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對建筑工程進行優(yōu)化設計一直是建筑師們共同的目標,任何一幢建筑的結構設計方案提出之后，從結構選型和構件布置開始就已經(jīng)存在是否優(yōu)化的問題，再加上隨后的每一個設計程序也都需要結構工程師去進行精心思考、準確計算和合理選用建筑材料等全過程的優(yōu)化設計，才能最終產(chǎn)生優(yōu)化的結構。結構優(yōu)化設計不應僅僅在結構本身，而是應包括建筑的各方面，比如，提高建筑空間利用率、增加建筑投入使用后的舒適度和提高建筑的經(jīng)濟效益等。為此，科學地確定建筑結構優(yōu)化設計幾項基本原則并有效地按照這些基本原則去進行建筑結構設計，是非常重要的。

一、建筑結構優(yōu)化設計的必要性

為了達到結構優(yōu)化設計的目的，工程設計人員必須在保證結構安全的前提下，通過對建筑結構的理性分析，采用合理的優(yōu)化設計理念和方法進行優(yōu)化設計，使得能有效地控制工程造價，滿足投資方的經(jīng)濟要求。通過以往的優(yōu)化設計經(jīng)驗來看，相比于傳統(tǒng)的設計方法，優(yōu)化設計通常可以達到降低工程造價的目的。但是在實際的工程設計中，很多因素都制約了優(yōu)化設計的開展和實施。比如，工程的設計進度的要求，使得設計人員根本無暇顧及到結構的優(yōu)化設計要求，再者，由于知識水平的限制，傻瓜化的設計軟件使得年輕設計人員對優(yōu)化設計的理解缺乏，更談不上有效合理的優(yōu)化設計，大部分設計人員在所謂優(yōu)化設計中總著眼于局部部位而忽略了結構總體方案的設計，沒有從總體布局上考慮造價的控制。為此，為了降低工程造價的成本，提高設計人員在工程建設過程中對優(yōu)化設計的設計把握非常必要，只有加強技術和經(jīng)濟效益的有效結合，通過合理的優(yōu)化設計方案，達到降低工程造價的目的，創(chuàng)造更大的社會效益。

二、建筑結構優(yōu)化設計措施

1.局部優(yōu)化與整體優(yōu)化

每個建設項目的設計都是包含其復雜性和層次性兩個特點的系統(tǒng)的設計。從復雜性來講包括結構選型、材料、構件選用等方面；從層次性來講包括建筑設計系統(tǒng)、結構設計系統(tǒng)、設備安裝系統(tǒng)設計等,其每個系統(tǒng)下面又包含多個子系統(tǒng)。設計過程中對每個小的分系統(tǒng)或子系統(tǒng)進行優(yōu)化實際上等于割斷了各局部之間的橫向聯(lián)系,最終疊加而成的工程并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)最終的整體最優(yōu)化。因此,對于任何建筑來說必須對其全局進行優(yōu)化才能實現(xiàn)真正的優(yōu)化。

2.分段優(yōu)化與壽命期優(yōu)化

任何工程項目在其壽命期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)中都有很多方案可供選擇,即每個階段都存在優(yōu)化方案,設計人員應根據(jù)各階段性質(zhì)來決定對應的優(yōu)化方法,即對工程壽命期優(yōu)化,才能最終實現(xiàn)項目在每個階段優(yōu)化,但又不影響最終整個壽命期的優(yōu)化。

3.樁基優(yōu)化

樁基分為預制樁與灌注樁兩種,由于灌注樁在成樁過程中其質(zhì)量難以把握,且其施工周期遠遠長于預制樁,因此在滿足沉降控制、上部承載以及基礎總重的前提下應盡可能使用預制樁,同時,由于一般情況下隨著基礎深度增加,地基土對樁身的側(cè)摩阻力及樁端阻力都隨之增大,因此應盡可能選用較大長度的樁和樁位。為了能夠盡量減少基礎底板厚度以及鋼筋用量應盡量采用軸線樁,使其盡量布置在剪力墻之下。

4.基礎優(yōu)化

在采用軸線樁的前提下,應盡量選用條形承臺,若建筑物沒有地下室時則應僅布置條形承臺梁,有地下室時則應采用條形承臺梁加止水底板,若建筑高度較低則承臺梁高可以同地下室止水板厚度相同,建筑高度較高則其梁高應根據(jù)計算確定。止水板的荷載取值一般應根據(jù)其上部結構總重的20%與水浮力之和與上部結構總重的30%中大者來做為計算依據(jù),但目前有人認為該值應以最不利水位來考慮水浮力,而地基土對地下室底板的作用占上部結構比例應根據(jù)沉降計算結果區(qū)別對待,其取值范圍應在5%～20%之間。

5.上部結構優(yōu)化

上部結構模型的建立以及優(yōu)化應從合理的剪力墻布置開始,并應遵循剪力墻平面分布均勻、對稱且樓層平面剛度中心與樓層結構重心相結合的原則,以盡量減小水平地震和風荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應；若建筑房型允許應優(yōu)先采用大開間剪力墻結構,并適當加長剪力墻墻肢長度,其既可以減少剪力墻墻肢總數(shù)也可以實現(xiàn)在樓層側(cè)向剛度相同的情況下可以大大減少剪力墻的混凝土用量,同時由于在剪力墻結構中鋼筋用量最大的部位是暗柱,采用大開間剪力墻可以在很大程度上減少暗柱的鋼筋用量；但若建筑物所處地質(zhì)條件較差但建筑對抗震要求較高的地段則應盡量避免大開間剪力墻結構；在墻柱都確定好后,連梁(跨高比小于5)的高度一般取窗頂與樓層之間的高度,而跨高比大于5的跨度較大的框架梁其高度則取跨度的1/12即可；對于建筑樓板厚度除應滿足相應規(guī)定外,重要就是準確輸入樓層層高及層數(shù)以正確計算各樓層對應的荷載；在這些基本構件確定之后則應進行人工修改、干預諸如梁端鉸接設置、框支梁柱定義、混凝土容重、風荷載等相關定義及參數(shù),盡量達到計算模型與實際建筑匹配；之后則應對設計結果進行電算,并必須分析電算結果的合理性。

6.建筑與結構專業(yè)的協(xié)調(diào)

設計過程中應盡量實現(xiàn)建筑結構與建筑平面密切配合,以實現(xiàn)結構合理、美觀實用的結果。建筑墻柱布置應滿足建筑物平面功能要求；各房間開間進深等應盡量統(tǒng)一便于構件標準化；建筑體系應盡量簡單,墻柱不易錯位,截面面積不宜出現(xiàn)明顯變化,同樓層內(nèi)標高應盡量一致,不宜設置錯層即夾層結構；樓梯電梯等不宜布置在受力復雜或應力集中的轉(zhuǎn)角部位,非承重構件應盡量選用輕質(zhì)材料,承重構件選用高強材料實現(xiàn)減輕結構自重,建筑整體布置應力求簡單、規(guī)則,并盡量保持建筑質(zhì)心、剛心盡量重疊,防止發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應。

7.結構與給排水專業(yè)的協(xié)調(diào)

由于給排水專用房屋內(nèi)含有設備及設備基礎,其荷載往往遠遠高于其他房間,因此,水泵間應盡量設置在地下室或半地下室內(nèi)；給排水房間內(nèi)管道數(shù)量多、粗細不均,因此應確保預留孔洞及預埋件位置及尺寸準確,并對樓板孔進行局部加強,同時應盡量避免水平管道穿過梁柱；管道穿過承重墻時應采取加固措施；應盡量保證結構布置為管網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)造條件,避免出現(xiàn)管道繞梁繞柱現(xiàn)象；建筑內(nèi)尤其是高層建筑內(nèi)空調(diào)設備通常與電梯、樓梯、衛(wèi)生間等布置在核心區(qū)域,因此在結構設計時應重點考慮該類房間內(nèi)樓面負荷,避免該類房間內(nèi)由于管道多出現(xiàn)超載現(xiàn)象,另外由于設備層層高不同于標準層,且內(nèi)部應力集中,因此應著重考慮該房間內(nèi)抗震加固措施。

8.結構與電氣專業(yè)協(xié)調(diào)

電氣管線若以導線在金屬管內(nèi)沿墻或樓板暗裝則對于預制結構帶來很大困難,因此穿過梁的垂直管線應在預制時在梁內(nèi)預留孔洞,并要保證梁寬與墻厚盡量一致,若不一致則應要求墻的一側(cè)與梁的側(cè)面平齊,以確保穿梁管線不外露于墻外；電梯機房內(nèi)空洞、預埋件非常多其荷載相應增大,因此該房間內(nèi)應進行單獨計算來確定其強度,另外電梯井道一般除受豎向荷載外還受水平力作用,因此應單獨校核其強度尤其是洞口處強度。建筑物尤其是高層建筑設計是一項復雜的系統(tǒng)工程,設計人員不僅要研究建筑地基、基礎及上部結構的共同工作性,還應與各專業(yè)密切配合、協(xié)調(diào),確保計算的準確性等方面實現(xiàn)建筑物的優(yōu)化設計。

篇（2）

在建筑結構設計中，優(yōu)化設計不僅可以規(guī)范結構要求、將產(chǎn)品的質(zhì)量和結構安全得到保證，還可以通過科學的結構設計、合理的構造方式、正確的計算方法來達到節(jié)約造價成本、將材料的性能得到充分發(fā)揮的效果。隨著建筑市場競爭力的越來越大，提升建筑結構設計中的優(yōu)化設計成了當今時代的主題。

1.建筑結構設計優(yōu)化的基本要求

1.1滿足優(yōu)化設計的整體功能

在現(xiàn)階段，實行建筑結構優(yōu)化設計的根本原因是給人們帶來更舒服、優(yōu)質(zhì)的生活住所，為住戶追求更高的生活質(zhì)量提供便利條件。隨著國家經(jīng)濟的快速前進，人們的整體生活水平也得到了大幅度的提升，在這種條件下，人們對建筑的整體外觀造型、舒適度和實用性提出了更高的要求，滿足大眾的需求是建筑結構優(yōu)化設計的最終目標。

1.2建筑結構優(yōu)化設計的整體效益需得到提升

對于建筑結構優(yōu)化設計而言，在保證質(zhì)量的基礎上，還要注重經(jīng)濟效益的提升。建筑企業(yè)首先應對工程項目的成本進行有效的控制，選擇新型、標準的施工材料，施工所用原料要合理預估，避免浪費；其次要提高施工人員的施工技術和能力，減少成本的投入，避免出現(xiàn)工程原料和人力資源浪費情況的出現(xiàn)，緊跟國家號召力，節(jié)約減排。真正實現(xiàn)從建筑結構選材方面實現(xiàn)優(yōu)化設計，達到客戶的滿意，其實現(xiàn)利益的最大化。

1.3提倡環(huán)保設計理念

隨著我國環(huán)保、節(jié)能理念的推廣和普及，建筑企業(yè)的發(fā)展也應適應時代的發(fā)展，將綠色、環(huán)保的理念應用到實際的優(yōu)化設計中，為社會的可持續(xù)發(fā)展出分力。在建筑結構的優(yōu)化設計中，實現(xiàn)綠色設計主要表現(xiàn)在：第一，在對材料的選擇應采用節(jié)能型、環(huán)保型的；第二，對于設備應用方面，應進行合理優(yōu)化；第三，門窗等一系列硬件材料的選擇上，應注重環(huán)保；第四，合理利用原料，采用循環(huán)利用原則，避免二次污染的產(chǎn)生。

1.4對于建筑結構的安全要素要進行綜合、科學的考核

對于建筑結構的優(yōu)化設計而言，不僅要考慮經(jīng)濟效益和功能，更要重視結構的安全性能和使用性能，沒有安全優(yōu)化的建筑結構，其他都是空談。所以，在進行建筑結構設計時應采取優(yōu)化方案，綜合考核，將防患措施做到位，避免故障的出現(xiàn)。在保證質(zhì)量和安全的基礎上再進行經(jīng)濟效益的提升。

2.進行建筑結構優(yōu)化設計的方法、思路

2.1重視優(yōu)化設計理念的可行性和科學性

對于建筑結構的優(yōu)化設計而言，它的最終設計效果的質(zhì)量一直影響著整體的優(yōu)化方案，所以，在進行優(yōu)化設計方案的制定時，必須注重其可行性和科學性，避免質(zhì)量問題的出現(xiàn)。在實際中，進行優(yōu)化方案的制定時，應注重以下原則：第一，樹立全局意識，從全面出發(fā)，對設計結構和各個節(jié)點之間的關系應充分考慮，將結構的承載能力得到提高，發(fā)揮其性能作用，增加利用率；第二，對于建筑配件的選擇和運用方面，應采用合理科學的方法，確保配件的利用率得到最大程度的發(fā)揮，優(yōu)化設計結構，降低成本投入，加大收益；第三，再進行優(yōu)化設計時，應做到簡易性和安全性并存，以降低在施工過程中因計算誤差造成的損失和故障；第四，對于外力的影響應該充分考慮在設計范圍中，應明確細節(jié)構件的不當就會帶來不必要的損失，在設計過程中應考慮全面，否則就會造成原料的浪費、降級效益的低下，還會給以后的建筑工程埋下隱患。

