一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計基本原則

　　1.1建筑平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原則

　　有規(guī)則建筑體型和平面布置的結(jié)構(gòu)，因其受力較簡單,，造價相對較低,。但由于不同使用功能的需要，建筑的體型和平面布置是多種多樣的,，不可能因結(jié)構(gòu)要求規(guī)則而對建筑師的創(chuàng)作提出無理要求,，倒是可以在滿足不同使用功能的前提下，通過對結(jié)構(gòu)墻,、柱的布局和墻肢長短的調(diào)節(jié),，使不規(guī)則的建筑體型和平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，同樣可以使建筑結(jié)構(gòu)達到經(jīng)濟合理和安全耐用的預(yù)定目標(biāo),。

　　1.2提高建筑舒適度原則

　　所謂好的建筑,，應(yīng)是從建筑,、結(jié)構(gòu)、裝飾裝修到給排水,、暖通,、空調(diào)、燃氣,、電氣安裝等各專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計組合,，是整體優(yōu)化設(shè)計，如果僅僅是某個專業(yè)設(shè)計得好,，是不可能被稱作是一個好建筑的,，結(jié)構(gòu)設(shè)計也不能例外的;建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要能最大程度地滿足建筑平面布置、內(nèi)部空間高度和建筑立面等使用功能和外形觀感的要求,，投入使用后,，使用戶在工作和生活中感到很舒適，使建筑真正成為人人贊美的好建筑,，這才是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的出發(fā)點和落腳點,。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)包含結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選,、傳力途徑的科學(xué)性,、構(gòu)件布置的合理性、構(gòu)件和材料選用的正確性等內(nèi)容;應(yīng)該把盡可能提高建筑投入使用后的舒適度作為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一條重要基本原則,。

　　1.3建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則

　　我國早已頒布實施的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)規(guī)定的抗震設(shè)計的標(biāo)準是：“小震不壞,，中震可修，大震不倒”,，是說整個建筑結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件要共同達到的目標(biāo),。如果一個工程有99%的構(gòu)件在大震作用下不會被破壞， 而其中有1%的構(gòu)件即使在小震作用下就被破壞,，導(dǎo)致整個建筑垮塌,，那么，這個工程還能說是結(jié)構(gòu)安全嗎?所以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)全面考慮整體建筑的每個構(gòu)件,，使結(jié)構(gòu)體系中每個構(gòu)件都具有合理的可靠性,，確保整個結(jié)構(gòu)體系的安全性能，確保實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的設(shè)計標(biāo)準,，達到建筑結(jié)構(gòu)既安全耐用又經(jīng)濟合理的總目標(biāo),。這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)堅持的建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則。

　　1.4不同構(gòu)件采用不同的安全系數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計原則

由于現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的約束作用,，可以在很大程度上提高樓蓋梁的承載能力,，最高時可提高約1.5倍。而現(xiàn)行國內(nèi)結(jié)構(gòu)計算軟件卻不能準確反映現(xiàn)澆樓板的這種約束作用,，因此,，按力學(xué)計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的話,，對現(xiàn)澆樓蓋梁而言，它的安全系數(shù)就偏高了許多,。另一方面,，從對出現(xiàn)垮塌事故的工程進行事故原因調(diào)查和分析可以得知，由于樓蓋或樓蓋梁的問題而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的工程實例極少,，除非是結(jié)構(gòu)計算本身有誤;從許多震害調(diào)查的工程實例中也可得知,，在地震力作用下建筑倒塌的主要原因，也大多是由于墻,、柱等豎向構(gòu)件首先遭到破壞所致,。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，若不考慮構(gòu)件的實際承載能力,，對所有構(gòu)件采取相同的安全系數(shù),，就會造成建筑結(jié)構(gòu)在安全性和經(jīng)濟性方面的不合理。因此,，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,，對獨立構(gòu)件、靜定結(jié)構(gòu)和豎向構(gòu)件應(yīng)采用較大的安全系數(shù),，而對樓板和樓蓋梁的安全系數(shù)可予以適當(dāng)降低,，這樣處理既可以降低工程造價，又可提高結(jié)構(gòu)的綜合安全度,。

