关于建筑结构优化设计的思考

关于建筑结构优化设计的思考朱周 董舟涛浙江省舟山市规划建筑设计研究院 浙江舟山 316000摘 要：在设计的过程中对设计的每项内容，设计工程师都先会依据常见的工程结构和概念及这个工程的详细外部条件综合在一起, 设想着设计出一个完美的结构设计方法, 其中包含构造处理守则、运用的处理方法、结构体系结构布置等,在初步解析探究以为合理而且可以实施后, 将这个当成准则开始实行详细的设计。同时伴随着建筑结构设计的趋向标准以及系统的逐渐完整，目前全国大部分设计单位对于建筑结构设计的优化都在进行各种程度的关注，也由此解决了部分问题。这篇文章融合了这些年建筑结构设计改进工作的实践以及经验，针对建筑结构改进设计里的问题实行了简要的解析以及讨论。关键词: 建筑；结构设计；优化中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：一、引言:在对建筑结构优化设计所发现的问题中，有的是对规范条文的理解不深刻，有的是对强制性条文的贯彻执行不力，有的是对计算软件的选用不适当，还有的则是因为设计经验不足而导致的错误。而只有坚持优化设计的制度，才能保证更加完美可靠的设计作品。而工程师控制着设计工作，之所以说是控制, 即在设计的过程中对设计的每项内容，设计工程师都先会依据常见的工程结构和概念及这个工程的详细外部条件综合在一起, 设想着设计出一个完美的结构设计方法, 其中包含构造处理守则、运用的处理方法、结构体系结构布置等, 在初步解析探究以为合理而且可以实施后, 将这个当成准则开始实行详细的设计。结构设计是关系到人的生命安全，因此设计者应该按照相应的规范，严格执行；细心、考虑全面，注意细节，这样来为完成一个个完美的作品而努力。二、计算软件选用和计算参数取值的优化1、计算软件选用的优化在建筑结构设计里面 B 级高度的杂高层建筑结构以及高层建筑结构应该使用最少两个不同的力学模型的三维空间分析软件实施整体内力位移的分析。由于现在市场上的商用软件比较齐全，例如：SATWE、PMSAP、TAT 等高层计算软件和 ANSYS、SAP2000、MIDAS 等，所以在实行结构分析的时候，应该依据工程特点来运用适合的计算软件，并且需要选取两个力学模型不一样的三维空间分析软件，尤其是针对受力繁琐的结构，例如产生了多次变换的框支剪力墙结构，就更加需要选择合适的分析软件。而且针对局部受力比较繁琐的结构构件，还应该依照应力分析的最终结果来进行配筋设计的改进。2、计算参数取值的优化1）在进行建筑结构设计抗震处理的时候，应该将平动扭转耦联计算结构的扭转效应思考进去，振型数不应小于 15 个，对多塔结构振型数不应小于塔楼数的 9 倍，同时计算振型数应该让振型参与质量不应小于总质量的 90%。并且在实际施工图的改善阶段，却常常发觉有处理的振型数缺少的问题，甚至一些结构设计振型参与质量只是总质量的一半，这样就一定会使得结构计算结果误差比较大。2）在处理高层建筑结构的内力位移时，假如仅仅将关键结构构件（如梁、柱、剪力墙以及筒体等）的刚度考虑进去，却不把非承重结构构件的刚度贡献计算在里面，那么它的自振周期的计算值就比实际测量的值大，依照这个周期值来处理，它的结构受到的地震作用也较小。尤其是框架结构，因为实心填充砖墙在它前期弹性阶段的刚度较大，如果实心墙体很多，它的周期实测值有时候只是计算值的一半；而且剪力墙结构因为砖墙数量较少的缘故，并且砖墙刚度与钢筋混凝土剪力墙的刚度相差甚远，所以周期实测值与计算值差值较小。