導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：ANSYS參數(shù)化語(yǔ)言 APDL 鋼結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著工程上對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化要求的增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程實(shí)際意義日趨顯現(xiàn)。。APDL（ANSYS 參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言）可用來(lái)完成一些通用性強(qiáng)的任務(wù)，也可以依此來(lái)建立模型，不僅是優(yōu)化設(shè)計(jì)和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分等 ANSYS 經(jīng)典特性的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，也為日常分析提供了便利。文章以單跨單層鋼框架結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房為例，采用 ANSYS 軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行尺寸優(yōu)化，使其結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足一定約束條件下最大限度地節(jié)省材料，從而能夠降低成本。

1.ANSYS和APDL概述及其關(guān)系

ANSYS是一種運(yùn)用廣泛的通用有限元分析軟件,其有限元分析過(guò)程主要包括:建立分析模型并施加邊界條件、求解計(jì)算和結(jié)果分析3個(gè)步驟。運(yùn)用ANSYS提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL),通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整,則可以自動(dòng)完成上述循環(huán)功能,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而大大減少修改模型和重新分析所花的時(shí)間。

APDL是ANSYS Parametric Design Language的縮寫(xiě),即AN-SYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它是一種通過(guò)參數(shù)化變量方式建立分析模型的腳本語(yǔ)言,用建立智能化分析的手段為用戶(hù)提供了自動(dòng)完成有限元分析過(guò)程的功能,即程序的輸入可設(shè)定為根據(jù)制定的函數(shù)、變量以及選用的分析標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做決定。APDL允許復(fù)雜數(shù)據(jù)的輸入,使用戶(hù)對(duì)任何設(shè)計(jì)和分析屬性有控制權(quán),擴(kuò)展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力,并擴(kuò)充了更高級(jí)的運(yùn)算,包括靈敏度研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)等。具體為參數(shù)、參數(shù)數(shù)組、表達(dá)式與函數(shù),分支與循環(huán)、重復(fù)等功能,從而為優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行繁瑣的迭代提供了可能和提高效率。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概念

假定分析搜索最優(yōu)設(shè)計(jì)一般被歸納為結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過(guò)程的流程。而這其中優(yōu)化分析的核心部分為搜索過(guò)程。在包括滿(mǎn)足各種給定條件的前提下，是否達(dá)到最優(yōu)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)最先對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的判斷。如果沒(méi)能達(dá)到，但又為了使得預(yù)定的最優(yōu)指標(biāo)能逐步達(dá)到，就需要遵循某一設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行修改。而以數(shù)學(xué)規(guī)劃為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立，并對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行選擇，使得工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，然后在多種可行性設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)選擇出相對(duì)屬于最優(yōu)設(shè)計(jì)的方案，這也正是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。

2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要要素：。其數(shù)學(xué)模型的一般表達(dá)式為

求設(shè)計(jì)變量

使目標(biāo)函數(shù)

滿(mǎn)足約束條件

3.基于APDL的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1APDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介和使用

APDL是指ANSYS 參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是使得某些功能或建?？梢宰詣?dòng)完成的腳本語(yǔ)言之一。它提供如參數(shù)、宏、標(biāo)量、向量及矩陣運(yùn)算、分支、循環(huán)、重復(fù)以及訪(fǎng)問(wèn)ANSYS 有限元數(shù)據(jù)庫(kù)等一般程序語(yǔ)言的功能，同時(shí)其可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)交互輸入、消息機(jī)制、界面驅(qū)動(dòng)和運(yùn)行應(yīng)用程序等，因此它也提供簡(jiǎn)單界面定制功能。為了擴(kuò)展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力，它可以根據(jù)指定的函數(shù)、變量設(shè)定程序的輸入，同時(shí)選它使用戶(hù)對(duì)任何設(shè)計(jì)和分析屬性有控制權(quán)，也就是說(shuō)其為了為用戶(hù)提供了自動(dòng)完成繁瑣循環(huán)的功能而運(yùn)用了建立智能分析的手段，從而為優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行繁瑣的迭代提供了可能和高效率，具體為參數(shù)、函數(shù)、分支與循環(huán)、重復(fù)、宏等功能。

3.2優(yōu)化基本原理

優(yōu)化方法采用復(fù)形法。復(fù)形法優(yōu)化是一個(gè)運(yùn)用較多且較為成熟的非線(xiàn)性數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，其基本思路來(lái)源于無(wú)約束優(yōu)化算法的單純形法。而無(wú)約束優(yōu)化算法的單純形法就是復(fù)合形法的基本思路的來(lái)源。

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

為了將有限元法與優(yōu)化方法結(jié)合起來(lái)，可以采用基于APDL語(yǔ)言的ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊（OPT）來(lái)實(shí)現(xiàn)?；玖鞒虉D如圖1所示。

圖1ANSYS軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)程序流程圖

3.4APDL優(yōu)化程序關(guān)鍵技術(shù)

首先建立鋼框架結(jié)構(gòu)參數(shù)化有限模型。參數(shù)是指APDL中的變量與數(shù)組。參數(shù)化模型的建立，便于模型的修改，也便于設(shè)置優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。

其次建立鋼框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。下面是部分優(yōu)化命令：

/POST1！進(jìn)入后處理器

*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取結(jié)構(gòu)體積，賦予參數(shù)V

……

/OPT！進(jìn)入優(yōu)化設(shè)計(jì)器

OPANL,1.LGW!指定分析文件

OPVAR,W1,DV,.1,.4!定義設(shè)計(jì)變量

OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02

OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02

……

OPVAR,MS1,SV,0,225750!定義狀態(tài)變量

OPVAR,SS1,SV,0,125000

……

OPVAR,V,OBJ,,,.01!定義目標(biāo)函數(shù)

OPKEEP,ON!要求保留最優(yōu)設(shè)計(jì)序列時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件

OPTYPE,SUBP!使用零階方法

OPFRST,40!最大40次迭代

OPEXE!運(yùn)行優(yōu)化

4.優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例分析

本文以單跨單層鋼框架結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房為例，跨度為 12m，層高為4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型鋼截面且翼緣采用焰切邊，材質(zhì)均為Q235 鋼。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，取恒荷載為0.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2。通過(guò)APDL 優(yōu)化程序，得出用鋼量約為18.2kg/m2。優(yōu)化前后的結(jié)果對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)化前后結(jié)果分析

5.結(jié)語(yǔ)

本文首先論述了進(jìn)行鋼框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的意義，介紹了優(yōu)化算法（復(fù)形法）和ANSYS 中的APDL語(yǔ)言。并通過(guò)與實(shí)際工程相結(jié)合，并分別采用復(fù)形法和有限元軟件ANSYS優(yōu)化模塊，同時(shí)以最低化用為優(yōu)化的目的，使一平面鋼結(jié)構(gòu)的梁柱截面尺寸得到優(yōu)化并進(jìn)行相應(yīng)的分析。通過(guò)理論分析與結(jié)果的分析比較，證實(shí)了該優(yōu)化方法是可行的，不僅能明顯降低工程造價(jià)，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的普及和推廣。而由設(shè)計(jì)實(shí)例可知，基于ANSYS 的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言APDL 語(yǔ)言建立的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊操作方便，優(yōu)化程序可自定義優(yōu)化過(guò)程和控制性變量，適應(yīng)了不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和荷載組合，具有很強(qiáng)的靈活性。本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想，可以推廣到其它結(jié)構(gòu)形式，可對(duì)其它類(lèi)型結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

篇2

關(guān)鍵詞斜拉橋；工程；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化；模型；設(shè)計(jì)；方法；

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

引言

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和米歇爾麥斯威爾桁架似乎已有百年，從施密特使用數(shù)學(xué)規(guī)劃求解結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也有40多年的歷史，特別是在過(guò)去30年中，理論，算法和應(yīng)用方面都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的航天，機(jī)械，土木工程，水利工程，橋梁，鐵路，汽車(chē)，紡織和輕工業(yè)，能源工業(yè)和軍事工業(yè)等方面，主要治療這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，或大規(guī)模的工程建設(shè)，或產(chǎn)量大，汽車(chē)，機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究也延伸到了土地資源的開(kāi)發(fā)和利用，環(huán)境監(jiān)測(cè)和生態(tài)保護(hù)，和海洋工程等領(lǐng)域，并作為一種技術(shù)手段解決諸如系統(tǒng)識(shí)別，工程反分析問(wèn)題。

一、關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概述

一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該首先確保工程結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠性，即：滿(mǎn)足工程結(jié)構(gòu)的安全性，適用性和耐久性要求。在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間，人們主要集中在結(jié)構(gòu)可靠性，隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)代計(jì)算工具和方法，人們?cè)絹?lái)越注重經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在科學(xué)的結(jié)構(gòu)分析方法出生之前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于經(jīng)驗(yàn)的方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的就是滿(mǎn)足安全使用，該方案還僅僅是不可行解，最優(yōu)解。只檢查安全性檢查功能。隨著生產(chǎn)的迅速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，結(jié)構(gòu)工程師和逐步掌握結(jié)構(gòu)分析的理論和方法應(yīng)用于工程實(shí)踐，初期由于理論的不完善和計(jì)算手段的限制，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然傾向于結(jié)構(gòu)安全和較少考慮計(jì)劃經(jīng)濟(jì)。在近代，特別是在業(yè)務(wù)研究，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有限元方法的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和經(jīng)濟(jì)的方案已成為可能，為應(yīng)運(yùn)而生的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論。

二、斜拉橋優(yōu)化模型的建立

斜拉橋的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度，剛度，變形，頻率和其他要求和施工要求。在本文中，這些規(guī)定的約束函數(shù)形式，他們通常是設(shè)計(jì)變量的隱式函數(shù)。

2. 1頻率約束條件

橋梁結(jié)構(gòu)頻率（特別是低階）反映了結(jié)構(gòu)尺寸，類(lèi)型，材料類(lèi)型和邊界條件和特點(diǎn)，考慮結(jié)構(gòu)的總體頻率作為約束條件之一。為防止斜拉橋發(fā)生共振，或避免一些負(fù)面頻率區(qū)域的情況下，大橋斜拉橋動(dòng)力特性應(yīng)符合一定的要求。此外，研究表明，基本頻率的橋梁結(jié)構(gòu)最直接地反映沖擊系數(shù)，橋梁結(jié)構(gòu)按照通常的做法，在國(guó)內(nèi)外各種橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，用于在車(chē)輛荷載垂直靜態(tài)效應(yīng)的基礎(chǔ)上乘以增大系數(shù)為移動(dòng)車(chē)輛荷載垂直動(dòng)態(tài)效果，即

Sz = ( 1+ u) Si

式中: Sz在移動(dòng)車(chē)輛荷載作用下, 橋梁結(jié)構(gòu)在豎向產(chǎn)生的總荷載效應(yīng);

Si在移動(dòng)車(chē)輛荷載作用下, 橋梁結(jié)構(gòu)在豎向產(chǎn)生的靜力效應(yīng);

(1+ u) 考慮移動(dòng)車(chē)輛荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動(dòng)力效應(yīng)的增大系數(shù).