二,、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必要性

為了達到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的，工程設(shè)計人員必須在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,，通過對建筑結(jié)構(gòu)的整體概念分析,，采用合理的優(yōu)化設(shè)計理念和方法進行優(yōu)化設(shè)計，使得能有效地控制工程造價,，滿足投資方的經(jīng)濟性要求。通過以往的優(yōu)化設(shè)計經(jīng)驗來看,，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計方法,，優(yōu)化設(shè)計通常可以達到降低工程造價5%～30%的目的,。但是在實際的工程設(shè)計中,，很多因素都制約了優(yōu)化設(shè)計的開展和實施。比如,，工程的設(shè)計進度的要求,，使得設(shè)計人員根本無暇顧及到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計要求;再者，由于知識水平的限制,，傻瓜化的設(shè)計軟件使得部分設(shè)計人員對優(yōu)化設(shè)計的理解缺乏,，更談不上有效合理的優(yōu)化設(shè)計,，大部分設(shè)計人員在所謂優(yōu)化設(shè)計中總著眼于局部部位而忽略了結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)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(shè)計人員在提高設(shè)計人員在實際工作中對優(yōu)化設(shè)計的認識和重視非常必要,，只有加強技術(shù)和經(jīng)濟效益的有效結(jié)合,，通過合理的優(yōu)化設(shè)計方案，才能達到創(chuàng)造更大的社會效益,。

三,、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作主要是根據(jù)建筑設(shè)計的要求，采用合理的設(shè)計理念和方法,，來確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式,、布置以及具體的構(gòu)件設(shè)計尺寸。對常見的鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系進行優(yōu)化時,，可以從結(jié)構(gòu)整體的布局以及具體構(gòu)件兩方面的因素來加以考慮,。影響結(jié)構(gòu)整體的布局的因素包括了建筑物的體型特征、柱網(wǎng)尺寸,、層高以及抗側(cè)力構(gòu)件的位置等具體構(gòu)件因素主要包括結(jié)構(gòu)的布置,、構(gòu)件的截面、混凝土和鋼筋強度等級及配筋構(gòu)造等,。綜合考慮兩方方面的因素影響是必須的,，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，對工程師提出了更高的要求,，即需要結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力特征有充分的把握,，能根據(jù)構(gòu)件設(shè)計的合理經(jīng)驗和規(guī)范的深刻理解，采用合理優(yōu)化方法進行有效設(shè)計,。

　　3,、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的措施

　　3.1建筑結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計

　　3.1.1剪力墻的設(shè)計

　　聯(lián)肢墻是通過連梁連接的各墻肢聯(lián)結(jié)而成，從而增加了墻肢的約束條件,。連梁的剛度增大必將使得結(jié)構(gòu)的地震作用也增大,，這樣連梁和墻肢分配內(nèi)力也相應(yīng)增大，此時必須增大構(gòu)件的配筋量,，顯然這一設(shè)計結(jié)果必然會造成材料的浪費,。因此，在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計時,，一般情況下不宜采用大剛度的窗下墻作為連梁,，而宜將連梁設(shè)計成為截面、剛度較小的弱連梁。同時,，在滿足結(jié)構(gòu)剛度與變形要求時,，應(yīng)從經(jīng)濟角度與抗力、變形方面綜合考慮,，合理布置抗側(cè)力構(gòu)件,。顯然，剪力墻數(shù)量越多,，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度愈大,，相應(yīng)結(jié)構(gòu)位移會減小，但是結(jié)構(gòu)地震力會隨抗側(cè)力剛度增大而加大,，對結(jié)構(gòu)的造價控制不利,。因此剪力墻應(yīng)以周邊均勻、對稱,、分散等原則合理布置,，以規(guī)范規(guī)定的水平位移限值為準盡可能減少剪力墻數(shù)量。

