寸。

（4）盡量采用新工藝，新材料。本工程主筋采用Ⅱ及鋼，fy=300KN/㎡。板筋采用冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng)，fy=360KN/㎡。實際工程中，如果條件允許梁鋼筋可以使用新Ⅲ級鋼，強度fy=360KN/㎡，這樣可以減少梁鋼筋量。

（5）優(yōu)化平面布置，優(yōu)化構(gòu)造大樣，盡量減少次要構(gòu)件的鋼筋用量。

本工程的預(yù)期用鋼量60~65kg/㎡,實際0.00標高以上用鋼量57.5kg/㎡，較滿意。

因此對于層數(shù)高于15層高度小于100m的住宅，可采用本例的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并應(yīng)對剪力墻進行合理布置及延性設(shè)計，使剪力墻的用鋼量更省。

5 設(shè)計注意要點

1. 剪力墻在自身平面外的穩(wěn)定性是剪力墻設(shè)計中的重要問題之一，也是結(jié)構(gòu)工程師難以準確理解和掌握的設(shè)計問題之一。在設(shè)計中，邊界條件規(guī)則的剪力墻穩(wěn)定性驗算，一般可由結(jié)構(gòu)計算程序完成，對于邊界不規(guī)則的剪力墻，則主要依靠結(jié)構(gòu)工程師從概念上采取措施加強其穩(wěn)定性，并根據(jù)實際情況進行穩(wěn)定性計算?，F(xiàn)列舉剪力墻平面外穩(wěn)定性計算注意要點：

（1）一般剪力墻厚度的確定是根據(jù)高規(guī)規(guī)范7.2.2條1~3條確定，有時受建筑的影響當墻厚不能滿足本條1、2、3款時，應(yīng)按本規(guī)程的附錄D計算墻體穩(wěn)定性。但有時實際剪力墻與附錄D計算墻體穩(wěn)定性存在差異。如對于跨層剪力墻，h應(yīng)取墻所跨樓層的層高之和；

（2）對于一字形剪力墻，不管墻高和墻長的相對大小如何，墻厚總是應(yīng)按高厚比限值確定，墻計算長度總等于墻高；

（3）當在室內(nèi)地面處不做結(jié)構(gòu)板時，剪力墻缺乏有效的面外支撐，剪力墻應(yīng)按面外跨層考慮。墻高應(yīng)取所跨層數(shù)的層高之和。

（4）在結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，樓梯間是便于布置剪力墻的部位。有時樓梯邊某些樓層開洞，沒有樓板支撐，其穩(wěn)定性很難保證。設(shè)計中，可將兩側(cè)斜梯板的水平分部筋按受拉筋的要求錨入墻內(nèi)，利用斜梯板對墻提供支撐。

(5)高層建筑電梯間布置，如圖1墻1一側(cè)為室外，有時是三個電梯井墻比較長比較高時，若墻1室外沒有樓板支撐，這時我們要注意墻的穩(wěn)定性。電梯井分隔處最好采用剪力墻，這樣墻的穩(wěn)定性容易保證。

2. 剪力墻本身延性好，但短肢和一字剪力墻抗震性能差，故應(yīng)按高規(guī)進行加強；

3. 注意剪力墻的延性設(shè)計：(1)強墻肢，弱連梁；(2)強剪弱彎；（3）限制剪壓比；（4）限制墻肢軸壓比。

4. 對于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的高層結(jié)構(gòu)，應(yīng)重視調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，隨著扭轉(zhuǎn)變形不規(guī)則指標突破程度的增大，地震作用下層間最大水平位移角限制應(yīng)適當?shù)募訃溃詼p小扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的不利影響，保證結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的抗震性能。

6結(jié)論

在滿足建筑功能的前提下，對高層住宅進行適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)選型是非常重要的。在不降低結(jié)構(gòu)安全度的前提下，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化也是很有必要的。實踐表明，15層以上100m以下的高層采用剪力墻或框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震性能好。在各國的歷次震害中，剪力墻震害很少發(fā)生。地震區(qū)剪力墻除保證有足夠的承載力外，還要保證有足夠的延性，以提高整個結(jié)構(gòu)的耗能能力，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。

在建筑設(shè)計初期，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員就應(yīng)該與建造師密切配合，根據(jù)結(jié)構(gòu)概念知識初步確定剪力墻布置，調(diào)整整體建筑方案中不合理的體系與布局，避免不規(guī)則或嚴重不規(guī)則平、立面布置。結(jié)構(gòu)優(yōu)化往往是各專業(yè)密切配合、充分溝通、并綜合各方面要求，經(jīng)方案比較后形成一個優(yōu)化的結(jié)構(gòu)布置。一個好的優(yōu)化布置對結(jié)構(gòu)造價起決定作用，在加上后期的精心設(shè)計即可得到一個較優(yōu)秀的設(shè)計方案。

結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該在確保結(jié)構(gòu)安全和滿足建筑使用功能的前提下，將有限的材料和資源用到充分發(fā)揮作用關(guān)鍵部位，在不降低安全度的情況下優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，做到技術(shù)可行，施工可行，經(jīng)濟合理。

參考文獻