工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)精選(九篇)
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第1篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì);實(shí)踐
中圖分類(lèi)號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目，工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式以及結(jié)構(gòu)細(xì)部等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候還必須考慮到相應(yīng)的布置、選型、造價(jià)以及受力等方面的問(wèn)題，然后根據(jù)工程的實(shí)際情況并結(jié)合建筑物的經(jīng)濟(jì)性要求，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 為了適應(yīng)時(shí)展的要求，建筑的結(jié)構(gòu)形式必須不斷的進(jìn)行創(chuàng)新。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，要在確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)更合理、更經(jīng)濟(jì)、更能體現(xiàn)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義
對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化，在對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義重大，不僅能夠滿(mǎn)足了建筑的實(shí)用與美觀，而且還可以有效地對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制。對(duì)于建筑商來(lái)說(shuō)，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)能夠降低整個(gè)建筑工程造價(jià)10%～40％。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個(gè)單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對(duì)材料的性能進(jìn)行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟
2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型
在我們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)候，可以分成三步進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。下面將對(duì)每一步驟進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1.1 要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理的選擇
通常在對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，我們把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2 和結(jié)構(gòu)的造價(jià)C1）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿(mǎn)足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來(lái)表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量均大大減小。
2.1.2 對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，我們還必須尋找一組能夠滿(mǎn)足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋面積以及相應(yīng)的失效概率的函數(shù)，使得工程造價(jià)最少。 針對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)都有條件和相對(duì)的，即為“最滿(mǎn)意解”而不是最優(yōu)解。
2.1.3 對(duì)約束條件進(jìn)行確定
對(duì)于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)說(shuō)，必須在確保結(jié)構(gòu)整體可靠的基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們必須對(duì)目標(biāo)約束條件與實(shí)際的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的比較與分析，確保每個(gè)約束條件都必須滿(mǎn)足相應(yīng)的要求，化繁為簡(jiǎn)，抓大放小，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。
2.2 對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)定
根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有多約束且非線(xiàn)性的優(yōu)化問(wèn)題以及復(fù)雜的多變量，在進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算中，一般把有約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法有拉格朗日乘子法、復(fù)合形法、準(zhǔn)則法以及Powell（鮑威爾） 法等基于不同理論準(zhǔn)側(cè)的計(jì)算方法。
2.3 進(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計(jì)
針對(duì)具體的工程設(shè)計(jì)，我們可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求選擇有限元分析軟件或者設(shè)計(jì)配筋軟件，可以選擇針對(duì)具體構(gòu)件進(jìn)行有限元分析或者是針對(duì)整體結(jié)構(gòu)實(shí)際工程計(jì)算分析。針對(duì)復(fù)雜的超高超限的工程可以進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的不同目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體可選用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)MCADS。
2.3 結(jié)果分析
我們必須對(duì)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行必要的分析比較，選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中，我們對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題必須全方位、多角度的考慮。例如，鋼結(jié)構(gòu)滿(mǎn)應(yīng)力設(shè)計(jì)中病態(tài)桿的出現(xiàn)等。這一步驟在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計(jì)方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實(shí)用性，還能夠?qū)κ┕ぶ械馁Y金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性要求，而忽略技術(shù)要求，是不正確的；同樣只考慮技術(shù)要求，忽略經(jīng)濟(jì)性要求，也是不合理的。我們必須在滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的前提下，區(qū)分“應(yīng)”和“宜”，對(duì)兩者進(jìn)行合理的配置，才能達(dá)到相關(guān)要求。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用
當(dāng)下，限額設(shè)計(jì)已經(jīng)成為常態(tài)，建設(shè)商經(jīng)常附加各種各樣的設(shè)計(jì)條件，對(duì)于這樣的項(xiàng)目我們可以從前期設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)、舊房改造以及抗震設(shè)計(jì)等方面采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法來(lái)節(jié)約造價(jià)。下面對(duì)實(shí)踐應(yīng)用中的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明：
3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與
前期方案直接會(huì)影響到工程的造價(jià)，然而很多建筑物的設(shè)計(jì)往往忽略了這一點(diǎn)。項(xiàng)目立項(xiàng)后，結(jié)構(gòu)師應(yīng)該及時(shí)跟進(jìn)，對(duì)建筑方案提出合理的指導(dǎo)意見(jiàn)，避免出現(xiàn)超限、超規(guī)范的情況，前期參與能夠讓我選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以及合理的設(shè)計(jì)方案，節(jié)約造價(jià)占50%以上。
3.2 概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
在沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況下，我們可以使用概念設(shè)計(jì)。例如，對(duì)地震的烈度進(jìn)行設(shè)防時(shí)，由于它存在這不確定的因素，所以我們無(wú)法找到與實(shí)際相符合的計(jì)算式，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候我們可以使用概念設(shè)計(jì)的方法，把相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)的依據(jù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，從而達(dá)到最佳的效果。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，物盡其材。例如，豎向柱構(gòu)件采用高強(qiáng)度混凝土能夠有效減少柱子截面，而對(duì)于水平構(gòu)件來(lái)說(shuō)就可以降低混凝土標(biāo)號(hào)，這樣既可以達(dá)到受力要求，又可以節(jié)約成本。后期的優(yōu)化設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)能節(jié)約一定的經(jīng)濟(jì)成本。此階段通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)能節(jié)約造價(jià)10%以上。
3.3 下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化
基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)尤為重要，基礎(chǔ)造價(jià)能占到結(jié)構(gòu)成本的30%左右，在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，我們必須選取合適的基礎(chǔ)方案，確定合理的持力層，盡量選擇天然地基，樁基能不用則不用，可以有效降低成本、節(jié)約工期。如果不可避免的采用樁基，需根據(jù)樁端持力層的厚度選擇合理的樁長(zhǎng)，并根據(jù)土層情況確定是否采用后壓漿灌注樁；而對(duì)于管樁，同樣直徑可以考慮選用方樁，能夠提高20%的摩擦力。通過(guò)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的分析比較，然后選取最佳的設(shè)計(jì)方案。
4 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于住宅建筑，目前限額設(shè)計(jì)已經(jīng)成為常態(tài)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足建設(shè)商的要求，在目前的設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為無(wú)法回避的問(wèn)題。通過(guò)選擇合理的結(jié)構(gòu)體系以及基礎(chǔ)方案，充分利用材料強(qiáng)度，降低自重，活學(xué)活用規(guī)范做到精細(xì)化設(shè)計(jì)能夠節(jié)約可觀的工程造價(jià)，適應(yīng)建設(shè)綠色可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008：34-36.
