建筑结构优化措施范文

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第1篇

关键词: 建筑施工；结构设计；优化措施

Abstract: with the development of China's economy, building industry increasingly prosperous, the importance of building structure optimization design is more and more important. This paper expounds the structure optimization design steps, introduced the structure design of the basic requirements: durability, safety, comfort, economy, and discusses the construction of concrete scheme optimization design, so as to guide the practice.

Keywords: building construction; Structure design; Optimization measures

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

所谓结构优化设计，就是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。如何做好结构优化：首先，要选择合理的结构方案，其决定了整个设计的好坏成败。因为对同一个建筑设计方案而言，结构设计不是唯一的，不同方案会使工程质量和工程造价产生很大差别。其次，进行正确的结构计算，一体化计算机结构设计程序的应用和完善，帮助结构工程师能越来越轻松的进行计算分析，使得结构设计更加经济和合理。再次，要提高材料的利用率，因为结构设计的目的就是花尽可能少的钱，做最安全适用建筑，这就要求结构设计时对材料选用要合理，利用要充分。还有，要正确合理的运用和理解、规范，其是我们设计中必须遵循的标准，是国家技术经济政策，科技水平以及工程实践经验的总结。

1.建筑结构设计的基本要求

(1) 满足耐久性和安全性要求。住宅实行商品化后，应为住户的耐用消费品，使用寿命长是区别其他消费品的最大特点。因此，结构耐久性和安全性是住宅结构设计最基本的要求 结构体系的选择以及材料的选用，都应有利于抗风抗震，以及使用寿命期间改造维修的可能性。

(2) 满足舒适性的要求。建筑设计应为住户起居舒适性的要求提供条件，例如，多种户型要灵活分隔室内的空间，人居的热光声的环境等要求，给居住的人创造一个舒适的环境。结构方案还应该考虑到住户在日后改变分隔的空间的可能性，当采用剪力墙结构的时候， 宜采用大开间的布置。

（3) 满足经济性的要求。结构设计时应根据房屋的建造地点层数多少、平立面体形， 在满足耐久性、安全性和舒适性要求的前提下采用经济又合理的结构体系，在构件设计中应该精打细算，要严格执行规范构造要求，注意避免不必要的铺张浪费。尤其是在地基基础设计中更要注意此方案的经济比较，因为地基基础的设计方案是否合理对房屋造价非常重要。

2. 建筑中的优化设计方案

（1) 房屋结构周期性折减系数。房屋框架结构和顶盖等结构设计中，因为填充墙体存在使结构实际表现刚度大于设计计算刚度，计算周期也会大于实际周期，所以当算出结构剪力偏小时，会使房屋的某些结构不安全，而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减，这样能达到很好的效果，但是对于房屋框架结构，计算的周期不宜折减或折减系数取小。

（2) 耐久性的优化设计。在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是保证房屋建成之后，在合理使用期限内，要能满足用户正常使用要求。但是很多的设计未能达到，造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降。 对一般高层混凝土结构设计来说，低造价和省材料设计都应为满意的结构设计，但随着人们生活水平的提高和在实际工程中， 有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时， 设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以混凝土结构优化为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，达到满意效果。

3建筑结构抗震设计内容

建筑结构的抗震设计分为两大部分：计算设计和概念设计。以达到合理抗震设计的目的。

3.1 计算设计

建筑结构抗震计算包括两部分：地震作用计算和结构抗震验算。

3.1.1地震作用计算

地震作用曾称为地震荷载，包括水平地震作用、竖向地震作用和扭转地震作用，它与地震的性质和建筑结构的特性有关。地震作用计算的方法有：反应谱法、振型分解反应谱法和动力分析法（时程分析法），其中反应谱理论被广泛的运用于地震作用的计算。

