建筑结构优化设计概论

建筑结构优化设计概论

摘要：随着时代的进步，建筑业也在朝着现代化的方向发展。近年来，城市现代化建设程度加深的同时，土地可用面积越来越少，使得我国的高层建筑越来越多，人们对建筑结构的要求也越来越高，为了满足社会的发展和人们的要求，进行建筑结构的优化是必不可少的。

关键词：建筑结构，优化，设计，措施

城市的高层建筑越来越多，在进行高层建筑的设计时，要考虑多方面因素，比如建筑结构要有足够的强度，要有适宜的刚度，建筑结构有合理的自振频率等。另外，为了避免大震下高层建筑倒塌，在进行建筑结构的优化时要保证建筑结构的强度够硬，这是一个前提条件。因此，在建筑结构的优化过程中，要对各方面因素综合考虑，才能设计出符合人们要求的建筑产品。

一、建筑结构概述

在进行建筑结构设计时，要进行内力、位移等多方面计算，计算的过程也要从不同的角度进行，以保证最大限度地获取准确的数据。对建筑结构进行分析时，可以从以下几个方面进行。

（一）建筑结构的材料分析

从线弹性的角度对建筑结构进行分析时，一般假定内力和位移的量，想象结构与具体的构件在弹性工作形势下，具体分析的过程则根据弹性理论进行研究。弹塑性的析方法一般用在计算地震环境下的建筑结构的薄弱层变形时。

（二）刚性楼板分析

在对高层建筑的内力与位移进行计算时，通常都假定楼板对自身的平面有无限的刚性，由于平面的外刚度极小，可以将其排除。假定楼板结构为刚性时，在进行建筑结构的设计时就要运用相关的措施以保证楼板平面的整体刚度。

另外，还可以通过计算图形对高层建筑的结构体系进行分析，分析时的计算图形主要有三种，即一维、二维协同分析以及三维空间分析。

二、如何进行建筑结构的优化设计

为了保证现代化的建筑能不断满足人们对建筑物的要求，同时提高建筑物的稳定性、安全性和可利用性。可以从以下几个方面优化建筑结构。

（一）优化基础拉梁设计

这种优化设计主要针对多层框架的房屋，当这类房屋的基础埋得比较深时，可以在一定范围内对基础拉梁的位置进行设置以达到最优状态，宜于按照框架梁的结构进行整体设计，并且按照规定来设置箍筋加密区。但针对建筑物的抗震特性来说，应该采用短柱基础。一般来说，当独立的基础埋置不深时，可以根据抗震的要求，在两个主轴的方向沿线上设置基础拉梁。基础拉梁的尺寸也有一定的要求，一般横截面宽度是柱中心距的三十分之一至二十分之一左右，基础拉梁的高度取柱中心距的十五分之一内。基础拉梁的顶标高通常要与基础的顶标高相同，当基础拉梁的框架底层不算太高或者基础埋得不是太深时，也可以把基础拉梁的面积设计得比较大，以便用基础拉梁平衡柱底的弯矩。

（二）优化框架梁、柱箍筋的间距

不同抗震等级的框架梁和柱箍筋有不同的特性，比如其加密区的最大箍筋间距和最小箍筋直径，这些参数都有明确的规定。根据相关规定，在进行工程设计时，常常将框架梁、柱箍筋的加密区最大间距设置为100毫米，非加密区的箍筋最大间距为200毫米。利用计算机程序进行模拟时将框架梁和柱箍筋的加密区间距也设置成为100毫米，并且计算出加密区的箍筋面积。但是在某些情况下，也有可能会因为非加密区采用200毫米的箍筋间距而导致配箍不足。因此，在实际建设过程中我们也应该适当地增加箍筋的直径或者将箍筋间距的加密。

（三）优化独立基础设计荷载的取值

现代化的建筑物中，钢筋混凝土结构的房屋越来越多，而钢筋混凝土多层框架的房屋则大多采用柱下独立的基础形式。当房屋地基的受力范围内没有软弱的粘性土层时，总层数在八层以内而且高度在25米以下的民用框架房屋可以不用进行验算地基基础的抗震承载能力，但在实际的设计过程中应该考虑风荷载的影响。在对以钢筋混凝土为原料的多层框架房屋进行整体的计算分析时，必须要考虑到风荷载的影响，不能因为风荷载的影响不明显就忽略掉这一部分。另外，在设计独立的建筑结构基础时，在设计外荷载的柱脚内力值时，只取轴力设计值或者只取轴力与弯矩设计值，都会导致建筑物的基础尺寸偏小，会影响基础结构以及整个建筑结构的安全。

（四）优化地下室层数

地下室也是建筑物不可或缺的一个部分，对地下室的结构进行优化，有助于提升空间的利用价值。由于地下室的隔墙比较少，因此在设计过程中基础形式常采用筏板式。在利用计算机对这一部分进行设计时，应该同时输入地下室的层数

和上部结构，这样可以一次性计算出地基以及基础底板的竖向荷载。同时可以利用现有的数据对层间侧移刚度比进行分析，通过分析比较的结果，可以正确地判断、调整房屋的具体嵌固位置，并且采取相应的措施来提高建筑结构的抗震能力。如果在对建筑结构的整体计算过程中，输入的地下室层数比实际的层数要少，会导致在发生地震灾害时底层的柱底部位会因为抗震能力降低而受到破坏。

（五）优化建筑结构计算中几个参数参数

利用计算机进行信息化处理，能较快捷地得到相应的计算结果，但对计算出的结果不能盲目使用，应该经过认真的分析判断以保证其合理准确，才能将各种参数应用于建筑的过程设计中。一般说来，利用计算机进行计算的参数有建筑结构的自振周期、楼层的侧向刚度比、柱底内力设计值、楼层地震剪力系数、墙和柱的轴压比等。众多的数据参数都是进行建筑结构设计的依据，因此，参数的准确性也影响了建筑设计的安全稳定性。为了通过分析来判断计算机计算出的结果是否合理，在进行相应参数的计算时，一方面要保证有合理的结构方案，准确可行的结构计算简图，另一方面要根据建筑结构的具体特征，正确地填写相应的场地类别，而且对于总信息中的各种参数要进行合理的选取。在应用这些参数时，要按照相关程序来进行设置，以便设计的结构更加合理可行。

结语

现代化的进程逐步加快，人们的生活脚步也越来越快，也加快了城市建设的进度。建筑物越来越多，导致建筑物的发展方向向高层化，但是高层建筑具有自身的特点，无论是建筑物的形式、建筑原材料还是具体的力学分析模型都逐渐复杂，多元化。加强建筑结构的优化设计是建筑过程中必不可少的一步。通过不断优化建筑结构，才能让建筑物满足经济科学且人性的要求。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。