优化结构设计的意义：
　　结构的设计优化并不是单纯的挑毛病。 而是通过交流、沟通，找到更为合理、经济的设计，从而在满足各种的使用要求的前提下，杜绝不必要的浪费，做好成本控制。结构设计的优化是在充分尊重原设计基础上进行的，通过优化的过程，互相学习，也有利于提高设计院结构设计人员的设计水平。某项目2栋13层与23层相连建筑、2栋30-33层建筑、5栋9-13层建筑，共9栋。场地附近有一条河流，地下水位较高。场地土质较软，表层4米深度内有部分淤泥质土，地下室底板下土的承载力为160kPa，在17米至22米处有密实的粉沙层，在37-55米处有密实的沙层。基岩埋藏很深。6度抗震、基本风压0.45.本项目对回款的周期要求较高。 本项目地下室的布置思路：采用一层大地下室 9栋高度和层数相差较大的建筑连为为一体，形成一个整体的大型地下车库。优点：交通及停车，小区的物业管理，地下室外墙的数量。但缺点也是明显的，一是导致地下室结构的超长，再就是各栋建筑单位的不均匀的沉降。
　　为此，对结构进行了优化设计：首先，地下室结构超长的解决办法是：⑴结构后浇带的设置费用、间距、封闭时间、施工便利性；⑵混凝土膨胀外加剂的使用数量、费用、位置；⑶构造配筋的适当增加 数量、费用、位置。其次，各栋建筑物的沉降差以及主体建筑物与地库间的沉降差解决方式是：依照当地的基础设计经验，⑴9-15层建筑通常采用预制方桩基础，以粉砂层作为持力层，桩长约17米，摩擦型桩；⑵18层以上建筑通常采用钻孔桩基础，以砂层作为持力层，桩长约45-50米，摩擦型桩；⑶12层建筑物采用无桩筏板基础有过成功的案例，按程序计算沉降有15CM，实际观测仅4CM在无锡观测到的建筑物最大沉降不超过 6CM.
　　以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。 责任编辑：冰冰狼
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& 钢筋混凝土结构优化设计
钢筋混凝土结构优化设计
核心提示：【摘要】本文基于钢筋混凝土结构，分析了如何对其结构进行优化设计，一是从优化的角度出发，分析了优化钢筋混凝土结构的一些有
【摘要】本文基于钢筋结构，分析了如何对其结构进行优化设计，一是从优化的角度出发，分析了优化钢筋商品混凝土结构的一些有效的方法，二是从科学设计的角度出发，分析了如何更加科学的进行设计。 【关键词】钢筋商品混凝土；结构；优化设计 中图分类号：TU37文献标识码： A 一、前言 随着我国建筑行业的快速发展，钢筋商品混凝土也被普遍的应用在各种建筑中，因此，为了提高建筑建设的质量，必须要把握钢筋商品混凝土结构这个关键性的环节，保证钢筋商品混凝土结构的设计合理科学。 二、钢筋商品混凝土结构优化设计的意义 一个项目建设的全过程需要经历策划、设计和施工等三个阶段，在这三个阶段中，虽然设计所花费的费用只占整个工程费用1%~2%，但设计对整个项目经济性指标的影响最大，其影响程度能够达到近七成，因此在制定建筑方案的阶段就应开始优化。但是由于在设计过程中，设计人员没有结构优化的意识，或者是因为工程量大、设计任务重、时间紧迫的原因，选择结构方案时按照个人经验选取，不注重概念设计，导致方案达不到经济性的要求，发生结构选取不合理等情况。到目前为止，国内还没有一个适用于大多数结构优化的数学模型，往往都是根据具体情况酌情处理，最终都要使所有的结构构件达到极限承载能力时，此时即为最优解，这也是结构优化的核心思想。 三、结构优化设计的开展形式 结构优化设计对专业业务能力的要求很高，需委托具有丰富的结构设计经验、在结构优化设计方面具有丰富经验的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式： 1、从方案设计阶段开始，聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问，在设计全过程提供结构优化的合理化建议，通过过程控制，使结构施工图设计达到经济合理； 2、在初步设计图纸完成后，进行结构方案优化和构件优化，提出详细的优化后的结构方案、设计参数取值以及各构件的截面尺寸和商品混凝土强度等级等，与设计院沟通并在施工图设计阶段实施； 3、在设计院设计施工图完成后，进行优化设计研究，提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和商品混凝土强度等级等，与设计院沟通并修改结构施工图。