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第2篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：鋼筋砼建筑；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；工程造價(jià)；策略
中圖分類(lèi)號(hào)：TU723文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言
建筑物的結(jié)構(gòu)好比人體的骨架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到建筑物建設(shè)的難易程度和使用的舒適、安全程度，由于整個(gè)建筑施工需要遵照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行，因此，設(shè)計(jì)人員通過(guò)科學(xué)合理地利用各項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，能夠在很大程度上減少工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段與經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)結(jié)合，最大程度控制合理的建筑成本。
1.工程造價(jià)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1工程造價(jià)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的含義
工程造價(jià)是包括投資設(shè)計(jì)、施工圖預(yù)算、方案修正、工程竣工決算等在內(nèi)的工程建設(shè)花費(fèi)的全部費(fèi)用。從工程決策、設(shè)計(jì)施工到最終工程驗(yàn)收，不同階段的工程造價(jià)及影響關(guān)系存在差異，研究表明決策階段對(duì)工程造價(jià)的影響居于首位，而設(shè)計(jì)階段的影響程度可達(dá)到75%，其中，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，能夠?qū)⒐こ淘靸r(jià)降低10%到20%，因此，對(duì)于鋼筋砼建筑來(lái)說(shuō)，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制工程造價(jià)是十分必要的。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)建筑的重要性，建筑所在區(qū)域的地震情況，建筑本身的規(guī)模和性質(zhì)來(lái)確定建筑的結(jié)構(gòu)形式，從而構(gòu)筑受力構(gòu)件和承重體系的一個(gè)過(guò)程，從階段劃分來(lái)說(shuō)，它可以分為結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。從整個(gè)建筑施工過(guò)程來(lái)看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程造價(jià)控制方面至關(guān)重要。
1.2工程造價(jià)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系
工程造價(jià)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下幾方面，就設(shè)計(jì)階段的工程造價(jià)而言，它只占據(jù)整個(gè)工程極小的一部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要通過(guò)影響建筑施工決策來(lái)影響工程造價(jià)，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)方案的確定和施工材料的選擇是決定性的，這就對(duì)決策階段產(chǎn)生了巨大影響。同時(shí)，設(shè)計(jì)的質(zhì)量好壞直接關(guān)乎建筑投資，由于設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的建筑事故在眾類(lèi)事故中占據(jù)將近四成的比例，不合理的建筑設(shè)計(jì)往往導(dǎo)致施工過(guò)程中返工甚至停工現(xiàn)象，對(duì)于投資方而言，需要投入更大的施工人力和物力，造成資源的浪費(fèi)和工程造價(jià)的攀升。建筑在投入使用后，由于照明、取暖、供水等產(chǎn)生的能源消耗情況與建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)程度關(guān)系密切，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效地節(jié)約資源，降低建筑使用費(fèi)用。
2.鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
鋼筋混凝土建筑設(shè)計(jì)費(fèi)用一般不超過(guò)總成本的1%，一旦投資方案確定之后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)工程造價(jià)的影響將達(dá)到70%以上。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)由于設(shè)計(jì)人員業(yè)務(wù)能力和經(jīng)濟(jì)意識(shí)的差別，使結(jié)果很難達(dá)到科學(xué)合理的程度。開(kāi)展不同形式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是必要之舉。
2.1抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
抗震結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代鋼筋混凝土建筑普遍考慮和實(shí)施的一種結(jié)構(gòu)，尤其對(duì)于地震頻發(fā)地區(qū)而言，抗震結(jié)構(gòu)是有效地保證建筑物穩(wěn)定性和使用安全性的重要舉措。在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)社會(huì)，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的原則，在抗震結(jié)構(gòu)能夠最大限度保護(hù)建筑的前提之下，合理選擇設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行材料選取，貫徹經(jīng)濟(jì)節(jié)約的方針。因此，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，掌握建筑所在地區(qū)地震情況顯得尤為重要。具體方案確定時(shí)，需要根據(jù)地區(qū)至今發(fā)生的最大地震震級(jí)及地震數(shù)量，預(yù)測(cè)未來(lái)可能發(fā)生的地震情況，參考已發(fā)生地震引發(fā)的建筑坍塌事故數(shù)據(jù)，合理有效地配置建筑資源，優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制工期成本。
2.2結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的優(yōu)化
結(jié)構(gòu)計(jì)算方法優(yōu)化是鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵，過(guò)去的設(shè)計(jì)中，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用軟件供設(shè)計(jì)師進(jìn)行精確的計(jì)算，更多的是通過(guò)人為的估計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件截面尺寸做必要的假設(shè)，然后通過(guò)計(jì)算分析與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗(yàn)，這種人為地假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)主義估計(jì)有時(shí)并不準(zhǔn)確，大大降低了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。為了改變這種被動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，首先需要通過(guò)確定經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，柱網(wǎng)尺寸和剪力墻布置優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系的選擇；其次，在上述基礎(chǔ)之上，考慮經(jīng)濟(jì)可行性，選取科學(xué)合理的構(gòu)件截面尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋強(qiáng)度等級(jí)和配筋量。
優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立在初始假設(shè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)多次分析和調(diào)整，針對(duì)不同構(gòu)件布置方式和截面尺寸計(jì)算配筋量，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，最終確定最優(yōu)設(shè)計(jì)。以懸臂梁為例，針對(duì)跨度較大的情況，可選擇在跨中切斷（角筋除外），達(dá)到節(jié)省鋼筋方便施工的目的。
2.3選用高性?xún)r(jià)比的材料
鋼筋的選取應(yīng)以高強(qiáng)度、延展性、可焊性、機(jī)械連接性?xún)?yōu)異的鋼筋為原則，這類(lèi)鋼筋性能優(yōu)良，可以有效減小構(gòu)件截面面積，降低鋼材的使用量，從而減少工程成本，獲得最為直接的經(jīng)濟(jì)效益。以HRB400、HRB500為代表的熱軋帶肋鋼筋是目前市面上選用最多的類(lèi)型，并逐步代替了傳統(tǒng)的HRB335系列。當(dāng)然，針對(duì)不同的建筑工程需求，還需要進(jìn)行性能比對(duì)，選取最優(yōu)的材料配比，例如從強(qiáng)度控制角度，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度大于C30時(shí)，HRB400系列的鋼筋用鋼量將比HPB235系列減少20%之多，當(dāng)混凝土強(qiáng)度小于C30時(shí)，兩者的用鋼量相當(dāng)，但HPB235的價(jià)格更為低廉，此時(shí)應(yīng)選擇后者。
近年來(lái)，隨著建筑領(lǐng)域的繁榮，混凝土材料朝著高強(qiáng)度的方向發(fā)展。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架柱與剪力墻的軸壓需要滿(mǎn)足一定的比例關(guān)系，同時(shí)框架柱截面不能過(guò)大，對(duì)于此種設(shè)計(jì)要求，一般選用市面上強(qiáng)度大、變形小、耐久性好的現(xiàn)代高強(qiáng)度混凝土，研究表明，混凝土材料的強(qiáng)度由C30升至C60時(shí)，對(duì)受壓構(gòu)件而言可以節(jié)省30%至40%的混凝土，因此，選用高強(qiáng)度混凝土對(duì)于節(jié)約原料，降低工程造價(jià)具有非常重要的意義。但是對(duì)梁柱而言，混凝土的強(qiáng)度對(duì)其承載力的影響不大，樓板在混凝土強(qiáng)度增大之后會(huì)增加開(kāi)裂的幾率，因此，對(duì)于這兩者來(lái)說(shuō)，選用低強(qiáng)度的混凝土為最佳，同時(shí)也符合經(jīng)濟(jì)性原則。
2.4結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化
鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化要具有全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光，針對(duì)不同用途的建筑和局部結(jié)構(gòu)要根據(jù)將來(lái)的施工和潛在使用狀況，完善結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算分析。對(duì)于毛坯房而言，各個(gè)功能空間的結(jié)構(gòu)參數(shù)在設(shè)計(jì)安排上要經(jīng)得起二次裝修荷載；對(duì)于墻體而言，鋼筋混凝土梁板、混凝土墻柱、開(kāi)洞情況是需要重點(diǎn)考慮的因素，在進(jìn)行實(shí)際墻體高度和長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)扣除上述結(jié)構(gòu)的空間，獲得墻體荷載的準(zhǔn)確值。除此之外還需考慮的參數(shù)包括風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、抗震設(shè)防烈度等。
2.5合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)
構(gòu)造設(shè)計(jì)可以理解為構(gòu)造計(jì)算的補(bǔ)充，下面通過(guò)幾個(gè)例子說(shuō)明問(wèn)題：
（1）對(duì)于框架梁而言，存在箍筋加密的問(wèn)題，但對(duì)于普通梁而言，它的一側(cè)搭在剪力墻上，另一側(cè)搭在梁上，它的作用僅僅是支撐樓板，并不像框架梁那樣耗能，因此不需要進(jìn)行箍筋加密；
（2）當(dāng)主梁的上方放置了次梁或者主梁上部起柱，此時(shí)在主梁上無(wú)需安裝橫向鋼筋，但是梁的下部和由于集中承受了大部分荷載，需要預(yù)先安置橫向鋼筋，必要時(shí)可加設(shè)吊筋；
（3）短肢剪力墻的存在會(huì)影響建筑整體的抗震性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)只需將短肢剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)即可。