（1）反应谱理论是一种拟静力方法，它是考虑了结构的动力特性（自震周期、震型和阻尼）所产生的共震效应，其计算过程是先用动力方法计算质点体系地震反应，建立反应谱和反应谱曲线，然后用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载，最后按静力方法进行结构计算设计。反应谱理论是依据弹性结构地震反应得到的，但如果遇到强烈地震结构进入弹塑性阶段时，则反应谱理论不能计算出构件进入弹塑性状态的内力、变形，也无法找出结构的薄弱位置，因此专家提出了延性这一概念，利用延性系数来概括结构超出弹性阶段的抗震能力，从而使反应谱由弹性变成塑性。

（2）反应谱法主要针对于单自由度的体系，若将反应谱理论和振型分解原理相结合，用于解决多自由度体系的地震反应计算，这就是振型分解反应谱法。其特点是能够全面考虑结构的动力特性，且根据结构的振型曲线确定地震作用的分布。利用振型分解反应谱法计算地震作用和作用效应时，对于不需计算扭转藕联计算的结构，某振型质点的水平地震作用标准值与相应的振型自震周期的地震影响系数、相应质点的水平相对位移、振型参与系数和重力荷载代表值有关。

（3）动力分析法（时程分析法）是以动力理论为基础的地震作用计算方法。所谓的动力理论，指的是在结构中输入与其地理条件相对应的地震加速度记录，得到结构在不同时刻的地震反应。动力分析法校正了采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差，能够较准确的反应结构震动的全过程；利用准确的结构和构件的恢复力特性曲线，可以计算结构在非弹性阶段每个时刻的地震反应（内力和变形），判断结构的屈服机制，确定结构的薄弱层和薄弱部位，以便采取适当的构造措施。

3.2 概念设计

在强烈地震作用下，只依赖结构计算设计满足结构的抗震要求是困难的，因为在结构计算的过程中，内力计算是基于弹性理论计算，而截面设计是基于塑性理论的计算方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态相差太远，为了弥补这一计算理论的缺陷，利用已发现的结构地震规律和对于结构总体。细部构造的良好的结构知识进行合理设计，即概念设计 概念设计的目的是正确解决总体方案、材料使用和细部构造，达到合理的抗震设计。

概念设计的基本原则如下：

3.2.1选择对抗震有利的场地、地基

在确定建筑场地时，尽量选择有利的地段，如开阔平坦的坚硬场地；避开对抗震不利地段，如软弱场地，易液化土，状态明显不均匀等地段；如果无法避开时，应采取适当的抗震加强措施，如加强地基和上部结构的整体性和刚度、换填地基土层、采用桩基等。

3.2.2选择对抗震有利的建筑体型

建筑设计时，力求结构简单，如简单的平、立面图形是方形或圆形，只有结构简单才能使结构在地震作用下有直接和明确的传力途径，才能易于分析结构的内力和位移，找出结构薄弱部位。但实际工程中，建筑的平、立面出现凹角是经常的，而凹角位置容易造成应力集中或变形集中，应采取特别的加强措施。建筑平面和立面布置宜规则、对称，其刚度和质量分布宜均匀，防止地震时产生扭转破坏。

3.2.3选择合理的抗震结构体系

建筑抗震结构体系应符合的原则：具有多道抗震防线，避免因部分结构或构件破坏导致整个结构体系丧失抗震能力或者对重力荷载的承载能力；具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；具备必要的承载能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力；具有合理的刚度和强度分布，避免在结构薄弱部位产生过大的应力集中或塑性变形集中。

3.2.4保证结构的延性抗震能力

结构的延性是指结构吸收地震能量后的变形能力，延性好的结构能吸收较多的地震能量，能经受住较大的变形。延性结构的设计原则是：强柱弱梁或强墙弱梁；强剪弱弯；强节点、强锚固；强压弱拉。

3.2.5处理好非结构构件

非结构构件主要指建筑非结构构件如女儿墙、围护墙、隔墙、幕墙和安装在建筑上的附属机械、电气设备，这些构件应与主体结构有可靠的连接或锚固，防止地震时倒塌伤人或者损坏重要设备。

3.2.6其他

抗震结构应合理选用材料，保证施工质量。在建筑设计时，宜选用高强、轻质材料，减轻结构自重，有利于减少结构对地基承载力的要求。施工时应严格按照材料特性、施工工序要求，避免施工过程中出现违规操作，造成材料的浪费、工程的返工。

