结构工程优化设计与结构措施分析

结构工程优化设计与结构措施分析

张东

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摘要：伴随着我们国家的发展，我们的经济发展，我们对建筑的美学和经济性的需求也在日益增长，以确保建筑的安全和实用。在保证建筑安全、实用的同时，还要做到建筑经济、美观，同时也要注重施工的方便和时效性。因此，对建筑物进行整体的结构优化也非常重要。

关键词：建筑结构；优化；措施

引言

对建筑结构进行优化是促进建筑业长期发展的一种有效途径，将建筑结构优化的构造措施运用到结构设计中，可以反映出建筑的构造设计具有科学性和经济性。与此同时，装配式建筑的发展也成为了我国建筑行业转型升级的一个重大突破口。随着建筑业的日益繁荣，对建筑的结构进行最优设计也变得日益重要。文章对结构的最优设计过程进行了论述，对建筑的耐久性、安全性、舒适性和经济性等方面进行了简要的论述，并对房屋建筑中的最优设计方法进行了详细的论述，旨在对实际工作起到一定的指导作用。

一、结构工程的重要意义

随着现代化的步伐越来越快，我们国家的建筑业发展得也越来越快。同时，伴随着时代的变化，我们的建筑设计思想也在持续地进行着革新，在这当中，混凝土框架结构得到了越来越多的运用。这种构架能使建筑物的面积增大，并能适应各种工序的需要。然而，在构架的设计方面，仍然有许多问题亟待解决。为确保混凝土构造物的品质与性能，应严格执行“三检”制，即自检、互检与交检，即对建筑企业进行内审。最后由监理机构对建筑工程进行验收。不管是施工单位的内部检查验收，或者是监理单位对施工单位的检查验收，都要根据模板工程的检查验收标准来进行，但是，要做到的，就是每一个检查人员要在检查验收及隐蔽工程记录中签字。为了建立该项目的技术文件，将其归档为该项目的原始数据。

二、结构优化设计概念

在强烈地震作用下，单纯依靠结构的计算设计来实现其抗震性能是很难的，其主要原因在于，目前的结构计算采用的是按弹性原理进行，而按塑性矩阵法进行，这种不协调导致其与真实力学性能存在较大差异。拥有对细部构造有较好了解的结构，可以进行理性的设计，也就是所谓的概念设计，其目标就是要将总体方案、材料使用以及细节构造等问题都准确地解决，从而实现一个合理的地震设计。

三、建筑结构的优化设计

（一）建筑的周期折减率。

在房屋框架结构和顶盖等结构的设计中，由于填充墙体的存在，使得结构的实际表现刚度比设计的计算刚度更大，因此，如果算出的结构剪力比较低，就会导致一些房屋的结构不安全，因此，应当对房屋结构的计算周期进行适当的折减，从而可以取得很好的结果。然而，对于房屋框架结构来说，其计算的周期并不适合折减，或者折减系数取小。

（二）耐久性能的最佳化。

在以往的大多数混凝土结构设计方案中，许多都没有对建筑结构设计耐用性进行充分的考虑，即是保证在房屋完工后，在合理的使用年限内，要能满足用户的正常使用需求。然而，许多的设计并没有做到这一点，其根源在于，没有充分地考虑到，在服役期间，因为受到的工况和服役环境的改变而导致的房屋结构破坏，导致其可靠性指标的降低。

（三）建筑的防震设计要点

建筑的地震反应分析主要包括两个方面：一是理论分析，二是概念分析。从而实现了结构在地震作用下的合理设计。

四、概念设计的主要原理是：

（一）选取有利抗震作用的场地以及地基

在选定施工地点时，应尽可能选取有利位置，例如：开放、平整、硬质地面等；避免地震作用较大的区域，例如：地基较差、地基较差、容易发生液化、地基条件较差的区域；若不能避免地震作用，则需对其进行加固处理，例如增强基础及上层建筑的整体刚度、地基土层换填、桩基等。

（二）选取有益于抗震的建筑结构

在进行建筑设计的时候，要尽量让其具有简单的构造，比如简单的平、立面图形可以是正方形或者是圆形，因为这样的构造可以让其在地震作用下有一个更直观的、更清晰的传力路径，也可以更容易对其进行内力和变形的分析，找到其弱点所在。但是，在建筑平面和外墙上往往会出现一些小的转折，转折部位极易引起局部的应力和变形，因此必须对转折部位进行特殊加固。为了避免在地震中发生扭曲损伤，建筑的平直与立面应具有规则的对称性，并应使其在结构中的刚性与质点分布一致。

（三）抗震作用下结构系统的合理选取

建筑抗震结构体系应该遵守的原则是：具备多道抗震防线，防止因为局部结构或部件的损伤而造成整个结构体系失去抗震能力，或者是对重力荷载的承受能力。其结构形式简单明了，抗震力的传导路径也比较合理；有一定的承载能力，有较好的变形能力，有较强的减震能力；保证其刚性及强度的合理分配，以防止在结构的薄弱处出现过度的应力及塑性形变。

（四）确保结构具有一定的延性抗震性能

结构的延性反映在抗震作用下，结构在承受巨大的冲击时所产生的形变性能，具有良好的延性，能够有效地吸收更多的震源，并承受更大的冲击。按“强柱弱梁”、“强墙弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点、强锚固”、“强受力、弱拉力”等基本要求进行分析。

（五）对非结构部分的管理

非结构构件的意思是，像女儿墙、围护墙、隔墙、幕墙以及安装在建筑上的附属机械、电气设备等，它们应该与主体结构有一个可靠的连接或锚固，以避免在发生地震的时候发生坍塌，造成人员伤亡，或是对重要设备造成损害。

四、建筑抗震作用的研究

建筑的抗震反应分析主要包括两个方面：一是理论分析，二是概念分析。从而实现结构在地震作用下的合理设计。

五、计算设计

建筑的抗震设计主要由两个方面组成：地震作用计算和结构抗震验算。

（一）地震作用的计算

地震作用又被称作地震荷载，其主要表现为水平地震荷载、垂直地震荷载和扭力地震荷载，其大小与地震波的物理属性及构造特征密切相关。目前，对地震效应的计算主要采用了反应谱法、振型分解反应谱法以及动态分析法（时间历程分析法），而在对地震效应的计算中，反应谱理论得到了广泛应用。 

响应谱方法仅适用于单一自由度系统，如果将响应谱与模态分解原理有机地融合，可实现多自由度系统的振动响应求解，即为振态分解响应谱方法。该方法可充分反映出该体系的动态性能，并可通过该体系的模态变化来判断其所受的地震动大小。在使用振型分解反应谱方法进行地震作用和作用效应的时候，在不需要进行扭转藕联计算的结构中，某个振型质点的水平地震作用标准值与相应的振型在自震阶段的地震影响系数、相应质点的水平相对位移、振型参与系数以及重力载荷代表值都存在一定的联系。

结语

建筑结构设计对建筑物的安全、适用、经济和合理性有很大的影响，它也是建筑工程品质好坏的一个重要因素。建筑设计者要根据目前的经济状况和发展趋势，构建起一个宏观的、合理的结构设计思想，并对建筑设计标准、经济性措施和基本原理进行合理的设定，使其既能达到设计的各种要求，又能提高人们的生活水平。在降低造价的前提下，确保建筑的安全、适用性和舒适度是建筑工程的终极目标，因此，对建筑进行优化设计也是一个长期课题。

参考文献

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