2.2從方案制定和施工圖設計兩方面進行優(yōu)化設計

方案制定階段是建筑結構的理念設計，應該從各個方面進行優(yōu)化。首先應該注重對建筑結構體系的抉擇，對于多層辦公樓的建筑工程而言，結構的可選擇性較多，比如框架結構、砌體結構或者框剪結構等等，這就要根據(jù)設計師的整體四維、建筑功能的需求和經(jīng)濟利益綜合考慮，選擇最優(yōu)的符合現(xiàn)狀的結構體系。其次是建構的形體設計和控制，要注重抗震理念，在現(xiàn)階段進行建筑的施工時，結構設計方面必須有安全保障，應進行全方位的考量。在形體進行選擇時，應以規(guī)則為主，測力構件布置要對稱，截面尺寸應自下而上向小的趨勢轉(zhuǎn)變，來避免承載能力不夠發(fā)生的突變。例如，在對一棟居民樓進行結構設計時，抗震防裂能力應為8度，結構設計應為剪力墻形態(tài)，每個建筑單元之間都應該留有消防通道，把上方墻體用填充墻代替，這樣就降低了由結構轉(zhuǎn)換造成的構件不聯(lián)系現(xiàn)狀，所以規(guī)則性的結構形態(tài)可以帶來更大的經(jīng)濟效益。施工圖設計方面的優(yōu)化，是指對水平構件和豎向構件的整體優(yōu)化。在對結構設計進行操作時，墻柱截面不應該過大，可以很大程度上減少用鋼量，降低成本的同時也保證了質(zhì)量。墻柱在進行配筋時，應考慮結構的韌性，以達到控制截面的效果。

2.3設計工作人員應提升自身的綜合素質(zhì)和設計水平

在建筑行業(yè)里，設計人員的整體設計水平和素質(zhì)能力對建筑結構優(yōu)化設計的整體結構有很大的決定作用。隨意設計人員應該大大的提升業(yè)務素養(yǎng)和設計能力，以確保設計工作的完美完成，提升措施主要為：第一，建筑企業(yè)的設計人員應加強自己藝術學、美術學、建筑學等各個領域知識的學習，結合實際工作融會貫通。把它們緊密結合，已實現(xiàn)優(yōu)化設計的完美方案，設計出來的成果可滿足人們的要求，符合大眾眼光。第二，設計人員應該具備全局控制能力和意識，充分理解和考慮住戶的需求，從實際情況出發(fā)，展開多方位的設計，達到建筑結構優(yōu)化設計的整體質(zhì)量和造型全面的掌握；第三，設計工作必須加強自身的責任感和任務感，發(fā)揮自身的最大潛能，實現(xiàn)小投入大回報的效果，最終實現(xiàn)節(jié)約成本，經(jīng)濟效益的最大化。第四，設計工作人員對于施工的流程必須正確把握，確保設計可以在施工中順利開展。第五，設計工作人員應對工作經(jīng)驗進行及時總結，并將設計特長得到有效利用。第六，是設計人工作員對建筑結構的各節(jié)點的抗震能力和和承受力度明確清晰，對施工材料懂得如何進行合理選擇，準確把握各種結構的不同尺寸。第七，是設計人員在進行設計中應該具備創(chuàng)新精神，通過以往的工作不斷總結經(jīng)驗，努力創(chuàng)新優(yōu)化模式，實現(xiàn)建筑設計結果的完美呈現(xiàn)。

因此，通過建筑結構的優(yōu)化設計來實現(xiàn)工程的低投入、高收入是明智之舉，正確處理好施工技術與經(jīng)濟效益的完美統(tǒng)一是成本控制的關鍵。對建筑工程進行優(yōu)化設計是工程師和設計師的共同目標，它是系統(tǒng)的、全面的、科學個過程，不能只片面的強調(diào)降低投資，而應注重技術、投資和效益綜合考慮。在建筑工程中影響成本投入建筑質(zhì)量條件有很多，必須充分考慮各個環(huán)節(jié)，力求優(yōu)化每個節(jié)點，才能實現(xiàn)結構優(yōu)化設計完美結果，促進我國建筑企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.結語

綜上所述，建筑結構優(yōu)化設計的現(xiàn)實意義，必須通過對設計的環(huán)保、安全、可使用性的綜合考慮來實現(xiàn)，設計人員應該有全局觀念，時刻把握設計的動態(tài)和發(fā)展趨勢，以提高優(yōu)化設計的利用性，需要設計人員擁有較高的業(yè)務素養(yǎng)和設計能力。提高原料的利用率、優(yōu)化配置，提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益，在確保建筑結構質(zhì)量的基礎上，實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的小投入高回報。

參考文獻

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中圖分類號：TU24文獻標識碼： A

前言

隨著社會經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，建筑市場的競爭力也在不斷的加強。為了有效的保證建筑施工企業(yè)在激烈的市場競爭中占有一席之位，使得人們可以居住的更加舒適和安全，相關的施工單位必須要對施工的設計和方法進行不斷的研究。因此，在房屋建筑項目中，其結構的資金投入入占總體投入比相對較高，利用對結構設計的不斷優(yōu)化，不但可以保證房屋建筑的質(zhì)量安全，同時還可以減少項目資金投入，增加企業(yè)經(jīng)濟收益。在設計人員進行房屋建筑規(guī)劃時，自建筑預案形成以后，房屋的結構從選取到布置就包含能否優(yōu)化的相關事情，再加之后續(xù)施工的細致規(guī)劃、精確計算，就可以對建筑施工的整體過程進行結構優(yōu)化。

1.建筑結構設計優(yōu)化的重要性

在房屋結構的設計中，采用合理的建筑結構優(yōu)化方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的實際使用價值，還能夠很好地實現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟價值和環(huán)保價值。此外，好的結構方案還可以最大程度上減少建設單位的資本投入，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益，還可以保護建筑施工現(xiàn)場的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟利益與環(huán)保相結合的良好經(jīng)營模式。因此，合理地使用建筑結構優(yōu)化技術能夠更好地實現(xiàn)建筑物的綜合效益。建設單位開發(fā)建筑物的基本原則就是在最大程度的減少資本投入、建筑材料使用的基礎上，實現(xiàn)建筑物的高質(zhì)量和長期使用。況且建筑物只有在保證良好質(zhì)量的基礎上實現(xiàn)其美觀、耐用、新穎等特點，才能夠滿足不同人群的需要，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟利益。與傳統(tǒng)的建筑結構設計方案相比，建筑結構設計優(yōu)化模式可以降低建筑成本。其采用的設計優(yōu)化措施可以有效地實現(xiàn)建筑施工中各個資源的合理配置，以及各項建筑材料的充分利用，并且協(xié)調(diào)好房間的布局，使得這些布局能夠有效的結合，共同發(fā)揮其使用功能。合理的利用建筑結構優(yōu)化技術，在確保建筑物安全性能的前提下能夠充分的體現(xiàn)出其創(chuàng)新性。此外，這種技術還能夠幫助設計人員選擇最為合理的設計方式。

2.建筑結構設計優(yōu)化的措施

2.1、對結構設計進行優(yōu)化

建筑結構的優(yōu)化可以分為以下幾個階段：（1）是對變量的選擇。一般情況下，建筑師決定的最終建筑設計方案起到重要的作用，這些重要的建筑數(shù)值均可以作為變量供建筑設計人員進行選擇。例如:工程參數(shù)的參考，包括對房屋價格的參考、對于其損失的參考等等。設計人員若能夠?qū)⒆兓容^小或考慮因素較少的參數(shù)作為設計的參考，建筑結構的設計和編程難度將會大大降低，設計人員也能夠更快的找到最符合設計目標的數(shù)據(jù)。（2）是對函數(shù)的確定。設計人員要選擇出最符合配筋率和房屋結構構件尺寸的一組函數(shù)，進而在最大程度上降低建設成本。（3）是對施工條件的衡量。想要進一步確保建筑結構的穩(wěn)定性，就需要從房屋的受力限度、變形限度、結構的穩(wěn)定性、房屋結構構件的尺寸、結構構件裂縫的限度、房屋的結構體系等方面考慮。在實際的建筑結構設計過程中，設計師應該結合建筑使用方案和房屋的施工條件，分析出實際設計中存在的約束性條件，并且要確保解決這些約束性條件的方案要符合我國現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定，以保證建筑結構的設計結果達到最優(yōu)。

2.2、建筑和設計同時進行優(yōu)化

在進行設計時，應盡可能保證建筑的結構同整體平面的配合緊密，從而實現(xiàn)造型美觀、結構合理的效果。在進行建筑柱及墻的布設時，應同房建平面的功能需求相一致，每個房間的進深、開間都應保持統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)盡可能簡潔，墻與柱不可以出現(xiàn)錯位情況，每一層的高度及截面面積應相同。進行樓體或電梯的設計時，其應力集中或受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重構件應盡可能選取高強建材，從而降低自重，而非承重的構建應選用質(zhì)量較輕的建材。整體建筑在布局方面應保證重心、剛心及質(zhì)心交疊，預防出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。

2.3、結構和排水同時優(yōu)化

因為建筑中的給排水專用房間包含了大量的機械設備，其荷載強度也較普通的房屋較大。所以，盡可能將水泵房設置在地下室區(qū)域中。給排水房間中的管道較多，粗細不一，所以，應保證預留的孔徑尺寸及預埋的深度符合標準，并且對樓板的穿孔位置進行加固。另外，盡可能降低水平方向的管線貫穿柱、梁等結構出現(xiàn)的幾率。如果管道貫穿房屋建筑的承重墻，應進行加固維護。盡可能確保結構的布設同管網(wǎng)體系相協(xié)調(diào)，預防管道繞柱或梁的情況。

2.4、對結果分析進行優(yōu)化

結果分析是房屋結構設計優(yōu)化過程中非常重要的一步，它直接關系到優(yōu)化設計方案的最終選擇。程序運算的結果只是為房屋結構設計優(yōu)化提供參考依據(jù)和備選方案，并非最終結果。由于上述模型函數(shù)主要體現(xiàn)的經(jīng)濟成本上的優(yōu)化，在結果分析時，設計者需要把更多的因素納入思考范疇中，在詳細地比較分析基礎上，選擇出最佳的設計方案。前文已經(jīng)提到，現(xiàn)代社會的建筑，不僅要滿足實用功能，同時還需要滿足使用者的審美需求。造價成本和工程質(zhì)量不再是優(yōu)化設計的唯二標準。設計者需要從安全性、耐久性、使用功能、經(jīng)濟效益、施工要求、美觀程度，以及和周圍環(huán)境的和諧統(tǒng)一等方面進行全方位多角度的考慮，要分析各種因素的影響，從使用者、建設方等多個角度考慮，綜合各方意見進行比較。任何考慮上的偏頗和疏漏都有可能造成建筑設計上的缺陷，從而影響建筑的正常使用。必須平衡使用各種資源，才能實現(xiàn)結構設計的最優(yōu)化。

2.5、概念設計優(yōu)化

房屋結構設計優(yōu)化的方法多種多樣，每一種方法有其適用性，要根據(jù)不同的建筑設計效果和建筑環(huán)境來決定。在選擇合理的優(yōu)化方案過程中要對房屋建筑工程的實際情況進行了解和分析，保證優(yōu)化方式的適用性和經(jīng)濟性。概念設計是結構優(yōu)化中常用到的一種方法，可以通過設計人員的經(jīng)驗來選擇靈活的設計方案。對于已經(jīng)確定結構布置的房屋，會在考慮相同荷載作用的情況下選擇不同的分析方法。房屋建筑的設計選用的設計參數(shù)指標、選擇用的建筑材料和荷載標準值得去法等都有很大的不確定性，在實際工程過程中，會出現(xiàn)與現(xiàn)實不符合的情況。這些因素的影響性可以通過設計人員來判定。經(jīng)驗豐富的房屋建筑設計人員，可以根據(jù)自身的經(jīng)驗和以往的數(shù)據(jù)作為參考，對房屋建筑的情況進行全面綜合的考慮，然后做出合理正確的判斷。把工程中“人”的靈活性和智能型發(fā)揮的淋漓盡致。房屋建筑結構中概念優(yōu)化設計的關鍵點是設計人員的理論知識和實踐知識，理論知識和實踐知識越豐富的設計人員越能夠?qū)崿F(xiàn)對房屋結構的優(yōu)化設計。房屋概念優(yōu)化設計的關鍵在于設計人員的經(jīng)驗積累，經(jīng)驗越豐富的設計人員，就越能實現(xiàn)房屋建筑結構的優(yōu)化設計。

結束語

在目前，建筑結構設計優(yōu)化在建筑行業(yè)中具有良好的發(fā)展前景和應用的意義。將這種優(yōu)化的模式充分的在建筑結構設計中應用出來，就可以在建筑土地價格上升的今天，以最低的建設成本實現(xiàn)建設單位對建筑結構的要求。在對建筑結構優(yōu)化設計的過程中，有效的控制建筑工程的造價，使得房屋建筑的成本實現(xiàn)最大化的經(jīng)濟效益。設計人員可以通過合理的結構設計，使得房屋結構在整體上達到安全、舒適和經(jīng)濟的目的。這種建筑結構優(yōu)化模式，不僅為建設單位帶來了比較客觀的經(jīng)濟利益，還能夠為廣大住戶提供更多的戶型選擇，進而有效地節(jié)約了建筑用地。

參考文獻

[1]龔強.房屋結構設計中的建筑結構設計優(yōu)化[J].江西建材,2014,13:25.