(1+ u)定義為沖擊系數(shù). 從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論研究得知, 每次移動(dòng)車(chē)輛( 一輛或多輛)過(guò)橋時(shí), 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大豎向動(dòng)力效應(yīng)均出現(xiàn)在最大靜力效應(yīng)處, 因此在取得每次移動(dòng)車(chē)輛過(guò)橋時(shí)的應(yīng)變( 應(yīng)力或撓度) 的時(shí)間歷程曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上, 沖擊系數(shù)( 1+ u) 亦可用下列公式來(lái)描述, 即

( 1+ u) = ydmax/ Y jmax

式中: Yjmax 在最大豎向動(dòng)力效應(yīng)處的靜力應(yīng)變( 應(yīng)力或撓度) 的最大值;Y dmax與Y jmax對(duì)應(yīng)的動(dòng)應(yīng)變( 應(yīng)力或撓度) 的最大值.通過(guò)對(duì)實(shí)橋的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行回歸分析, 總結(jié)出沖擊系數(shù)與基頻f 1之間的函數(shù)關(guān)系如下

(1+ u) = 0. 9843+ 0. 4068logfi

并且指出, 無(wú)論是橋梁建筑材料，結(jié)構(gòu)類(lèi)型，如果有區(qū)別，不論大小，如果有區(qū)別，只要是相同的基本頻率的橋梁結(jié)構(gòu)，在相同的條件下行動(dòng)的車(chē)輛荷載，可以得到相同的脈沖函數(shù)。本文介紹的基本頻率（或頻率）為約束條件也可以對(duì)沖擊系數(shù)的研究將幫助。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中, 橋梁結(jié)構(gòu)整體頻率特性以?xún)煞N約束函數(shù)的形式表述:

其中W , W為預(yù)先設(shè)定的頻帶的下、上限,W i , W j為關(guān)切頻率, 是臨近約束頻率的固有頻率. 本文利用序列二級(jí)算法求解形如W2i≤W2, W2j≥W2的數(shù)學(xué)模型.第一級(jí)優(yōu)化是求解在尺寸約束及頻率下限約束下的優(yōu)化問(wèn)題. 由于頻率下限約束限制了結(jié)構(gòu)的尺寸上限, 為了使結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足約束條件的前提下有一個(gè)較大的選擇余地, 目標(biāo)函數(shù)應(yīng)取原目標(biāo)函數(shù)( 重量) 的最大值. 第一級(jí)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為

第二級(jí)優(yōu)化求解在頻率上限及約束下的目標(biāo)函數(shù)極小值( 結(jié)構(gòu)最輕重量) 問(wèn)題. 只是在該優(yōu)化問(wèn)題中, 尺寸約束的上限應(yīng)取由第一級(jí)優(yōu)化求得的優(yōu)化值, 這樣形成了新的設(shè)計(jì)空間. 第二級(jí)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為

2. 2斜拉橋優(yōu)化模型的建立

通常帶頻率約束的優(yōu)化計(jì)算模型表達(dá)式為

其中, m, n 分別表示約束條件數(shù)和設(shè)計(jì)變量數(shù),

斜拉橋設(shè)計(jì)參數(shù)的分析表明：斜拉橋結(jié)構(gòu)主要受的特點(diǎn)，主跨比，邊，角和束電纜，塔電纜截面尺寸效應(yīng)。此外，斜拉橋是平均靜定結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整線(xiàn)張力可以有效減少體重開(kāi)始溫度，造成梁彎曲位移。本文取按有限元?jiǎng)澐值娜珮蚋鲉卧慕孛嫣匦? 面積A i、慣性矩I i)為設(shè)計(jì)變量建立優(yōu)化模型. 定義目標(biāo)函數(shù)為

式中pi為結(jié)構(gòu)各種材料比重, Ai為結(jié)構(gòu)各斷面面積、li為結(jié)構(gòu)各單元長(zhǎng)度、c1為各部分結(jié)構(gòu)造價(jià)( 包括材料費(fèi)、勞動(dòng)力價(jià)格等) .

三、優(yōu)化求解方法

本研究主要是關(guān)于斜拉橋的動(dòng)力優(yōu)化問(wèn)題的基本概念，將“三個(gè)支柱”理論，即結(jié)構(gòu)分析，優(yōu)化模型及算法結(jié)構(gòu)分析采用有限元方法用于優(yōu)化設(shè)計(jì)的狀態(tài)變量（即，撓度，應(yīng)力，特征值優(yōu)化模型）。建立綜合考慮的分析變量的（橫截面面積，慣性矩，幾何尺寸，形狀參數(shù)，如彈性模量）和設(shè)計(jì)變量（使用組件的大小）之間的聯(lián)系以及建立目標(biāo)函數(shù)（通常結(jié)構(gòu)成本和重量）和約束功能和優(yōu)化算法求解非線(xiàn)性選擇約束優(yōu)化方法可行方向的方法。除了加快算法的效率，采取有效的近似方法，并介紹了敏感性分析的方法計(jì)算的優(yōu)化過(guò)程中所使用的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的梯度。 類(lèi)似的做法常見(jiàn)于一些國(guó)內(nèi)外大型軟件, 如Access, SAPOP, START S 以及 I-DEAS 等系統(tǒng)中. 圖 1 表示了優(yōu)化迭代過(guò)程的流程, CBDEA 可看作“黑箱式”尋優(yōu)程序塊。

第3 步利用了泰勒一階近似法( T SA) , 其近似式可表為

第 7 步計(jì)算搜索步長(zhǎng)使用了一步步檢驗(yàn)與糾錯(cuò)的方法, 在循環(huán)的每一步都要使目標(biāo)函數(shù)按比例減小一個(gè)量. 定義目標(biāo)函數(shù)的減小量為原值的β值, 即 f ( Xk+ 1) =β f ( X k) ( 0. 90 ≤β≤0. 95)。

在結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化，尋求有效的計(jì)算結(jié)構(gòu)固有頻率和振型對(duì)于設(shè)計(jì)變量的靈敏度的方法是非常重要的。此外，敏感性分析也被用來(lái)計(jì)算搜索方向，構(gòu)造函數(shù)和參數(shù)修改研究。 Fox, Adelman, Haftka, Gardani 等人都給出了一些計(jì)算公式, 本文主要應(yīng)用中心有限差分法進(jìn)行了該方面的研究。

在無(wú)法或難以提供解析梯度值，不同梯度值的精度，算法的收斂性將產(chǎn)生較大的影響。采用高精度差分方法是一種有效的方法來(lái)提高精度，但計(jì)算會(huì)帶來(lái)的副作用，并運(yùn)用可行方向法企的主要目標(biāo)之一是盡量減少一些功能評(píng)價(jià)的目的。因此，本文采用的計(jì)算中心差分法。沒(méi)有更多的功能評(píng)價(jià)的前提下的差別，一步長(zhǎng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以當(dāng)變量和約束函數(shù)值的迭代過(guò)程中發(fā)生變化時(shí)，差一步變化，可以有效地提高準(zhǔn)確性差。方法如下, 取差分步長(zhǎng)因子a 為

a=10-5×Xi,102

并且滿(mǎn)足要求

如不滿(mǎn)足, 則作如下修改

四、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在橋梁工程中的應(yīng)用狀況

雖然早在第十九世紀(jì)中葉出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，但由于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量，復(fù)變函數(shù)來(lái)管理，需要大容量和手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)等原因，優(yōu)化設(shè)計(jì)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究后。在十九年代開(kāi)始有了橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。在最早的發(fā)展最為成熟的桁架橋的設(shè)計(jì)優(yōu)化。大跨度橋梁設(shè)計(jì)研究是在第二十世紀(jì)末，大跨度橋梁和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，逐步發(fā)展。由于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定的頻率較高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)變量較多等原因，進(jìn)行綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)難度大。以往的研究還只是一種局部?jī)?yōu)化，如：索力優(yōu)化，優(yōu)化，動(dòng)態(tài)優(yōu)化等。

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是目前主要集中在局部?jī)?yōu)化，全局優(yōu)化和優(yōu)化理論在三個(gè)方面。局部最優(yōu)不等于整體最優(yōu)，但有利于整體最優(yōu)，并促進(jìn)發(fā)展的橋梁結(jié)構(gòu)。由于局部最優(yōu)設(shè)計(jì)變量的相對(duì)較少，研究的難度大大降低，研究的深度和更深入的。大跨度橋梁的局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直參與了大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的所有方面，包括：加勁梁截面優(yōu)化，調(diào)整索力優(yōu)化，電纜或索力優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，索塔，或吊索錨固優(yōu)化，懸索橋錨碇的優(yōu)化，墩基礎(chǔ)的優(yōu)化。大跨度橋梁靜不定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)變量，建筑設(shè)計(jì)涉及到很多因素，因此，必須進(jìn)行全面的整體優(yōu)化或全過(guò)程的優(yōu)化依然存在困難。困難在于，不僅在其建立目標(biāo)函數(shù)，它是建立目標(biāo)函數(shù)，尋求最優(yōu)解的計(jì)算速度和可能性。整體優(yōu)化：包括總成本最優(yōu)，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化，整體施工工藝優(yōu)化及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及景觀(guān)設(shè)計(jì)方面的協(xié)調(diào)。

結(jié)束語(yǔ)

伴隨著快速發(fā)展的斜拉橋施工，近年來(lái)在全國(guó)范圍內(nèi)建立了大型斜拉橋。主梁斜拉橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效改善應(yīng)力狀態(tài)，使斜拉橋的設(shè)計(jì)，確保安全，經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)