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效降低建筑材料的過(guò)于消耗和浪費(fèi)，合理配置建筑資源，科學(xué)地安排人力和選擇施工技術(shù)，在保證工程順利實(shí)施的同時(shí)，降低了工程成本，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。但目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，對(duì)于結(jié)構(gòu)計(jì)算的相應(yīng)軟件發(fā)展仍處于不成熟階段，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前建設(shè)的需要，不斷提升科學(xué)技術(shù)水平是解決當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短板的必由之路，只有通過(guò)不斷地實(shí)踐，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重視程度，才能進(jìn)一步推動(dòng)建筑行業(yè)繁榮發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[2]孫潔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討，安徽建筑，2010.10
第3篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
（西安思源學(xué)院，西安710038）
摘要院建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的優(yōu)劣不僅關(guān)系著土木工程的可靠性和安全性，更關(guān)系著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的工作，要綜合考慮多方面的因素，如土木工程的美觀性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)方案的可行性和合理性等，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。
關(guān)鍵詞 院土木工程；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；問(wèn)題
中圖分類(lèi)號(hào)院TU-02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼院A 文章編號(hào)院1006-4311（2015）27-0076-02
0 引言
隨著城市化進(jìn)程的加速，高層建筑迅猛增加，建筑物的商品化形勢(shì)也逐漸加劇，一些房地產(chǎn)的投資商更關(guān)注利潤(rùn)問(wèn)題，例如為了實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的最大化，要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和規(guī)劃。在這個(gè)過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)比較多種方案，從而保證建筑結(jié)構(gòu)形式更加安全與合理。建筑設(shè)計(jì)形式應(yīng)不斷進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的改進(jìn)之后，使其能夠具有經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性的特點(diǎn)。在實(shí)際施工中，要較好地限制設(shè)計(jì)的實(shí)施情況和建筑施工情況。相關(guān)人員應(yīng)合理控制施工進(jìn)度，但是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題并沒(méi)有得到人們的廣泛關(guān)注，缺乏有效的理論分析，建筑設(shè)計(jì)沒(méi)有被大部分工人掌握。有些設(shè)計(jì)人員擔(dān)心這種設(shè)計(jì)降低結(jié)構(gòu)的安全度；另外，目前國(guó)家規(guī)定的設(shè)計(jì)費(fèi)取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是以造價(jià)為基準(zhǔn)的，這也讓設(shè)計(jì)人員失去結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主動(dòng)性。因此，為了減少工程造價(jià)的成本，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)分析，重視其實(shí)施效果，始終堅(jiān)持技術(shù)與經(jīng)營(yíng)效益相結(jié)合的理論手段，做好合理的規(guī)劃，創(chuàng)造出最大的社會(huì)效益。本文以某辦公樓為背景，對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的整體穩(wěn)定性在現(xiàn)在的土木工程中，高層建筑是非常多的。但是在高層建筑的施工中抗震的實(shí)施是一項(xiàng)必須的工作。那么，在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)其寬度參數(shù)的研究是非常重要的，同時(shí)也是保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在這一內(nèi)容上要特別注意基礎(chǔ)的深埋程度，在一些建筑物的主樓和裙樓之間，如果用變形縫分開(kāi)就會(huì)導(dǎo)致主樓的基礎(chǔ)深埋度不夠高，這樣在發(fā)生地震的時(shí)候，建筑物就會(huì)產(chǎn)生整體滑移的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)整體性的傾覆。
1.2 樓層平面剛度的問(wèn)題建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其如果出現(xiàn)了缺乏結(jié)構(gòu)布置必要措施和基本結(jié)構(gòu)概念的情況時(shí)，就會(huì)采用樓板變形的計(jì)算程序來(lái)對(duì)樓層的平面剛度進(jìn)行計(jì)算。雖然從力學(xué)模型上來(lái)講，此程序是成立的，但是在去頂樓板變形程度時(shí)，其計(jì)算的準(zhǔn)確性卻存在著一定的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，此問(wèn)題的出現(xiàn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中某些部位或構(gòu)建在安全儲(chǔ)備上過(guò)大的情況有一定的關(guān)系。在對(duì)這一問(wèn)題的解決上，為了使程序的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際中的真實(shí)受力情況不會(huì)出現(xiàn)根本性的誤差，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以通過(guò)將樓層設(shè)計(jì)成剛性的露面來(lái)進(jìn)行。
1.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全問(wèn)題建筑事故的產(chǎn)生和建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否有著直接性的聯(lián)系，也是建筑設(shè)計(jì)一直在重視的問(wèn)題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)盲目加大構(gòu)建截面、增加鋼量的現(xiàn)象，其不僅會(huì)造成很大的浪費(fèi)現(xiàn)象，還嚴(yán)重的威脅著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。雖然我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)上所設(shè)定的安全貯備是比較低的，但是從部分工程的材料用料上來(lái)說(shuō)，其卻高于國(guó)外的同類(lèi)工程。從我國(guó)土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法上來(lái)看，自上世紀(jì)的50 年代開(kāi)始，在建筑中所使用的混凝土強(qiáng)度就比較低，施工的手段也比較落后，以此就導(dǎo)致著建筑安全施工不斷的發(fā)生。從我國(guó)以前的很多建筑物上來(lái)看，自唐山大地震到汶川地震，其都經(jīng)過(guò)了相關(guān)的考驗(yàn)，這就說(shuō)明了建筑安全事故的產(chǎn)生和建筑結(jié)構(gòu)的安全性是沒(méi)有必然的聯(lián)系的。
2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化案例
2.1 案例概況本工程為一幢28 層（地上27 層，地下1 層）的高層建筑，總建筑高度82.6m，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《抗規(guī)》）GB50011-2010 中表6.1.2，抗震墻結(jié)構(gòu)高度小于80m 時(shí)，抗震等級(jí)為四級(jí)，大于80m 時(shí)，抗震等級(jí)為三級(jí)，確定為27 層的設(shè)計(jì)方案，其中地上26層，地下1 層。總建筑面積達(dá)到10138.19m2，高度達(dá)79.60m。
2.2 計(jì)算參數(shù)的確定及計(jì)算軟件的選取
2.2.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)本工程的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 年，使用年限為50 年，安全等級(jí)則為二級(jí)，地基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。該建筑工程抗震設(shè)防烈度為6 度，地震分組是第一組，設(shè)計(jì)的基本地震加速度選取0.05g，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別是丙類(lèi)，場(chǎng)地類(lèi)別芋類(lèi)，抗震構(gòu)造措施四級(jí)。工程場(chǎng)地的特征周期Tg=0.45s，水平地震影響系數(shù)的最大值琢max=0.04。工程所在地區(qū)基本風(fēng)壓為0.45kN/m2，地面粗糙為B 類(lèi)，風(fēng)壓的體形系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)以及風(fēng)振系數(shù)都按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001（2006 版）的規(guī)定來(lái)確定，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行取值。
2.2.2 計(jì)算軟件在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，主要采用了PKPM軟件，在高層建筑中應(yīng)用這種軟件，能夠較好對(duì)有限元和計(jì)算軟件進(jìn)行分析，更好地對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)，從相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，這種結(jié)構(gòu)能夠有助于單元的較好劃分。在這個(gè)過(guò)程中，相關(guān)人員要總結(jié)不同洞口的排布方式，使建筑物結(jié)構(gòu)各部位的受力情況得到有效的計(jì)算。
2.3 計(jì)算分析與多層建筑相比，高層建筑更容易受到多因素的影響，例如地震、風(fēng)力，都會(huì)在一定程度上影響建筑設(shè)計(jì)的實(shí)施情況。如果施工建筑中，結(jié)構(gòu)位移的變化較大，就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、產(chǎn)生裂縫，降低了建筑物的整體舒適度，嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致建筑物的結(jié)構(gòu)損壞。在建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)內(nèi)容，從實(shí)際情況來(lái)看，剪力墻的數(shù)據(jù)越多，其能夠抵抗側(cè)力的剛性就越大，這種會(huì)影響相關(guān)人員對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》）可知，高度小于150m 的剪力墻結(jié)構(gòu)樓層層間最大位移與層高之比的限制為1/1000。設(shè)計(jì)時(shí)可以1/1050耀1/2000 作為層間位移比的目標(biāo)限值，在保證建筑物安全富余的前提下減少不必要的剪力墻墻體，從而從整體上節(jié)約造價(jià)。根據(jù)計(jì)算分析，本工程樓層最大位移：X 方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大層間位移角：1/1565；Y方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大值層間位移角：1/1274，滿(mǎn)足位移角限值且合理的控制了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度。
《抗規(guī)》3.4.2 規(guī)定：建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對(duì)抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響，宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體。建筑的平面布置制約著剪力墻的布置，若建筑平面比較規(guī)則、凹凸少則用鋼量少，反之則較多，平面形狀是否規(guī)則不僅決定了用鋼量的多少，還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行分析，例如平面寬度和長(zhǎng)度都比較大的建筑物，其在兩軸方向動(dòng)力特性相差比較遠(yuǎn)，所以在水平力的作用下，構(gòu)件的受力情況不均勻性會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，增加單位面積用鋼量。根據(jù)《抗規(guī)》3.4.3-1 中扭轉(zhuǎn)不規(guī)則規(guī)定：在規(guī)范水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移大于該樓層兩端彈性水平位移平均值的1.2 倍為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。在本工程中，根據(jù)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)分析，X 與Y 方向的最大層間位移與平均層間位移的比值均小于1.2，限制樓層位移比，關(guān)注的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承受的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。《高規(guī)》3.4.5 規(guī)定結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt 與平動(dòng)為主的第一自振周期T1 之比，A 級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9。本工程前三階振型周期表如表1 所示，以平動(dòng)為主第一自振周期T1=2.8134，以扭轉(zhuǎn)為主第一自振周期Tt=1.9668，Tt/T1=0.6990約0.9，限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的比值，其目的是確保結(jié)構(gòu)有一定的扭轉(zhuǎn)能力，使結(jié)構(gòu)具備必要的抗扭剛度。