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框剪結構是由框架結構和剪力墻結構體系組成的一種結構體系，是由延性較好的框架、抗側(cè)力剛度較大并帶有邊框的剪力墻和耗能性能良好的連梁共同組成的一種結構體系。在高層建筑的結構設計中，框剪結構由于其能為建筑使用提供較大的平面空間，又具有整體性好、抗震性能好及較大的抗側(cè)力剛度等優(yōu)點而得到廣泛應用，特別是用于結構平面和功能復雜的高層辦公樓、醫(yī)院病房及酒店等高層建筑。但在實際設計中仍然存在著一些問題有待進一步的解決。本文將對建筑框剪結構優(yōu)化設計措施進行了探討和思考。

1 工程概況

某高層建筑工程，主樓地下1層，地面19層，裙樓高3層，主樓總建筑面積18844 m2，裙樓總建筑面積8556 m2，建筑平面如圖1所示。

1.1 結構承重體系設計

根據(jù)國家抗震區(qū)劃圖，待設計建筑地區(qū)的基本烈度為7度，相應地主樓結構部分的抗震等級為二級，裙樓部分的抗震等級為三級。結構設計中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應，主樓部分結構設計不僅考慮豎向荷載效應，還要考慮水平地震作用及風荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設計使用要求以及主樓部分的抗側(cè)移設計要求，裙房結構承重體系采用鋼筋砼框架結構形式，主樓采用框架—剪力墻承重結構體系。

本建筑結構在主樓抗側(cè)力構件設計中，剪力墻主要承擔水平作用，框架承擔少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形，樓梯均設置在角部位置，為提高主樓結構的抗扭能力，剪力墻結合樓電梯間設在主樓結構的兩個對角位置，具體厚度根據(jù)高層建筑結構設計的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。

1.2 建筑縫的處理設計

本建筑由主樓和裙房兩部分組成，在二者的連接部位需設置建筑縫。考慮到主樓部分高度較大、結構有效重量大，裙房部分高度較低，因此二者間需設置防震縫和沉降縫。對于防震縫，為避免主樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來困難，本建筑采用“抗”的方法，在結構分析時，將主樓和裙房視為一個整體進行抗側(cè)力設計計算；對于沉降縫，結合主樓需設一層地下室的建筑要求，設計中將主樓基礎設計成樁基礎，而將裙房基礎設計成柱下條形基礎，通過兩類基礎的沉降變形計算，相應調(diào)整和消除主樓和裙房兩部分的不均勻沉降差。施工時，在主樓和裙房連接部位預留1.5m寬后澆帶，通過施工手段局部調(diào)整高低兩部分間的沉降差。

1.3 基礎設計

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》提供的場地工程地質(zhì)條件，并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點，主樓部分結合地下室的設計采用深樁筏板基礎，以提高主樓結構的整體穩(wěn)定性，降低主樓部分的沉降變形。

裙房部分采用柱下條形基礎，通過修正條形基礎的寬度來調(diào)整基底反力，進一步控制裙房部分的基礎沉降變形，使主樓結構和裙房結構在各自使用荷載作用下，能產(chǎn)生基本上一致的基礎沉降變形量。

2 結構優(yōu)化設計策略

鋼筋砼框架—剪力墻結構是高層建筑結構中最常采用的承載體系之一，它同時具有框架結構建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面易于處理，以及剪力墻結構抗側(cè)移剛度大、整體性好、抗震能力強的優(yōu)點。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結構更為有利的水平變形曲線。但鋼筋砼框—剪結構是一個具有雙重承載體系的非常復雜的空間受力體系，力學分析難度較大，其優(yōu)化設計就更為復雜和難以實現(xiàn)。所以，盡管國內(nèi)外學者對此做過許多有益的嘗試，但框）剪結構的優(yōu)化設計還存在很多具有重大工程意義和科學意義的課題。

2.1 框架結構的分部優(yōu)化設計技術

鋼筋砼框架結構屬于具有多個多余約束的超靜定結構，其荷載效應不僅與外荷載大小有關，還與結構構件的材料特征、幾何構造特征有關。鋼筋砼框架結構的分部優(yōu)化設計，即是在結構整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構件的控制內(nèi)力進行截面優(yōu)化設計，確定滿足荷載效應水平要求的各結構構件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結果，由此導致原結構的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化，優(yōu)化結構在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應變化，據(jù)此再進行新一輪的優(yōu)化設計。因此框架結構的分部優(yōu)化設計實際上是一個迭代、漸進的尋優(yōu)過程，計算結果雖不總能等價于整體優(yōu)化設計結果，但通常能給出工程實用的滿意結果。

鋼筋砼框架結構的分部優(yōu)化設計方法的具體步驟為：

（1）初始選型：根據(jù)結構平面、立面布置及建筑物設計使用功能，分析結構所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類型，初選梁柱的幾何尺寸；

（2）結構分析：按照結構的實際幾何構造特征，計算結構所受豎向荷載及水平荷載，對鋼筋砼結構進行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結構分析結果，將截面尺寸相同的構件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進行分類，并確定每一類構件的設計控制內(nèi)力；

（3）截面優(yōu)化設計：針對每一種梁柱構件的控制內(nèi)力進行優(yōu)化設計，得出優(yōu)化約束條件下的結構幾何構造特征和配筋特征的優(yōu)化設計結果，從而構成新的優(yōu)化意義上的設計結構；

（4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個較小的數(shù)值，作為檢驗結構收斂性的條件，進行收斂性判斷。若優(yōu)化結構與原結構基本一致，則認為優(yōu)化結構是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第（2）步重新進行結構分析、優(yōu)化設計；

（5）可行性判斷：對優(yōu)化設計結果進行一次內(nèi)力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優(yōu)化設計結果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結構內(nèi)力分析結果進行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

2.2 框—剪結構的三階段優(yōu)化設計策略

框—剪結構的設計主要涉及三個方面的優(yōu)化問題：一是結構最優(yōu)設防水平的決策，二是框架與剪力墻結構協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設計，三是框架——剪力墻結構構件的優(yōu)化設計問題。

高層框—剪結構在水平荷載作用下的協(xié)同工作問題，主要是水平荷載在框架和剪力墻結構之間的分配設計，因此剪力墻數(shù)量和位置的設計是關鍵問題。這里，我們將框）剪結構的優(yōu)化設計過程分為三個階段進行，對不同階段的不同問題，采取不同的優(yōu)化準則進行優(yōu)化設計。

（1）第一階段：最優(yōu)設防水平Id的優(yōu)化決策

根據(jù)地震危險性分析結果或地震區(qū)劃規(guī)定，在預測地震烈度概率分析基礎上，用模糊綜合評判法計算結構的模糊延性向量和模糊抗震強度、損傷等級概率和震害損失的預估期望值E（Id），在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C（Id）+k2k3E（Id）達到最小，求出最優(yōu)抗震設防烈度Id。

（2）第二階段：剪力墻構件的優(yōu)化設計

剪力墻結構構件的優(yōu)化設計主要是結構剛度與延性指標的最佳組合，可用力學準則進行優(yōu)化。結構剛度對結構的影響主要為結構的自振周期和側(cè)向位移，結構延性對結構的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結構整體的側(cè)向位移量來協(xié)調(diào)結構的剛度和延性。我們根據(jù)高層結構設計規(guī)范對結構層間位移和頂點總側(cè)移的限值來控制結構的剛度設計和延性設計。

（3）第三階段：框架結構的優(yōu)化設計

框架結構的優(yōu)化設計準則是一個結構準則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對框）剪結構中的框架部分進行優(yōu)化設計。

（4）框）剪結構的優(yōu)化設計步驟：

1）分析結構平面、立面布置特點，根據(jù)工程經(jīng)驗選定剪力墻抗側(cè)力構件的布置位置及幾何厚度；

2）根據(jù)結構使用荷載特點，根據(jù)經(jīng)驗歸并框架結構類型，并初步選定每一類型框架結構梁柱構件的幾何尺寸；

3）進行整體結構的空間內(nèi)力分析；

4）根據(jù)結構分析計算結果，檢查結構的層間位移及頂點總位移是否滿足規(guī)范要求。若滿足規(guī)范要求，則轉(zhuǎn)入第5）步進行判斷；若不滿足規(guī)范要求，則直接返回第1）步，進行剪力墻水平截面面積的修正；

5）剛度最優(yōu)化判斷：比較結構實際側(cè)移值和規(guī)范限值，若︳max（δ/h）-[ δ/h]︳/[δ/h]≤ε1且︳max（Δ/H）-[Δ/H]︳/[Δ/H]≤ε2，則轉(zhuǎn)入第6）步進行計算；否則轉(zhuǎn)入第1）步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)ζ=max{ζ1，ζ2}（ζ1=[δ/h]/max（δ/h），ζ2=[Δ/H]︳/max（Δ/H）），來修正剪力墻幾何尺寸，重新進行結構分析；

6）分別進行剪力墻和框架結構構件的截面優(yōu)化設計；

7）收斂性判斷：比較優(yōu)化結構與原結構的接近程度，若優(yōu)化結構與原結構基本一致，則認為優(yōu)化結構是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進行可行性判斷，否則將優(yōu)化結構作為原結構轉(zhuǎn)回第3）步重新進行結構分析、優(yōu)化設計；

8）可行性判斷：對優(yōu)化設計結果進行一次內(nèi)力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優(yōu)化設計結果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結構內(nèi)力分析結果進行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

3 工程實例

采用三階段優(yōu)化設計方法對前述高層框-剪結構進行優(yōu)化設計，在正常承受災害損失能力和投資能力較強時，最優(yōu)設防烈度為7.5度。后經(jīng)專家論證，并考慮到資金投入的難度，提高了權重系數(shù)k1，最優(yōu)設防水平按7度設計。圖2為主樓部分框剪結構標準層結構布置圖，表1所示為主要結構構件截面尺寸的優(yōu)化設計結果。

4 結論

總之，框剪結構融合了框架和剪力墻結構的各自特點，得到了很好的互補，合理的設計能夠突出該結構的優(yōu)勢，提高建筑的抗震性能和使用品質(zhì)。因此，在結構設計時應該在整體考慮下進行結構布置，計算后在整體考慮概念中調(diào)整修改，不惜調(diào)整多次，這樣才能達到結構整體受力分布更均勻，造價更經(jīng)濟的目標。

篇（5）

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對于居住環(huán)境和質(zhì)量的要求越來越高，因此，合理設計和優(yōu)化民用建筑結構是勢在必行的，這樣才能滿足人們的需求，使我們的建筑更加具有較高的舒適度和穩(wěn)定性，不僅如此，還能實現(xiàn)民用建筑建設成本的最大化降低，使民用建筑不僅具有經(jīng)濟效益，還能滿足社會效益，實現(xiàn)最大化利益。

1 民用建筑結構設計原則及幾種常見的民用建筑結構設計

1.1 民用建筑結構設計原則

民用建筑在進行設計時，必須以民用建筑結構的設計原則為參考標準，在設計簡化的基礎上，使民用建筑結構設計更加具有科學性和有效性，進而使民用建筑結構的使用周期和穩(wěn)定性得到保障，避免出現(xiàn)各種問題在結構設計中，甚至是在使用過程中。

