淺談如何優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　淺談如何優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，當(dāng)建筑方案產(chǎn)生后，結(jié)構(gòu)從選型和布置開始就存在優(yōu)化與否的問題，再加上后續(xù)每一道工序的精心設(shè)計、準(zhǔn)確計算、合理選用等全過程的優(yōu)化設(shè)計才能產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；方案 </p><p>　　中圖分類號：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：20

2、95-2104（2012） </p><p>　　在新的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行后，對結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計提出了更高的要求，許多結(jié)構(gòu)的設(shè)計要多次試算，從局部到整體再到局部。主要計算過程可分為：整體參數(shù)試算、整體合理性計算、構(gòu)件優(yōu)化和抗震性能驗算。每步又包含多次試算，多次循環(huán)，才可能達(dá)到整體布置合理，傳力直接，構(gòu)造符合規(guī)范要求。 </p><p>　　1. 遵循《規(guī)

3、范》標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　作為一個結(jié)構(gòu)工程師，一方面必須熟悉、理解和吃透規(guī)范條文的真實含義，另一方面必須客觀理性地正確對待規(guī)范。對“規(guī)范”中的“強(qiáng)制性條文”要不折不扣的執(zhí)行，而對《規(guī)范》中的“非強(qiáng)制性條文”工程師可以運(yùn)用自己的理論知識、結(jié)構(gòu)概念和實踐經(jīng)驗，在《規(guī)范》條文思想的指導(dǎo)下，針對具體的設(shè)計對象、環(huán)境和使用條件，以工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，創(chuàng)造性地靈活選用規(guī)范中的數(shù)據(jù)。 </p>&l

4、t;p>　　2. 選擇合理的結(jié)構(gòu)方案 </p><p>　　對于同一個建筑設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案往往不是唯一的。不同的結(jié)構(gòu)方案會使工程造價和工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的差別，所以選擇合理的結(jié)構(gòu)方案便顯得尤為重要。結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。并綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，通過反復(fù)試算、反饋和優(yōu)化，選擇效果最好、造價最低的結(jié)構(gòu)方案。 </p><p>　

5、　2.1要用整體的概念在特定的建筑空間中來完成結(jié)構(gòu)總體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具備足夠的承載力、剛度和良好的延性； </p><p>　　2.2盡可能使結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑簡單、直接、明確。傳力途徑復(fù)雜會出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣會導(dǎo)致造價的提高，也容易出現(xiàn)計算錯誤產(chǎn)生安全問題。采用最簡單、直接的傳力途徑，可以省去中間傳遞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，減少

6、結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險，使結(jié)構(gòu)受力更加明確，其造價也相對經(jīng)濟(jì)； </p><p>　　2.3保持整個結(jié)構(gòu)安全可靠度的協(xié)調(diào)一致性應(yīng)通盤考慮整體結(jié)構(gòu)的每一個構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠協(xié)調(diào)一致發(fā)揮其最大效能，確保達(dá)到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計目標(biāo)水準(zhǔn)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟(jì)又安全的目標(biāo)； </p><p>　　2.4使結(jié)構(gòu)平面布置的抗側(cè)力剛度中心與建筑物的外力作用中心或質(zhì)量重心盡量接近或重合，以避免或減小外力作用下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

7、，因為抵抗結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)所需增加的材料用量是很大的，可以說結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則既不經(jīng)濟(jì)又不安全； </p><p>　　2.5積極主動的參與建筑設(shè)計的方案階段，加強(qiáng)與建筑師的溝通與協(xié)調(diào)。一個設(shè)計精品是建筑師和結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)造性合作的共同成果，在滿足建筑物的功能和建筑師創(chuàng)意的前提下，結(jié)構(gòu)工程師有責(zé)任對建筑方案提出建設(shè)性的意見，與建筑師一起構(gòu)思最佳的結(jié)構(gòu)體系。 </p><p>　　3.構(gòu)件設(shè)計和繪

8、制施工圖 </p><p>　　構(gòu)件設(shè)計主要有截面設(shè)計和節(jié)點(diǎn)設(shè)計兩個部分。因為截面尺寸在方案設(shè)計階段已初步確定，構(gòu)件設(shè)計階段所做的工作是確定鋼筋的類型、放置位置和數(shù)量，因此，截面設(shè)計在混凝土結(jié)構(gòu)中，也稱可以稱為配筋計算。節(jié)點(diǎn)設(shè)計在鋼結(jié)構(gòu)中的使用比在截面設(shè)計中的使用更為廣泛，一般來說，節(jié)點(diǎn)設(shè)計也可以稱為連接設(shè)計。而構(gòu)件設(shè)計主要有兩個部分組成：一是計算；二是構(gòu)造，兩者共同組成了結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容主要是根