《高規(guī)》7.1.8 規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)全部采用為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)?！陡咭?guī)》7.2.2 條，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1；除底部加強(qiáng)部位外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一、二、三級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4、1.2和1.1；短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)區(qū)部位一、二級(jí)不宜小于1.2%，三、四級(jí)不宜小于1.0%；其他部位一、二級(jí)不宜小于1.0%，三、四級(jí)不宜小于0.8%。以上要求加大了剪力墻的截面厚度及配筋率，不僅抗震性能較差，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不好（圖1 所示）。該工程剪力墻布置如圖2 所示，所有剪力墻均未使用短肢剪力墻，相關(guān)人員要了解剪力墻的容量，然后將其設(shè)計(jì)成L 的形狀或是T 型的形狀，從而保障剪力墻的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過(guò)程中，相關(guān)人員要做好側(cè)向的剛度測(cè)量，確保建筑設(shè)計(jì)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的本身指標(biāo)，在一定程度上降低工程的資金投入。
第4篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；功能成本優(yōu)化
前 言
本文所提及的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具有復(fù)雜性、綜合性的設(shè)計(jì)工作，該設(shè)計(jì)工作包括零部件材料的選擇、工藝的制備、精度的確定、制圖的原則以及設(shè)計(jì)計(jì)算和試驗(yàn)檢測(cè)方法等學(xué)科。由此看來(lái)，在零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，材料、工藝以及設(shè)計(jì)等內(nèi)容都會(huì)對(duì)該工作的功能成本產(chǎn)生影響，若是在計(jì)劃選擇時(shí)發(fā)生偏差，便會(huì)不利于零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能成本優(yōu)化。其中，各項(xiàng)影響因素之間也存在關(guān)聯(lián)，并且互相影響制約。正是由于這些影響因素的涉及范圍廣泛，因此，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本的優(yōu)化工作難度很大，在此對(duì)其功能成本優(yōu)化的手段和措施做出細(xì)致探討是十分重要的。
一、影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能的因素
在零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，影響其功能的因素包括以下六種情況：
1、受力影響因素
零部件的受力程度與其結(jié)構(gòu)尺寸的規(guī)格有關(guān)。在所謂零部件的受力狀況即指載荷的性質(zhì)、大小以及方向。因此，在完成零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，為避免由于承載能力不足而引發(fā)的事故，造成不必要的成本損失，應(yīng)當(dāng)注意零部件結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)以及用料的選材。
2、材料性質(zhì)影響因素
在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重對(duì)材料特性的考慮。同時(shí)要明確一個(gè)原則，唯有材料質(zhì)量合乎要求標(biāo)準(zhǔn)，才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量，這才是使零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能成本優(yōu)化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。由此看來(lái)，選擇耐受的材料應(yīng)用在零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅能夠完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量；同時(shí)也能以最小的耗材形式呈現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，從而節(jié)約零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本投資。
3、設(shè)計(jì)可行性影響因素
零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能只是單純地從理論角度出發(fā)，更要結(jié)合實(shí)際，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可操作性以及操作的難易程度加以考慮。由于零件加工的消耗成本同其加工操作的難易程度也有很大的聯(lián)系，因此，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本的合理控制，應(yīng)當(dāng)注重設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的操作工作要講究經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及可操作性。
4、設(shè)計(jì)裝配影響因素
為了實(shí)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本優(yōu)化，節(jié)約設(shè)計(jì)工作的資金投入，我們應(yīng)盡量使零件的安裝配置趨于自動(dòng)化、簡(jiǎn)便化。
5、設(shè)計(jì)可靠性要求
零件的結(jié)構(gòu)尺寸與其可靠性成正比，若其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性能夠有保證，那么就能保證該零件結(jié)構(gòu)在一定的條件下完成其要求的功能概率。
6、部件的使用與養(yǎng)護(hù)維修
所謂零件的壽命周期可分為兩部分，該壽命周期的前半部分為零部件的設(shè)計(jì)階段和制造階段，然而這兩個(gè)過(guò)程對(duì)零部件產(chǎn)品的使用以及維修過(guò)程不斷地經(jīng)濟(jì)化和簡(jiǎn)便化起著至關(guān)重要的作用。因此，加強(qiáng)對(duì)部件使用過(guò)程的養(yǎng)護(hù)管理可節(jié)約零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本投資。
二、影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能的因素
1、有關(guān)設(shè)計(jì)費(fèi)用的影響因素
隨著零部件產(chǎn)品中所引用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在不斷地復(fù)雜化，其相對(duì)應(yīng)的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本費(fèi)用也在不斷增長(zhǎng)。由此看來(lái)，要想充分體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)化和簡(jiǎn)便化發(fā)展趨勢(shì)，就應(yīng)在零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中注重設(shè)計(jì)的成本費(fèi)用的節(jié)約。
2、有關(guān)材料費(fèi)用的影響因素
為了體現(xiàn)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本的經(jīng)濟(jì)化發(fā)展，應(yīng)注重在零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中材料的選擇及其材料成本費(fèi)用。同時(shí)應(yīng)注意在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中部件造型的設(shè)計(jì)、材料特性的利用以及材料資源的節(jié)約，尤其是貴重金屬的節(jié)約使用。往往人們?cè)诹慵慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中容易忽略坯料的結(jié)構(gòu)尺寸同實(shí)際的結(jié)構(gòu)尺寸的合理分配，從而導(dǎo)致邊角廢料的浪費(fèi)，以及材料利用率的降低。
3、有關(guān)加工費(fèi)用的影響因素
在零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，其加工費(fèi)用也往往是人們用以忽略的資金消耗的地方，同時(shí)，也是資金投入較多的環(huán)節(jié)。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)需要加工的零件在進(jìn)行加工操作之前做一個(gè)合理的整理劃分，選出最具合理性和經(jīng)濟(jì)性的加工方法，并確定出標(biāo)準(zhǔn)合理的衡量指標(biāo)，從而降低零部件的加工成本費(fèi)用。
4、有關(guān)使用費(fèi)用的影響因素
某些產(chǎn)品的使用費(fèi)用比購(gòu)置費(fèi)用還要高,此時(shí)該設(shè)計(jì)既要注意降低費(fèi)用, 同時(shí)還要注意選用高效率、低能耗、可靠性較高和維修方便的結(jié)構(gòu)。
5、有關(guān)其他費(fèi)用的影響因素
主要有包裝費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用以及安裝費(fèi)用等。這部分費(fèi)用往往不為設(shè)計(jì)人員所重視。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能與成本相互關(guān)聯(lián)分析
對(duì)于特定的結(jié)構(gòu),其成本可用壽命周期成本來(lái)表示,則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能與成本的相互關(guān)聯(lián)。其中設(shè)計(jì)變量,是影響結(jié)構(gòu)成本的功能關(guān)聯(lián)因素。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能成本優(yōu)化方法
1、等強(qiáng)度優(yōu)化法
等強(qiáng)度優(yōu)化法能夠通過(guò)每個(gè)零部件截面受力能力的程度來(lái)確定該零件的受力截面的范圍，同時(shí)保證每個(gè)確定下來(lái)的截面范圍內(nèi)的強(qiáng)度以及安全系數(shù)是相同的，以便確保受力部件在一定強(qiáng)度的受理?xiàng)l件下不被破壞。
2、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)化方法
由兩個(gè)或兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)元件互相間有機(jī)地組合起來(lái),用以完成某種特定功能的綜合體稱(chēng)為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性?xún)?yōu)化,是指通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)可靠性,并以此為依據(jù)確定系統(tǒng)內(nèi)各元件的結(jié)構(gòu)尺寸,使得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所耗費(fèi)用最小。
3、數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化方法
如果在功能與成本優(yōu)化時(shí),其優(yōu)化問(wèn)題可以用一定的目標(biāo)函數(shù)表示, 并且各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量可用一定的約束條件表示,這類(lèi)優(yōu)化模型就稱(chēng)之為數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化模型。在許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題中,都可以采用這一類(lèi)模型進(jìn)行功能與成本的優(yōu)化。
結(jié)束語(yǔ)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能與成本優(yōu)化是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作,以上優(yōu)化方法基本上屬于單因素的優(yōu)化問(wèn)題,對(duì)于多因素優(yōu)化方法,還有待進(jìn)一步探索。
參考文獻(xiàn)
