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与 建 材装 饰2013 年 9 月 关于建筑结构设计优化的探讨 贺 新 （竹山县规划建筑设计院湖北 十堰 竹山442200） 摘要： 本文针对传统房屋建筑结构的设计方法以及设计优化措施的基本流程实行了简单的对比， 根据这些， 本文首 先叙述了建筑结构设计优化关键性意义， 然后在将建筑结构设计自身的特点结合在一起， 分析了设计优化的基本含义， 并 就建筑结构的抗震设计、 平面布置以及静力分析的方法等这些方面分别论述了建筑结构设计优化的方法。 关键词： 建筑结构； 设计优化； 基本理念； 优化内容 中图分类号： TU318文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2013） 27-0040-02 传统的建筑结构设计方法， 其过程大致如下： 假设寅分析寅 校核寅重新设计。即先根据工程实践经验通过判断假定一个设 计方案和做法， 用工程力学方法进行结构分析， 以检验是否满足 规范规定的强度、 刚度、 稳定性、 截面规格等方面的要求。如符合 要求则为可用方案； 同时， 也可以通过对少数几个方案和方法进 行比较而得出可用方案，这种设计方法只能凭借设计者的经验 在很少的几次重复实验后以通过 “校审” 满足。 1 建筑结构设计优化的重要性 实行建筑结构优化设计的原因， 可以总结为以下几点原因： （1） 混凝土、 钢筋以及砌体等经常使用的建筑材料费用占了 建筑结构成本中绝大部分，然而这部分的成本大约占建筑结构 主体的造价 50豫以上。通过对建筑结构设计优化， 可以让建筑工 程的整体造价缩减 1035豫，这对于一项大型的建筑工程来讲， 这必定是一笔十分庞大的费用， 并基本上不存在任何的风险， 同 时也不用付出很大的工作量，所以结构优化能够很好的帮助建 设方缩减投资成本， 提升了资金周转率以及增加了利润， 它的经 济价值是巨大的。 （2） 根据统计， 建筑工程的质量事故的发生主要的原因是由 于建筑结构设计责任导致的， 其大约占据 40豫左右的比例。因为 目前我国各个设计单位的水平参差不齐，设计的质量较差造成 了施工中经常出现停工和返工的情况。 （3） 因为设计企业没有主动去控制建筑成本的动力和意识， 另外设计师的时间比较紧迫、 能力不足和任务比较重等理由， 业 主不可以奢望设计企业能帮其做到成本控制，只能够另外寻求 出路。 （4） 优化设计工作常常不能作为施工方的中心业务， 与其去 耗费众多的财力、 物力和人力去做， 最好的办法是将其交付给专 业的人员去完成，这样就可以在有限的资源情况下让工作效率 得到提高， 创造更广阔的价值， 让企业的核心竞争力得到进一步 的提高。 （5） 随着国家政策加大了宏观调控的力度和上涨原材料的价 格， 这样就大大缩减了通过销售来获取利润的范围， 挖掘内部潜 力和节约建筑成本构成了企业盈利的主要方式。利用科学合理 的方法来节约建筑成本是提升企业的盈利能力、让地产企业走 上健康生存、 持续发展的关键途径。在这方面， 业内某些具有超 前意识的知名企业，譬如金地、万科和其他国际公司都做得较 好， 成为了其他地产企业的学习榜样。 2 建筑结构优化设计的基本概念 根据优化设计理论原理，可将建筑结构优化设计定义为： 对 于已知的给定参数， 通过相关理论、 方法， 找到这样一个设计变 量， 使其既能满足所有约束条件， 又能使目标函数取得最小值。 这里所谓的设计变量， 指的是在设计过程中所选的描述结构 特性的量， 它们的量值可根据设计方案的不同取不同的值。这些 设计变量所组成的维向量可用维空间的一个点来表示， 称为 “设 计点” 。在建筑结构优化设计中指的主要是： 淤设计截面的几何 参数， 如各个构件的截面尺寸、 面积和惯性矩等。于结构总体的 几何参数， 如柱的高度、 梁的间距、 拱的矢高和节点坐标等。虽然 设计变量所涉及的内容可能有很多，但总体可分为连续型和离 散型两种类型。前者在优化过程中的变化是连续的， 如拱的矢高 和节点坐标等； 而后者的变化则是跳跃性的， 如备选的型钢截面 面积或钢筋直径等。 结构优化设计的目标函数是指用来衡量一个设计的好坏， 从 而在不同设计方案之间进行比较的指标， 它是设计变量的函数。 目标函数的选取建立在结构本身的技术经济特性基础之上， 目 前应用较多的目标函数主要是结构造价、结构重量和结构体积 三种。 3 建筑结构设计优化的主要内容 一般情况下， 房屋建筑结构设计工作主要是按照建筑设计的 需求， 运用适宜的设计方法和理念， 将适当的建筑结构形式、 布 置和具体构件的设计尺寸确定下来。在优化日常可见的钢筋混 凝土的住宅结构系统时，可以由结构的整体布局和具体的构件 这两方面进行考虑。结构的整体布局主要的影响因素有建筑物 的外形特征、 层高、 柱网的尺寸以及抗侧力的构件位置等； 具体 的构件影响因素包含了结构的布局、 钢筋和混凝土的强度、 构件 的截面及配筋的构造等。将这两方面的影响因素结合起来考虑 是肯定的， 为了达到这个目标， 会对项目工程师有更高要求； 结 构工程师必须对构建以及结构的受力特征具有十分充分的了 解， 能够根据合理的构件设计经验和对设计规范的理解， 运用合 理优化的方法来进行有成效的设计。 