上述第一种形式操作较方便，不影响工期，不增加设计单位工作量，但优化效果难于评判；第二种形式不增加设计单位工作量，可对优化效果进行评判，但对工期有一定影响；第三种形式优化经济效果可进行详细计算，但设计施工图返工工作量大，对工期影响较大。 四、钢筋商品混凝土结构优化设计应用分析 1、工程概况 某钢筋商品混凝土框架-剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，A楼高75.3m，为19层，B楼高95.3m，为29层。地下两层为停车库和设备用房。总建筑面积约5.4万m2，房屋平面布置为不规则形状。 2、结构设计要求 本工程采用钢筋商品混凝土框架-剪力墙结构，建筑结构的安全等级为二级。地震基本烈度为7度（0.1g，第二组，特征周期0.4s），抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.1g，第二组）。地基基础设计等级为乙级。上部结构和负一层的框架抗震等级为二级，剪力墙为二级结构，负二层的框架抗震等级为三级。基本风压：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。 3、结构优化设计 高层框架剪力墙结构体系中，主要是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计，其中剪力墙的设计位置和数量就是关键。 （一）钢筋商品混凝土框架结构的优化设计 在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征的变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各控制截面的控制内力也发生相应变化，据此进行下一步的优化设计。因此，结构优化就是一个不断迭代、渐进的寻优过程。 （二）结构最优设防的选择 在预测地震烈度概率分析的基础下，使用专业地震安全评价报告的数据，采用模糊综合评定分析法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度，损失等级概率和震害损失的概率预估期望值，在满足最大投资期望和最大损失约束条件下，求出最优地震设防烈度值。 （三）框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计剪力墙结构的设计主要是结构刚度和结构延性的最佳组合。结构刚度对结构的主要影响为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力能力的前提下的变形能力，因此可以采用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性，按规范对层间位移量和顶点位移总侧移的限值来控制结构的刚度和延性设计。 （四）框架-剪力墙结构的优化设计 框架结构优化设计的原则就是结构优化的原则，通过一次性完成的结构件，逐步优化各个构件，以达到结构受力合理，节约投资的目的。 （五）基础优化设计 （1）主楼和裙楼的基础分别设计，即依据地勘资料，主 楼采用筏板基础，裙楼采用独立基础，基础底板或桩基承 台要按照经验和计算结果设置，不得随意增加厚度或加大钢筋。例如在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、商品混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程成本目的。因此对纯地下室基础采用独立基础加抗浮锚杆、底板方式设计施工图（图1）。