第5篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：深基坑；支護(hù)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法
中圖分類(lèi)號(hào)：TV551.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
深基坑支護(hù)工程技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，是一項(xiàng)較為系統(tǒng)的工程。高層建筑上部結(jié)構(gòu)傳到地基上的荷載很大，為了充分利用地下空間，有的設(shè)計(jì)有多層地下室，所以高層建筑的基礎(chǔ)埋深較深，施工時(shí)基坑開(kāi)挖深度較大，許多城市的高層建筑施工都需開(kāi)挖深度較大的基坑，給施工帶來(lái)很多困難，尤其在軟土地區(qū)或城市建筑物密集地區(qū)。施工場(chǎng)地鄰近的已有建筑物、道路、縱橫交錯(cuò)的地下管線(xiàn)等對(duì)沉降和位移很敏感，不允許采用較經(jīng)濟(jì)的放坡開(kāi)挖，而需在人工支護(hù)條件下進(jìn)行基坑開(kāi)挖。支護(hù)結(jié)構(gòu)如何選型、進(jìn)行合理的布置和設(shè)計(jì)計(jì)算，這些會(huì)直接影響如何組織施工，以及施工過(guò)程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。
2、工程概況
本工程位于某市新區(qū)，基坑平面尺寸為75m×140m，地下室占地面積近9000m2，工程由A、B、C座三幢單體組成，其中B、C座設(shè)二層地下室，地下一層樓面標(biāo)高-3.85m、地下二層樓面標(biāo)高分別為-7.65m和-8.40m，基坑開(kāi)挖深度7.70m～9.05m，電梯井局部開(kāi)挖達(dá)11.20m；A座設(shè)一層地下室，基坑開(kāi)挖深度3.85m～5.35m。工程樁采用700mm～ 800mm鉆孔灌注樁，基坑周邊采用上翻地梁，所有承臺(tái)均下翻。本次設(shè)計(jì)對(duì)象為B、C座地下室基坑。
3、高層建筑深層支護(hù)技術(shù)
3.1.鋼板樁支護(hù)
鋼板樁深基坑支護(hù)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，在高層建筑的深基坑支護(hù)施工中被廣泛的運(yùn)用，但在具體施工中也受到周?chē)h(huán)境的限制，無(wú)法運(yùn)用于所有深基坑支護(hù)工程中。鋼板樁支護(hù)是一種連續(xù)性的支護(hù)技術(shù)，在具體的應(yīng)用中要使其在距離基坑5米的位置施工。施工用的鋼板應(yīng)符合長(zhǎng)6-9m,寬3m,厚25mm的規(guī)格，板樁的界面形狀為梯形、總體結(jié)構(gòu)呈U型，充分提高幾乎結(jié)構(gòu)的受力能力。
3.2.攪拌樁支護(hù)
深基坑攪拌樁支護(hù)主要是應(yīng)用水泥做施工的固化劑，使用具有較強(qiáng)入土能力的攪拌機(jī)對(duì)加有水泥的土壤進(jìn)行強(qiáng)制性的攪拌，使二者之間充分接觸、均勻相連，達(dá)到最高的物理強(qiáng)度，起到充分的阻擋土壤和水分滲透的作用。在進(jìn)行這種類(lèi)型深基坑支護(hù)的過(guò)程中要控制好開(kāi)挖深度，就可以在各種形狀的作業(yè)面中使用該技術(shù)，并且為整個(gè)工程節(jié)約巨大的開(kāi)支，獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益。
3.3.柱列排樁支護(hù)
柱列式排樁支護(hù)技術(shù)操作簡(jiǎn)便、成本低廉，主要是由柱列式排列的鋼筋混凝土灌注樁充當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的實(shí)際支護(hù)效果。但是柱列式的深基坑支護(hù)技術(shù)會(huì)受到復(fù)雜的施工工序的影響，在完成混凝土灌注樁澆筑之后，不能夠達(dá)到樁與樁之間的緊密相連。所以在具體的施工各種要將建筑截面的連梁連接起來(lái)。
3.4、錨噴網(wǎng)支護(hù)
錨噴網(wǎng)支護(hù)是通過(guò)將噴射錨桿、水泥混凝土和鋼筋網(wǎng)整合在一起來(lái)形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，是一種較為先進(jìn)的支護(hù)形式。特別適用于跨度比較大的建筑工程。對(duì)于巖土質(zhì)高邊坡工程也有著較好的適用性，錨噴網(wǎng)支護(hù)的主要優(yōu)勢(shì)是體現(xiàn)在能改善給巖土體強(qiáng)度不足的特性，同時(shí)能夠使得巖土體自身的強(qiáng)度得到充分的發(fā)揮。
3.5、地下連續(xù)墻支護(hù)
地下連續(xù)墻的具有較大的剛度，另外能夠起到很好的防水和抗?jié)B的效果。特別適合于一些深基坑中存在地下水、沙土粘土的復(fù)雜地質(zhì)條件的基坑工程。在連續(xù)墻的施工過(guò)程中需要將墻體結(jié)構(gòu)埋入到較深的土層之中。這種支護(hù)形式的應(yīng)用范圍也比較廣
4、支護(hù)方式的選擇
4.1、基坑支護(hù)方案的確定
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)情況及基坑支護(hù)規(guī)范要求，土方開(kāi)挖過(guò)程中，采用深層攪拌樁，自然放坡，其中雜填土放坡邊坡系數(shù)為1：0.75，強(qiáng)/中風(fēng)化板巖及輝綠巖放坡邊坡系數(shù)為1：0.4，以確保邊坡穩(wěn)定。
4.2、基坑排水方案的確定
排水可采取明溝排水的辦法，在基坑底部周邊設(shè)排水溝，在四周角點(diǎn)各修筑一個(gè)1米×1米的集水坑，用水泵將基坑滲出的地下水排出。對(duì)于由于降雨產(chǎn)生的雨水排水措施我部在基坑邊四周約1.5米的范圍內(nèi)修筑200×300的排水溝，防止雨水流入基坑導(dǎo)致基坑坍塌。具體情況如圖一所示：
（圖一）基坑排水方案
5、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
5.1 放坡開(kāi)挖時(shí)坡角過(guò)陡
在深基坑支護(hù)工程中許多類(lèi)型的土壤都可以采用放坡開(kāi)挖的方式開(kāi)挖，在進(jìn)行基坑開(kāi)挖的時(shí)候，粘性土的滑動(dòng)計(jì)算會(huì)直接會(huì)影響到斜坡的穩(wěn)定性，而在工程的實(shí)際應(yīng)用中，難免會(huì)有人會(huì)粗心大意或者存有僥幸心理，不按照規(guī)定進(jìn)行操作，導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致安全事故發(fā)生。
5.2 邊坡開(kāi)挖達(dá)不到規(guī)范要求
深基坑支護(hù)的開(kāi)挖必須得使用機(jī)械，工作人員將土坡簡(jiǎn)單進(jìn)行修正之后方可進(jìn)行擋土支護(hù)工序。但是通常狀況下，在實(shí)際操作的過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)施工人員擅離職守、技術(shù)水平層次不齊、機(jī)器操作水平不當(dāng)，導(dǎo)致邊坡的表面粗糙不平，修補(bǔ)時(shí)也不按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，存在超挖、欠挖現(xiàn)象。
5.3 忽略跟蹤監(jiān)測(cè)
為保障工程的正常應(yīng)用，在進(jìn)行深基坑支護(hù)時(shí)部門(mén)都會(huì)采取跟蹤監(jiān)測(cè)的措施，這樣方便我們?cè)谟龅揭呻y問(wèn)題的時(shí)候能夠及時(shí)進(jìn)行解答和處理。然而在實(shí)際的建筑過(guò)程中，很多施工單位都忽略了跟蹤監(jiān)測(cè)，沒(méi)有很好地對(duì)跟蹤監(jiān)測(cè)本領(lǐng)和體制進(jìn)行完善，也沒(méi)能及時(shí)地掌握基坑支護(hù)變形的實(shí)時(shí)資料，等到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)已經(jīng)為時(shí)已晚。
5.4、深基坑土體的取樣具有不完全性
在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，應(yīng)該對(duì)地基土層進(jìn)行取樣分析試驗(yàn)，以取得土體比較合理的物理力學(xué)指標(biāo)， 為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。一般深基坑開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)鉆探取樣都是按照國(guó)家規(guī)范的要求進(jìn)行的。所以取得的土樣具有一定的隨機(jī)性。然而地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，取得的土樣無(wú)法全面反映地基土層的真實(shí)性，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也就不一定完全符合實(shí)際。
6、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化方法
6.1、加強(qiáng)基坑圍護(hù)體系
加強(qiáng)基坑圍護(hù)體系，首先應(yīng)該保證基坑周?chē)吰碌姆€(wěn)定，使工程可以擁有足夠的施工空間，不受來(lái)自土層方面的壓力；其次，要保證基坑施工周邊的環(huán)境和設(shè)備不受損壞，充分發(fā)揮圍護(hù)體系的作用，限制對(duì)工程的施工所造成的影響，將土層的變形控制在范圍之內(nèi)；最后，要保證基坑工程的施工不受地下水位的影響，阻隔來(lái)自地下水方面的壓力。
6.2、關(guān)注基坑工程的排水降水
在基坑工程施工中，由于其本身的特性，開(kāi)挖的地點(diǎn)如果低于地下水位的平均高度，就會(huì)引起地下滲水，給工程施工帶來(lái)困難，導(dǎo)致地基松動(dòng)，降低工程穩(wěn)定性，進(jìn)而影響建筑的整體性能和安全。所以，在基坑工程施工過(guò)程中，必須隨時(shí)關(guān)注地下水位的變動(dòng)，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施對(duì)地下水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證基坑工程施工的順利進(jìn)行。
6.3、加大對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)的處理
施工地區(qū)的土體強(qiáng)度是深基坑工程穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，主要包括土層的抗壓能力、抗拉能力以及抗剪能力。施工現(xiàn)場(chǎng)的土體抗剪強(qiáng)度如果不足，土質(zhì)較軟，就會(huì)影響工程的穩(wěn)定性。因此，在工程的設(shè)計(jì)和選址階段要盡量避開(kāi)柔軟的土層。如果因?yàn)闂l件的限制無(wú)法改變施工地點(diǎn)，就應(yīng)在施工過(guò)程中對(duì)土體的強(qiáng)度進(jìn)行人工加強(qiáng)，以確保工程的穩(wěn)定和安全。
6.4、制定應(yīng)急預(yù)案
為確?；又ёo(hù)、土方開(kāi)挖、降水等施工正常進(jìn)行，預(yù)防突發(fā)事件以及某些預(yù)想不到的、不可抗拒的事件發(fā)生，事前有充足的技術(shù)措施準(zhǔn)備、搶險(xiǎn)物資的儲(chǔ)備，最大程度地減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)防。根據(jù)本工程的特點(diǎn)及施工工藝的實(shí)際情況，其應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)工作程序見(jiàn)圖二所示。
（圖二）應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)工作程序圖
總之，在深基坑工程中，設(shè)計(jì)是核心，監(jiān)測(cè)是手段，施工是保證，現(xiàn)階段深基坑支護(hù)工程在施工過(guò)程中也已經(jīng)開(kāi)始重視施工合理化、信息化，因此，為了保證深基坑支護(hù)技術(shù)工程能夠長(zhǎng)期穩(wěn)健的發(fā)展，就必須進(jìn)一步全面加強(qiáng)對(duì)深基坑施工技術(shù)的認(rèn)識(shí)與研究。
參考文獻(xiàn)：
第6篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞:建筑工程 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 常見(jiàn)問(wèn)題 解決措施
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1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過(guò)程
1 .1 結(jié)構(gòu)計(jì)算
建筑工程的計(jì)算荷載有:外部荷載和內(nèi)部荷載,它們的計(jì)算要依照荷載規(guī)范的規(guī)定及要求使用不同的組合值系數(shù)及永久值系數(shù)等進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算;對(duì)于構(gòu)件的試算,要依照計(jì)算出的荷載值、構(gòu)造措施的要求、使用要求和各種計(jì)算手冊(cè)上的試算方法來(lái)對(duì)構(gòu)件的截面進(jìn)行初步的確定。
1 .2 設(shè)計(jì)方案
根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告、建筑場(chǎng)地類(lèi)別、建筑物高度和層數(shù)、建筑物的重要性、建筑所在地的抗震設(shè)防烈度等情況對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定。在確定了建筑結(jié)構(gòu)的形式之后,要依據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)及要求來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件和承重體系進(jìn)行布置。
1 .3 施工圖設(shè)計(jì)
對(duì)于建筑工程內(nèi)力的計(jì)算要依照已經(jīng)確定的構(gòu)件截面及荷載值來(lái)進(jìn)行計(jì)算,它包括:拉壓力、彎矩、剪力、扭矩等。根據(jù)最后計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和規(guī)范對(duì)構(gòu)件的要求及限制,對(duì)結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否滿(mǎn)足規(guī)范的要求進(jìn)行復(fù)核。若不滿(mǎn)足,則要調(diào)整構(gòu)件的截面或者布置,直到滿(mǎn)足要求為止。