3.1 建筑结构抗震的优化设计 3.1.1 抗震防线多设置一些 一个优良的抗震结构系统应该是由若干个具有良好延性的 分体系共同构成的，并且由具备良好延性的结构构件相互连接 共同工作。因为经过强烈的地震常常会有多次的余震伴随其后， 抗震结构系统应该由最大限度数量的内部和外部冗余度，有意 识的建立一些屈服区，主要的耗能构件其延性必须是十分高的 以及其刚度也应该是适中的，这样才能够让建筑结构可以吸收 与耗散掉大部分的地震能量， 强化建筑结构抗震的性能， 避免在 规划与设计 40 与 建 材装 饰2013 年 9 月 大型地震时发生坍塌现象。将建筑结构的构件强弱关系处理适 当， 当同一楼层中应该让主要的耗能构件处于屈服后， 其他的抗 侧力构件处于弹性的阶段， 让 “有效的屈服” 能够保持在较长的 时间内， 确保建筑结构延性以及抗坍塌的能力。在建筑结构的抗 震设计中， 如果某个部分的结构设计比较强， 很有可能导致结构 的剩余部位相对比较薄弱，所以在设计过程中如果对某个部分 进行了不合理的强化和在施工过程中以大替代小的方法来改变 抗侧力的构件配筋这种做法都必须要慎重的考虑。 3.1.2 建筑性能化的设计优化 应该按照实际的可能和要求， 有针对性的抉择整个结构以及 结构的个别部位或者关键性部位、 重要的构件、 次要的构件及建 筑的构件、机电设备的支座来当作性能设计优化的目标实现性 能化的设计优化。 3.2 建筑结构的静力分析优化方法 有各种不同的建筑结构分析方法， 其中主要包含了弹性静力 分析方法、 静力弹塑性分析方法、 动力弹性分析方法、 动力弹塑 性分析方法等。一般可以这样将， 建筑结构的内力以及变形是能 够依据弹性方法来计算的，框架梁和连梁等结构构件可以考虑 塑性变形而造成的内力重分布。建筑物的计算模型可以按照结 构的实际情况来进行确定，所选择的分析模型必须能够十分准 确的反映出结构中各个构件实际的受力情况。分析建筑结构， 一 般可以选择平面结构中空间杆系、 空间协同、 空间杆原薄壁杆系、 空间杆原墙板元等计算模型来进行整体结构的计算。然而， 设计 中常常把跨高比较小的墙体连接梁、转换梁等结构构件来模拟 空间杆的模型， 这样很有可能出现不合理的计算结果， 所以， 针 对一些与杆系特征不相符的构件在结构设计过程中应采取有限 元法进行有效的辅助分析。与此同时， 因为计算模型不能够让一 些十分复杂的构件节点得到真实模拟，也可以运用有限元法实 现节点分析。 4 结束语 当今在建筑结构设计优化实践的操作中，较多采用的是在 “分析和校核” 的基础上 “综合和优选” 的方法， 但事实上建筑结 构设计优化软件并不是十分的完善。我们应大力开展有关建筑 结构设计优化方面的研究，例如开展与设计思想以及优化技术 相关的普及工作，编写适合设计的实际要求的优化电算信息程 序等；另外一方面应该对结构设计优化的理论性工作继续深入 开展， 譬如针对优化多目标、 优化结构动力设计、 优化离散值变 量设计、随机性规划以及模糊性规划等课题还有模型化处理方 面的工作等。 收稿日期： 2013-8-15 如何在建筑结构设计中提高建筑的安全性 龚加鹏 （江西省环球建筑设计院江西 南昌330000） 摘要： 随着经济的发展和社会的进步， 人们越来越重视建筑的安全性和耐久性。现代高层建筑结构开始向着体型复 杂、 功能多样的综合性方向发展， 但是， 在建筑的建设工作中往往会出现很多问题， 这些问题会威胁到建筑物的安全性。要 想提高建筑物的安全性和建筑物的使用寿命， 就必须对建筑物进行合理地建筑结构设计。这样不仅能提高建筑物的安全 性， 也能够更好的对城市建设进行规划， 合理利用城市的每一寸土地。在我国， 建筑业发展较早， 在建筑工艺上有较高的技 术水平， 但是建筑的安全性却得不到保证， 存在很多安全漏洞。对此问题， 在本文中将会进行探讨， 并对如何提高建筑物的 安全性问题提几点建议。 关键词： 建筑结构设计； 建筑安全性 中图分类号： TU318文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2013） 27-0041-02 引 言 时代的发展促使人们生活水平不断提高， 人们开始更加关注 建筑结构设计， 安全性工作的倡导也正成为最热门的研究话题。 如何保证建筑物的安全性， 是每一个建设、 设计、 施工方所需要 考虑的问题。建筑的工作不能只重视外在的美观性， 还要注重内 在的实用性。 1 建筑结构设计中存在的安全隐患 1.1 相关部门缺乏重视 在我国，对于抗震设计问题无法引起相关部门的足够重视， 造成这样一种情况出现的原因主要有两点：淤企业在建筑设计 工作当中， 为了减少对资金的投入， 减少成本预算， 从而获得更 高的经济利润。于对钢材的使用不规范， 建筑物在不同的位置的 承重力是不一样的，那么在不同的位置就需要根据承重力来确 定选择何种建筑钢材，可是相关企业在这方面对钢材的选择上 很随便， 根本不会考虑到不同的钢材的承重能力是不一样的， 不 按照实际情况随意选择钢材，只会让更多的工程建设质量问题 成为威胁到人们生命财产安全的因素。 1.2 抗震性能差 在最近几年， 各种自然灾害频发， 而且破坏力度越来越