1） 經(jīng)濟適用原則： 在設計建筑結構時，要以建筑環(huán)境為依據(jù)，選擇適合的建筑結構設計要求和施工工藝，使施工環(huán)境與施工流程相符。 除了考慮適用性外，還必須考慮經(jīng)濟性，所選擇的建筑材料必須具有較高的性價比，實現(xiàn)工程成本的最大化節(jié)省，使施工單位的投入降到最低；

2） 安全堅固原則： 在設計建筑結構時，應該充分使用新的建筑結構技術，不僅能夠確保建筑結構的安全性，還能保證其合理性，只要保證建筑結構具有安全性和合理性，才能使人們的財產(chǎn)安全和建筑工程質(zhì)量得到保障，這樣建筑在使用時，不僅可以保證施工現(xiàn)場的安全，降低施工事故的發(fā)生率，還能確保使用的穩(wěn)定性；

3） 美觀實用原則： 現(xiàn)階段，人們生活水平逐步提升，人們的居住觀念也有了較大變化，不僅要保證建筑結構的實用性、 穩(wěn)定性、 安全性，還必須具有美觀性，只有在設計時，考慮到這一原則，才能與人們審美需求相符合。

1.2 幾種常見的民用建筑結構設計

在設計民用建筑結構時，必須是建筑具有足夠的使用空間，確保建筑物的相對穩(wěn)定性及設計的合理性，與人們的要求相符。

1） 磚混結構： 在建筑物中，磚墻或其他類砌體為豎向受力構件，鋼筋混凝土結構為橫向受力構件，主要承受的壓力來源于屋面、 樓面和梁，此種結構為磚混結構。 試用范圍為多層建筑、 房間面積較小或是開間進深不大的低層。 在結構設計時，主要的受力構件就是墻體，因此，墻體必須具有抗震性和足夠厚度以及穩(wěn)定性。 同時，在設計時，還應該考慮施工過程的方便性與快捷性，以最短工期確保施工工作的順利進行；

2） 框架結構：在建筑物中，框架主要由梁和鋼筋混凝土組成，這種結構體系可以承擔側(cè)向水平力和豎向荷載。 在平面布置中，框架結構較為靈活，有利于較大空間的布置，且具有良好的抗彎能力和抗震性能，可以進行多功能使用。 由于構件截面尺寸有限，框架結構在設計房層高度上也受到影響；

3） 剪力墻結構： 側(cè)向水平力荷載和豎向荷載是由鋼筋混凝土墻來承擔，這種結構體系就是剪力墻結構。 鋼筋混凝土墻具有承受荷載和分割空間的雙重作用。 由于鋼筋混凝土墻為主要受力構件，所有此結構具有較多優(yōu)點，比如較強的整體性、 較好的抗震性與較大的剛度，且剪力墻結構具有較大的適用范圍，有利于建筑物的高層設計。 但是，由于受到間距影響，剪力墻具有較大的開間距，因此，結構的靈活性比較差；

4） 簡體結構： 在現(xiàn)代建筑中，簡體結構廣泛應用于高層建筑中，具有較強的防震能力和較好的剛度結構。 簡體結構的主要組成部分就是框筒結構和核心筒組成，此種結構具有較好的整體性、 較大的抗側(cè)剛度和靈活性，且使用空間比較大。 對于來自水平的荷載，簡體結構能夠?qū)崿F(xiàn)有效的抵抗，因此，對于超高層建筑較為適合。

2 民用建筑結構設計中存在的相關問題

1） 如今，在民用建筑結構設計中，很多不合理設計現(xiàn)象存在較多，多數(shù)設計人員在設計建筑結構時，以最大化的使用空間為主要目的，而忽視了防震墻的設計，使建筑物在使用過程中，存在較大的安全隱患；2） 設計方案與施工不相符，在實際施工過程中，一旦存在此種問題時，施工人員就會對設計方案進行擅自更改，致使設計過于粗糙簡單，使建筑施工存在較大不合理性； 3） 設計圖紙存在較多漏洞，沒有詳細標注安全等級、 耐火等級及消防等，使得建筑結構與實際施工存在差異，不能滿足居住標注。

3 民用建筑結構優(yōu)化措施

3.1 保證和提升設計質(zhì)量

現(xiàn)階段，在民用建筑結構中存在較多問題，比如設計粗糙、 標注不全、 違反規(guī)范條文等，在施工之前，這些問題都應該得到解決，因此，對設計人員具有較高要求，必須具有較強的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)知識。設計人員應該定期參加各種專業(yè)培訓，使自身的責任心和專業(yè)水平得到提升，在設計過程中，能夠端正態(tài)度，使建筑結構的設計質(zhì)量和水平不斷提升。 在進行設計方案選擇時，必須嚴格審查設計方案的資質(zhì)和相關證書，不僅可以從源頭上保證整個工程的質(zhì)量和安全性，還能使建筑結構具有較高的設計質(zhì)量。

3.2 民用建筑結構模型的優(yōu)化

民用建筑結構的好壞，與國計民生息息相關，即建筑工程與人民群眾具有緊密聯(lián)系，因此，在設計民用建筑結構模型時，應該對設計方案進行合理性優(yōu)化，保證房屋的各個細節(jié)都能得到合理性優(yōu)化，比如圍護結構、 結構體系等，使建筑具有較好的承重能力。 在設計建筑結構模型時，經(jīng)濟性原則、 安全性原則是不可忽視的，同時，想要最大化實現(xiàn)經(jīng)濟效益，必須使建筑結構成本降到最低。

3.3 民用建筑結構設計安全性的提高

如今，自然災害頻繁發(fā)生，而多數(shù)民用建筑結構缺乏相應的抗震設計，結構設計不合理現(xiàn)象比較嚴重。 因此，合理科學的民用建筑結構設計，才能保證建筑結構的使用壽命和安全性。 在進行民用建筑結構設計時，選擇的結構類型必須具有合理性。 現(xiàn)階段，鋼結構應用的較為廣泛，與傳統(tǒng)結構相比，此結構具有工期短、 質(zhì)量輕、 強度高等特點，與民用建筑結構設計安全性的提高是相吻合的。

3.4 進行計算機編程

雖然利用計算機來計算和分析結構設計優(yōu)化的模型函數(shù)存在一定的優(yōu)勢比如簡單易行，但是利用計算機來進行分析操作的同時要先做一個計算機的編程，建立好這個編程才能進行運算，進行建立計算機編程的操作也是需要一定的資費的，因此也要合理設計所建立的計算機編程，使其能夠合理計算并分析出函數(shù)模型的結果，此外，也要考慮到建立計算機的編程所需要的費用，合理運用經(jīng)費，保證操作的合理性、科學性和經(jīng)濟性。

3.5 實例分析

在運用上述優(yōu)化理論對某七層民用建筑工程設計中，將建筑工程所處地區(qū)的水文地質(zhì)、溫濕度、風向風速及降水量等因素進行了全面分析，并進行了結構優(yōu)化工作。包括：1）建筑基礎拉梁設計優(yōu)化，針對高層較低設計較大基礎拉梁，保證建筑抗震結構及拉梁正負彎矩與建筑上部混凝土框架處于一致狀態(tài)。2）基礎荷載設計優(yōu)化，因該建筑層數(shù)不多，在進行優(yōu)化時，只需考慮到風荷載問題。3）框架結構設計優(yōu)化，應用準則法，通過遞推公式，最終獲得優(yōu)化結構。4）計算周期設計優(yōu)化，對建筑結構計算周期進行一定的折減.如填充墻砌體屬于輕質(zhì)型，則折減系數(shù)控制在 0.7～0.8 范圍內(nèi)；如填充墻砌體為重質(zhì)型，則其折減系數(shù)控制在0.6～0.7 范圍內(nèi)。

4 結束語

綜上所述，設計和優(yōu)化民用建筑結構是一項龐大且復雜的系統(tǒng)工程，在不斷探索和改革的基礎上，使民用建筑結構更能符合設計要求，更具有合理性和科學性，與當今社會的環(huán)保理念并駕齊驅(qū)。 想要優(yōu)化民用建筑結構設計，提升設計人員的素質(zhì)和能力也是必不可少的環(huán)節(jié)，能夠保證設計方案的合理性、 科學性、 安全性及可持續(xù)性。

篇（6）

伴隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑市場的競爭力也逐漸增強。為了確保民用建筑的安全、外觀，相關施工企業(yè)就應對施工設計及方法進行深入研究。因為民用建筑建設中，其結構的資金投入占總體投入比相對較高，所以，在建筑設計的過程中，不僅僅要注重建筑的質(zhì)量和功能的形成，還應該在此基礎上實現(xiàn)建筑的成本節(jié)約和空間優(yōu)化，以更好的現(xiàn)有的資源，發(fā)揮最大的使用功效。而這一切都要靠相關的結構設計優(yōu)化來實現(xiàn)。

1 房屋建筑中結構優(yōu)化方法的重要性

隨著人們生活水平的提高，人們對于建筑的要求也不斷的呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的趨勢，也就是說現(xiàn)代人們在人口和土地矛盾日益凸顯的情況下，對于建筑的成本控制的考慮也是非常重要的。所以，在建筑設計的過程中，不僅僅要注重建筑的質(zhì)量和功能的形成，還應該在此基礎上實現(xiàn)建筑的成本節(jié)約和空間優(yōu)化，以更好的現(xiàn)有的資源，發(fā)揮最大的使用功效。而這一切都要靠相關的結構設計優(yōu)化來實現(xiàn)。對建筑的結構進行設計優(yōu)化可以全面發(fā)揮機械設備及建材的性能，同以往的結構設計相比，更具優(yōu)勢。對建筑的結構進行設計優(yōu)化可以降低工程造價的資金投入，為企業(yè)贏取更高的收益。同時，還能夠把房屋結構中的各個單元進行有機整合，提高建筑的質(zhì)量，保證人們的居住安全。所以，對房屋的結構進行設計優(yōu)化是保證民用房屋經(jīng)濟性更好、適用性更強的重要方法之一。目前來看，結構優(yōu)化設計理論已經(jīng)逐漸的進入了我國的建筑領域，其主要的意義在于對建筑過程中的建筑環(huán)境和品質(zhì)進行全面的綜合，以保證用戶的實際使用感受得到提升。在這個過程中，建筑結構的質(zhì)量控制和管理就必須要結合使用一定的經(jīng)濟適用原則。但是，在現(xiàn)實的施工設計優(yōu)化中，因為受到多方面條件的限制，施展起來十分困難，無法充分發(fā)揮其優(yōu)越性。例如：一些施工企業(yè)過于追趕工程進度，從而導致對房屋的設計效果造成影響；很多年輕的項目設計人員因為缺少工作經(jīng)驗，無法進行設計優(yōu)化；還有的設計人員因為對建筑部分的過分關注，從而對整體建筑的設計預案造成忽略，影響了整體造價。從中可以看出，建筑項目的設計人員應把施工技術同經(jīng)濟收益緊密的聯(lián)系起來，唯有規(guī)劃出切實可行、效果良好的設計預案才可以保證企業(yè)獲取最大收益。

2 結構設計的優(yōu)化措施

2.1 整體優(yōu)化和局部優(yōu)化任一項目建筑的設計都具備層次性及復雜性兩方面的特點。以層次性看來，其一般包含建筑的設計體系、結構體系及安裝設計體系等，每一個體系內(nèi)又囊括了多個下屬體系。進行房屋建筑設計時，設計人員應對各個下屬系統(tǒng)進行優(yōu)化，將各個布局間的橫向關聯(lián)沖破，疊加工程；以復雜性看來，其一般包含建筑原料選取、零部件選取、結構類型選取等內(nèi)容。所以，對于任一房屋建筑來講，就應從整體進行優(yōu)化，方可真正實現(xiàn)設計優(yōu)化。

2.2 壽命優(yōu)化和分階段優(yōu)化每一個項目工程在限定的使用期限中，每一環(huán)節(jié)都有多種設計方案供以挑選，也就是每個階段都可以進行方案優(yōu)化。房屋設計人員應該依據(jù)各個階段的性質(zhì)對優(yōu)化方法進行確定，從而對整體工程的壽命進行優(yōu)化，保證建筑的施工質(zhì)量，增加企業(yè)經(jīng)濟收益。

2.3 樁基礎優(yōu)化樁基礎可以劃分為灌注樁及預制樁兩種樁型。因為灌注樁在施工時質(zhì)量較難控制，并且操作復雜，時間較長。所以，如果在沉降符合相關標準的基礎上，應利用預制樁進行施工。另外，因為在普通狀況下，伴隨著樁基的不斷深入，土壤對樁身的作用及摩擦也隨之增大，所以，應盡量選取長度較大的預制樁。