【1】蔡新、郭興文、張旭明等．工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【M】．北京：中國(guó)水利水電出版社，2003：

1．10．

【2】王光遠(yuǎn)，董曜明．結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【M】．高等教育出版社，2010：1．15．

【3】D．Wang，W．H．Zhang，J．S．Jiang．Truss shape optimization、vitll multiple displacement

constraint．Computermethods inappliedmechanics andengineering，2002，191(2002)：3597―3612．

【4】孫蓓．連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論研究及其在水利工程中的應(yīng)用惻．南京：河海大學(xué)．2005：l-23．

篇3

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；

對(duì)于建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化而言，建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)既是重要基礎(chǔ)，又是一個(gè)主要方向。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，能夠有效提高建筑工程的安全性及穩(wěn)定性，將各種外力所帶來(lái)的破壞效果降至最低。建筑在實(shí)際使用環(huán)節(jié)，難免會(huì)遇到不同類(lèi)型的不穩(wěn)定因素。建筑概念設(shè)計(jì)將會(huì)致力于這些不穩(wěn)定因素的解決，以提高建筑的實(shí)用性。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的諸多可能破壞因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地震這一破壞因素最難以控制，因?yàn)榈卣鸢l(fā)生時(shí)，將會(huì)給建筑施加一個(gè)極大的作用力，同時(shí)地震又是難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。另外，設(shè)計(jì)方案中如果有不利于建筑結(jié)構(gòu)抗震的因素，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，無(wú)法調(diào)整時(shí)，則應(yīng)放棄。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的幫助下，建筑在整體剛度方面應(yīng)該達(dá)到均勻、對(duì)稱(chēng)的效果，如此一來(lái)，便有效保證了建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。與此同時(shí)，是實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合其他優(yōu)化方法的應(yīng)用，以提高建筑的抗震能力。如延性設(shè)計(jì)，該種設(shè)計(jì)方法能夠很好地保護(hù)地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設(shè)防的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)思路是，當(dāng)發(fā)生劇烈地震時(shí)，“犧牲” 部分次要結(jié)構(gòu)去吸收地震能量，以降低地震對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞效果。在進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)注意上述優(yōu)化方法的有效運(yùn)用。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低總造價(jià)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變，它的成本下降會(huì)比較明顯。 對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。

2、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線(xiàn)會(huì)加長(zhǎng)；相反降低層高，可節(jié)省，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀(guān)、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的概述

完美的建筑是在滿(mǎn)足人們使用功能及視覺(jué)感受的前提下，充分滿(mǎn)足使用者和社會(huì)所期望的各種要求。依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓參與計(jì)算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿(mǎn)足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計(jì)方案。由此可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提高整體設(shè)計(jì)水量及設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可縮短設(shè)計(jì)周期，從而降低整體工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，不僅要按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換層。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)

結(jié)構(gòu)方案的建立過(guò)程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。伴隨急速更新發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計(jì)算機(jī)、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)原則和過(guò)程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)缺少安全、經(jīng)濟(jì)性作為衡量準(zhǔn)則。最優(yōu)設(shè)計(jì)則是在安全、經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上，利用計(jì)算機(jī)作為輔助技術(shù)，非常便利地實(shí)現(xiàn)了分析計(jì)算、設(shè)計(jì)、出效果圖等整套程序的自動(dòng)化，大大提升了設(shè)計(jì)整體效果及質(zhì)量。為了達(dá)到降低工程造價(jià)之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項(xiàng)目的前期、整體、抗震設(shè)計(jì)，在舊房改造期間的各個(gè)環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中應(yīng)注意的問(wèn)題如下：

1、前期方案設(shè)計(jì)期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化參與其中

建筑方案設(shè)計(jì)前期如有一個(gè)優(yōu)秀的、合理的設(shè)計(jì)方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就會(huì)爭(zhēng)取到非常優(yōu)秀的開(kāi)端。但目前在前期設(shè)計(jì)方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對(duì)建筑類(lèi) 別有所針對(duì)，并進(jìn)行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計(jì)初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性 。

2、概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)主要作用于無(wú)具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無(wú)確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實(shí)難免與計(jì)算式存在區(qū)別，那么設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取概念設(shè)計(jì)方法，使數(shù)值成為輔助及參考根瞎。為達(dá)到最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。與宏觀(guān)把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時(shí)應(yīng)注意：I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當(dāng)大，所以在塑性滿(mǎn)足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿(mǎn)足基本規(guī)范要求之上以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)之目的。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化――下部地基基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類(lèi)型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以降低工程總造價(jià)為目的。例如對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影 響較大的樁端持力層的選擇，要多進(jìn)行比較，最終確定最為合適的方案。

結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的過(guò)程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實(shí)際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實(shí)用性和安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，還應(yīng)考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關(guān)系。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)空間利用率的優(yōu)化進(jìn)行了重點(diǎn)探討，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理念進(jìn)行了闡釋和延伸，希望能對(duì)類(lèi)似工程建設(shè)提供一些借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]高鵬.喬可義.重視概念設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量[J].建設(shè)工程與技術(shù).2014（07）.

篇4

關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案問(wèn)題應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在基本滿(mǎn)足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對(duì)稱(chēng)，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異; 使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿(mǎn)足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通; 能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難，另外也不經(jīng)濟(jì)，還容易造成應(yīng)力集中;豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型和方案

房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括: 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1．1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是: 設(shè)計(jì)變量的合理選擇。通常的設(shè)計(jì)變量選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對(duì)變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法可減少很多計(jì)算編程的工作量。目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿(mǎn)足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計(jì)中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

1. 2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法

(1) 當(dāng)結(jié)構(gòu)平面圖在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時(shí)，需要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模。建筑物根據(jù)設(shè)防類(lèi)別、烈度、結(jié)構(gòu)類(lèi)型和房屋高度進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”與“抗震構(gòu)造措施”，提高地震作用，則結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施，其中的一般規(guī)定及計(jì)算要點(diǎn)中的地震作用效應(yīng)(內(nèi)力和變形) 調(diào)整的規(guī)定均屬于抗震措施，提高抗震措施，著眼于把財(cái)力、物力用在增加結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上，是經(jīng)濟(jì)而有效的方法; 抗震構(gòu)造措施指根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，一般不需計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。設(shè)計(jì)中需要注意受壓和局部受壓的一些問(wèn)題。

(2) 屋頂(面) 結(jié)構(gòu)圖當(dāng)建筑是坡屋面時(shí)，結(jié)構(gòu)處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線(xiàn)轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時(shí)應(yīng)有部分或全部的板負(fù)筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫(huà)法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計(jì)的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會(huì)造成閣樓層的部分墻體超高，要結(jié)合門(mén)窗頂設(shè)置圈梁來(lái)降低墻的計(jì)算高度。

1．3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線(xiàn)性的優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，是目前一個(gè)比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題。

2．1 前期參與

因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類(lèi)別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開(kāi)端。

2．2 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。與宏觀(guān)把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿(mǎn)足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿(mǎn)足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

2．3 地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類(lèi)型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的的功用

3．1 降低總造價(jià)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。

3．2 提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線(xiàn)會(huì)加長(zhǎng); 相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀(guān)、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。

篇5

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；協(xié)調(diào)性；經(jīng)濟(jì)性能

現(xiàn)如今，人們對(duì)建筑的要求不再簡(jiǎn)單的是居住使用要求，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對(duì)建筑的美觀(guān)性和安全性也愈加重視，對(duì)建筑的實(shí)用性能有了更嚴(yán)格的要求?；谝陨弦蟮淖兓?，這就要求我們不斷改變并優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取耳穴的方案，同時(shí)滿(mǎn)足美觀(guān)性和實(shí)用性，并且還能夠降低成本投入，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)建筑業(yè)的良好健康發(fā)展。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法內(nèi)容及其原則

1.1概述。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如果要對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，這就勢(shì)必給工作人員帶來(lái)更多的問(wèn)題，例如成本問(wèn)題和建筑材料問(wèn)題。這種情況下，就要求工作人員用最低的資金投入，進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化房屋建筑設(shè)計(jì)時(shí)，其優(yōu)化的內(nèi)容主要包括兩個(gè)內(nèi)容：①優(yōu)化整體的房屋建筑結(jié)構(gòu)；②優(yōu)化局部的房屋建筑結(jié)構(gòu)。而局部房屋建筑結(jié)構(gòu)主要就是對(duì)主體結(jié)構(gòu)、房頂結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.2原則。（1）使建筑具有安全性能。房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是簡(jiǎn)單的進(jìn)行材料的節(jié)約，而是首先要確保房屋建筑結(jié)構(gòu)安全，然后利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，結(jié)合實(shí)際的房屋建筑情況，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化，從而使得房屋建筑的設(shè)計(jì)趨于完善。（2）使建筑具有實(shí)用性能。對(duì)于房屋建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的另一個(gè)原則就是要確保建筑物的實(shí)用性，使得房屋建筑通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)具備更多的功能，滿(mǎn)足人們的實(shí)用與使用需求。（3）保證建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時(shí)保護(hù)環(huán)境。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的另一個(gè)原則就是要尊重環(huán)境，也就是說(shuō)要注意環(huán)保，例如，可以采用綠色環(huán)保材料。（4）確保建筑具有可用價(jià)值。這個(gè)原則也是非常重要的一點(diǎn)，要求在進(jìn)行房屋建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，不能一味追求利益，忽視質(zhì)量，而是要在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低資金投入。根據(jù)以上原則，不難看出，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)必須保證其科學(xué)、安全、質(zhì)量要求。首先，充分重視結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量得到解決。主要針對(duì)相關(guān)的參數(shù)值和約束來(lái)控制參數(shù)值的選擇應(yīng)注意，而較小的將實(shí)現(xiàn)一個(gè)預(yù)定義的類(lèi)型參數(shù)，可以有效地減少編程，提高效率，提高整體水平；然后是目標(biāo)函數(shù)的確定，這將對(duì)建筑作為一個(gè)整體的成本情況來(lái)理解。可以科學(xué)地確定約束條件，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的具體應(yīng)用