结语：建筑结构设计将直接影响建筑物的安全、适用、经济和合理性,更是决定建筑工程质量优劣的关键，建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发, 建立一个宏观的、合理的结构设计理念, 合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则, 这样不仅满足设计各类需求,同时改善人类的居住环境。建筑施工的最终目的是在节约成本的同时，保证建筑的安全性，适用性以及舒适性，而优化设计也是长远的话题。

参考文献:

［1］ 陈阳显．浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计［J］．价值工程，2010( 27) : 89- 92．

第2篇

【关键词】建筑结构；优化；房屋建设

随着社会的发展，人们对于建筑的要求越来越高。建筑工程的结构越来越复杂，建筑面积越来越大，建筑层数越来越高，要求建筑成本控制与建筑结构优化技术，对建筑工程提出了更多的挑战。采取相应的结构优化技术，提高设计水平，能够降低当前的投资成本，提升建筑质量。建筑结构优化主要包括房屋整体设计的优化和内部细节的优化，在建筑结构优化建设中，对相关的制约因素进行分析，落实优化技术措施，提升优化水平，能够促进建筑结构设计水平的提升。本文从建筑结构优化的概念与优化技术探讨建筑结构的优化技术措施。

1、建筑结构优化技术概述

1.1 建筑结构优化技术概念

建筑结构优化技术是在建筑结构设计中，根据建筑工程的需求，考虑到布置、造型、造价等因素，运用相关的技术和方法，对建筑结构的相关内容进行优化设计，确保设计工程质量与施工效率的技术的总称。建筑结构优化技术具有自身的显著特征，设计过程中，需要在考虑建筑工程需求的基础上，采取针对性的设计策略，对不同的设计方案进行对比，选择最优方案，对工程建设进行指导，提升工程建设项目效益。

1.2 建筑结构优化技术的内容

房屋建筑最重要的是建筑安全以及使用价值，对于建筑工程而言，在保障建筑质量的前提下，对建筑结构进行优化设计。具体而言，建筑工程优化的主要内容包括对房屋的整体结构的优化以及房屋细节构造的优化设计，通过整体和部分的结构优化设计，逐步进行划分，从而获得最优化的分析设计。

1.3 建筑结构优化的意义

通过优化设计，能够提升建筑空间的使用效率。建筑结构优化设计，能够提升设计水平，对各部分结构进行合理的安排，确保建筑结构的美观实用，同时有利于降低建筑工程造价。实践表明，建筑结构优化设计能够节省成本5-20%，从而提升建筑工程效益。

2、建筑结构优化技术组成

为了提升建筑的建设质量，具体的优化技术包括以下方面。

2.1 概念优化设计

概念优化设计主要包括以下的技术：（1）结构优化模型，房屋建筑的结构优化设计首先需要选择设计变量，设定目标控制参数与约束控制参数，确定目标函数与约束条件，对于房屋结构中的结构条件、尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束等参数进行确定，将设计的约束条件与目标约束条件相比较，选择最优的约束条件，使设计成本最小，从而实现最优设计；（2）优化设计计算方案，合理选择优化设计计算方案，可以选择复合形法、拉氏乘子法等方法，对相关参数进行计算；（3）进行程序设计，采用合理的计算程序与结构优化模型，编制功能齐全、运算速度快的综合程序；（4）结果分析，对计算结果进行分析，从成本、施工等多角度进行计算，确保计算结果满足安全的需求，确保优化设计适用、安全、经济、美观和便于施工。