2.4 對上部結構進行優(yōu)化想要對房屋建筑上部結構進行模型建立及優(yōu)化，首先應合理布設剪力墻。保證剪力墻的質(zhì)量均勻，使對稱樓層的平面剛度中心點同樓層的結構重心相重合，從而削減地震、風力等外部荷載作用的扭轉(zhuǎn)影響。假如房屋類型允許，盡可能應用大開間的剪力墻構造，同時增加剪力墻的墻肢長，這樣，不但可以縮減墻肢的數(shù)量，同時還能夠在保證剛度符合標準的基礎上降低混凝土使用數(shù)量。另外，因為剪力墻中的暗柱一般應用鋼筋建材，如果應用大開間的剪力墻構造能夠縮減鋼筋的使用該數(shù)量。然而，假如建筑所在地區(qū)的地質(zhì)情況較差，而建筑對抗震性能的要求較高，那么，就不應采用大開間的剪力墻構造。

2.5 結構同建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化在進行設計時，應盡可能保證建筑的結構同整體平面的配合緊密，從而實現(xiàn)造型美觀、結構合理的效果。在進行建筑柱及墻的布設時，應同房建平面的功能需求相一致，每個房間的進深、開間都應保持統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)盡可能簡潔，墻與柱不可以出現(xiàn)錯位情況，每一層的高度及截面面積應相同。進行樓體或電梯的設計時，其應力集中或受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重構件應盡可能選取高強建材，從而降低自重，而非承重的構建應選用質(zhì)量較輕的建材。整體建筑在布局方面應保證重心、剛心及質(zhì)心交疊，預防出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。

2.6 結構同排水的協(xié)調(diào)優(yōu)化因為建筑中的給排水專用房間包含了大量的機械設備，其荷載強度也較普通的房屋較大。所以，盡可能將水泵房設置在地下室區(qū)域中。給排水房間中的管道較多，粗細不一，所以，應保證預留的孔徑尺寸及預埋的深度符合標準，并且對樓板的穿孔位置進行加固。另外，盡可能降低水平方向的管線貫穿柱、梁等結構出現(xiàn)的幾率。如果管道貫穿房屋建筑的承重墻，應進行加固維護。盡可能確保結構的布設同管網(wǎng)體系相協(xié)調(diào)，預防管道繞柱或梁的情況。

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中圖分類號：TU318文獻標識碼： A

引言

隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市人口不斷增加，建筑用地資源非常緊張，在這種情況下，高層建筑以其大容積率得以在城市中快速發(fā)展起來。高層建筑垂直高度較大，而且結構較為復雜，這就需要選擇適宜的結構形式，來確保高層建筑的穩(wěn)定性。目前框剪結構不僅能夠有效的確保使用空間的最大化，而且抗側(cè)力剛度也較好，所以在當前高層建筑結構設計中得以廣泛的應用。在進行框剪結構設計過程中，需要對其設計進一步優(yōu)化，確保建筑結構能夠更好的滿足建設可靠性的要求。

1框架剪力墻結構概述

框架-剪力墻結構，即框剪結構，是在框架結構布局中，應用一定數(shù)量的剪力墻來構成靈活自由的利用空間，從而滿足不同建筑功能的要求。這種結構要具備足夠的剪力墻、相當大的剛度、以及框剪結構的受力特性，這就需要把兩種具有不同抗側(cè)力的框架結構和剪力墻結構組成新的受力形式，所以它的框架與其他純框架結構中的框架不同，剪力墻在框剪結構中和剪力墻結構中的剪力墻也不盡相同。

框架-剪力墻結構體系是由框架和剪力墻兩種結構重新組成的結構體系，框架和剪力墻等豎向承重單體一起承擔著豎向荷載，而水平荷載主要由具有較大剛度抗側(cè)力單元的剪力墻來承擔。這種結構體系不僅具備了框架和剪力墻結構的長處，而且在某種程度上達到了揚長避短的目的，使建筑功能要求和結構設計得到更好的協(xié)調(diào)。根據(jù)框架-剪力墻結構的概述可以得知，這種結構不僅具有框架結構布置靈便、使用簡單的特點，而且也有較大的剛度和較強的抗震能力，因而被高層辦公建筑和旅館建筑廣泛應用。

2建筑結構設計中剪力墻結構優(yōu)化設計

2.1結構布置。在高層住宅的框架 － 剪力墻結構中，剪力墻與普通剪力墻結構相比存在一定的差異。下部樓層中，剪力墻的位移較小，因此，可以拉著框架按照彎曲型曲線變形，由剪力墻承受大部分水平力;而在上部樓層，剪力墻的位移會越來越大，并且呈現(xiàn)出外側(cè)的趨勢，因此，框架趨于內(nèi)收，拉著剪力墻按照剪切型曲線變形。框架除了負擔外負荷產(chǎn)生的水平力，還需要負擔拉動剪力墻的附加水平力，而剪力墻不會承受任何的荷載水平力，還因為給框架一個附加水平力，而承受負剪力。因此，在上部樓層，即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架中也會出現(xiàn)相當大的剪力。作為主要的抗側(cè)力構件，剪力墻在結構中的作用是非常巨大的，如果在設計時，僅僅在一個主軸方向布設剪力墻，很可能造成兩個主軸方向抗側(cè)剛度的巨大的差異，在沒有設置剪力墻的主軸方向，會因為剛度不足，無法與另一個主軸方向相互協(xié)調(diào)，在振動作用下容易導致結構的扭轉(zhuǎn)破壞。因此，該工程設計中，在兩個主軸方向都布置了剪力墻，形成了雙向抗側(cè)力體系，可以有效減少層間側(cè)移。

2.2剪力墻結構設計的優(yōu)化

（1）對于剪力墻的結構設計應該按照主軸的方向或者是其他的方向進行雙向的布設，這樣能夠進一步優(yōu)化空間結構，為了更好地體現(xiàn)抗震的性能，不能進行單向的剪力墻設計，同時還要盡量把兩個方向上的抗側(cè)剛度保持相對比較接近的水平上，這樣能夠增強剪力墻結構在空間上的性能和表現(xiàn)，能夠?qū)⒓袅Y構的性能得以充分的發(fā)揮，從而使得可用的空間進一步加大，同時剪力墻的密度不能過大，使其在側(cè)向剛度上有比較好的表現(xiàn)。

（2）在剪力墻的肢截面設計上應該盡量確保其具有比較簡單的結構，剪力墻各個方面的剛度不應該有太大的差距，同時剪力墻的門窗洞口不應該出現(xiàn)參差不齊的現(xiàn)象，將其進行成列的布置，使得墻肢結構和連梁結構都非常的明顯，同時還要按照一定的規(guī)則對應力進行一定的控制，還要能夠很好地符合設計圖紙的要求，設計最終要達到相關標準的規(guī)定，保證其安全性和可靠性，在各個部分的強度上也不能出現(xiàn)非常大的差異，如果剪力墻結構出現(xiàn)了施工和設計上的失誤要在剪力墻的內(nèi)部將配筋設計成框架的形式。

（3）對于較長的剪力墻結構應該按照相關的要求開設洞口，將其的程度均勻地分成若干段，墻段之間可以采用弱連梁進行連接，每段墻的高度都應該進行嚴格的控制，其與總高度的比值要在2 以上，這樣可以很好的防止剪力出現(xiàn)減弱的狀況，在進行抗震設計時應該框架柱的相關要求進行設計。

（3）剪力墻的特點是平面內(nèi)剛度及承重力大，而平面外度及承載力都相對很小，應控制剪力墻平面外的彎矩，保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。當剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時，應采取足夠的措施減少梁端部彎矩對墻的不利影響。

（4）在剪力墻結構設計過程中，應當注重抗震的作用，盡量避免單向布置，按照雙向布置的原則，使受力方向的抗側(cè)剛度逐漸接近，形成一個良好的空間結構。利用空間的充足性，減輕結構的重量。剪力墻的門窗洞口要成列布置，墻肢截面簡單，與連梁分布規(guī)則，當出現(xiàn)錯洞或者疊合錯洞的情況下，腔內(nèi)的配筋要形成框架的形式。由于剪力墻結構的抗側(cè)剛度受布置結構影響較大，如果出現(xiàn)突變的情況，對抗震非常不利，在對剪力墻進行結構設計時，要堅持從上到下連續(xù)布置的原則，改變墻體的厚度和混凝土的強度等級，減小側(cè)向沿高的高度。站在多種角度，從多方面出發(fā)，進行結構分析，注重和考慮抗震等級平均軸壓比帶來的影響及其穩(wěn)定性的相關要求。

2.2剪力墻結構計算優(yōu)化

在剪力墻結構計算方面進行優(yōu)化時，應當遵循樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則、連梁超出限值的調(diào)整原則、樓層最大位移和層高之比的調(diào)整原則、結構扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期和以平動為主的第一自振周期之間的比例調(diào)整原則，使計算結果無限地接近規(guī)范值。

剪力墻結構的剛度不宜過大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標，使計算結果無限接近規(guī)范值；控制好結構扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9；在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍。剪力墻連梁是否超限；剪力墻底部加強區(qū)的軸壓比是否滿足規(guī)范要求。

結構工程師應針對不同的項目進行合理的分析，選擇與實際情況最接近的受力模型并充分了解所使用軟件，合理選用計算參數(shù)，只有這樣才能夠做到結構安全，技術經(jīng)濟合理。

結束語

綜上所述，社會經(jīng)濟的發(fā)展，使土地利用率大幅度提高，土地資源越來越貧乏，高層建筑成為建筑業(yè)發(fā)展的一種趨勢，剪力墻由此誕生。相對于其他建筑結構而言，剪力墻外觀精美，經(jīng)濟適用，并且受到廣大開發(fā)商和業(yè)主的喜愛，在建筑結構中應用越來越廣泛，經(jīng)濟發(fā)展刺激著人們的生活需求，剪力墻的優(yōu)化設計勢在必行。

參考文獻

[1]JGJ3－2010，高層高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2]GB50011－2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

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中圖分類號:TLl973.16

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2010)05-0165-02

1　引言

近幾年來,小高層住宅建筑中短肢剪力墻這種結構形式越來越多,短肢剪力墻是較常用的構件。這種結構形式平面布置時利用樓梯間、電梯間、山墻、分戶墻布置一般剪力墻,其余布置短肢剪力墻。這種布置既使廳和臥室沒有突出的梁柱,又能通過調(diào)整剪力墻的位置滿足現(xiàn)代居住空間的要求,因此深受開發(fā)商和住戶的青睞。

短肢剪力墻特別是墻長不大于5倍墻厚的墻肢的抗震性能,從受力特性到構件的安全儲備有別于普通剪力墻的性能。因此,設計中至關重要的是把握“二階段三水準”的設計原則,針對具體工程、具體問題采取符合結構概念的設計方法,滿足規(guī)范精神。實際應用過程中也會出現(xiàn)這樣或那樣不盡如人意之處,或結構偏保守、或安全系數(shù)較低,或造價不合理等等,因此,對結構設計進行科學合理條件下的優(yōu)化設計便成了設計中的必不可少的程序。

2　小高層住宅結構設計方案的優(yōu)化過程分析

某結構設計方案布置參見圖1,本結構方案剪力墻布置不合理,造成剛度過大且不均勻,重量增加導致地震反應增強,并使上部結構和基礎造價提高,因此,必須對此方案進行優(yōu)化,使結構更加安全科學合理。

優(yōu)化的結構方案應盡量使結構平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ,短肢剪力墻雙向布置,盡量拉通、對直。豎向布置中,力求規(guī)則均勻,避免有過大的外挑、內(nèi)收,以及樓層剛度沿豎向突變,使整個房屋的抗側(cè)剛度中心靠近水平荷載合力的作用線,以免房屋發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

根據(jù)建筑的平面布置,在房間、樓梯間、電梯問的四角采用z形、L形T形或異形的墻肢。在設計過程中還應注意同周期的關系,使結構的第一自振周期避開場地特征周期,以免地基與結構形成共振或類共振。既保證結構在風和地震荷載作用下的變形控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi),又要保證建筑物有相對合理的自振周期,做到結構設計經(jīng)濟、合理,經(jīng)優(yōu)化結構后的平面布置見圖2。

3　兩種方案的分析與比較

3.1　分析軟件介紹

SATWE是專門為多、高層建筑結構分析與設計而研制的空間結構有限元分析軟件,適用于各種復雜體型的高層鋼筋混凝土框架、框剪、剪力墻、簡體結構等,也適用于混凝土一鋼混合結構和高層鋼結構。

3.1.1　SATWE的計算模型

SATWE是用墻元來模擬剪力墻。SATWE中的墻元是在板殼單元的基礎上構造出的一種通用墻元,它采用靜力凝聚原理將由于墻元的細分而增加的內(nèi)部自由度消去,將其剛度凝聚到邊界節(jié)點上,從而保證了墻元的精度和有限的出口自由度,而且墻元的每個節(jié)點都具有空間全部6個自由度,可以方便地與任意空間梁、柱單元連接,而無需任何附加約束,同時也降低了剪力墻的幾何描述和板殼單元劃分的難度,提高了分析效率。