2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題
2 . 1 現(xiàn)澆砼樓板的干縮開(kāi)裂和支座負(fù)鋼筋倒伏的問(wèn)題
2. 1. 1 干縮開(kāi)裂問(wèn)題
在進(jìn)行混凝土樓板澆筑時(shí),澆筑完混凝土后,會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)樓面出現(xiàn)龜裂的現(xiàn)象,尤其在溫差較大的季節(jié)或地區(qū)這種現(xiàn)象非常明顯,而且這種現(xiàn)象多發(fā)于住宅樓,公用建筑和商用樓較為少見(jiàn)。這種龜裂多是由于混凝土的水灰比過(guò)大造成的,它降低了建筑結(jié)構(gòu)的剛度,增大了結(jié)構(gòu)的撓度,使整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性都明顯的降低。出現(xiàn)這種情況的原因是:由于現(xiàn)在的工程大多使用商品砼,混凝土是由預(yù)拌廠直接負(fù)責(zé)提供的,泵送混凝土要求混凝土的和易性要好,流動(dòng)性要高具有較大的坍落度,商品砼為了達(dá)到這種效果就會(huì)加大水的配比,使混凝土的水灰比過(guò)大,會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。
2.1.2 支座負(fù)鋼筋倒伏的問(wèn)題
當(dāng)進(jìn)行完樓板上的鋼筋綁扎后,隱蔽驗(yàn)收后才可以進(jìn)行混凝土的澆搗工作,但是在實(shí)際施工中,由于沒(méi)有注意保護(hù)好已架好的支座負(fù)鋼筋,工人隨意的踩踏使得板支座負(fù)鋼筋的倒伏隨處可見(jiàn)。鋼筋的倒伏會(huì)造成支座負(fù)彎矩沒(méi)有足夠的鋼筋來(lái)支撐,引起支座板面出現(xiàn)裂縫,加大了撓度,降低了剛度,使板的受力狀態(tài)逐漸趨向簡(jiǎn)支,造成板底配筋不足，板跨中也產(chǎn)生裂縫。
為了減少現(xiàn)澆砼樓板的干縮開(kāi)裂和支座負(fù)鋼筋倒伏的問(wèn)題發(fā)生，建議在設(shè)計(jì)過(guò)程中板鋼筋采用HRB400級(jí)的鋼筋，在板配筋計(jì)算面積的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大配筋。
2 .2 柱體、墻體連接混亂
在對(duì)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行布置時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)多方向柱網(wǎng)相連的地方。有的把每根柱和周?chē)髦加每蚣芰哼B接起來(lái),形成多梁交匯于一柱,這給接點(diǎn)區(qū)的鋼筋錨固和混凝土的施工帶來(lái)了很大的不便嚴(yán)重的影響了施工的進(jìn)度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意避免出現(xiàn)多梁交匯于一柱的情況。
2 . 3 結(jié)構(gòu)電算或設(shè)計(jì)方法存在問(wèn)題
2.3.1 實(shí)際施工圖紙和電算的計(jì)算簡(jiǎn)圖不符
問(wèn)題主要表現(xiàn)在剪力墻開(kāi)洞的大小、剪力墻的長(zhǎng)度、厚度、門(mén)窗洞口的位置、框架計(jì)算高度等和施工圖紙不相符。這大多是由于結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算進(jìn)行的過(guò)早,建筑平面經(jīng)過(guò)多次的調(diào)整,又沒(méi)有來(lái)得及反饋給結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè),使專(zhuān)業(yè)間相互脫節(jié),等到了施工圖紙進(jìn)入校審的階段,大多都只注意在圖面上,沒(méi)有核對(duì)建筑圖,進(jìn)而造成了這類(lèi)錯(cuò)誤,這會(huì)使某些構(gòu)件的配筋失真,造成配筋不足的危險(xiǎn)。
2.3 .2 抗震概念設(shè)計(jì)不足
建筑抗震設(shè)防的三個(gè)目標(biāo)可以用小震不壞、中震可修、大震不倒來(lái)進(jìn)行總結(jié),第一目標(biāo)可以利用承載力的計(jì)算來(lái)保證;第二目標(biāo)可以利用結(jié)構(gòu)可靠度標(biāo)準(zhǔn)分項(xiàng)系數(shù)來(lái)達(dá)到損壞可修的目標(biāo);但第三目標(biāo)就要通過(guò)概念設(shè)計(jì)和各種抗震構(gòu)造措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就要求結(jié)構(gòu)要具有良好的吸能、耗能能力,具有較高的靜不定次數(shù)、避免豎向承載力和剛度突變、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件盡可能為延性構(gòu)件。
2 . 4 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)淡薄
概念設(shè)計(jì)通常是指不經(jīng)過(guò)數(shù)值的計(jì)算,根據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系和分體系間的力學(xué)關(guān)系、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象、工程經(jīng)驗(yàn)等,來(lái)獲得基本設(shè)計(jì)的原則和思想。在現(xiàn)行的抗震規(guī)范中規(guī)定,一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的彈性計(jì)算是以多遇地震方面為出發(fā)點(diǎn)的,其超越概率為63.2%,比一般設(shè)防烈度低 ,規(guī)范要求設(shè)計(jì)不但要負(fù)荷概念設(shè)計(jì)的規(guī)定,還要加強(qiáng)抗震措施,這樣才能達(dá)到設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),但一些工程只注重計(jì)算結(jié)果,忽略了概念設(shè)計(jì)和對(duì)抗震的要求。
3 解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的有效途徑
3 . 1 確定整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性以及合理性
3.1.1 結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之間的比被稱(chēng)為剛重比
它影響著結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性,也是影響重力二階效應(yīng)的重要參數(shù)。一般都會(huì)使用增大剛重比的方法來(lái)考慮重力的二階效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的剛重比增大則二階效應(yīng)就會(huì)減小,二階效應(yīng)要控制在20%以?xún)?nèi)如果改制不能達(dá)到要求,則可能引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌。
3.1.2 剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)
由于長(zhǎng)時(shí)間的作用下,地震影響系數(shù)下降的會(huì)較快,根據(jù)這種情況計(jì)算出來(lái)的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能偏小。對(duì)于長(zhǎng)周期的結(jié)構(gòu),地震動(dòng)態(tài)作用下的地面加速和位移會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用,如果剪重比＜0.02,結(jié)構(gòu)的剛度雖可以滿(mǎn)足水平位移限制的要求,但卻不能達(dá)到結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的條件,設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合的考慮剛重比和剪重比的合理取值。
3 . 2 結(jié)構(gòu)體系選型的設(shè)計(jì)方案和優(yōu)化
結(jié)構(gòu)體系選型的優(yōu)化可以在項(xiàng)目建設(shè)方案確定的過(guò)程中引入,這樣可以避免建筑方案在結(jié)構(gòu)方面的不合理,首先是建筑物的體形,其次是柱網(wǎng)尺寸,層高以及主要的抗側(cè)力構(gòu)件所在的位置。
例如:延吉的某建筑工程的主次梁樓蓋的柱網(wǎng)不適合采用正方形的設(shè)計(jì),而應(yīng)該采用矩形。以短跨為主梁,次梁為長(zhǎng)跨,并且短跨和長(zhǎng)跨的比例＜0.75,這樣相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。其采用的主次梁跨度比在0.65～0.70之間 ,根據(jù)這樣的設(shè)計(jì)計(jì)算 ,使其的主次梁的截面高度協(xié)調(diào)一致,使梁底達(dá)到基本齊平,保證了樓蓋的結(jié)構(gòu)高度最小。
3 . 3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化
3. 3. 1 剪力墻下布樁
當(dāng)建筑的結(jié)構(gòu)為剪力墻或框剪結(jié)構(gòu)時(shí),剪力墻主要承受地震水平力,它也是承受豎向荷載的重要構(gòu)件,所以要沿著剪力墻全長(zhǎng)布樁,樁的中心線(xiàn)要和剪力墻的中心線(xiàn)重合,布置雙排樁時(shí),樁的承臺(tái)要具有足夠的剛度,并應(yīng)作承臺(tái)的抗彎和沖剪驗(yàn)算。
3. 3. 2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
當(dāng)布樁僅按照豎向荷載作用進(jìn)行時(shí),要對(duì)彎矩作用下的承臺(tái)底部邊樁的反力進(jìn)行驗(yàn)算。尤其是框剪結(jié)構(gòu)的剪力墻和剪力墻結(jié)構(gòu)核心筒底部彎矩及剪力對(duì)基礎(chǔ)承載力的影響較大,不能遺漏。對(duì)于水位較高的地下室和短肢剪力墻、大跨度結(jié)構(gòu)等彎矩較大的承臺(tái)底部樁基要驗(yàn)算其是否存在向上的抗拔力。
第7篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；實(shí)際運(yùn)用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.119
0 引言
建筑是一種藝術(shù)， 人們都是帶著審美的眼光去審查一棟建筑，建筑是從美觀的外形和結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)來(lái)審判的，適用、經(jīng)濟(jì)、便于施工是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的追求，建筑的藝術(shù)性是追求建筑的美觀、力度的美學(xué)、外型的總體效果、建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑的藝術(shù)性完美的融合，只有這樣才能把建筑有限的空間無(wú)限擴(kuò)大、有限的資源的最大發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)建筑整體性的完美，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法要遵循滿(mǎn)足建筑外型美觀要求、滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)安全、合理的原則。
1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市里突現(xiàn)的是鋼筋水泥的建筑，住宅越來(lái)越多，層數(shù)越來(lái)越高，成本明顯增高，要設(shè)法降低單位面積的成本，整體降低總成本，因此建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以降低成本的總造價(jià)；由于建筑的層數(shù)增加，樓體結(jié)構(gòu)自重相應(yīng)增加，接踵而來(lái)的是水衛(wèi)和點(diǎn)氣管線(xiàn)增長(zhǎng)等一系列問(wèn)題，因此建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過(guò)考證，結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后要比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)低7%-35%左右，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的效果，又可實(shí)現(xiàn)建筑物美觀實(shí)用，在實(shí)際運(yùn)用中，最合理的利用材料的性能，可以使建筑內(nèi)部各單元得到最好的利用，在建筑整體造價(jià)和建設(shè)施工工期方面也有較為良好的貢獻(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最終目的是實(shí)現(xiàn)適用、經(jīng)濟(jì)和安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。
2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用的理論
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用有兩方面的作用，一是在建筑分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的作用，二是在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的作用，兩者都有細(xì)分，例如結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)囊括了總體方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)等，從另一方面講包含了形體結(jié)構(gòu)選型、布置、機(jī)構(gòu)體的受力分析、建筑整體造價(jià)分析等項(xiàng)目。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)使用簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便的原則，對(duì)建筑工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)意圖、平面布置規(guī)則、整體形態(tài)對(duì)稱(chēng)原則、質(zhì)量中心和剛度中心整體布局原則、建筑物水平荷載作用等一系列問(wèn)題[1]，做到在理論上為實(shí)踐提供前提、提供理論基礎(chǔ)，做好準(zhǔn)備工作。
