建筑工程结构设计优化

浅析建筑工程结构设计优化

【摘要】建筑的结构犹如人的骨架，是抵抗风吹雨打的重要保障，是保证建筑物长久性的重要基础，因此建筑施工结构设计不容半点马虎，一丁点的疏漏，都可能给未来埋下隐患，因此，建筑施工结构设计要在保证安全的前提下，科学合理设计每一环节，根据建筑工程的实际情况，确定建筑物的结构类型与体系，然后以分析结果和相关结构设计的规范为依据，进行施工图设计。

【关键词】建筑施工结构；结构设计

随着我国国民经济的迅猛发展，城市化进程亦不断加速，城市规模不断扩大，与此同时，带动了建筑业的快速、持续的发展。随着人居生活质量不断提高，更多对于建筑结构设计提出了更高的要求。发展先进设计理论，引入先进技术，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，时建筑结构设计的发展的趋势之一。

一、建筑工程结构设计总体目标

建筑是人居生活中重要的组成部分，其本身的一些特征将给人们生活带来诸多方面的影响，因此，提高其本身的安全性、适用性、耐久性对于人居生活具有重要意义，同时，这三个方面亦是建筑施工设计中的总体指导目标。

1．安全性：指结构应能承受正常使用时可能出现的各种荷载和变形等作用，在偶然事件(如地震、强风)发生时及发生后结构仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部损坏而不致发生倒塌。

2．适用性：指结构在正常使用过程中，应具有良好的工作性能。

不仅仅是花架子，徒有其表，整个建筑结构设计要根据其具体作用进行设计，最大程度的提高其适用的性能。

3．耐久性：指结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，能够正常使用到预定的设计使用期限结构的功能要求概括起来为结构的可靠性，即在规定的时间内(设计使用年限)，在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护)，结构完成预定功能(安全性、适用性、耐久性)的能力。

二、建筑工程结构设计优化

每一种结构体系都有其适用的经济高度，对于同一栋建筑物，可以设计不同的结构体系，而那种结构体系比较经济合理，这就牵扯到结构设计体系优化的问题。在钢筋混凝土以及钢结构的设计中，有一些基本的原则能够改善结构的受力性能，提高结构的抗震能力，而不需要明显地增大建筑成本。

1．增加抗弯结构体系的有效宽度，以调整结构的抗侧刚度。这样做，是非常直接的，也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂，从而减小抗倾覆力。从材料力学的基本知识可以知道，同样面积、抗倾覆力同结构宽度的关系不同形状，可以获得不同的其几何特征。例如:相等面积的条件下，工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理，不难理解加大宽度以后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。在其它条件不变的前提下，侧移将按宽度增加的三次方的比例减小。当然，必须考虑“剪力滞后”的不利影响，结构体系中竖向构件的水平连

接应具有足够的刚性，才能真正达到上述效果。

2．设计结构分体系时，应使其构件以最有效的方式相互作用。例如，采用具有有效受力状态的弦杆和斜杆的桁架体系;在钢筋混凝土抗震墙内配置交叉钢筋，以增强其抗剪能力;调整构件刚度，使框架的刚度比达到最优以取得良好的受力效果。

3．增大最有效承受荷载构件的面积，充分发挥材料的自身强度，是结构工程师应该时刻考虑的问题以及应该具有的基本结构概念。例如，增大较低楼层框架柱和框架梁的截面高度或受压翼缘面积，就能够直接增大结构的抗侧刚度，有效减小侧向位移，从而改善结构的抗震性能。

4．水平作用的传递主要是依靠楼板，并且目前几乎所有的结构分析理论所采用的基本假定都是楼板水平刚度无限大。故此，每一层楼盖应该具有足够的刚度和连续性，以起到水平隔板的作用，使各抵抗外力的构件能够协同工作成为整体，而非各自独立。

5．选择合理的倒塌机制。结构之所以称之为结构，是因为它可以稳定地承受外荷载作用。高层建筑同多层建筑一样，当结构出现一定的塑性铰以后，整个结构变为机构，丧失承载能力。结构最佳的破坏机制应该是结构构件出现塑性铰以后，其承载能力基本保持稳定，可以持续变形而不至于倒塌，最大限度地消耗地震能量。例如框架结构中，塑性铰应先出现在框架梁端，而不是出现在柱端;抗震墙结构和框架---抗震墙结构中，塑性铰应先出现在连梁两端而不是出现在剪力墙或者框架柱端。

6．设置多道设防体系。目前，世界工程抗震的主要思想基本上是一致的小震不坏，中震可修，大震不倒。由于地震作用具有不确定性，防止在罕遇烈度时建筑物发生倒塌，多道抗震防线概念对于实现这一目标是有效的，从而可以保障人民生命的安全。原则上讲，应优先选择不负担或者负担重力荷载很少的竖向支承构件，或者选择轴压比较小的抗震墙、实腹筒体之类的构件作为第一道防线，不宜选用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件，可以利用赘余杆件来增加多抗震防线。

总之，建筑结构设计需要综合考虑多方面设计因素，环境因子以及与各种规范的进行多重整合，运用科学的设计理念，做到建筑设计与结构设计的紧密结合，选择合理的结构体系，这样才能设计出真正满意的建筑。

参考文献：

[1]方鄂华，钱稼茹，叶列平.高层建筑结构设计[m]，北京:中国建筑工业出版社，2004

[2]张敬书．建筑结构设计常用规范条文解读(建筑结构设计初步)[m]．北京：水利水电出版社，2009．

[3]徐培福主编.复杂高层建筑结构设计[m]，北京:中国建筑工业出版社，2005

[4]姚兵编著.我国混凝土技术的成就和发展[m]，北京:中国建筑工业出版社，2003

[5]国振喜主编.简明钢筋混凝土结构计算手册[m]，北京:中国

机械工业出版社，2003

[6] 何青峰,田亚珍.建筑结构设计的发展方向[j].城市建设,2010