2.2 桩基优化技术

建筑结构桩基优化措施包括以下方面：（1）桩静载荷试验以及单桩承载力调整，基础试桩以及工程桩的检验可以看到，近年来许多基础桩的承载力大于计算值，因此在计算的过程中，采用试验桩的实际承载力进行桩基基础的计算，能够提升桩基工程的承载力稳定性，降低桩基工程成本，提升桩基工程的效益，在桩基结构优化中，需要按照试验桩进行桩基设计与施工，按照桩基承载力以及荷载试验进行研究，通过调整单桩承载力的特征值，优化桩基数量计算；（2）桩身配筋调整，根据《建筑桩基技术规范》对桩承载力以及裂缝控制的要求，在桩基计算中，需要对不同钢筋级别对承载力的影响进行分析，在对桩基计算的基础上，合理计算配筋率，将桩身配筋进行计算，在确定桩静荷载和桩中心距等参数的情况下，按照桩基顶部能够承受的竖向力计算配筋率。建筑主体结构的计算中，部分结构的柱墙底弯矩非常大，在计算的过程中，通过配筋率的计算严格控制裂缝，在确保静荷载力、弯矩等参数的基础上，进行配筋计算，确保所有桩基的配筋率均能满足桩基础的承载需求，满足桩基裂缝控制的目的；从桩身出发，将桩身中部以下部分进行减半处理，从而减少钢筋用量，降低工程成本。

2.3 施工优化设计技术

施工优化设计技术主要包括以下的流程：（1）结构整体和局部优化，建筑结构优化应该具有层次慈宁宫，从设计体系、结构体系、安装体系等多层次的体系，结合建筑结构的需求，确保设计体系的完整性，除了结构整体设计之外，还需要从材料选取、构件选择、结构类型等方面完成优化选择，确保所选择的材料满足建筑结构的需求，从整体入手，细化设计工作，提高设计水平；（2）桩基础与上部结构优化，从桩基础施工开始，合理选择桩基施工技术，当前常用的桩基础包括预制桩和灌注桩两种不同的类型，灌注桩的施工难度较高，预制桩的质量可靠，能够显著提高地基承载力，根据地质特点与建筑工程的需求选择桩基础施工技术；在上部结构设计时，根据建筑方案合理布置柱、剪力墙等竖向构件，保证其满足侧向刚度和承载能力的要求的前提下，达到最优的经济性；（3）不同阶段结构优化，对建筑的基础结构、上部结构、细部结构等各部分设计时，从整体到细部进行合理优化设计，实现各部分的协调优化设计，在设计中，除了确保建筑的设计安全之外，还需要保障设计的美观，在建筑结构柱、墙的设计中，在保证结构质量的基础上，尽量简化建筑系统，选择自重较轻的原料，以实现减轻结构自重的目的，同时确保各部分的结构美观，在应力集中、受力方向较多的转角区域进行加固措施，确保结构的稳固。

3、建筑结构优化技术的应用策略

3.1 前期优化设计

前期设计是影响建筑结构优化设计的关键，在建设过程中，需要根据建筑结构的需求，考虑到结构的合理性以及可行性的情况下，对设计结构进行有关设计。在前期设计中，除了确保结构设计满足建筑的需求之外，还需要结合建筑的成本、计算设计等方向进行分析，设计合理的建筑方案与施工方案，尽量降低总投资，确保设计的合理性。

3.2 合理的运用概念设计

概念设计是房屋建筑结构设计的重要内容，在概念设计中，通过对建筑结构进行分析，再此基础上提高房屋性能、经济性，确保房屋结构的优化设计。在建筑结构优化设计中，合理的运用计算程序，对建筑结构的周围环境与建筑结构的内部进行分析，合理的筛选设计方案，从而选择最优的概念设计方案。比如在地震区的建筑设计中，需要对地震区的地质环境进行分析，考虑到建筑结构减震的需求，合理的选择结构优化方案；在概念设计中，合理的选择设计软件与信息技术，根据设计人员的经验进行判断，确保最终方案的适用性与经济性。

3.3 解决房屋建筑结构设计的实际复杂问题

建筑结构优化设计中，需要考虑到建筑结构设计的复杂问题，从前期设计开始，加强结构优化设计管理，通过概念优化设计，加强建筑物的抵御能力，确保建筑物能够抵抗外部环境的影响，增强建筑结构的稳定性与安全性，同时达到合理的节省建筑总的建造成本。

4 结语

建筑是凝固的艺术，建筑结构优化技术是确保建筑结构优化的有效措施，对于建筑结构具有重要的意义。根据建筑结构的适用、安全、经济、美观和便于施工的原则，对建筑结构的整体以及细部进行合理设计，有效的发挥建筑的空间效果，降低建筑成本，优化设计的各个部分，提升设计水平的提升，提升建筑工程质量。

参考文献 ：

[1] 师永国 . 房屋建筑结构设计中优化技术应用分析 [J]. 建材发展导向（上），2014，（6）：162-162，163.