所以建筑结构设计在处理每个振型地震影响系数所使用的结构自振周期应该将非承重墙体的刚度产生的作用思考在里面，并适当的折减，不过在对结构设计进行改进阶段时发觉，一些设计师因为忽略而常常选择软件默认的 1.0。这个状况下，排除纯剪力墙结构后的所有结构类型的计算结果都是缺乏安全性。三、钢筋混凝土结构的优化设计1、梁构造措施的优化如果梁的截面尺寸偏大，防止梁侧形成垂直梁轴线的收缩裂缝，在建筑结构设计里面对腰筋有很严谨的条例限制。其中有条例限定一旦当梁的腹板高度hW450mm，在梁的两个侧面应该按照高度配置纵向安排钢筋，每侧纵向钢筋（不包含梁上、下部受力钢筋和架立钢筋）的截面面积不小于腹板截面积（BxHW）的0.1%，同时间距不应大于200mm。不过很多设计师在实施结构设计的阶段无法对该方面进行充分的关注，或者针对hW450mm的梁没有按照要求设置搭建腰筋，或者在腹板高度大的梁设置腰筋时没有按照间距不宜大于200mm的需求来规划，或者没有将字母“N”（抗扭）以及“G”（构造） 的差别搞清楚，一律用“G”打头来标注腰筋，使得一些抗扭的框支梁也标明了搭建腰筋却没有抗扭腰筋，因而结构在抗扭时的安全性能无法得到保障。2、柱构造措施的优化在实行抗震设计的过程中，框架柱应该达到剪压比的需要，它的截面关键应该由轴压比掌控。不过在结构设计里面常常会产生轴压比N达上限甚至超限的现象，但箍筋的体积配箍率V却无法达到规程需要的状况。这就违背了框架柱的强剪弱弯准则，同时对柱的延性产生了一定的影响。同时一部分设计师也对这个的理解很片面，常常忽略了条例里面的首要条件是适用于剪跨比2的柱，但针对剪跨比大于等于1.5且小于等于2的柱，表中数值应该一直比轴压比限值一直大0.05。但是在实际结构设计里，一些软件的计算结果里面根本没有直接供给剪跨比的数值，而且要先进行判断，所以使得结构设计有一定的差异。3、过渡层设计的优化针对在过渡层或者转换层里面的剪力墙结构，例如底层框架剪力墙结构，在地震中它的转换层或者过渡层的剪力墙墙体要求供给的抗剪切力与抗倾覆力矩最大，同时对它的受力也最没有好处。除了这些，由于垂直均匀荷载的影响，转换层或者过渡层的剪力墙墙体在压剪以及拉剪的应力状态下，且当横向荷载作用发生时，转换层或者过渡层的剪力墙墙体的抗裂性能和横向承载力都会减少不少。由试验可以看出，当反复横向荷载以及垂直共同影响时，转换层或者过渡层的剪力墙墙体的横向承载力差不多能减少两到三成。但是假如按照检验平常墙体横向承载力的方式，一旦垂直荷载或者托梁的高跨比相对偏小时，就会将转换层剪力墙或者过渡层的抗震承载力估算的比较大，因而使得结构抗震的安全性能减小。所以转换层以及过渡层应该在每个开间设立构造柱和圈梁，从而产生类框架系统，进而使得过渡层或者变换层传送地震剪切力的能力加强，同时加强它的耗能能力和展延性。四、结束语结构设计是随着经济发展及人们对建筑物功能要求改变, 又随着科技的进步而得以实现和解决。同时伴随着建筑结构设计的趋向标准以及系统的逐渐完整，目前全国全部省市的所有设计院对于建筑结构设计的优化都在进行各种程度的关注，也由此解决了部分问题。以上所提到的几个问题是设计人员在工程设计中较易出差的地方, 对设计者来说要把提高设计质量作为终身奋斗的目标,为祖国贡献自己的力量。参考文献：1 石善民.韩素容. 建筑结构设计及规范应用中若干问题的探讨J工程质量，2010(03).2 潘云丹. 建筑结构设计中值得注意的若干问题J黑龙江科技信息，2010(033 张丽娟.才凡. 建筑