板殼單元是目前模擬剪力墻的最理想單元,SATWE選用這一單元并對墻元的細分和墻上開洞作了自動化處理。

3.1.2　sATWE在對樓板的處理上采用了四種不同的假定

①剛性樓板:假定樓板平面內(nèi)無限剛,忽略樓板平面外剛度。其中“假定樓板整體平面內(nèi)無限剛”多用于常規(guī)結構;

“假定樓板分塊平面內(nèi)無限剛”適用于多塔式錯層結構。

②彈性樓板6:“彈性樓板6”采用殼單元真實計算樓板平面內(nèi)和平面外剛度,適用于板柱結構和板柱一抗震墻結構。

③彈性樓板3:“彈性樓板3”假定平面內(nèi)剛度無窮大,面外剛度真實計算。適用于厚板轉(zhuǎn)換層結構。

④彈性膜:“彈性膜”采用殼單元真實計算樓板平面內(nèi)剛度,忽略樓板平面外剛度,適用于空曠的工業(yè)廠房和體育場館結構、樓板局部開大洞結構、樓板平面較長或者有較大的凹入以及弱連接結構。

為提高計算效率,在保證一定的分析精度的前提下,針對不同類型的工程,采用不同的樓板假定。

3.2　結果分析

從構件力學特性上來說,短肢剪力墻的肢長與肢厚比≥5,更接近于剪力墻,故計算時將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮應更合理。SATWE采用的是在每個節(jié)點有V1個自由度的殼元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻墻元不僅具有平面內(nèi)剛度也具有平面外剛度,可以較好地模擬工程中剪力墻的真實受力狀態(tài),計算結果較精確:同時,對樓板SATWE可以考慮其彈性變形。雖然主樓結構平面較規(guī)則,立面也無剛度突變現(xiàn)象,但由于剛度較大的電梯井處簡體有點偏置,會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。為了計算準確,地震作用計算考慮了結構的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)和5%偶然偏心的影響,取了20個振型計算。

3.2.1　自振周期的控制

考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時的自振周期(計算時自振周期折減系數(shù)取0,95),如表1(只列了前8個)所示。從表1可得,優(yōu)化方案結構扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T4=0.6545s,平動為主的第一自振周期T1=2.0836s,T4/T1=0.3141

3.2.2　結構位移的控制

風荷載、地震荷載作用下最大層間位移角(應≤1/1000)、最大水平位移與層平均位移的比值(不宜大于1.2,不應大干1.5)及最大層間位移與平均層間位移的比值(不宜大于1.2,不應大于1.5)見表2、表3。從表2、表3中可以看出結構在風荷載和地震作用下的位移均能很好地滿足規(guī)范限值。

3.2.3　剪重比、剛重比控制

剪重比是反映結構承受地震作用大小的指標之一。地震力計算不能偏大,但也不能太小,因為短肢剪力墻本身抵抗地震的能力較差。如果短肢剪力墻分配的地震力太大,則很有可能不滿足要求。新方案x方向的最小剪重比為0.84%,Y方向的最小剪重比為0.83%,根據(jù)“抗震規(guī)范”第5.2.5條及第5.1.4條要求的X、Y向樓層最小剪重比均為0.8%～1%。

剛重比是影響重力二階(p～)效應的主要參數(shù),且重力二階效應隨著結構剛重比的降低呈雙曲線關系增加。高層建筑在風荷載或水平地震作用下。若重力二階效應過大則會引起結構的失穩(wěn)倒塌,故控制好結構的剛重比,則可以控制結構不失去穩(wěn)定。新方案×方向、Y方向的剛重比均滿足“高規(guī)”第5.4.4條的規(guī)定,所以各層均滿足要求。結構優(yōu)化前后的剪重比、剛重比見表4。

3.2.4　軸壓比控制

軸壓比是體現(xiàn)墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力。為了控制在地震力作用下結構的延性,新的“高規(guī)”和“抗震規(guī)范”對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。“規(guī)范”對短肢剪力墻(尤其一字墻肢)要求更高一些。原方案底部剪力墻最大軸壓比為0.58,新方案底部剪力墻最大軸壓比為0.59,上述方案出現(xiàn)的短肢剪力墻軸壓比小于規(guī)范規(guī)定值,即滿足要求。

3.3　優(yōu)化前后結構方案的經(jīng)濟比較

為了與工程實際情況相符,假設混凝土的成本與混凝土的體積成正比,鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價上,暫不考慮模板及樓板等工程的造價影響,材料的單方造價混凝土為280元/m3,鋼筋為3760元/t。表5為方案的經(jīng)濟指標匯總,由表5知,方案二比原結構在總造價上要節(jié)約17.6%。

通過以上兩種方案的電算分析指數(shù)表明,方案二的豎向結構體系的截面面積雖然較小,但仍可保證滿足承載力、剛度、位移的要求。顯而易見,優(yōu)化后的方案不僅節(jié)約了業(yè)主的投資費用,更重要的是節(jié)約了資源。

3.4優(yōu)化設計過程中其它應注意的事項

本文針對小高層住宅樓的結構特點,進行了結構優(yōu)化設計,在比原設計方案節(jié)省投資19.3%的情況下,使結構受力更合理,整體變形能力和結構吸能能力對抗震更為有利,但設計過程中還應注意以下幾點:

1)剪力墻結構的抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢,因而設計時在以上部位布置L型或一z字型短肢墻,受條件所限也出現(xiàn)了少量一字型短肢墻。設計時嚴格控制其軸壓比

2)小高層建筑中的連梁是一個耗能構件,對抗震不利。多、小高層結構設計中允許連梁的剛度有所下降,但應注意短肢剪力墻結構中,墻肢剛度相對較小,連接各墻肢的梁已類似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào),使其設計內(nèi)力降低,應按普通框架梁的要求進行設計。

4　結語

綜上所述,從這個結構設計方案優(yōu)化中,可以發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻結構小高層住宅合理的結構選型和結構布置對工程的安全、經(jīng)濟性的影響是重大的,只有對結構整個體系的承載能力、性能以及對結構分體系與結構構件相互作用的關系了解透徹,才能避免只依賴規(guī)范、設計手冊、計算程序的設計習慣,從而實現(xiàn)結構優(yōu)化設計,實現(xiàn)安全、科學合理、經(jīng)濟的設計目標。

參考文獻:

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力墻結構體系[J],住宅科技,2004,11.

[2]宋領法.論短肢剪力墻的應用[J].煤炭工程設計,2004,10.

[3]林同炎,結構概念和體系[M].北京:

中國建筑工業(yè)出版社,2005.

篇（9）

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,高層建筑已經(jīng)發(fā)展的相當成熟,而高層建筑中也出現(xiàn)了很多地下室及地下車庫。在地下室設置設備用房、消防水池和汽車停車位,這樣不僅可以使地下室的作用得到充分發(fā)揮,同時又能滿足基礎埋深的要求,此外，許多地下室還經(jīng)常被用作人防地下室,戰(zhàn)時為人們的安全提供了棲身之所。因此,在現(xiàn)在的高層建筑設計中,地下室結構設計就顯得格外重要。在設計中往往會遇到上部結構的嵌固部位問題，一般都是嵌固于地下室頂板內(nèi)，地下室頂板就相當于一個水平約束支座,它的剛度越大,對上部結構約束的越牢固。所以,地下室頂板厚度不宜太小,一般應大于等于160mm。當然作為人防地下室頂板其厚度應適當增加。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》GB5001- 2010，作為上部結構的嵌固端時地下室頂對樓板厚度、混凝土強度等級、樓層側(cè)向剛度等都有相應要求,一般情況子下，地下室應在兩層以上。規(guī)范還明確規(guī)定, 地下室樓層的樓板最常見的是梁板結構。

一．地下室頂板作為嵌固端的條件及技術措施

為了滿足地下室頂板能作為上部結構嵌固部位，必須滿足以下要求:

1.應盡量避免在地下室頂板開設比較大的洞口,并且樓板一般應采用現(xiàn)澆梁板結構,其樓板厚度應大于等于180 mm,混凝土強度等級應大于C30,采用雙層雙向配筋,且每個方向的最小配筋率不宜小于0.25%。

2.地下室柱每側(cè)所配的縱向鋼筋面積,在滿足計算要求的同時,不應小于其上面一層對應柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍，地下室柱中的縱向鋼筋應錨固于頂板的框架梁內(nèi)，不應向上延伸,同樣地下室剪力墻的配筋也不應大于地上一層對應剪力墻的配筋。

3.考慮到地下室柱的下端出現(xiàn)塑性鉸，而梁柱節(jié)點出沒有出現(xiàn)塑性鉸。常用的方法有加強地下室頂板梁抗彎曲能力，提高地下室柱頂?shù)某休d能力，以此來實現(xiàn)柱底的嵌固。

4.由于地下室的邊柱及角柱,它只有一面與梁相連,為確保該梁端截面的實際彎矩承載力大于該柱下端實際承載力的要求,可采用增大梁截面面積,或增大梁截面梁配筋率的方法。

二、高層建筑地下室樓蓋的結構形式

隨著國家經(jīng)濟建設的不斷提高，房地產(chǎn)行業(yè)逐漸地發(fā)展起來，而房地產(chǎn)大多數(shù)都是針對住宅的出售，要在日益競爭激烈的行業(yè)混下去，就必須有所創(chuàng)新，這就要求設計人員要有創(chuàng)新的理念，當代高層建筑日益增多，而高層建筑的地下室頂板的設計是一個相對較新穎的設計，地下室頂板的結構形式目前都包括雙向密肋樓板,傳統(tǒng)的梁板式樓板，空心樓板及預應力無梁樓板。

現(xiàn)澆空心樓板是最近幾年剛剛興起的一種結構形式，它通常都用于跨度比較大的建筑結構中，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的梁板式結構，空心樓板比傳統(tǒng)的樓板鋼筋用量減少了，自重降低了，同時層高也降低了，從而降低了綜合造價。現(xiàn)在的教學樓，辦公樓，商場，地下停車場及醫(yī)院都廣泛應用空心樓板結構。無梁樓蓋是把原來受集中力的梁分散成無數(shù)個工字型結構體系，這樣使得結構的樓層凈高增大，節(jié)省了材料，降低了造價，抗壓能力更強，抗沖擊性能提高，結構布局更合理。無梁樓蓋使得結構空間不再受梁的束縛，可以布置的更加隨意。

在地下室頂板的設計中，經(jīng)常要對無梁樓蓋和梁板式樓蓋進行比較,比較誰更經(jīng)濟，以此作為選擇樓蓋方案的依據(jù)之一。無梁樓蓋的組成部分包括樓板、柱和柱帽，樓面荷載直接由板傳給柱及柱下基礎。無梁樓蓋的特點是板比較厚，因此樓蓋比較重，對結構的抗浮能力有利，在施工過程中，采用無梁樓蓋結構形式省磚模、樓面鋼筋綁扎和設備安裝方便等優(yōu)點，從而提高了施工速度。因此，無梁樓蓋在地下室底板的應用越來越廣泛了，無梁樓蓋的混凝土的總用量減少，自重降低；支承樓板的柱、墻、基礎和樁的荷載相應減少，豎向構件截面變小，減少配筋，節(jié)省豎向構件費用；有利于水平管線、空調(diào)的安裝；降低了層高，提高了凈高度，降低了豎向水、電、風、電梯使用費。

三、無梁樓蓋的受力特點和計算方法

一般框架結構設計時，讓柱和梁的寬度相等,這樣我們就可以近似的認為柱和梁間能夠直接傳遞彎矩、剪力和軸力。而無梁樓蓋和柱作為等代框架的情況卻略有不同:因為它梁的寬度遠遠大于柱寬,通常稱之為“扁梁”。故僅有相應于柱寬的那部分荷載所產(chǎn)生的彎矩可以直接通過板傳給柱,而其余部分都要通過扭矩進行傳遞；這時可以取柱兩側(cè)與柱等寬的板作為扭臂,這樣柱寬以外的那部分荷載產(chǎn)生的彎矩就能使扭臂受扭,扭臂再將這些扭矩傳遞給柱,使柱端承受彎矩作用。無梁樓蓋利用長短跨分別進行荷載的傳遞，長跨方向為其最不利的彎矩方向，無梁樓蓋與柱之間僅通過節(jié)點連接，故連接性能不好，不能承受較大的水平荷載，由于剪力和彎矩都集中在柱的周圍，所以容易發(fā)生剪切破壞和彎曲破壞。