9、據(jù)計算和構(gòu)造來確定的，計算是構(gòu)造的基礎(chǔ)，構(gòu)造是計算的重要補(bǔ)充，兩者是相互補(bǔ)充，相互聯(lián)系的。 </p><p>　　繪制施工圖是設(shè)計的最后一個階段。施工圖是工程師的語言，工程師的設(shè)計意圖主要是通過施工圖紙來表達(dá)，施工圖紙是施工人員進(jìn)行施工的主要依據(jù)，關(guān)系到施工的質(zhì)量和效率，也關(guān)系到工程的質(zhì)量和使用功能的發(fā)揮。因此，在繪制施工圖紙時，必須保證圖紙的表達(dá)正確、規(guī)范、簡明和美觀，以便施工人員通過圖紙正確的理解設(shè)計意圖，保

10、證施工工作與設(shè)計工作相聯(lián)系，保證施工的順利進(jìn)行。 </p><p><b>　　4.結(jié)構(gòu)計算 </b></p><p>　　一體化計算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計程序的不斷完善和全面應(yīng)用，使工程師從繁重復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計算中解脫出來。工程師可以在概念、經(jīng)驗和估算的基礎(chǔ)上借助計算機(jī)進(jìn)行可靠的分析計算，經(jīng)過多次計算比較和調(diào)整，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理和經(jīng)濟(jì)。在利用計算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算時，要注

11、意以下問題： </p><p>　　4.1對計算參數(shù)的選取要正確合理。選取不同的計算參數(shù)會得出完全不同的計算結(jié)果，要根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的具體情況和計算程序的功能要求合理選取。比如，高層建筑結(jié)構(gòu)的計算自振周期折減系數(shù)的取值，要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式以及填充墻的材料和數(shù)量，選取恰當(dāng)?shù)臄?shù)值對計算周期進(jìn)行折減，若折減系數(shù)選取偏大，會使計算地震力小于實際的地震力，造成結(jié)構(gòu)分析偏于不安全，反之則不經(jīng)濟(jì)； </p><

12、;p>　　4.2對于輸入的幾何圖形、構(gòu)件尺寸、荷載數(shù)據(jù)等應(yīng)認(rèn)真核對、力求準(zhǔn)確無誤。避免因數(shù)據(jù)輸入錯誤造成計算分析結(jié)果的錯誤或較大的誤差。 </p><p>　　4.3注意實際結(jié)構(gòu)與計算模型的差異。所有的計算理論和設(shè)計程序都是建立在一些假定和理想的計算模型之上的，而實際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)又是千差萬別的，一味地依賴電腦或計算手冊的計算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計會給結(jié)構(gòu)留下較多的隱患，所以任何構(gòu)件的計算都應(yīng)根據(jù)實際情況確定結(jié)構(gòu)

13、的約束關(guān)系，并利用結(jié)構(gòu)概念、工程經(jīng)驗對計算結(jié)果進(jìn)行分析，判斷其是否合理，以確保最終結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確。 </p><p>　　4.4不能盲目的依賴計算機(jī)。因計算軟件的缺陷和設(shè)計人員不加分析的盲從而導(dǎo)致設(shè)計錯誤的現(xiàn)象時有發(fā)生，所以對用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算程序的基本理論假定、應(yīng)用范圍和限制條件以及程序與規(guī)范的結(jié)合一定要搞清楚； </p><p>　　5.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題 </p>&

14、lt;p>　　在結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計的過程中，一定要注意結(jié)構(gòu)本來的受力模型，例如對于框架結(jié)構(gòu)而言，抗震設(shè)計的概念是強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，所以在優(yōu)化構(gòu)件的過程，不能一味的加大梁的截面和配筋，否則對于結(jié)構(gòu)的抗震性能不僅無力而且是有害的，對于框架柱子的配筋也一樣，不能過分的加大截面，滿足位移比得限值即可，過分加大截面，就加大了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，結(jié)構(gòu)無疑將承擔(dān)更大的地震力，在目前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，這種做法顯然是不符合目前的設(shè)計大形勢的。 <

15、;/p><p>　　還有對于，結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計，也有許多不同的選擇，每種基礎(chǔ)形式都用其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，同時，基礎(chǔ)設(shè)計的地域性比較強(qiáng)，在這方面的設(shè)計中，更多的是靠經(jīng)驗的積累及總結(jié)。 </p><p>　　最后，在施工圖繪制的過程中，也要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，結(jié)合性能設(shè)計的一些理念，對相對薄弱的環(huán)節(jié)，或者是以目前的結(jié)構(gòu)分析手段不能分析的比較明確的地方，進(jìn)行是適當(dāng)?shù)呐浣罴訌?qiáng)，同時，對于抗震構(gòu)造的具體措施可

16、以參照國標(biāo)的圖集，加以具體利用。爭取設(shè)計出相對比較合理的結(jié)構(gòu)。 </p><p><b>　　6.結(jié)束語 </b></p><p>　　綜上所述，為了在日益激烈的設(shè)計市場競爭中求得生存與發(fā)展，為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)計產(chǎn)品，提高設(shè)計產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，已成為每一個設(shè)計單位努力追求的目標(biāo)。由于在建筑產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)造價所占的比重很大，通過對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，不僅能夠提高建筑物的安全度，