第3篇

关键词：建筑结构；优化设计；探讨；措施

对建筑工程进行优化设计一直是建筑师们共同的目标,任何一幢建筑的结构设计方案提出之后，从结构选型和构件布置开始就已经存在是否优化的问题，再加上随后的每一个设计程序也都需要结构工程师去进行精心思考、准确计算和合理选用建筑材料等全过程的优化设计，才能最终产生优化的结构。结构优化设计不应仅仅在结构本身，而是应包括建筑的各方面，比如，提高建筑空间利用率、增加建筑投入使用后的舒适度和提高建筑的经济效益等。为此，科学地确定建筑结构优化设计几项基本原则并有效地按照这些基本原则去进行建筑结构设计，是非常重要的。

一、建筑结构优化设计的必要性

为了达到结构优化设计的目的，工程设计人员必须在保证结构安全的前提下，通过对建筑结构的理性分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计，使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济要求。通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价的目的。但是在实际的工程设计中，很多因素都制约了优化设计的开展和实施。比如，工程的设计进度的要求，使得设计人员根本无暇顾及到结构的优化设计要求，再者，由于知识水平的限制，傻瓜化的设计软件使得年轻设计人员对优化设计的理解缺乏，更谈不上有效合理的优化设计，大部分设计人员在所谓优化设计中总着眼于局部部位而忽略了结构总体方案的设计，没有从总体布局上考虑造价的控制。为此，为了降低工程造价的成本，提高设计人员在工程建设过程中对优化设计的设计把握非常必要，只有加强技术和经济效益的有效结合，通过合理的优化设计方案，达到降低工程造价的目的，创造更大的社会效益。

二、建筑结构优化设计措施

1.局部优化与整体优化

每个建设项目的设计都是包含其复杂性和层次性两个特点的系统的设计。从复杂性来讲包括结构选型、材料、构件选用等方面；从层次性来讲包括建筑设计系统、结构设计系统、设备安装系统设计等,其每个系统下面又包含多个子系统。设计过程中对每个小的分系统或子系统进行优化实际上等于割断了各局部之间的横向联系,最终叠加而成的工程并不一定能够实现最终的整体最优化。因此,对于任何建筑来说必须对其全局进行优化才能实现真正的优化。

2.分段优化与寿命期优化

任何工程项目在其寿命期内的各个环节中都有很多方案可供选择,即每个阶段都存在优化方案,设计人员应根据各阶段性质来决定对应的优化方法,即对工程寿命期优化,才能最终实现项目在每个阶段优化,但又不影响最终整个寿命期的优化。

3.桩基优化

桩基分为预制桩与灌注桩两种,由于灌注桩在成桩过程中其质量难以把握,且其施工周期远远长于预制桩,因此在满足沉降控制、上部承载以及基础总重的前提下应尽可能使用预制桩,同时,由于一般情况下随着基础深度增加,地基土对桩身的侧摩阻力及桩端阻力都随之增大,因此应尽可能选用较大长度的桩和桩位。为了能够尽量减少基础底板厚度以及钢筋用量应尽量采用轴线桩,使其尽量布置在剪力墙之下。

4.基础优化

在采用轴线桩的前提下,应尽量选用条形承台,若建筑物没有地下室时则应仅布置条形承台梁,有地下室时则应采用条形承台梁加止水底板,若建筑高度较低则承台梁高可以同地下室止水板厚度相同,建筑高度较高则其梁高应根据计算确定。止水板的荷载取值一般应根据其上部结构总重的20%与水浮力之和与上部结构总重的30%中大者来做为计算依据,但目前有人认为该值应以最不利水位来考虑水浮力,而地基土对地下室底板的作用占上部结构比例应根据沉降计算结果区别对待,其取值范围应在5%～20%之间。