3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用的方法簡(jiǎn)介
3.1 做好建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的函數(shù)模型
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化要選擇主要參數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型（函數(shù)模型），根據(jù)科學(xué)合理的方法，得出最優(yōu)的答案，從而得出最合理的優(yōu)化方案，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)律和自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各方面的影響因素進(jìn)行全面的綜合考慮，找出行之有效的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，模型的建立有兩個(gè)步驟[2]，一是選擇變量，即選擇影響較大的參數(shù)，減少計(jì)算編程的工作量；二是確定目標(biāo)函數(shù)，例如房屋結(jié)構(gòu)，確定房屋結(jié)構(gòu)的約束條件，在既定的條件下得出最優(yōu)解，這種設(shè)計(jì)方法具有一定的準(zhǔn)確性，在實(shí)際的房屋建造中具有重要的參考作用。
3.2 做好建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案設(shè)計(jì)
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)是做好優(yōu)化的前提，做好方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)條件，編制相應(yīng)的運(yùn)算程序，得到最優(yōu)結(jié)果。
4 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用
4.1 建筑場(chǎng)地的合理選擇
建筑的拔地而起需要選擇合理的建筑場(chǎng)地，在進(jìn)行建筑場(chǎng)地選擇中要考慮很多因素，如防護(hù)距離、建筑退界、日照間距、抗震、地段選址等因素[3]，必要時(shí)選擇合理相應(yīng)的抗震措施。
4.2 建筑主體結(jié)構(gòu)的選擇
建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要遵循規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原則，有利于降低造價(jià)，通過(guò)對(duì)墻、柱、梁的調(diào)節(jié)使不規(guī)則的建筑體型產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)，例如剪力墻結(jié)構(gòu)布置。需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要部分有很多，如基礎(chǔ)、墻、柱、梁、樓板、屋面板等，這些是建筑的主要構(gòu)成部分，在基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，選擇合理的基礎(chǔ)形式、控制好基礎(chǔ)的截面尺寸，相對(duì)減少基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)費(fèi)用，柱子的截面對(duì)工程的造價(jià)也有直接的影響；對(duì)于柱網(wǎng)布局和柱子截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定好柱子的行間距，而柱網(wǎng)布局確定著竹子的行間距，因此柱網(wǎng)布局對(duì)工程的造價(jià)起著至關(guān)重要的作用；梁的設(shè)計(jì)，為了提高材料的利用率，在實(shí)際應(yīng)用中一般都采用平面架來(lái)替代矩形梁，減輕了自身重量，經(jīng)濟(jì)又實(shí)用；鋼筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要對(duì)鋼筋的型號(hào)進(jìn)行選擇，施工過(guò)程中鋼筋的型號(hào)不同，會(huì)造成施工的結(jié)果不同，如鋼管砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)在自重和承載力相近時(shí)，前者比后者節(jié)約將近45%的鋼材，大大節(jié)約了工程成本。
4.3 初期方案階段和抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用
對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，前期方案的確定直接影響到最終建筑的成本投資，而目前的市場(chǎng)情況是前期的方案設(shè)計(jì)部分不參與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且在前期的建筑方案設(shè)計(jì)中，很多沒(méi)有考慮到主體結(jié)構(gòu)的分析或者對(duì)于部分分析不到位、不精準(zhǔn)，作為一個(gè)合格的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人，應(yīng)該依靠自身所基本的結(jié)構(gòu)概念去布置結(jié)構(gòu)方案，結(jié)合建筑空間結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模型概念以及函數(shù)模型來(lái)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。因?yàn)檫\(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，在初期方案的設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)簡(jiǎn)單的函數(shù)模型，估算出構(gòu)件的截面面積[4]。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化還要考慮最為重要的一點(diǎn)，就是建筑的抗震性，在建筑抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要按照概念設(shè)計(jì)進(jìn)行工作，而軟件計(jì)算并不是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要依據(jù)，建筑的使用過(guò)程中，抗震效果是居民考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，尤其在地震多發(fā)地帶，由此看來(lái)，建筑物的耐久性、安全性、功能性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，在節(jié)約成本以及達(dá)到規(guī)定年限的前提下，滿(mǎn)足抗震功能是重中之重。
5 總結(jié)
長(zhǎng)期以來(lái)，建筑行業(yè)發(fā)展迅速尤其是近年來(lái)，從建筑資源的整合、低投入、高產(chǎn)出、體現(xiàn)建筑自身整體工藝性、美觀性、合理性綜合考慮，我們應(yīng)充分做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用工作，結(jié)合實(shí)際抓到實(shí)現(xiàn)自我提升，從優(yōu)化技術(shù)中進(jìn)行技術(shù)分析，使各種建筑材料得到充分利用，節(jié)省工程造價(jià)，達(dá)到建筑工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，，滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求，采用科學(xué)創(chuàng)新的方法，研制出更多的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)科學(xué)的方法使建筑結(jié)構(gòu)更適合市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展，響應(yīng)國(guó)家綠色環(huán)保的政策。
參考文獻(xiàn)：
第8篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是要通過(guò)對(duì)擬建住宅進(jìn)行模型的優(yōu)化、計(jì)算方法的優(yōu)化、并在計(jì)算和模擬的基礎(chǔ)上制定有效的結(jié)構(gòu)方案，再進(jìn)行驗(yàn)證。
1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中首要的問(wèn)題是要根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)特性設(shè)定成為相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，主要的有目標(biāo)控制參數(shù)和約束控制參數(shù)。對(duì)于那些變化范圍比較小的，且在結(jié)構(gòu)的局部加強(qiáng)就能滿(mǎn)足要求的部分參數(shù)，將其確定為預(yù)設(shè)參數(shù)，從而減少計(jì)算的工作量；對(duì)于目標(biāo)函數(shù)，是要找到一組可以滿(mǎn)足預(yù)定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標(biāo)是要讓總造價(jià)最小。對(duì)于約束控制函數(shù)，包括前度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結(jié)構(gòu)整體約束、構(gòu)建單元約束、正常使用狀態(tài)的上下限約束條件等。參數(shù)的設(shè)計(jì)必須要與實(shí)際情況和規(guī)范相符。
2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法
在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案的確定上，考慮到建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性帶來(lái)的變量多、約束條件多且非線(xiàn)性，因此在計(jì)算過(guò)程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束條件再進(jìn)行求解，可選用的計(jì)算方有拉式乘子法、復(fù)合形法等。結(jié)構(gòu)選型、尺寸和參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，在計(jì)算方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)優(yōu)化程序。并在得到計(jì)算結(jié)果后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，最后確定最合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
二、住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用分析
建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要在保證建筑使用功能的條件下，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全度、降低工程造價(jià)、提高經(jīng)濟(jì)性的效果，也就是要貫穿建筑的整體設(shè)計(jì)、前期規(guī)劃及抗震設(shè)計(jì)等階段。
1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前期參與
建筑是相對(duì)長(zhǎng)期的投資，常見(jiàn)的建筑使用年限均在50～100年間，這就要求結(jié)構(gòu)能夠保證在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，建筑能夠保持基本的使用功能、良好的空間環(huán)境。因此，要在建筑方案設(shè)計(jì)初期就加入結(jié)構(gòu)優(yōu)化的考慮。這樣可以有效避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理、工程造價(jià)高等問(wèn)題。也就是說(shuō)，在建筑方案的設(shè)計(jì)初期就加入結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提高建筑利用率的有效方法。
2.結(jié)構(gòu)的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)
一幢建筑的完成，可以有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；另外，對(duì)于同一種結(jié)構(gòu)布置方案，采用不同的結(jié)構(gòu)荷載、材料和分析方法，參數(shù)的取值也是有較大區(qū)別的。這些是通過(guò)計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員作出合理的選擇，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行參數(shù)的確定。通過(guò)概念優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以預(yù)算建筑結(jié)構(gòu)在各種外力荷載的作用下的內(nèi)力分布，以及將所有不利的荷載集中加載時(shí)可能出現(xiàn)的破壞形式等，如建筑結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的破壞情況等，得到預(yù)算結(jié)果后，就可以作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有利參考資料，采取有效的結(jié)構(gòu)方案，選用有利的建筑材料和構(gòu)造形式，從而降低剛度不均勻、結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)等對(duì)抗震不利的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，結(jié)構(gòu)的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，顯得尤為的重要。