　　3.1.2砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

　　作為承重構(gòu)件和抗側(cè)移構(gòu)件的磚砌體,，其平面布置較為靈活,，但不適宜做躍層結(jié)構(gòu)及受力較大的突兀結(jié)構(gòu)形式。門窗開洞寬度不宜超過2.1m,，縱向墻體數(shù)量不宜少于三道,，這一措施可以適當(dāng)減少構(gòu)造柱的配筋。宜使砌體房屋成為縱橫剛度相近,、各層約束合理分布的空間受力體系,。

　　3.1.3底部框架剪力墻的設(shè)計

　　底部框架剪力墻結(jié)構(gòu)由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，使得建筑物在轉(zhuǎn)換層上下出現(xiàn)剛度,、內(nèi)力和位移突變,，促使部分構(gòu)件提前破壞，因此對建筑物在轉(zhuǎn)換層上下的剛度比的要求比較嚴格,，以緩解構(gòu)件內(nèi)力,、位移突變的情況。由于底部框架剪力墻結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)剛度突變,、位移突變等不規(guī)則項,，在設(shè)計時應(yīng)盡量避免錯層、樓板不連續(xù),、平面或豎向尺寸突變等不規(guī)則項，以免形成具有較明顯的抗震薄弱部位的特別不規(guī)則結(jié)構(gòu),。承重墻盡量放在框架梁上,，如果出現(xiàn)放在次梁上的墻體時，應(yīng)適當(dāng)加大該次梁,、主梁,、框架梁的安全系數(shù),，加厚該處的樓板厚度。

　　3.2注重細部優(yōu)化

　　3.2.1在注重整體設(shè)計的同時,，也應(yīng)加強結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細設(shè)計,。比如現(xiàn)澆板設(shè)計中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達到合理受力的目的,，也避免了拐角裂縫的出現(xiàn),。

　　3.2.2底部框架抗震墻的底框梁箍筋配箍量一般較大，此時若選用冷軋帶肋鋼筋作為箍筋,，便可減少箍筋肢數(shù)或箍筋直徑,，達到降低造價的以及方便施工的目的。還有,，為減少柱構(gòu)件底部截面,，采用高強度的混凝土是不錯的選擇，但是水平構(gòu)件混凝土可適當(dāng)減少混凝土的標(biāo)號,，滿足了受力要求,，也節(jié)約了成本。

　　3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件在優(yōu)化設(shè)計中的運用

隨著計算機技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論的結(jié)合,，基于計算仿真的優(yōu)化設(shè)計思路已經(jīng)在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用,。通過利用計算機分析軟件建立優(yōu)化設(shè)計的分析模型，采用高效的計算機優(yōu)化計算方法,，設(shè)立結(jié)構(gòu)設(shè)計達到的目標(biāo)要求,，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化目的。在具體的優(yōu)化設(shè)計過程中,，優(yōu)化設(shè)計實際上已經(jīng)由一個工程問題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€數(shù)學(xué)問題,。在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，基于這一思想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法具有其他算法無法替代的優(yōu)勢,。因此,，工程設(shè)計人員加強基于計算機技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計分析非常必要。

四,、結(jié)語

從理論上講,，任何建筑體型都有一種相對比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)受力方案，因為當(dāng)建筑體型確定以后,，整體建筑的形心和質(zhì)量中心就也確定了,，結(jié)構(gòu)設(shè)計師在設(shè)計時只要使結(jié)構(gòu)的荷載中心和剛度中心盡可能地接近乃至重合，該建筑結(jié)構(gòu)就基本具備了穩(wěn)定和規(guī)則性的條件,，通過從整體和細部的優(yōu)化設(shè)計,，采用合理的結(jié)構(gòu)形式和布置，優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計和構(gòu)造，使得建筑結(jié)構(gòu)符合安全耐用和經(jīng)濟合理的要求,。

（本文僅限學(xué)習(xí)交流,，轉(zhuǎn)載結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的博客http://blog.sina.com.cn/ilmawa）