建筑结构的设计与优化2篇

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一、房屋建筑结构的选型
在进行结构选型时，要对于整体建筑结构的用途、高度、功能、周边环境、抗震性等多方面因素进行合理的把握，因地制宜地选择合理的结构体系。一般来说在进行建筑结构的选型上，大多采用“弱梁强肢”的原则，以提高建筑物的抗震性能，并且避免墙体受到破坏，提高延展性，并且对于地震灾害所造成的冲击力进行弱化，减少建筑结构受力。与此同时，还可以有效的缩短施工周期，减少建筑材料的消耗。但是，这种施工方式具有较高的施工技术要求，对于施工方的专业技术能力的需求较高。这种施工方式是未来建筑结构设计的主要选择方式，并且可以更好的保证建筑物的整体抗震抗倒塌性能。房屋建筑结构的选型上，要结合实际建筑的特点，综合考虑不同因素，选择符合实际的结构。
二、房屋建筑结构的布置
在完成房屋建筑结构的选型之后，要对于整体建筑结构的体系进行细致、合理、科学的设置。在进行房屋结构布置中，要保证整体承重结构的承重力得到有效承担，布置均匀，具有良好的规则性，避免出现外挑或者内收等问题，并且保证侧向刚度的变化均匀。一般来说，厚层侧向刚度需要大于70%的上部邻近楼层侧向刚度。另外，还要保证整体结构具有较好的承载能力、变形能力，并且避免由于部分构件出现问题，而影响整体结构的承重能力。针对于整体结构中的薄弱部位，要做好检查，并且做好扭转效应与局部变形情况的预防可控制。在水平与纵向结构承载力与刚度的布置上，要保证合理分配，避免出现连续倒塌现象。
三、提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计方法
第一，合理的进行抗震防线设置。总体来说，造成建筑结构被地震所破坏的主要原因，是建筑物自身地基出现沉降，进而破坏整体结构。在进行地基设计的时候，就必须将地基抗震防线设计纳入重要的设计环节中。在设计上要做好前期勘察，对于一些容易发生地质灾害的地区进行提前勘测，做好前期准备工作，并且力争选择土质较为坚硬地区，减小日后出现地震情况的破坏。与此同时，还要对于基础预埋深度进行合理的设置，并且保证建筑受到水平作用力时，可以对倾覆和滑移进行抵抗，提高整体稳定性。另外，多道抗震防线的设置，可以有效的对于建筑物局部出现破坏时的整体荷载力影响进行避免，并且减少建筑物倒塌可能。第二，保证结构的延性与规则性。在建筑结构受到地震力冲击时会产生变形，这种变形能力被乘坐建筑物的结构延性。结构延性通过对于地震所产生能量进行分散，有效的提高了整体结构的承载力，并且在建筑结构发生变形的过程中，会降低变形过量以及结构变脆等问题，是提高建筑结构抗震能力的有效原则。在进行延性设计的过程中，可以通过设置塑性铰区域，来实现建筑结构的塑性变形应对能力的保证。与此同时，还要结合整体建筑结构的特点，避免采用不规则的设计方案，保证涉及房干具有良好的规则性与对称性，并且保证建筑刚度的变化军营内，不存在偏心现象。保证建筑结构刚度和质量，是提高建筑物抗震能力的重要基础。第三，优化结构构件设计。通过对于地震破坏原理进行分析，可以明显看出，地震的横波和混合波的破坏力较大，对建筑物造成强大的冲击，进而造成建筑物震荡，如果建筑物的抗震抗倒塌能力不足时，就会造成建筑物剧烈震荡，直至倒塌。在建筑设计上，要保证整体结构部件设计的合理性，并且加强整体框架设计的连接水平，并且严格遵循相关设计原则，保证相关结构布局设计合理，提高受力构件的受力能力，优化结构安全性性能。对于整体结构构件设计过程进行优化，是整体建筑结构设计的细节部分，也是提高整体建筑结构抗震性能的基础性工作。
四、结语
总而言之，要想真正的提高整体建筑结构的抗震与抗倒塌能力，就必须在结构设计的过程中，对于地震破坏原理进行科学、全面、准确的把握，并且采用合理的结构体系，选择合理的布置形式，再通过对建筑结构整体的构件设计、延性设计、规则性设计以及多道防线设置等一系列不同的角度，对于整体结构设计进行深度的优化，进而保证房屋建筑具有足够的抗地震倒塌能力。
作者：王秀娟 单位：石家庄都市建筑设计有限公司

1结构设计优化方法的理论体现
房屋建筑结构优化设计的主要目的是为了提高房屋的使用价值，以实现真正的价值。因此，在设计中不仅要体现出房屋结构的传统使用功能，也需要对房屋结构的美观度、节能性等方面进行优化，最大程度上保证工程建设设计的完整性和科学性。从理论上对结构设计优化方法进行相关的分析可知，房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计是结构设计优化方法在实际应用中具体的表现。房屋工程结构总体的优化设计主要是对围护结构、屋盖系统以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况以及结合房屋建筑相应的经济性，对建筑结构进行相应的优化设计。为了适应时代发展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行必要的创新。对于建筑结构的设计师来说，要确保建筑结构具有一定的安全保证，在此基本上考虑设计出新的结构形式。
2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
在房屋建筑工程的建设中，优化结构设计具有非常重要的意义，其能够为实现房屋建筑的价值提供支持，更是对市场需求的一种满足。要保障结构设计优化技术在建筑结构设计中优势的充分体现，就需要以科学的方式进行实施，保证其具体步骤的完整性和适用性，满足社会发展对房屋结构设计所提出的要求。现就对房屋结构设计优化的具体步骤进行分析，主要有以下几个方面。2.1结构优化模型。房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数和约束控制参数；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。2.2设定优化设计计算方案。房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，在计算过程中，通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。可以利用的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。2.3进行程序设计。根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。2.4结果分析。对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此，必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。
3结构设计优化技术的实践应用
房屋建筑结构设计优化技术的应用是实现该技术作用的重要措施，其不仅在新建房屋建筑中能够发挥其意义，也能够再房屋改建和维修等方面得以实现。结构设计优化技术的实践应用主要体现在以下几个方面。3.1结构设计优化应注意前期参与前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多结构设计忽略了这一点，所以我们应该注意。前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案。3.2设计结合细部结构设计优化。在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。3.3下部地基基础结构的设计优化。在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如可以根据工地的地质条件选择相应的桩基类型，并尽量减少相应的工程造价。并根据桩端的持力层的厚度合理的选择灌注桩的桩长度，通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。房屋是人们生活中所应用的重要建筑结构，对其的建设进行全面地发展，是保证社会全面进步的必要条件。对房屋结构设计进行科学优化，从房屋建设和提高人们生活水平两方面的发展中都是非常必要的，建筑单位应从科学角度出发，采用现代化方式，实现房屋建筑设计的全面发展，并从人文角度和市场需求角度将设计优化技术落到实处，实现房屋建筑工程的科学化发展。