三、結(jié)語(yǔ)
第9篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
引言
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)所要施工的建筑的表達(dá)。而建筑是人類(lèi)物質(zhì)生存環(huán)境的重要載體。近年來(lái)，節(jié)能環(huán)保型社會(huì)建設(shè)理念的不斷深入人心，進(jìn)一步加劇了建筑的需求者與供應(yīng)者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但滿(mǎn)足了投資者控制建筑投資成本的目標(biāo)，而且更加符合使用者對(duì)建筑本體功能的需求，從而實(shí)現(xiàn)了社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的節(jié)能環(huán)保型社會(huì)越來(lái)越成為可行。
1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論
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,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。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑工程的決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在建筑工程的決策階段，確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的總體目標(biāo)，滿(mǎn)足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，確定每一個(gè)子系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局；在建筑工程的建設(shè)階段，以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為建設(shè)原則，組織建設(shè)好每一個(gè)子系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。決策階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，3 個(gè)階段互相驗(yàn)證、互為補(bǔ)充、缺一不可。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求:
（1）功能性
建筑是人類(lèi)的基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的終極目標(biāo)就是為了滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)物質(zhì)生存環(huán)境的最大化需求。對(duì)功能性的滿(mǎn)足也不再局限于傳統(tǒng)的實(shí)用，而是增添了舒適性、美觀性、協(xié)調(diào)性等多種新元素，滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境的更高要求。
（2）安全性
建筑作為人類(lèi)生存的基礎(chǔ)生存環(huán)境，與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān)，安全性成為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然考慮因素。一味追求建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，忽略決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段的安全性，其作為建筑不但沒(méi)有任何實(shí)際意義，反而會(huì)給人類(lèi)正常生產(chǎn)和生活帶來(lái)致命的危害。因此，安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的必然考慮因素。
（3）經(jīng)濟(jì)性
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)資源配置提出的新要求。經(jīng)濟(jì)性是指通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化的節(jié)約各種材料資源，達(dá)到減少建設(shè)成本的目標(biāo)。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能科學(xué)合理的減少材料的使用量，節(jié)省建設(shè)材料使用成本。
（4）環(huán)保性
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)保性是繼經(jīng)濟(jì)性之后的一大更高要求，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)材料選用品種的環(huán)保、整體布局的環(huán)保來(lái)體現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎(chǔ)上，最大可能的選擇節(jié)能環(huán)保型材料，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的整體布局中，不僅強(qiáng)調(diào)建筑主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一與環(huán)保，也包括建筑建設(shè)過(guò)程中廢舊材料的處理與應(yīng)用，更不能忽略建筑未來(lái)使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的重要影響。另外，材料選用的環(huán)保、整體布局的環(huán)保也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中安全性的體現(xiàn)。
2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略、安全與經(jīng)濟(jì)
2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的材料選用
基于物理學(xué)與建筑學(xué)的基本原理，建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)點(diǎn)、線(xiàn)、面都呈現(xiàn)出一定的力學(xué)承載力特征，而力學(xué)承載力本身的載體就是材料，通過(guò)各種材料的配置，加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛性與延展性，鋼筋混凝土材料的打造適應(yīng)了這一趨勢(shì)。工程實(shí)踐證明，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁柱是主要的承受載體，打造鋼筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗壓力。因此，在工程建設(shè)實(shí)踐中，采用高標(biāo)號(hào)的鋼筋混凝土，可以減少梁柱等構(gòu)件的橫截面，減輕結(jié)構(gòu)本體的重量，同時(shí)也擴(kuò)大了使用空間；而梁板以受彎為特性，采用高強(qiáng)度鋼筋，能科學(xué)合理的減少鋼筋的使用量。另外，結(jié)構(gòu)建設(shè)者應(yīng)科學(xué)合理的匹配鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土的投放比例，最大限度發(fā)揮鋼筋混凝土復(fù)合材料的復(fù)合特殊性能，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)中，在結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、受力復(fù)雜的銜接點(diǎn)部位與大跨度結(jié)構(gòu)上，采用型鋼混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土是比較好的選擇，同時(shí)保證高層建筑功能性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的最大化性能發(fā)揮。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，存在非常多的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標(biāo)號(hào)過(guò)高的情況，一味追求高標(biāo)號(hào)混凝土是沒(méi)有任何意義的，高標(biāo)號(hào)的混凝土無(wú)法理想發(fā)揮其強(qiáng)度性能, 反而為抵抗高強(qiáng)混凝土較大的收縮變形和滿(mǎn)足最小配筋率要求,板中鋼筋的配筋量卻相繼增加, 直接導(dǎo)致鋼筋的使用量增加，間接影響工程投資成本的提高。
2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設(shè)計(jì)。目前，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多采用框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)體系, 這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻2 部分組成,框架的梁柱為剛接,框架與剪力墻可為剛接,也可為鉸接。高層建筑體日趨復(fù)雜,各種不同功能的建筑用房綜合在一起,組成形態(tài)各異的高層建筑,給建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)增加了一定的難度。而框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有靈活組成使用空間的優(yōu)點(diǎn), 比較容易滿(mǎn)足建筑物的使用要求, 而且框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)體系有較高的承載力,較好的延伸性和整體性,并且具備很強(qiáng)的吸收地震力的能力, 從而大大減小了結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移。因此，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)踐過(guò)程中，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,剪力墻剛度的確定除了必須滿(mǎn)足強(qiáng)度條件外, 還必須使結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度?；诖?剪力墻剛度的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性及工程造價(jià)成本。另外，在框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段,簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確地確定框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻最優(yōu)數(shù)量,即可避免重復(fù)、繁瑣的結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整計(jì)算,還可以達(dá)到減少經(jīng)濟(jì)成本的目標(biāo)。
梁的選用與布置。常規(guī)梁經(jīng)濟(jì)性最好,但嚴(yán)重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，最終還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化；寬扁梁能減少梁的截面高度,增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下,可以增加層數(shù),以獲得更多的建筑面積。但寬扁梁在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與常規(guī)梁相比并不是最優(yōu),由于y 方向截面高度減小,使得縱向鋼筋的配筋率較高,同時(shí)撓度偏大。在跨度進(jìn)一步加大的情況下,也可采用預(yù)應(yīng)力梁,以滿(mǎn)足建筑物的特殊要求,但費(fèi)用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制, 在上部軸力一定的情況下,可以通過(guò)加大柱截面、提高混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來(lái)控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。
2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的整體布局
為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，建筑結(jié)構(gòu)決策者與設(shè)計(jì)者須從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全局觀念出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線(xiàn)、面，確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體布局，處理好點(diǎn)、線(xiàn)、面之間的架構(gòu)關(guān)系，借助于材料的選用、構(gòu)件的布置，充分發(fā)揮單個(gè)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的配合與協(xié)調(diào)，使之能實(shí)現(xiàn)最佳受力狀況，既實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)良好的承重力、剛性與延展性，也實(shí)現(xiàn)單個(gè)構(gòu)件的最大化與最佳化利用，保證達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建筑功能性、安全性與經(jīng)濟(jì)性的多重目標(biāo)。