2.1整體和局部?jī)?yōu)化。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有復(fù)雜層次性。首先要求在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要考慮設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、安裝等不同子系統(tǒng)及其下屬體系。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮各個(gè)子系統(tǒng)和下屬體系并且進(jìn)行優(yōu)化；其次，由于在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)到施工材料、構(gòu)建、配件等內(nèi)容，這就要求進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行整體優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計(jì)算模型和優(yōu)化計(jì)算方案屬于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要組成部分。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是在變量中提取重要的參數(shù)，根據(jù)上述所說(shuō)參數(shù)建立函數(shù)模型，從而得到比較好的方案。一般來(lái)說(shuō)，建立模型主要從以下方面入手：①合理選擇設(shè)計(jì)變量，這屬于重要內(nèi)容，而且在選擇變量設(shè)計(jì)會(huì)影響參數(shù)的選擇，因此合理計(jì)算變量就能將降低計(jì)算編程的工作量；②確定目標(biāo)函數(shù)，首先要在符合函數(shù)的基礎(chǔ)上找到最優(yōu)解，才能確定目標(biāo)函數(shù)；其次，將約束條件確定下來(lái)，主要包含彈塑性、強(qiáng)度、應(yīng)力及尺寸等方面，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)，必須確保約束條件的范圍在規(guī)定的要求之內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需求。2.2建筑主體上部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性?xún)?yōu)化。建筑主體上部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性?xún)?yōu)化，是在建立模型，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證科學(xué)合理性的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑剪力墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，建立合理的剪力墻數(shù)量；其次，保。證剪力墻的整體質(zhì)量的統(tǒng)一性，保證其整體結(jié)構(gòu)的重心，減少地震等災(zāi)害對(duì)房屋建筑的破壞；最后，如果要保證剪力墻的高抗剪能力，在滿(mǎn)足質(zhì)量的要求上減少墻的數(shù)量。2.3概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用表明沒(méi)有具體的量化數(shù)據(jù)，例如，抗震防裂度，這種情況下沒(méi)有具體的量化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此需要用到概念設(shè)計(jì)。但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求工作人員必須會(huì)合理且靈活運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。例如，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)房屋建筑的實(shí)際情況，選擇合理的抗震方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，方法不同，但是達(dá)到了相同的優(yōu)化目的。2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注重協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)。應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，可以充分體現(xiàn)在協(xié)調(diào)方面。將建筑與整個(gè)平面之間的關(guān)系應(yīng)得到有效的加強(qiáng)，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以保護(hù)，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的外觀(guān)也應(yīng)體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，墻、柱的結(jié)構(gòu)布置，建筑平面功能需要得到有效保證，建筑空間和深度，充分保證房子的整體結(jié)構(gòu)來(lái)反映系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性，在各部門(mén)的高度可以充分的保護(hù)。2.5對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。作為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較重要的部分，結(jié)果分析的意義不言而喻。在此過(guò)程中，要將計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后以數(shù)據(jù)中得到的信息為依據(jù)，制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。另外，在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要多方面考慮，尤其是各種阻礙因素，要對(duì)其進(jìn)行控制，使得建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠順利完成。此外，由于在施工建設(shè)過(guò)程中，涉及的人力、物理、財(cái)力較多，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目的就是合理降低上述指標(biāo)，從而保證建筑指標(biāo)不會(huì)受到影響。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須注意：①找到建筑技術(shù)和經(jīng)濟(jì)之間的平衡點(diǎn)，降低二者矛盾，使用高新技術(shù)，降低費(fèi)用成本；②充分理解技術(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，充分意識(shí)到技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展有利于降低經(jīng)濟(jì)損耗，因此這就要求必須加強(qiáng)技術(shù)發(fā)展。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義

3.1有利于降低工程總成本?，F(xiàn)階段，高層建筑不斷增加，與普通多層建筑比較，主要的區(qū)別就是占據(jù)的土地面積比較小，占據(jù)的空間面積比較大，減少用地費(fèi)用。但是建筑物的高度的增加，層數(shù)的增多，就容易造成樓與樓之間的不協(xié)調(diào)問(wèn)題，占地節(jié)約量和建筑的層數(shù)不成比例。因此，不可以單純的追求建筑的高度而忽視土地節(jié)約量，要將占地面積、造價(jià)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。另外，高層建筑并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增多增加樓頂，這就明顯的降低了成本，只是會(huì)增加樓層的基礎(chǔ)造價(jià)。3.2有利于加強(qiáng)建筑物的整體經(jīng)濟(jì)性能。隨著層數(shù)的不斷增加，建筑物必會(huì)影響整體框架梁與柱的承載能力，使之承載力增加，這就造成墻體的面積和梁柱的體積的增加，增加結(jié)構(gòu)自重，電線(xiàn)、水管等管道等房屋配置會(huì)有所延長(zhǎng)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，普通的多層建筑物能夠節(jié)省建材但不會(huì)影響抗震性能。此外，建筑物高度的不同勢(shì)必會(huì)影響墻面的范圍，這時(shí)候一般會(huì)選擇圓形建筑或者是接近方形的建筑，這樣外墻的周長(zhǎng)系數(shù)就會(huì)相對(duì)減少，而且內(nèi)外裝修面積也會(huì)隨之減少，而且以上形狀有利于其受力的提高，在保證安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上增加了建筑的整體經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，參考實(shí)際情況，從多個(gè)方面，研究對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用，利用結(jié)構(gòu)理念和方法的不斷優(yōu)化，有效的提高建筑整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。希望本次的相關(guān)研究，可以對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化起到一定指導(dǎo)作用。

作者:胡必偉 單位:伊犁鼎軒建筑設(shè)計(jì)院有限公司

參考文獻(xiàn)：

[1]丁可.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用探析[J].工程技術(shù)研究,2016,(6):129.

篇6

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法

建筑行業(yè)與過(guò)去相比產(chǎn)生了很大變化，以往人們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的美化并不過(guò)分注重，隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，居民對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的美感要求非常高，建筑已經(jīng)不單純是作為住房而存在，而是一種藝術(shù)?，F(xiàn)階段，建筑行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，投資者為了能夠獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益，往往會(huì)提高房屋建筑的安全性、美觀(guān)度，吸引業(yè)主的眼球。就房屋建筑而言，投入最多的部分就是結(jié)構(gòu)投入，通過(guò)優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)，有利于提高住房質(zhì)量與安全性，還可使項(xiàng)目投入資金減少，便于投資者獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

一、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

成功的建筑可以將審美、功能集合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)兩者的一體化，就建筑工程而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中的重點(diǎn)內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化包含多個(gè)方面的內(nèi)容，例如房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、周?chē)o(hù)欄的優(yōu)化、頂蓋系統(tǒng)的優(yōu)化等，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求注重細(xì)節(jié)，根據(jù)房屋建筑工程的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足居民需求，確定功能性符合要求后，可設(shè)置平面布置規(guī)模，縮小建筑剛度與質(zhì)量中心差距。

（一） 模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程有明顯影響的就是模型設(shè)計(jì)，模型設(shè)計(jì)可以反映建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)，提煉相關(guān)變量，對(duì)初步函數(shù)模型進(jìn)行建立，制定合理的設(shè)計(jì)方案。要想建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，首先需選擇設(shè)計(jì)變量，針對(duì)無(wú)太大影響的變量，可將其作為預(yù)定參數(shù)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有較大影響的因素，可作為設(shè)計(jì)變量。其次，要利用函數(shù)表示建筑切面尺寸，還需表示涉及到的截面積，另外，要對(duì)設(shè)計(jì)條件進(jìn)行約束，約束條件包括規(guī)劃房屋尺寸、預(yù)應(yīng)力參數(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等，在規(guī)劃約束條件時(shí)，需根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，且設(shè)計(jì)要符合房屋結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，確保約束條件與實(shí)際操作情況相符，取得最好的設(shè)計(jì)效果[2]。

（二） 實(shí)現(xiàn)計(jì)算方案的優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)中，要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及到的變量非常多，且其中包含復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通常情況下，在計(jì)算方案規(guī)劃過(guò)程中，一般將限制性問(wèn)題轉(zhuǎn)換為無(wú)限定性問(wèn)題。

二、 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用分析

在房屋結(jié)構(gòu)中采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，可使工程投資成本降低，除此之外，還能夠優(yōu)化配置房屋結(jié)構(gòu)，將最大化社會(huì)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)出來(lái)，一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要以房屋前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理。

（一） 建筑結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計(jì)

前期設(shè)計(jì)對(duì)房屋經(jīng)濟(jì)性的影響非常大，還可影響項(xiàng)目總投資資金。現(xiàn)階段，從房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看，其中存在較多的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為在前期設(shè)計(jì)中，并未應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏合理性、科學(xué)性，甚至可能對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生不良影響。這就要求將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于前期設(shè)計(jì)中，為房屋設(shè)計(jì)提供可實(shí)踐、合理的方案，提高前期設(shè)計(jì)合理性，有利于為建筑整體設(shè)計(jì)提供依據(jù)[3]。

（二） 建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵內(nèi)容，為了獲取最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，首先就需要實(shí)現(xiàn)地基結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。目前，建筑行業(yè)發(fā)展速度非?？?，隨著建筑產(chǎn)品具體形態(tài)、功能的不同，房屋地基設(shè)計(jì)也存在差異，從地基設(shè)計(jì)的具體情況上看，必須做好實(shí)地勘查工作，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，遵循控制施工成本的原則，如果在地基設(shè)計(jì)中，其基礎(chǔ)部分為地樁，則要以其受力情況為依據(jù)，考察不同材質(zhì)地樁，選取合理的設(shè)計(jì)方案。

（三） 建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化

房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要根據(jù)具體參數(shù)完成，抗震設(shè)計(jì)具備很多不確定因素，預(yù)定設(shè)計(jì)與實(shí)際設(shè)計(jì)可能存在差異，這就需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。以往采集的數(shù)據(jù)可以作為抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)，在設(shè)計(jì)階段，將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化融入抗震設(shè)計(jì)中，獲得最佳的設(shè)計(jì)方案[4]。除此之外，為了使宏觀(guān)需求得以滿(mǎn)足，還要對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)非常注重，合理選用現(xiàn)澆板，如果異形板易出現(xiàn)斷裂，則在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要將鋼筋選擇范圍納入抗震設(shè)計(jì)中，在成本基本不會(huì)增加的情況下，選用功能更強(qiáng)的材料。為了確保塑性要求滿(mǎn)足條件，可以選用冷軋帶肋式鋼筋材料，當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足條件，鋼筋材料的配置也符合要求后，可以提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)還可以控制施工成本。

（四） 科學(xué)優(yōu)化建筑主體

房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要以模型為依據(jù)完成系統(tǒng)優(yōu)化，其過(guò)程比較復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容非常多，剪刀墻的設(shè)置必須合理，確保墻體質(zhì)量均勻，便于使樓層整體結(jié)構(gòu)重心與樓層中平面剛度中心點(diǎn)重合。在建設(shè)房屋的過(guò)程中，若擁有較好的施工條件，則需盡量采用大開(kāi)間構(gòu)造，將剪刀墻墻肢長(zhǎng)度加長(zhǎng)，促使墻肢數(shù)量減少，能夠控制混凝土的用量。除此之外，通常采用鋼材對(duì)剪刀墻暗柱進(jìn)行鑄造，控制成本，如果建筑設(shè)計(jì)條件無(wú)法滿(mǎn)足，則不可使剪刀墻構(gòu)造過(guò)大。

（五）優(yōu)化排水結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

房屋建筑排水系統(tǒng)包含的機(jī)械設(shè)備非常多，且要求機(jī)械擁有較強(qiáng)的荷載能力，一般于地下室內(nèi)設(shè)置，且預(yù)留深度、預(yù)留尺寸要符合設(shè)計(jì)要求，還需加固鉆孔部位。施工人員要采取措施降低管線(xiàn)貫穿梁、柱的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，若在建設(shè)過(guò)程中，出現(xiàn)了上述貫穿的情況，則要加固墻體。就結(jié)構(gòu)整體而言，需確保管道網(wǎng)與結(jié)構(gòu)設(shè)置的協(xié)調(diào)性。

（六） 優(yōu)化電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣管線(xiàn)主要安裝于樓板、墻體或者金屬管體外部，安裝難度較大，若管線(xiàn)需從梁體穿過(guò)，則需選取梁體部位，留取孔洞，確保墻體寬度、梁體寬度保持一致。在房屋建筑中，電梯包含的建筑構(gòu)件非常多，建筑方案的設(shè)計(jì)人員要對(duì)電梯部分單獨(dú)給予設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的安全性、科學(xué)性，提高施工質(zhì)量。

（七） 建筑結(jié)構(gòu)局部、整體優(yōu)化

建筑工程設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的復(fù)雜性、層次性，就其復(fù)雜性而言，主要表現(xiàn)為施工人員要對(duì)建筑零部件、建筑材料等進(jìn)行選擇，做好工程的成本控制工作，從層次性上看，建筑工程包含多種體系，例如安裝體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、整體設(shè)計(jì)體系等。在設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)的同時(shí)，建筑工程設(shè)計(jì)人員必須優(yōu)化所有附屬系統(tǒng)，不能夠單純從局部考慮，必須要堅(jiān)持從整體利益出發(fā)，實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)資源的合理配置，提高建筑施工質(zhì)量。

三、結(jié)束語(yǔ)：

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)，并優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，有利于在確保建筑功能的同時(shí)，對(duì)工程成本進(jìn)行有效控制，提高投資人員的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的在于確保建筑本身功能充分發(fā)揮，促使建筑主體質(zhì)量提升。設(shè)計(jì)人員需要擁有較高的設(shè)計(jì)水平，能夠創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為建筑工程的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供最優(yōu)化方案，希望能夠?qū)V大同行起到借鑒與參考的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊建民.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2015（11）：73.

[2]何冬霞.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用[J].中華民居（下旬刊），2013（10）：18-19.

[3]周漢杰.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居（下旬刊），2014（01）：117.

篇7

關(guān)鍵詞：房屋建筑；建筑設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容和意義

1.1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對(duì)居住條件及生活環(huán)境要求越來(lái)越高，而對(duì)建筑房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)與美觀(guān)相互協(xié)調(diào)、同時(shí)適用、安全、經(jīng)濟(jì)以及便利是改善人們居環(huán)境方面重要手段。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念注重以實(shí)際為準(zhǔn)則，根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況，以計(jì)劃成本為控制為中心來(lái)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其內(nèi)容就是利用對(duì)建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型，通過(guò)對(duì)各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計(jì)算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果方案。

1.2房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義

（1）大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料，有利用抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能；

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了建筑工程的總成本造價(jià)。節(jié)約用地，大量資料表明，，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價(jià)25%左右，同時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘?，能夠讓建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)不同單元之間更加充分互協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

2.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法

2.1結(jié)構(gòu)平面圖

在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時(shí)，是否要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模？當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)時(shí)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，是可以不用進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算的，但必須符合有關(guān)的抗震措施要求。因此對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)可以不用在軟件中建模，直接設(shè)計(jì)即可。

2.2屋頂(面)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)建筑是坡屋面時(shí)，結(jié)構(gòu)的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線(xiàn)轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面。折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時(shí)應(yīng)有部分或全部的板負(fù)筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應(yīng)有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫(huà)法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計(jì)的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會(huì)造成閣樓層的部分墻體超高，要結(jié)合門(mén)窗頂設(shè)置圈梁來(lái)降低墻的計(jì)算高度。

2.3大樣詳圖

在建筑詳圖的準(zhǔn)確無(wú)誤的基礎(chǔ)上，大樣詳圖的繪制可在建筑詳圖的基礎(chǔ)上直接繪制，也可在以前做過(guò)的詳圖的基礎(chǔ)上來(lái)局部改進(jìn)繪制。這階段需要注意在保持建筑外形的前提下盡量的使結(jié)構(gòu)受力合理和施工方便。在標(biāo)高和外形尺寸上一定要和建筑專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)一致。

2.4樓梯

樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿(mǎn)足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統(tǒng)一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內(nèi)折角處要斷開(kāi)分別錨固防止局部的應(yīng)力集中。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問(wèn)題。首段梯板的基礎(chǔ)應(yīng)注意基礎(chǔ)的沉降問(wèn)題，必要時(shí)應(yīng)設(shè)梯梁。

2.5基礎(chǔ)

基礎(chǔ)要注意混凝土的標(biāo)號(hào)選擇應(yīng)符合結(jié)構(gòu)耐久性的要求。(通常情況下可采用C25)基礎(chǔ)的配筋應(yīng)滿(mǎn)足最小配筋率的要求(施工圖審查中心重點(diǎn)審查部位)。條基交接部位的鋼筋設(shè)置應(yīng)有詳圖或選用標(biāo)準(zhǔn)圖。條基交叉處的基底面積不可重復(fù)利用，應(yīng)注意調(diào)整基礎(chǔ)寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時(shí)也要調(diào)整基礎(chǔ)的寬度?；A(chǔ)圖中的構(gòu)造柱，當(dāng)定位不明確時(shí)應(yīng)給予準(zhǔn)確定位。

3.現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求達(dá)到安全性、適用性、耐久性等功能要求，但在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于存在一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，會(huì)導(dǎo)致大量設(shè)計(jì)問(wèn)題的出現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

3.1地基與基礎(chǔ)方面

（1）多層建筑沒(méi)有地質(zhì)詳勘報(bào)告，僅根據(jù)建設(shè)單位的口頭說(shuō)明，或才簡(jiǎn)單地以附近的建筑物為參照，在其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料上進(jìn)行施工圖的設(shè)計(jì)。地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按操作規(guī)范進(jìn)行，做到安全合理適用，必須依據(jù)地質(zhì)勘察的資料，對(duì)基礎(chǔ)類(lèi)型和上部結(jié)構(gòu)等多方面的因素要綜合考慮，不能只憑地耐力來(lái)完成，或者把耐力容許值降低一些，這是不科學(xué)的，也是極不安全的。

（2）對(duì)軟弱地基要采用換土墊層處理時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行換層設(shè)計(jì)，依據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)加以處置。要對(duì)軟弱地基的危害有深刻的認(rèn)識(shí)，如果只憑經(jīng)驗(yàn)武斷地采用砂墊層來(lái)加強(qiáng)承載力，而不對(duì)墊層寬度和厚度進(jìn)行精確計(jì)算，將帶來(lái)極大的安全隱患，而且也會(huì)造成一定程度的資源浪費(fèi)。

（3）民用建筑中柱、梁及基礎(chǔ)的負(fù)荷未按規(guī)范乘以折減系數(shù)。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)多層民用建筑時(shí)，在計(jì)算梁、柱和基礎(chǔ)的負(fù)荷時(shí)，沒(méi)有按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范將荷載乘以折減系數(shù)計(jì)算其荷載值，因而采用荷載值偏大。

3.2磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用

構(gòu)造能夠不但提高磚混結(jié)構(gòu)中墻體的抗剪能力，而且構(gòu)造柱與圈梁聯(lián)結(jié)在一起，可形成對(duì)砌體的有效約束，限制墻體裂縫發(fā)生和進(jìn)一步擴(kuò)大，維持豎向承載力，對(duì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能有著很大作用。在如今房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)造柱往往被作為承重柱使用，這種作法是極不科學(xué)的，將引起以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）如果構(gòu)造柱作為承重柱，將提前受力，導(dǎo)致構(gòu)造柱對(duì)砌體的拉結(jié)和約束作用降低，而且在遭遇地震作用時(shí)，應(yīng)力將集中在構(gòu)造柱位置，并使之首先遭到破壞，在這種情形下，構(gòu)造柱不但起不到其應(yīng)有的承力作用，而且會(huì)適得其反成為房屋結(jié)構(gòu)中的脆弱部位。

（2）構(gòu)造柱多數(shù)在地圈梁中生根，較少另設(shè)基礎(chǔ)的，構(gòu)造柱兼作承重柱使用后，柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎部及局部承壓強(qiáng)度就超過(guò)了原設(shè)計(jì)的負(fù)荷。一旦柱底基礎(chǔ)發(fā)生沖切或局部承壓破壞，便會(huì)出現(xiàn)裂縫。因此，重大梁下的柱子應(yīng)按承重柱要求設(shè)計(jì)，在梁上荷載和跨度都比較小的情況下，構(gòu)造柱也可布置于梁下，在驗(yàn)算下墻體的局部承壓和抗彎強(qiáng)度時(shí)，不計(jì)算構(gòu)造柱作用。經(jīng)過(guò)驗(yàn)算滿(mǎn)足，方可在梁下布置構(gòu)造柱。

3.3承重柱截面高度設(shè)計(jì)過(guò)小

在六度抗震設(shè)防區(qū)，有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員存在誤區(qū)，認(rèn)為六度設(shè)防就是不設(shè)防，為受力分析方便，故意把柱子的截面高度設(shè)計(jì)得過(guò)小，使梁柱的線(xiàn)剛度比加大。把梁簡(jiǎn)化為鉸支梁，柱按軸心受壓計(jì)算。這種做法降低了結(jié)構(gòu)受力分析的難度，但也給房屋結(jié)構(gòu)帶來(lái)了隱患。沒(méi)有考慮到梁柱間的剛結(jié)作用，即忽略了柱對(duì)梁的約束彎矩，再因?yàn)橹孛娴呐浣疃驾^小，在結(jié)構(gòu)受力時(shí)，因?yàn)橹斂箯潖?qiáng)度的不足，將導(dǎo)致柱子在梁底附近將會(huì)出現(xiàn)一條或多條水平裂縫，形成塑性餃。在正常使用情況下，柱子就帶餃工作。這將對(duì)房屋的耐久性產(chǎn)生不利影響，勢(shì)必引起用戶(hù)的恐懼心理。這樣的結(jié)構(gòu)抗震性差，一旦遭遇地震，倒塌的可能性極大，這顯然不符合現(xiàn)行抗震規(guī)范中“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則。

3.4在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，注重橫向框架的設(shè)計(jì)忽視縱向框架設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，水平地震作用應(yīng)按兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算，各方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)來(lái)自該各方向的地震作用，可大大增強(qiáng)抗效果。因此，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，縱向框架與橫向框架同等重要。如果把縱向框梁按普通連續(xù)梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么梁柱的節(jié)點(diǎn)和框架中的縱筋、箍筋的配置均無(wú)法滿(mǎn)足框架梁、柱的構(gòu)造要求。由于對(duì)地震的縱向作用欠缺考慮，在實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負(fù)筋，跨中縱筋及箍筋的配置均不滿(mǎn)足要求的現(xiàn)象。

另外，還有懸挑梁的截面高度選用過(guò)小，連續(xù)梁按單梁進(jìn)行設(shè)等問(wèn)題。

4.總結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全面系統(tǒng)復(fù)雜的綜合性勞動(dòng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要具備扎實(shí)的理論知識(shí)功底，思維上能靈活創(chuàng)新，態(tài)度上認(rèn)真負(fù)責(zé)。當(dāng)前，尤其要加強(qiáng)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與研究，提高業(yè)務(wù)修養(yǎng)，以不斷提升自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，結(jié)合實(shí)際勇于創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出比現(xiàn)階段的其它建筑具有更高的水準(zhǔn)、更合理和更經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)；飛機(jī)；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；機(jī)電液

1 概述

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)近代完善的過(guò)程，尤其對(duì)機(jī)等航空器是集各種先進(jìn)科技成果于一體的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)結(jié)果都需要進(jìn)行反復(fù)多次的地面試驗(yàn)，才能驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果能否符合要求。在仿真技術(shù)獲得大規(guī)模應(yīng)用之前，大部分試驗(yàn)都是依靠產(chǎn)品樣機(jī)進(jìn)行的，不僅成本高昂，而且試驗(yàn)一旦失敗，對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)將會(huì)產(chǎn)生極大影響，無(wú)形之中增加研制成本，研制周期也得不到保證，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，越來(lái)越多的使用虛擬仿真技術(shù)。在概念設(shè)計(jì)階段，仿真技術(shù)可以快速預(yù)測(cè)產(chǎn)品強(qiáng)度及性能，是試驗(yàn)無(wú)法取代的。目前，使用較為廣泛的有：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，多體動(dòng)力學(xué)仿真、多學(xué)科多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)外流場(chǎng)分析、非線(xiàn)性有限元分析、疲勞強(qiáng)度分析、電磁仿真分析，機(jī)電液聯(lián)合仿真分析。本文著重介紹各個(gè)仿真技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2 仿真技術(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求是設(shè)計(jì)的首要要求，可以一票否決設(shè)計(jì)成果。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素有材料的種類(lèi)和性質(zhì)、截面積、形狀等，數(shù)年來(lái)，新材料的發(fā)展還不成熟，因此在飛機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用得不多。設(shè)計(jì)人員往往通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的形狀來(lái)提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的強(qiáng)度，在機(jī)械產(chǎn)品的最薄弱部位增加受力面，隨著仿真軟件的發(fā)展，這些已不是困擾設(shè)計(jì)員的主要問(wèn)題，在飛機(jī)的零組件設(shè)計(jì)中，更為突出的強(qiáng)度問(wèn)題是無(wú)法得到零組件所受真實(shí)荷載，有時(shí)候設(shè)計(jì)員甚至靠估算或放大載荷數(shù)來(lái)計(jì)算產(chǎn)品的強(qiáng)度，估計(jì)結(jié)果不利于產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)，目前是困擾設(shè)計(jì)員強(qiáng)度計(jì)算的主要問(wèn)題，亟待要求更為準(zhǔn)確的荷載計(jì)算方法。

2.2 多體動(dòng)力學(xué)仿真

飛機(jī)的零組件往往需要運(yùn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的性能，利用多體運(yùn)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，得到運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)周期、運(yùn)動(dòng)速度、各個(gè)零組件的受力等的參數(shù)，用戶(hù)可以用交互圖形環(huán)境和零件庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。目前多體動(dòng)力學(xué)仿真在剛體運(yùn)動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域比較成熟，盡管金屬材料的剛度很大，但是剛體分析往往不能反映產(chǎn)品的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常情況下，需要把剛體轉(zhuǎn)化成柔性體進(jìn)行仿真計(jì)算。

2.3 多學(xué)科多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

新的飛機(jī)產(chǎn)品涉及的學(xué)科越來(lái)越多，科技越來(lái)越精尖，使得傳統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越難滿(mǎn)足新產(chǎn)品的需要，不但浪費(fèi)大量的材料，而且投入了大量的人力，新的多學(xué)科優(yōu)化的工具，擁有全面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化能力，能為概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)提供豐富的優(yōu)化方法，包括拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化，用來(lái)解決懸掛發(fā)射裝置骨架，機(jī)構(gòu)等部件的優(yōu)化問(wèn)題，減輕整體重量，為輕量化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.4 內(nèi)外流場(chǎng)仿真

目前內(nèi)外流場(chǎng)仿真是飛機(jī)設(shè)計(jì)必須采用的仿真技術(shù)，內(nèi)流場(chǎng)通常指飛機(jī)的負(fù)責(zé)管道流動(dòng)，有液壓、氣壓等，外流場(chǎng)仿真主要指飛機(jī)所受氣動(dòng)載荷，為外形設(shè)計(jì)提供參考。內(nèi)流場(chǎng)主要的分析難點(diǎn)在于管道和閥系的精確仿真，無(wú)論何種閥系，都涉及到真實(shí)閥門(mén)動(dòng)作過(guò)程，也就是開(kāi)啟（關(guān)閉）瞬間的復(fù)雜流場(chǎng)問(wèn)題，在閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中，流場(chǎng)在不斷的高速變化，是流體分析領(lǐng)域內(nèi)非常難的復(fù)雜流固耦合和動(dòng)流場(chǎng)網(wǎng)格問(wèn)題。如果得到精確的結(jié)果，必須不斷對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行重新網(wǎng)格劃分。這在傳統(tǒng)流體仿真軟件是非常難和繁瑣的過(guò)程，因此，在復(fù)雜的閥系流動(dòng)仿真的過(guò)程中必須引入流體與結(jié)構(gòu)耦合仿真模塊，可以非常方便地處理運(yùn)動(dòng)部件與流場(chǎng)的相互耦合作用，得到流場(chǎng)在部件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的流體特性瞬態(tài)變化規(guī)律。內(nèi)流場(chǎng)另外一個(gè)難點(diǎn)在于超高壓流體仿真，在仿真過(guò)程中，多數(shù)情況下是不收斂的，需要非常有經(jīng)驗(yàn)的工程師通過(guò)間接方法進(jìn)行仿真計(jì)算。

外流場(chǎng)方面，仿真技術(shù)多采用通用有限元軟件，劃分網(wǎng)格，加邊界條件，在亞音速條件下，仿真計(jì)算比較簡(jiǎn)單快捷，計(jì)算結(jié)果也較準(zhǔn)確，但超音速條件下，計(jì)算時(shí)和內(nèi)流場(chǎng)超高壓計(jì)算相似，都存在精度不夠的問(wèn)題，處理方法同內(nèi)流場(chǎng)。

2.5 非線(xiàn)性仿真分析

飛機(jī)的各個(gè)零組件等產(chǎn)品在試驗(yàn)和使用的過(guò)程中遇到許許多多靜力學(xué)無(wú)法解決的問(wèn)題，產(chǎn)品的裂紋，齒輪齒牙的脆裂等，這些問(wèn)題單靠簡(jiǎn)單的靜力學(xué)解決手段，智能簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)裂紋寬展和產(chǎn)品壽命，因此必須引入非線(xiàn)性分析來(lái)解決接觸、大變形等輔助的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

2.6 疲勞強(qiáng)度分析

在航空產(chǎn)品需求的大背景下，疲勞分析通常進(jìn)行耐久性疲勞壽命分析，可用于結(jié)構(gòu)的初始裂紋分析，裂紋擴(kuò)展分析、應(yīng)力壽命分析、焊接壽命分析、整體壽命預(yù)估、疲勞優(yōu)化設(shè)計(jì)、振動(dòng)疲勞分析、多軸疲勞分析、電焊疲勞分析虛擬應(yīng)變片測(cè)量及數(shù)據(jù)采集等；軟件擁有豐富的疲勞斷裂相關(guān)材料庫(kù)、疲勞載荷和時(shí)間歷程庫(kù)等，能夠可視化疲勞分析的各類(lèi)損傷、壽命結(jié)果。用于主要承力組件的整體壽命預(yù)估、疲勞優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