5.上部结构优化

上部结构模型的建立以及优化应从合理的剪力墙布置开始,并应遵循剪力墙平面分布均匀、对称且楼层平面刚度中心与楼层结构重心相结合的原则,以尽量减小水平地震和风荷载作用下的扭转效应；若建筑房型允许应优先采用大开间剪力墙结构,并适当加长剪力墙墙肢长度,其既可以减少剪力墙墙肢总数也可以实现在楼层侧向刚度相同的情况下可以大大减少剪力墙的混凝土用量,同时由于在剪力墙结构中钢筋用量最大的部位是暗柱,采用大开间剪力墙可以在很大程度上减少暗柱的钢筋用量；但若建筑物所处地质条件较差但建筑对抗震要求较高的地段则应尽量避免大开间剪力墙结构；在墙柱都确定好后,连梁(跨高比小于5)的高度一般取窗顶与楼层之间的高度,而跨高比大于5的跨度较大的框架梁其高度则取跨度的1/12即可；对于建筑楼板厚度除应满足相应规定外,重要就是准确输入楼层层高及层数以正确计算各楼层对应的荷载；在这些基本构件确定之后则应进行人工修改、干预诸如梁端铰接设置、框支梁柱定义、混凝土容重、风荷载等相关定义及参数,尽量达到计算模型与实际建筑匹配；之后则应对设计结果进行电算,并必须分析电算结果的合理性。

6.建筑与结构专业的协调

设计过程中应尽量实现建筑结构与建筑平面密切配合,以实现结构合理、美观实用的结果。建筑墙柱布置应满足建筑物平面功能要求；各房间开间进深等应尽量统一便于构件标准化；建筑体系应尽量简单,墙柱不易错位,截面面积不宜出现明显变化,同楼层内标高应尽量一致,不宜设置错层即夹层结构；楼梯电梯等不宜布置在受力复杂或应力集中的转角部位,非承重构件应尽量选用轻质材料,承重构件选用高强材料实现减轻结构自重,建筑整体布置应力求简单、规则,并尽量保持建筑质心、刚心尽量重叠,防止发生扭转效应。

7.结构与给排水专业的协调

由于给排水专用房屋内含有设备及设备基础,其荷载往往远远高于其他房间,因此,水泵间应尽量设置在地下室或半地下室内；给排水房间内管道数量多、粗细不均,因此应确保预留孔洞及预埋件位置及尺寸准确,并对楼板孔进行局部加强,同时应尽量避免水平管道穿过梁柱；管道穿过承重墙时应采取加固措施；应尽量保证结构布置为管网系统创造条件,避免出现管道绕梁绕柱现象；建筑内尤其是高层建筑内空调设备通常与电梯、楼梯、卫生间等布置在核心区域,因此在结构设计时应重点考虑该类房间内楼面负荷,避免该类房间内由于管道多出现超载现象,另外由于设备层层高不同于标准层,且内部应力集中,因此应着重考虑该房间内抗震加固措施。

8.结构与电气专业协调

电气管线若以导线在金属管内沿墙或楼板暗装则对于预制结构带来很大困难,因此穿过梁的垂直管线应在预制时在梁内预留孔洞,并要保证梁宽与墙厚尽量一致,若不一致则应要求墙的一侧与梁的侧面平齐,以确保穿梁管线不外露于墙外；电梯机房内空洞、预埋件非常多其荷载相应增大,因此该房间内应进行单独计算来确定其强度,另外电梯井道一般除受竖向荷载外还受水平力作用,因此应单独校核其强度尤其是洞口处强度。建筑物尤其是高层建筑设计是一项复杂的系统工程,设计人员不仅要研究建筑地基、基础及上部结构的共同工作性,还应与各专业密切配合、协调,确保计算的准确性等方面实现建筑物的优化设计。

参考文献: