结构工程优化设计与结构措施

结构工程优化设计与结构措施

贺枫

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摘要：随着中国建筑业的蓬勃发展，人们对建筑业的研究与讨论也越来越多。本文讨论了建筑的优化设计方法，从建筑的耐久性，安全，舒适，经济等几个角度，对建筑施工中的优化设计方法作了较为详尽的阐述，以供工程实践参考。建筑结构工程优化设计的步骤在建筑结构设计过程中，我们会面临许多问题，如何解决这些问题，才能获得更好的设计，而解决这些问题，需要对建筑结构、材料、施工技术等方面的综合分析，才能获得更好的设计方案。而最优设计是把某些对项目不利的情况，变为对项目有利的情况，是一个综合分析和判断的过程。在实际工程中，基于可靠度的计算和分析方法是常用的方法。在进行结构设计时，要注意构件的布置，结构体系的选择，计算分析，以及构造方式的选择。

关键词：建筑工程；工程结构；结构优化措施

引言

建筑物的使用寿命和安全性都符合标准。住宅经过商品化后，应当成为居民的一种持久性生活物品，其相对于其他生活物品的最大特点是寿命长。因此，房屋结构的耐久性与安全性是房屋结构设计的基本要求。无论是在建筑结构体系上，还是在建筑选材上，均应抗风抗震，在使用年限内对其进行更新、维修十分有益。建筑设计应以改善居民生活质量为目标，以提高居民生活质量为目标，为居民创造更好的生活环境。建筑设计还要考虑未来住户对房屋划分的影响，在结构设计时，要根据房屋建设地点的层数多少、平立面体型，在满足耐久性、安全性和舒适性要求的前提下，采用既经济又合理的结构体系。在设计部件时，必须仔细考虑，严格遵守，并注意避免不必要的浪费。尤其在基础设计中，更要注意这种方法的经济比较，因为它对建筑造价影响很大。

一、建筑设计的最佳化

(一)建筑住房周期性下降因素。在房屋框架结构、顶盖结构等设计中，由于填充墙的存在，实际刚度大于设计计算刚度，若计算剪力较小，将导致部分房屋出现安全隐患，应适当缩短房屋计算周期，才能取得较好的效果。但对房屋框架结构而言，既不适用于其计算周期，也不适用于其折减系数过小。

(二)耐久性的优化。在以往的混凝土结构设计方案中，很多都没有充分考虑到建筑结构设计的耐久性，也就是保证建筑完成后，在合理的使用年限内，能够满足用户的正常使用需要。然而，很多建筑设计未能实现可靠度，其根本原因是没有考虑到建筑在服役过程中，由于工作条件、工作环境等因素的变化而引起的结构损伤，从而导致建筑可靠度指标的下降。本文从理论和概念两方面对建筑物地震响应进行了研究。从而达到结构抗震设计的目的。

二、计算机辅助设计

建筑抗震设计包括两部分，一部分是建筑地震作用用分析，另一部分是建筑抗震检验。

(一)确定地震作用

地震作用又被称为地震荷载，主要表现为水平地震荷载、垂直地震荷载和扭力地震荷载，其大小与地震波的物理属性和构造特征有密切关系。目前，地震作用计算主要采用反应谱方法、振型分解反应谱方法和动力分析方法（时程分析方法），而反应谱理论在地震作用计算中的应用日益广泛。

(1)反应谱理论为拟静力方法，基于拟静力方法，通过对散体动力响应（自震周期、震型、阻尼）的分析，建立散体动力响应谱图，通过计算散体的最大惯量力，得到散体的等价地震动荷载，再根据静力分析结果，进行散体动力响应分析与设计。然而，在大地震作用下，结构处于弹塑性状态，受内力、变形等因素影响，强度难以确定，因此，学者们提出了延性的概念，并提出了延性的概念。

(2)反应谱法一般只适用于单自由度体系，若将反应谱和振型分解原理有机结合，可适用于多自由度体系，则称为振动振型分解反应谱法。该方法能较好地反映结构的动力特性，并能根据结构模态的变化判断地震作用的强弱。在采用振型分解反应谱方法进行地震作用和作用效应时，在不需要进行扭转耦联计算的结构中，某个振型质点的水平地震作用标准值与相应的振型在自震阶段的地震影响系数、相应质点的水平相对位移、振型参与系数以及重载的代表值都有一定的关系。

(二)概念性设计

在大地震作用下，仅靠结构计算设计难以准确反映结构的抗震性能，主要原因是目前结构计算多采用塑性矩阵法，两者之间的不协调导致计算结果与实际情况相差甚远。具有良好的细部构造的结构知识，能够进行合理的设计，即概念设计，目的是要解决总体方案、材料使用和细部构造等问题，从而实现合理的抗震设计。

概念性设计应当遵循如下原则：

(1)选择场地、地基对地震有利

在选择施工场地时，应尽量选择有利的地点，如：空旷、平坦、坚硬的地面；要避开地震影响大的地区，如地基不好，易液化，地基条件差的地区；如果不能完全避免地震的影响，就需要通过加强基础和上部结构的整体刚度、换土、桩等措施来加强地基的加固。

(2)对地震响应有利的建筑形式的选择

在设计建筑时，要尽可能使其具有简单的构造，如简单的平、立面图形可以是正方形或圆形，这样的构造能够使其在地震作用下有一个更直观的、更清晰的传力路径，也便于分析其内力和变形，找出其薄弱之处。然而，在建筑物的平面及外墙上，往往存在着较小的转折点，这些转折点很容易造成局部应力及变形，所以必须采取特殊措施对其进行加固。为避免地震时产生扭转破坏，建筑物的平面和立面应呈规则对称，其刚度和质点分布应符合结构的要求。

(3)结构体系在地震作用下的选择

建筑抗震结构体系应遵循具有多道地震防线，防止由于局部结构或部件的损伤而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承受能力的原则。结构形式简明，地震力传递路径合理；具有一定的承载力、良好的变形能力和良好的减震性能；为了避免结构薄弱部位产生过大应力和塑性形变，应确保结构的刚度和强度得到合理的分配。

(4)保证建筑物在地震时的延性

延性是反映结构在地震作用下承受较大冲击力时的变形特性，具有较好的延性，可有效吸收较多震源，承受较大冲击力。提出“强柱弱梁”，“强墙弱梁”，“强剪弱弯”，“强节点，强锚固”，“强受力，弱拉力”的设计思路，并提出了抗震设计中应注意的问题。

(5)适当地处理非结构部分

非结构构件是指女儿墙、围护墙、隔墙、幕墙以及安装在建筑上的附属机械、电气设备等，与主体结构进行可靠的连接或锚固，以防止在地震时发生坍塌，造成人员伤亡，甚至损坏重要设备。

结语

建筑物的结构设计直接影响到建筑物的安全、实用、经济、合理，同时也关系到工程质量的好坏。建筑设计者应结合当前的经济形势和发展趋势，建立一套宏观合理的结构设计理念，合理制定建筑设计标准、经济措施和设计原则，使之既能满足不同的设计需求，又能提高人们的生活质量。既要保证建筑的安全性，又要保证建筑的适用性和舒适性，同时又要节省造价，因此，如何优化建筑的结构设计，一直是建筑工程研究的热点问题之一。

参考文献

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