2.7 電磁仿真分析

飛機(jī)只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不夠的，還有很重要的一部分是電磁伺服控制系統(tǒng)。電磁控制系統(tǒng)是飛機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)其功能的關(guān)鍵。往往需要進(jìn)入電磁仿真分析，主要用來(lái)分析電磁作動(dòng)機(jī)的電磁鐵、電磁閥、電磁繼電器、電機(jī)、變壓器、傳感器等電磁裝置的靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)特性。直接耦合電磁場(chǎng)分析得到的各種地刺損耗作為熱源，通過(guò)熱分析得到電磁設(shè)備的溫升等熱特性，可通過(guò)分析設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)對(duì)各種參數(shù)變化的敏感度，確保設(shè)計(jì)參數(shù)處于制造容差范圍內(nèi)，還可對(duì)幾何形狀、材料屬性、激勵(lì)源，邊界條件的設(shè)置參數(shù)、工作頻率以及直線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)位置坐參數(shù)化和優(yōu)化分析，從而選擇最佳設(shè)計(jì)方案。

2.8 電液聯(lián)合仿真

一般來(lái)講，飛機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到上述等多個(gè)學(xué)科的仿真分析，過(guò)去只停留在單元件仿真分析，不能系統(tǒng)聯(lián)合仿真評(píng)估的問(wèn)題。目前，單一學(xué)科的仿真分析，往往不能滿(mǎn)足現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)的需要，可以通過(guò)機(jī)電液聯(lián)合仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。這種方法需要引入多個(gè)仿真分析軟件，相互參考相互印證，主要問(wèn)題的難點(diǎn)在于軟件間數(shù)據(jù)的傳遞誤差，隨著軟件數(shù)量的增加，傳遞的誤差越來(lái)越大，很難保證仿真的橫度，數(shù)據(jù)傳遞誤差是今后仿真工程師應(yīng)該攻克的一大難題。

3 結(jié)束語(yǔ)

仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高，研究也更加深入具體。仿真技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展多年來(lái)，雖然取得了許多成績(jī)，但是在各個(gè)學(xué)科及W科間都存在無(wú)法攻克的難題，需要仿真工程師進(jìn)一步研究更精確的仿真技術(shù)。

篇9

[關(guān)鍵詞]建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TH127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）10-0128-01

1 導(dǎo)言

剪力墻體側(cè)移小、抗側(cè)剛度大、抗震性能良好，越來(lái)越引起建筑界的關(guān)注，尤其對(duì)于高層住宅、公寓及旅館的設(shè)計(jì)，常常運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)有效地將承重墻及分隔墻融為一體，節(jié)省了空間成本及經(jīng)濟(jì)成本。建筑設(shè)計(jì)是保證建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)較多，需遵循一定的設(shè)計(jì)思路，才能夠確保設(shè)計(jì)的優(yōu)化及完善，進(jìn)而才能夠使設(shè)計(jì)應(yīng)用的價(jià)值得到有效體現(xiàn)。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)主要指在房屋建筑中，由一定數(shù)量的構(gòu)件連接成的，且能夠承受一定荷載空間的體系，根據(jù)施工方法的不同，可將建筑結(jié)構(gòu)分為混合結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)。其中，剪力墻在建筑中的主要作用在于承受因風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載，防止建筑結(jié)構(gòu)遭到剪切破壞，可有效保障房屋及構(gòu)筑物的牢固性。具體而言，剪力墻結(jié)構(gòu)就是通過(guò)鋼筋混凝土墻板來(lái)承受垂直和水平方向力的結(jié)構(gòu)，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，施工單位可將原來(lái)建筑物框架中的梁柱替換成鋼筋混凝土墻板，有效承受來(lái)自垂直和水平方向的各類(lèi)荷載，從而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平力進(jìn)行有效控制。簡(jiǎn)單地說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)主要是指垂直方向的鋼筋混凝土墻板，建筑物的水平方向依然是用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上的，這種結(jié)構(gòu)形式即為剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樣式

剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樣式比較多，近年來(lái)，應(yīng)用比較普遍的有壁式框架、整體剪力墻和聯(lián)肢墻：（1）壁式框架。聯(lián)肢墻中，對(duì)該樣式剪力墻應(yīng)用比較多，因洞口過(guò)大，墻肢剛度不足，而連梁風(fēng)度比較強(qiáng)。該背景下，剪力墻的受力與框架結(jié)構(gòu)類(lèi)似。但是，它與框架結(jié)構(gòu)中的梁柱仍然存在很大的差別，厚度不足。可在上框剪結(jié)構(gòu)中，單獨(dú)設(shè)置壁式框架剪力墻，并采用其他部分墻體作為輔助。該種墻體形式在當(dāng)前房屋建筑中極具適用性。（2）整體剪力墻。整體剪力墻中的洞口數(shù)量很少，是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容。具體設(shè)計(jì)工作中，可對(duì)洞口忽略不計(jì)。其在現(xiàn)代建筑工程中不可或缺，主要用以對(duì)建筑工程進(jìn)行有效支撐。（3）聯(lián)肢墻。聯(lián)肢墻上的洞口通常是一排或多排，洞口尺寸很大，連梁是主要的受力承擔(dān)主體。作為特殊剪力墻，其由多組連梁共同連接。而且，相較于連梁，墻肢更具剛度優(yōu)勢(shì)。因此，每一個(gè)墻肢都有其不可忽略的獨(dú)特的作用。

3 優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

3.1 要重視轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，居民想要建筑物具有多種多樣的功能，注意現(xiàn)代化的建筑工程在使用方面，下部和上部的機(jī)構(gòu)是不相同的，具有很高的綜合功能。在進(jìn)行優(yōu)化建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行相應(yīng)的變化，并布置好設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，還要把轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)布置好。重視剪力墻結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計(jì)，在進(jìn)行高位轉(zhuǎn)換時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因?yàn)橘|(zhì)量和剛度很大的轉(zhuǎn)換層增高，非常有必要調(diào)整好上下的剛度和其本身剛度相近。就轉(zhuǎn)換層自身而言，所需要的剛度和質(zhì)量不要太大，最后，在水平力的作用下，對(duì)空間進(jìn)行準(zhǔn)確的研究分析，保證轉(zhuǎn)換層四周的層角位移達(dá)到均勻的現(xiàn)象，并檢驗(yàn)是否均勻。利用轉(zhuǎn)換層這種結(jié)構(gòu)形勢(shì)，要選擇重量和剛度都偏小的建筑材料。在具體的計(jì)算中，多選擇組合振型數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，算出結(jié)構(gòu)中相對(duì)薄弱的部分，根據(jù)內(nèi)力配置的特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，并合理的調(diào)整相關(guān)配件的配筋，最后改變提高薄弱部分的性能。

3.2 基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

依據(jù)建筑工程的地質(zhì)和水文狀況，確定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)工藝、技術(shù)、周邊建筑分布狀況等，具備清晰的認(rèn)識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行合理規(guī)劃和布局，將基礎(chǔ)方案的效用發(fā)揮到最大。而設(shè)計(jì)人員也要在原有基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行修訂和整改。依據(jù)建筑工程的事實(shí)背景，在具體標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范框架內(nèi)，確定承重構(gòu)件，并對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)置，使建筑主體結(jié)構(gòu)更加安全、可靠。以剪力墻承重構(gòu)件設(shè)計(jì)為例，該過(guò)程中，將墻體配筋率作為重點(diǎn)考量?jī)?nèi)容。剪力墻的抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)，豎向和水平分布筋的最小配筋率不能低于0.25%；部分框支剪力墻的底部加強(qiáng)部位實(shí)際配筋率需在0.3%及以上。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)單位要認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)方案的重要性，并對(duì)承重構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，采用正確的方式，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工藝參數(shù)進(jìn)行合理確定和選擇，避免與國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在偏差，使設(shè)計(jì)方案更具實(shí)用性。

3.3 合理的洞口布置

開(kāi)展剪力墻體設(shè)計(jì)工作前，需要做好計(jì)劃，使設(shè)計(jì)工作具有目的性。如設(shè)計(jì)工作中，有計(jì)劃地選擇好洞口位置，可視實(shí)際情況而定。將一定數(shù)量的空洞分區(qū)分布在不同的墻段，并預(yù)先做好計(jì)劃，做好洞口與洞口之間的連接措施，保證墻體剛度均勻變化。

3.4 合理掌握剪力墻的尺寸及其外形

要想使建筑監(jiān)理墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到有效優(yōu)化，便有必要合理掌握剪力墻的尺寸及其外形。對(duì)于不同的墻體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)也存在差異；所以剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在豎直或水平方向的剛度及其荷載分布均有所差異。為了使剪力墻荷載傳遞要求得到有效滿(mǎn)足，需保證其墻肢截面高度是墻厚的八倍。同時(shí)，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，要想使自身的穩(wěn)定性得到有效保證，便需要優(yōu)化設(shè)計(jì)外形，通常選取T形或者L型最好，這兩種外形方案的選擇均能夠減輕墻體的重量，進(jìn)而使剪力墻結(jié)構(gòu)的外形體積得到有效減小，并使剪力墻側(cè)向剛度的提高得到有效促進(jìn)，此外還能夠在一定程度上使建筑工程項(xiàng)目的成本得到控制。此外，在剪力墻結(jié)構(gòu)使用過(guò)程當(dāng)中，需保證剪力墻2個(gè)方向中至少有一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)相符，且另一個(gè)不宜偏短，誤差值控制在1m內(nèi)，這樣才能夠使配筋問(wèn)題得到有效避免。

3.5 確定剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和計(jì)算方法

科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案是剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和保障，其不僅關(guān)系到建筑工程的整體性能，而且直接關(guān)乎建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)為受彎狀態(tài)，其具備較好的延性。因此，剪力墻一般為高細(xì)樣式，假使其過(guò)長(zhǎng)，很容易形成低寬剪力墻。因剪力墻呈現(xiàn)出脆性特征，其抗震性很容易被削弱。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，切忌盲目，要以精準(zhǔn)的計(jì)算為基礎(chǔ)。當(dāng)前，我國(guó)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多采用計(jì)算機(jī)執(zhí)行設(shè)計(jì)工作。但是部分計(jì)算內(nèi)容，仍然需要依靠人工執(zhí)行。設(shè)計(jì)人員除了采用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算之外，更要依據(jù)自身的專(zhuān)業(yè)構(gòu)成及工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)具體設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行有效判定，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，將設(shè)計(jì)過(guò)程中的偏差降到最低。而構(gòu)件計(jì)算過(guò)程中，要通過(guò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，從根本上消除誤差。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中運(yùn)用愈來(lái)愈廣，也占據(jù)著愈來(lái)愈重要的地位。設(shè)計(jì)單位和施工單位要依據(jù)建筑工程背景及實(shí)際設(shè)計(jì)要求，認(rèn)識(shí)到剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性，優(yōu)選科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，所以，需要建筑工程的相關(guān)設(shè)計(jì)人員熟悉的掌握剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，不斷的創(chuàng)新，提出新的優(yōu)化措施設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高我國(guó)建筑工程的整體水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙宇.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].科技傳播，2012（09）：08.