無梁樓蓋的計算方法大致分為按彈性分析的精確算法，如經(jīng)驗系數(shù)法和等代框架法，還有按塑性理論分析的極限平衡法。當前的計算中基本上都采用等代框架法和經(jīng)驗系數(shù)法。等代平面框架法是將整個結構劃分成縱、橫柱列兩個方向，并分別將其視為縱向等效框架和橫向等效框架，在水平荷載下，等代梁的寬度一般取板跨之間中心線距離的二分之一，在豎向荷載下，則取各板跨的中心線距離，由于結構經(jīng)常受豎向荷載的作用比較普遍，故等代梁的寬為各板跨的中心線距離；等代梁高按板厚計算。在計算出等代框架的彎矩后，按照相應的分配系數(shù)將計算出的總彎矩分別分配給柱上板帶和跨中板帶。對于同一工程需沿橫向和縱向兩個主軸方向分別加載計算。

等代空間框架法把結構劃分成按縱、橫兩向組成的交叉體系，令與柱子形成空間框架，利用空間桿系的受力情況進行結構的分析計算，可同時計算出兩個主軸方向的計算結果，且不需要再將彎矩值逐一進行分配，計算不僅比等代平面框架法方便快捷且更為精確。肋梁劃分時，如果劃分的網(wǎng)格越小，則計算結果就越準確合理，但不宜過小，過小時柱上板帶的負彎矩會出現(xiàn)應力集中，故網(wǎng)格劃分寬度應恰當，一般取梁寬1000mm左右比較合適，取梁高等于板厚。等代平面框架法和等代空間框架法都應該考慮活荷載的不利布置，且等代梁的自重最好直接輸入，不宜采用程序自動計算。等代框架法的應用不受跨度、荷載等條件的限制，有較廣泛的適用性。

經(jīng)驗系數(shù)法是最簡單的計算方法之一，它不需要借助任何其他的計算工具而直接利用手算，因而備受光大設計人員的青睞。但該法只對規(guī)則結構適用，如果是不規(guī)則結構則會出現(xiàn)較大誤差。無梁樓蓋的內(nèi)力應符合下列條件：1.活荷載為均布荷載，且小于恒荷載的3倍；2.每個方向的跨度最少為3跨；3.每個區(qū)格的長、短邊之比應小于1：5；4.相同方向上的最大、最小跨度比應小于1:2；5.當柱網(wǎng)不規(guī)則時，柱軸線不宜偏離的值過大，一般不應大于跨度的10％。經(jīng)驗系數(shù)法計算無梁樓蓋內(nèi)力時，只需算出兩個方向板的總彎矩Mox和Moy，再分別乘以彎矩分配系數(shù)，柱上板帶和跨中板帶分別為乘以0.5和0.17，跨中正彎矩分別乘以0.18和0.15，這樣就能得到各截面的彎矩設計值。x、y向板的總彎矩設計值分別為：Mox＝qly（lx－2C3）28；Moy＝qlx（ly－2C3）28。值得注意的是，Mox（Moy）相當于簡支梁在均布荷載作用下的跨中彎矩。

四．地下室頂板及后澆帶防水

1.試水試驗

一般地下室頂板是由底板，墻壁同強度等級和抗?jié)B等級的混凝土澆筑，嚴格控制施工過程中混凝土澆筑的地下室頂板質(zhì)量。同時，蓄水試驗是檢測混凝土自防水的一個重要手段，且施工往往不夠重視地下室地板的防水檢測。應根據(jù)地下室外墻來進行地下室頂板的試水檢驗，尤其是設有反梁的頂板更加不容忽視，這是因為在反梁部位很容易形成頂板“水池”現(xiàn)象，抓緊對滲漏部位進行修補、補漏處理。可以按照施工的需要分段分片進行蓄水試驗，但要確保地下室頂板的全部部位都進行檢驗。

2.防水層施工

柔性防水層采用的防水材料具有一定的柔韌性和較大的伸長率，如防水卷材，有機防水涂料組合物的防水層。因為地下室頂板需要很厚的覆蓋土包括植物土壤，而植物根系對防水層有著很強的刺穿作用，因此一般的防水卷材不宜被使用。具體做法是：首先找平層，在面層表面涂刷具有滲透結晶型防水涂料或2mm厚聚氨脂涂膜防水層，然后用厚度大于1mm的高密度防水卷材進行鋪設。卷材使用焊接工藝，加蓋C15細石混凝土40mm厚硬質(zhì)保護層和60mm厚碎石排水層，最后鋪設植物土。為了減少地下室頂板負載和節(jié)省材料，節(jié)省施工時間，這種新材料可用于泡沫混凝土（包括防水層和保護層的效果）做找坡層或保護層。應采用較強的抗穿刺性的高密度防水卷材做防水層。

后澆帶防水.許多工程中的后澆帶，都要求必須等到結構封頂，有的甚至更晚才能進行封閉，所以在后澆帶封閉前，必須對后澆帶進行防水處理。中南地區(qū)通常采用的后澆帶防水做法參見《中南地區(qū)通用建筑標準設計》(88ZJ311)。在實際施工當中，不同工程要作不同程度的調(diào)整。

后澆帶支模.留置后澆帶時，后澆帶兩側(cè)的模板要求既要牢固緊密，還要易拆除。如果使用一次性單層鋼板網(wǎng)，經(jīng)常導致混凝土及混凝土漿流入后澆帶，不易清理。施工過程中可采用以下做法：梁板底筋在支模處用防水水泥砂漿做成寬約5cm的陰攔壩，這樣可以避免混凝土從底筋下涌入后澆帶。有些較深、較厚、不易清理的梁板，通常采用雙層網(wǎng)作一次性模板，雙層網(wǎng)中一層為鋼板網(wǎng)，另一層為細網(wǎng)眼鐵絲網(wǎng)，可先將兩層網(wǎng)片綁扎固定在一起。采用定型鋼筋支撐，定型鋼筋與底筋、面筋焊接固定。條件許可時，也可采用一次性模板，如快易收口網(wǎng)等。

五、地下室頂板裂縫的成因及解決方法

1. 結構方案的選擇有誤

大多數(shù)的地下室頂板都是梁板結構或平板結構形式。 自從20世紀80年代以后，無粘結預應力混凝土平板結構得到了越來越廣泛的應用，同時許多預應力設計單位為了自己的利益，也強烈建議使用這種方案，所以，許多設計師產(chǎn)生一種錯誤的理解，即平板結構可以很大程度降低工程成本。事實上，如今之所以有這么多的平板結構是因為它隱含了其能降低層高的有利條件。由于較低的層高會節(jié)省空間，從而降低了工程成本。在層高相同的條件下，預應力平板結構并沒有比梁板結構更加經(jīng)濟。

2.設計方案變更

在高層建筑中地下室的設計中，尤其是大面積的地下室，經(jīng)常會出現(xiàn)需要增加多道剪力墻的設計變更。對于這種長和寬都很大的預應力混凝土頂板，如果有很多大型的剪力墻結構，就會限制混凝土收縮而導致的頂板開裂。如果忽略由于剪力墻的收縮而產(chǎn)生的拉應力，只是按原來的設計一味控制裂縫，而且沒有增加有效的結構措施，這將會是地下室頂板產(chǎn)生裂縫的重要因素。

3. 預應力筋張拉引起施工裂縫

大面積的地下室頂板上一般都會有覆土，有的高達數(shù)米厚，有的因綠化要求，還有假山，要較高的防滲要求，預應力混凝土平板按不產(chǎn)生裂縫原進行設計。預應力筋的數(shù)量是按照能夠抵消頂板承受的所有載荷確定的。當對頂板施加預應力時，上層覆土荷載通常不包括在預應力內(nèi)，因此，地下室的天花板和消防車道引起的恒載和活載往往比結構的自重要大得多。當張拉預應力鋼筋時，如果板面的分布鋼筋較少，易導致大倒拱，致使板面開裂，因此，預應力施加時，應充分考慮板頂所能承受的荷載，逐次進行張拉。

地下室頂板裂縫的處理方法如下：

1.對于大面積地下室頂板出現(xiàn)的裂縫，應根據(jù)其是否危及到結構的安全，采取有效的處理措施。如果裂縫寬度小于0.3mm，并且沒有貫穿整個結構，對結構承載力及強度影響不大，那么此類裂縫可先不做處理；寬度若是大于 0.3mm 的裂縫，時間久了會引起鋼筋銹蝕，嚴重影響結構承載力，故應采取相應的措施進行封閉。

2.對于地下室頂板采用平板結構的，該結構最長見的是采用等代框架進行彈性分析，并以此分析為依據(jù)驗算承載力和裂縫。等代框架在計算承載力時不允許開裂的結構是可行的，裂縫在它的某些部分用于分析時可能是不安全的。對于結構已經(jīng)出現(xiàn)裂縫時，它的內(nèi)力將會進行重分布。不管是預應力產(chǎn)生的彎矩還是內(nèi)力重分布都會使平板跨中截面的彎矩增大，僅僅按照彈性分析得到的跨中彎矩來驗算結構的承載力是不安全的，一般跨中的設計彎矩不應小于按簡支梁計算的彎矩的一半。對于按計算配筋開裂的結構，要進行承載力校核，若承載力不符合要求，則在原有的混凝土基礎上附加一層混凝土，并加強構造配筋，使得結構的承載能力和抗裂能力得到提高。

結束語

地下室作為上部結構的嵌固端，必須保證其具有良好的承載力，而上部結構一般都是嵌固在地下室頂板中，所以，地下室頂板的設計就顯得非常重要，不但應具有很好的防水性能，還要有很好的抗裂能力，做好地下室頂板的優(yōu)化設計，是確保整個結構安全的保障。

參考文獻

[1] 侯小美.大底盤地下室結構優(yōu)化設計的經(jīng)濟性探討[J].廣東土木與建筑，2008（4）.

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中圖分類號：TU318文獻標識碼： A

民用建筑結構的穩(wěn)定性和安全性與其自身結構設計密切相關，民用建筑結構設計若是不科學，將直接影響到工程的整體施工質(zhì)量。當前在民用建筑建筑結構設計仍存在許多問題，嚴重制約了建筑行業(yè)的良性發(fā)展。

一、關于民用建筑結構設計中存在的問題分析

1.設計深度不符合要求。圖紙的設計中，部分設計人員為了個人的方便，減少工作量，從以往的老舊設計圖紙上截取內(nèi)容，再對尺寸和外形進行一定程度的修改，便應用到施工過程中，結構設計的東拼西湊最終導致建筑物的整體結構并不契合。而有些設計人員的問題則是設計十分粗糙簡單。按照規(guī)定，施工圖中應包含有系統(tǒng)圖和大樣圖以及剖視圖，但由于設計人員偷工減料，使得這些圖示漏失，并且還對應當在圖紙中反應出來的問題僅用“見圖集”來表示，更有甚者直接將責任推給設備廠家。另外在設計中按照規(guī)定應當把建筑的設計依據(jù)、安全等級、設計參數(shù)和耐火等級防火消防處理等進行解釋說明，但常常被忽略。因此民用建筑結構設計工程就不能全面展示出來，對后期施工帶來極大麻煩，而最終影響的則是整個建筑本身的質(zhì)量。

2.地基設計和承載柱截面高度設計問題。地基是建筑結構設計的基礎，優(yōu)秀的地基設計對建筑結構的設計方向有直接的影響。如果對修建民用建筑的地址情況進行充分的勘察便進行建筑結構的設計，極有可能導致后期施工過程中出現(xiàn)地基軟弱、承載力不夠使工程出現(xiàn)安全問題。在對民用建筑進行設計時，荷載值的計算不去根據(jù)規(guī)范的折減系數(shù)，則直接導致計算結構的準確率十分低。這一系列的地基設計問題常常是建筑結構設計中容易被忽視的。墻柱截面高度設計問題常出現(xiàn)在抗震設防烈度6度及以上抗震設防區(qū)域。設計人員在受力分析時，忽略節(jié)點核心區(qū)抗剪計算。這樣做使得柱頂?shù)目辜魪姸炔缓细瘢ㄖ羌?-柱子因此產(chǎn)生裂縫，最終結果則是降低了建筑的耐久性。一旦遭遇地震，墻柱極易發(fā)生受剪破壞，危及人們的生命財產(chǎn)安全。

二、關于民用建筑結構設計的優(yōu)化措施分析

1.對民用建筑設計圖紙進行完善：設計圖紙可以說是建筑結構的重要表現(xiàn)載體之一，同時也是建筑項目在施工過程中的基礎所在。換句話來說，建筑設計圖紙中所出現(xiàn)的任何問題都會在建筑施工中數(shù)倍的反應出來，造成不可逆的后果。因此，在開展建筑結構設計工作的過程當中，需要嚴格按照設計規(guī)范展開工作，設計師決不能貪圖方便而省略對關鍵信息的標準與標識。同時，對于較為復雜、以及細微的結構區(qū)域而言，需要在結構設計中加以重點關注。總而言之，建筑結構設計工作人員需要始終保持嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，在結構設計圖紙完成之后，需要重視對圖紙的自我審核，及時發(fā)現(xiàn)存在于建筑結構設計圖紙中的問題，結合實際情況加以修正，以此種方式來保障民用建筑結構設計圖紙的完善性與科學性。

2.重視概念設計

（1）在進行民用建筑結構設計時，概念設計的應用越來越廣泛，對于提高民用建筑結構設計質(zhì)量起到了較大的促進作用。但是，當前的設計人員在對民用建筑結構進行設計時，對概念設計的重視不夠，導致其不能夠全面的對民用建筑結構進行分析和考慮，從而造成了結構設計的片面性。片面的結構設計方案在后續(xù)工程施工的應用中就會顯示出弊端，從而對工程施工的順利進行產(chǎn)生嚴重的影響，難以有效提高工程施工的質(zhì)量和效率。

（2）當前，設計人員在進行建筑結構設計時，應當充分考慮概念設計的影響。概念設計主要是指依據(jù)整體結構與局部結構之間的結構破壞機理、力學關系，對其進行充分考慮，從中得出基本的設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的設計，以保證對整個建筑結構的有效控制。因此，設計人員應當突破傳統(tǒng)重計算的設計方法，充分運用概念設計的思想對建筑結構進行全面的考慮和分析，以從整體上掌握結構設計的思想，從而保證設計的科學性和合理性，以提高建筑結構設計的質(zhì)量。

3.基礎結構設計是民用建筑結構設計的重要組成部分，關系到民用建筑物的穩(wěn)定性，因此，在設計基礎結構時，設計人員要對影響基礎結構的因素進行全面的考慮和分析，以保證設計的有效性。對于基礎埋深問題，設計人員要根據(jù)實際的水文地質(zhì)情況進行設計，在保證滿足結構受力的基礎上，因地制宜，全面考慮地下水位的變化對建筑結構浮力的影響及凍土對結構的破壞，以確定基礎埋深。要根據(jù)實際情況保證基礎結構墻體受力的均勻性，避免出現(xiàn)裂痕。以降低建筑結構設計以及施工建設的成本費用。

4.對民用建筑主體上部結構進行的科學性優(yōu)化。建筑的上部結構設計應當建立相應的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程最先一步就應當合理地設置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結構重心，從而減少地震或者風力等對其的破壞性。在建設時如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進行大開間的構造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標準的基礎上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，減少相應的成本。然而如果建筑的本身不具有相應的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得構造過大的剪力墻。

5.提高民用建筑結構抗震能力，首先各地區(qū)要根據(jù)所處區(qū)域的地質(zhì)特征，提高抗震設防標準，以應對可能發(fā)生的破壞性更強的地震災害。科技、地震、建設等部門要嚴格建筑技術規(guī)范，從建房選址、規(guī)劃設計、材料選用、施工保障等方面加強技術指導和監(jiān)督檢查，確保各類建筑設施符合抗震設防要求。同時要積極推廣研發(fā)符合本地建筑物特點的抗震減災新技術、新工藝、新材料。積極借鑒發(fā)達國家和地區(qū)的經(jīng)驗和技術，推廣應用到各類建筑設施中。尤其是在重點設防地區(qū)，即使成本高一些，也要堅持使用抗震能力更強的新技術、新工藝、新材料。要堅決杜絕不安全建筑材料使用，要科學選材，新材料的使用要嚴格把關，進行抗震測試和檢驗，提高可靠性。需要提供相應的出廠證明等材料，安排專人對材料質(zhì)量進行檢測，將質(zhì)量安全責任落實到人，一旦出現(xiàn)問題，做到有據(jù)可查。另外，民用建筑結構抗震設計的實施者和管理者，對建筑的抗震能力起到最大的影響。每個工作人員的工作成果都會對建筑抗震能力起到直接或間接的影響，因此，民用建筑結構抗震設計質(zhì)量的關鍵在于提高工作人員的整體素質(zhì)，工作人員素質(zhì)的提高，必將帶領工程質(zhì)量的整體提升。

民用建筑結構的設計是個系統(tǒng)化的工程，不能有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯。正如人體的骨骼構造一樣，一處出現(xiàn)問題，那么其功能也就有喪失的部分。因此為了最終的建筑成品能讓民眾感到滿意，為民眾帶來舒適和安全的體驗，設計人員就應當以極強的專業(yè)素養(yǎng)和責任感對每一個設計環(huán)節(jié)盡心盡力，嚴格要求每一個計算步驟。

參考文獻：

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中圖分類號： TU398+.2 文獻標識碼： A 文章編號：

引言：剪力墻體系結構高層建筑中正在逐漸代替框架結構中的梁柱，剪力墻體系的主要作用是承受建筑物豎直和水平方向的各種荷載引起的內(nèi)力，對于其他結構的水平力也可以很好地控制。目前，剪力墻結構被廣泛的應用于高層建筑中。對剪力墻體系的深入研究對高層建筑的設計有著重要的意義。

1 高層建筑物的受力特點與支撐件

對于高層建筑而言，越高所承受的豎直壓力就越大，水平風荷影響也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。對于比較低的建筑來說，高度較低，地基面積較大，相對而言所受的風荷及地震影響就很小，在高層建筑上，水平荷載產(chǎn)生的傾覆力會很大，設計人員主要考慮的問題是水平荷載，軸向變形及結構延性等方面。

1.1 水平載荷

建筑物的高度達到一定數(shù)值后，它們在豎直方向上承載的荷載變化量并不大，所承受的風荷載以及地震作用的水平荷載會呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，建筑物的結構特性不同，風荷載及地震水平荷載則會隨之發(fā)生較大變化。

1.2 軸向變形

建筑物越高，豎向荷載越大，豎向荷載越大，連接柱中的軸向變形就會越大，相應的，連續(xù)梁的彎矩所受影響就會越大，預制構件的下料長度也會受影響而有所改變，由此可見，在施工時必須計算出軸向變形值，并及時調(diào)整下料長度。

1.3 結構側(cè)移

高層建筑的結構設計關鍵之一是結構側(cè)移的控制，樓房越高，水平荷載下結構的側(cè)移就會越大，對于樓房的穩(wěn)定性威脅也就越大，因此，高層建筑物的結構側(cè)移一定要嚴格控制，以確保樓房的穩(wěn)定性。

1.4 結構延性

相對于低層建筑而言，高層建筑的結構柔和性較好，在地震侵襲發(fā)生較大震動時，會產(chǎn)生較大的變形。建筑物在塑性變形階段中對變形能力的要求相對較高，要想保證結構延性，必須在建筑設計中采取一定的措施。

2 剪力墻結構設計的基本原則

剪力墻結構在建筑中主要承擔豎直方向重力與水平方向荷載，剪力墻結構的設計既要安全合理，又要考慮經(jīng)濟問題。設計過程中，各種位移限制值都要滿足，結構構件中抗側(cè)力構件的作用也要充分考慮到。設計時，剪力墻的數(shù)量也要滿足位移限制值相關規(guī)范的要求，數(shù)量應該盡量少，但又不能影響基本振犁的要求。建筑中剪力墻結構所承受的傾覆力矩應不小于總數(shù)的一半。

2.1 調(diào)整樓層最小剪力系數(shù)方面的原則

設計中剪力墻結構的布置要盡量減小，大開間的剪力墻結構布置是最好的設計方案，側(cè)向剛度結構可以達到較為理想的狀態(tài)。樓層間的剪力系數(shù)盡量小，但不能超出規(guī)范的極限范圍，短肢剪力墻承受的地震傾覆力矩于整體總底部承受的地震傾覆力比要小于或等于1:4，這樣既可以減輕結構自重，同時降低了地震帶來的危害又可以節(jié)約用費。

2.2 調(diào)整樓層間最大位移與層高之比方面的原則

規(guī)范規(guī)定的最大的樓層間的位移在計算的時候，如果樓層地區(qū)地震比較頻繁，所用的標準值產(chǎn)生的樓層計算可以保留在結構的整體彎曲變形，應該計入扭轉(zhuǎn)變形在以彎曲變形為主的高層建筑中。高層建筑重點考慮的方面就是樓層間的扭轉(zhuǎn)和剪力變形。結構的剪切變形由豎向構建的數(shù)量決定著，在建設施工中，有足夠多數(shù)量的構件還是遠遠不夠的，更要考慮構建的布局是否合理，如果不合理，就會產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，樓層間的位移就達不到要求。因此，對于高層建筑而言，不能只是以樓層間的位移來確定豎向構件的剛度，而應該盡量減小扭轉(zhuǎn)變形。

2.3 調(diào)整剪力墻結構連續(xù)超限方面的原則

剪力墻結構的連續(xù)跨高比太小會導致彎矩出現(xiàn)及剪力過大，超過規(guī)范限度，跨高比一般大于或等于2.5。規(guī)范規(guī)定，在跨高比小于5的時候，連續(xù)梁不能夠拆減。跨高比的正確選擇，可以很好地避免彎矩及剪力過量，可保持在規(guī)定范圍內(nèi)。在結構設計時，如果可以有效合理的用上這些，可以大大降低工程成本。

剪力墻結構不只應該符合相關規(guī)定，在設計時要考慮多方面的因素，建筑物的平面、立面應盡量均勻，剪力墻結構應盡量遠離房屋中心，以保證房屋整體的抗扭。

3 剪力墻結構設計

剪力墻的剛度較大，整體性較好，容易達到承受的荷載要求。設計師主要考慮以下幾個方面：

3.1 剪力墻界面的厚度要求

剪力墻厚度盡量小的優(yōu)點主要是保證剪力墻平面的剛度及其穩(wěn)定性。當剪力墻相較于墻體平面外面時，相交處可以作為剪力墻的支撐，對于平面外的剛度與未穩(wěn)定性有很好的保證。剪力墻最小厚度確認時，計算依據(jù)主要是建筑物層高及無支長度中的較小值。進行抗震設計時，底部加強區(qū)根據(jù)地震的具體大小情況來設計，地震越大，底部加強區(qū)所占層高或者無支長度總面積比較越大，且面積一般不小于160mm。非抗震設計時，底部加強區(qū)一般不會大于層高或無支長度的百分之25%。

3.2 剪力強結構中混凝土強度等級要求

剪力墻中混凝土要求相對較高，等級最少要為C20，如果剪力墻結構中帶有筒體與短肢，那么其中的混凝土強度最少要為C25。

3.3 剪力墻結構在進行抗震設計時，構造邊緣的構件在剪力墻墻肢中是必不可少的。在非抗震設計中，其墻端部位的構件配置及鋼筋配置都要符合相關的規(guī)定要求。

3.4 剪力墻結構設計中要考慮豎向分布時鋼筋配筋率的最小值，主要作用就是保證混凝土墻體在受到彎力較大時出現(xiàn)裂縫時不至于立刻達到抗彎承載力的極限，還可以防止斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪拉破壞。

3.5 剪力墻結構開洞構造設計。若是剪力墻結構中開洞較小，其影響較小在計算時可不必考慮在內(nèi)。為了保證剪力墻結構截面的承載力，要在鋼筋切斷集中處將洞口補足，并且鋼筋直徑最小要達到12mm。

3.6 高層建筑剪力墻結構體系受到的豎直方向荷載比較大，豎直荷載包括建筑整體的自身重量及樓面荷載產(chǎn)生的影響。由于荷載的存在，豎直方向會產(chǎn)生軸力，是連續(xù)梁內(nèi)出現(xiàn)彎矩。計算時依據(jù)的是其受力面積。若是水平荷載，其計算就要按平面考慮了。剪力墻結構計算工作比較復雜且工作量較大，在建筑施工時，要針對不同的剪力墻結構的受力特點進行計算。

剪力墻結構體系是一種抗剪性能較好的結構，設計時要考慮建筑施工的具體情況，設計時應盡量避免豎向剛度突變，確保其剛度。

4 結束語

剪力墻結構體系的重要度在建筑施工中占有相當大的比重，近年來，高層建筑飛速發(fā)展，呈上升趨勢。剪力墻結構得到更為廣泛的應用。目前我國設計人員正在朝著剪力墻結構體系設計深度方向努力。但是相對與國外設計技術來說，我們還存在著很多方面的不足之處，還有很多需要改進的地方，上升空間也比較大。因此，我們需要投入更多的精力與時間做好剪力墻結構的設計工作。筆者也會一直努力。

參考文獻：

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