篇10

[關(guān)鍵詞] 高層住宅；結(jié)構(gòu)選型；優(yōu)化設(shè)計(jì)；抗震性能；注意要點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU241.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 概述

某高層住宅小區(qū)樓盤(pán)，共30萬(wàn)m²，屬于一級(jí)工程。2010年設(shè)計(jì)，共有20棟高層住宅主樓，有18層~32層。人、車(chē)完全分流，地下車(chē)庫(kù)為1層連通的，并有設(shè)備用房和部分設(shè)有人防地下室。

本人獨(dú)立完成了里面8棟住宅，為剪力墻結(jié)構(gòu)或框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)選取已建的其中一棟26層的典型高層住宅設(shè)計(jì)實(shí)例。分別闡述其結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)要點(diǎn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)措施、注意要點(diǎn)。選取的一棟高層26層，位于7度區(qū)，建筑高度為79.5m，地下室深5.4m。首層層高4.5m，其它層高3.0m，每層均為住宅。

2 結(jié)構(gòu)體系選型及布置要點(diǎn)

由于剪力墻具有自身平面內(nèi)的剛度大、強(qiáng)度高、整體性好，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，抗震性能較強(qiáng)。在地震區(qū)15層以上的高層建筑中采用剪力墻是經(jīng)濟(jì)的。剪力墻布置要點(diǎn)：

（1） 剪力墻應(yīng)遵循對(duì)稱(chēng)、均勻、周邊、拐角等,強(qiáng)周邊弱中部原則進(jìn)行合理布置；

（2） 100m以下的高層住宅一般剪力墻的墻肢長(zhǎng)度：墻厚=8:1~10:1左右即可；

（3） 為了保證剪力墻的延性，較長(zhǎng)剪力墻宜開(kāi)洞，將其分成長(zhǎng)度均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接。墻肢截面高度不宜大于8m；。

（4） 盡量采用少量短肢，一字型剪力墻。宜沿主軸方向或其他方向雙向布置；

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)此工程的建筑高度和使用功能，故采用剪力墻結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟(jì)且抗震性能好的。由于地下室地下車(chē)庫(kù)的車(chē)道有穿過(guò)高層主樓底部，少量剪力墻的墻肢長(zhǎng)度受到了限制，這不影響剪力墻的優(yōu)越性。

在滿(mǎn)足地下車(chē)庫(kù)車(chē)道功能的前提下，對(duì)落地剪力墻盡量進(jìn)行大開(kāi)間布置，主樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)如圖1所示的剪力墻結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)。

建筑平面呈細(xì)腰型，按抗震規(guī)范應(yīng)判斷為“平面一般不規(guī)則”結(jié)構(gòu)，占有兩項(xiàng)平面不規(guī)則指標(biāo)，因此應(yīng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則指標(biāo)，避免其成為復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)。對(duì)樓面剛度最薄弱部位的樓、電梯井“細(xì)腰”周?chē)▓D1陰影部分）均設(shè)置了局部150mm厚樓板，雙層雙向拉通鋼筋予以加強(qiáng)；對(duì)少量墻肢長(zhǎng)度受到限制的短肢剪力墻（墻肢長(zhǎng)度：墻厚

整體計(jì)算的結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及抗震性能的指標(biāo)見(jiàn)表1,2。各指標(biāo)滿(mǎn)足高規(guī)及抗震規(guī)范。地震作用下最大層間位移角為1/1221(X向)，1/1406（Y向），均小于高規(guī)的限值1/1000。

表1 結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性指標(biāo)（取前三個(gè)周期）

表2 結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

（1）減輕荷載：外墻及分戶(hù)墻采用200mm 厚蒸壓加氣混凝土砌塊，內(nèi)墻采用100mm厚蒸壓加氣混凝土砌塊；控制樓面裝修荷載；

（2）控制樓板厚度，減輕自重。

（3）在施工條件允許范圍內(nèi)提高剪力墻及柱的混凝土強(qiáng)度，可以減小截面尺寸。

（4）盡量采用新工藝，新材料。本工程主筋采用Ⅱ及鋼，fy=300KN/㎡。板筋采用冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng)，fy=360KN/㎡。實(shí)際工程中，如果條件允許梁鋼筋可以使用新Ⅲ級(jí)鋼，強(qiáng)度f(wàn)y=360KN/㎡，這樣可以減少梁鋼筋量。

（5）優(yōu)化平面布置，優(yōu)化構(gòu)造大樣，盡量減少次要構(gòu)件的鋼筋用量。

本工程的預(yù)期用鋼量60~65kg/㎡,實(shí)際0.00標(biāo)高以上用鋼量57.5kg/㎡，較滿(mǎn)意。

因此對(duì)于層數(shù)高于15層高度小于100m的住宅，可采用本例的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并應(yīng)對(duì)剪力墻進(jìn)行合理布置及延性設(shè)計(jì)，使剪力墻的用鋼量更省。

5 設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

1. 剪力墻在自身平面外的穩(wěn)定性是剪力墻設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題之一，也是結(jié)構(gòu)工程師難以準(zhǔn)確理解和掌握的設(shè)計(jì)問(wèn)題之一。在設(shè)計(jì)中，邊界條件規(guī)則的剪力墻穩(wěn)定性驗(yàn)算，一般可由結(jié)構(gòu)計(jì)算程序完成，對(duì)于邊界不規(guī)則的剪力墻，則主要依靠結(jié)構(gòu)工程師從概念上采取措施加強(qiáng)其穩(wěn)定性，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算?，F(xiàn)列舉剪力墻平面外穩(wěn)定性計(jì)算注意要點(diǎn)：

（1）一般剪力墻厚度的確定是根據(jù)高規(guī)規(guī)范7.2.2條1~3條確定，有時(shí)受建筑的影響當(dāng)墻厚不能滿(mǎn)足本條1、2、3款時(shí)，應(yīng)按本規(guī)程的附錄D計(jì)算墻體穩(wěn)定性。但有時(shí)實(shí)際剪力墻與附錄D計(jì)算墻體穩(wěn)定性存在差異。如對(duì)于跨層剪力墻，h應(yīng)取墻所跨樓層的層高之和；

（2）對(duì)于一字形剪力墻，不管墻高和墻長(zhǎng)的相對(duì)大小如何，墻厚總是應(yīng)按高厚比限值確定，墻計(jì)算長(zhǎng)度總等于墻高；

（3）當(dāng)在室內(nèi)地面處不做結(jié)構(gòu)板時(shí)，剪力墻缺乏有效的面外支撐，剪力墻應(yīng)按面外跨層考慮。墻高應(yīng)取所跨層數(shù)的層高之和。

（4）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，樓梯間是便于布置剪力墻的部位。有時(shí)樓梯邊某些樓層開(kāi)洞，沒(méi)有樓板支撐，其穩(wěn)定性很難保證。設(shè)計(jì)中，可將兩側(cè)斜梯板的水平分部筋按受拉筋的要求錨入墻內(nèi)，利用斜梯板對(duì)墻提供支撐。

(5)高層建筑電梯間布置，如圖1墻1一側(cè)為室外，有時(shí)是三個(gè)電梯井墻比較長(zhǎng)比較高時(shí)，若墻1室外沒(méi)有樓板支撐，這時(shí)我們要注意墻的穩(wěn)定性。電梯井分隔處最好采用剪力墻，這樣墻的穩(wěn)定性容易保證。

2. 剪力墻本身延性好，但短肢和一字剪力墻抗震性能差，故應(yīng)按高規(guī)進(jìn)行加強(qiáng)；

3. 注意剪力墻的延性設(shè)計(jì)：(1)強(qiáng)墻肢，弱連梁；(2)強(qiáng)剪弱彎；（3）限制剪壓比；（4）限制墻肢軸壓比。

4. 對(duì)于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的高層結(jié)構(gòu)，應(yīng)重視調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，隨著扭轉(zhuǎn)變形不規(guī)則指標(biāo)突破程度的增大，地震作用下層間最大水平位移角限制應(yīng)適當(dāng)?shù)募訃?yán)，以減小扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的不利影響，保證結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的抗震性能。

6結(jié)論

在滿(mǎn)足建筑功能的前提下，對(duì)高層住宅進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)選型是非常重要的。在不降低結(jié)構(gòu)安全度的前提下，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也是很有必要的。實(shí)踐表明，15層以上100m以下的高層采用剪力墻或框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震性能好。在各國(guó)的歷次震害中，剪力墻震害很少發(fā)生。地震區(qū)剪力墻除保證有足夠的承載力外，還要保證有足夠的延性，以提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的耗能能力，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。

在建筑設(shè)計(jì)初期，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該與建造師密切配合，根據(jù)結(jié)構(gòu)概念知識(shí)初步確定剪力墻布置，調(diào)整整體建筑方案中不合理的體系與布局，避免不規(guī)則或嚴(yán)重不規(guī)則平、立面布置。結(jié)構(gòu)優(yōu)化往往是各專(zhuān)業(yè)密切配合、充分溝通、并綜合各方面要求，經(jīng)方案比較后形成一個(gè)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)布置。一個(gè)好的優(yōu)化布置對(duì)結(jié)構(gòu)造價(jià)起決定作用，在加上后期的精心設(shè)計(jì)即可得到一個(gè)較優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在確保結(jié)構(gòu)安全和滿(mǎn)足建筑使用功能的前提下，將有限的材料和資源用到充分發(fā)揮作用關(guān)鍵部位，在不降低安全度的情況下優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做到技術(shù)可行，施工可行，經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)