图1独立柱基础剖面 （2）对地下室有防水要求的基础底板，裂缝宽度可控制为0.2地下室顶板及外墙，要求荷载取值准确、有些荷载可根据实际情况选用，不得累加。 （3）作为塔楼的嵌固端，地下室的顶板不宜太薄，在覆土不太厚的情况下，采用十字梁较好，在覆土较厚时，采用井字梁较宜。 （4）依据地质勘察报告，基础持力层为中密卵石层，A、B栋塔楼采用筏板基础，裙楼基础采用独立柱基础加抗水底板，裙楼和纯地下室部分采用抗浮锚杆。 （六）强化“强柱弱梁、强剪弱弯”设计理念框架结构的柱、剪力墙设计要引起重视，要加强设计;而梁和板的配筋不宜调大，梁的设计变量主要是截面高、宽及纵向受拉钢筋的截面积和架立钢筋的截面积，优化设计主要针对以上设计变量进行优化，因此梁的截面尽量按正常值取定，少做宽扁梁，配筋率也应控制在1.5%左右，次梁的箍筋宜分为加密区和非加密区。 （七）楼板优化设计 考虑到楼板要预埋管道的要求，楼板较薄时施工容易造成裂缝，因此楼板设计时采用弹性假定，不采用塑性假定设计，计算楼板厚度、配筋的折减等，精心配筋。最小配筋率取0.2和0.45ft/fy中较大值相同板厚时商品混凝土强度等级低、钢筋强度大时，最小配筋率低，故优先采用三级筋；板中抗裂钢筋（分布筋）最小配筋率为0.1%，当120mm厚板时，可用Ф6@150；尽量不用大跨厚板。 4、优化设计效果 高层建筑的结构优化是一个亟待解决和非常复杂的工程难题，结构优化带来的经济效益也是巨大的，因此研究和开发应用钢筋商品混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。为验证设计优化的有效性，分析结构设计的初步方案，采用工程所在地的市场价格。本工程的最终优化的结果为：节约钢筋65t，节约资金约32万元。 五、结束语 综上所述，钢筋商品混凝土结构的优化设计非常有必要，可以有效提高建筑的性能。在具体的建筑工程中，为了提高钢筋商品混凝土结构优化设计的效果，要结合建筑的实际情况进行优化设计，保证优化设计着实有效。 【参考文献】 [1]GB5，商品混凝土结构设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2011. [2]JGJ3－2010，高层建筑商品混凝土结构技术规程［S］．北京:中国建筑工业出版社，2011. [3]张民.钢筋商品混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究.上海:同济大学土木工程学院,2011. [4]张炳华,侯起.土建结构优化设计[M].上海:同济大学出版社,2013.
微信“扫一扫”资讯全知晓浅谈建筑结构设计的优化设计和现实意义
　　摘要：在建筑物的结构设计中，选择不同的设计方案以及选择不同种类的建筑材料都会对工程的造价产生较大的影响，因此建筑物结构的优化设计方案尤为重要，本文主要阐述了建筑物结构优化设计的方法，以及对需要进行优化设计的主要部分进行了分析，同时也提出了结构设计优化的现实意义。　　关键词：结构优化设计的方法、基础优化设计，现实意义　　　　　　近年来，由于土地价格不断上涨，使得开发商的建筑总成本在不断地增加，这就给开发商的成本控制带来了极大压力；同时，由于人们对生活环境和居住条件的要求在不断提高，所以对建筑产品的品质要求也就在不断提高，开发商只有不断寻求新的手段才能满足消费者的需求，因此降低工程造价就成为开发商首要的追求目标了，要实现这个目标就需要利用结构设计的优化设计方法，来提高有限空间的利用率，使有限的资源发挥更大的作用。　　一、结构优化设计的方法　　一个优秀的建筑不仅仅是美观与优化结构设计的紧密配合，更是满足了人们对房屋结构安全性能、经济性和设计合理的要求，所谓的结构优化设计方案，就是结合原来的设计方案、新的工艺和设备、新材料的投入，对局部的设计进行改变，不仅要满足技术和功能可行性的要求，还要节约材料使工程造价明显降低。　　1、建立结构优化设计的模型　　结构优化设计是在各种变量参数中选择主要的参数，并为其建立函数模型，运用合理科学的方法计算出最优解。建立优化结构模型的步骤大致如下：一是，选择合理的设计变量。因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是比较的大，在设计的过程中可将所涉及到的变量按照其自身重要性进行区分，将一些变化不大的参数定为预定参数，通过此项工作能减少计算和编程的工作量。二是，确定目标函数。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。①在设计的过程中，要保证各种约束条件必须符合要求，找到满足条件的最优解，并确定约束条件。　　2、选择结构优化计算方案　　结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中涉及到多个变量和多个约束条件，设定好计算方案，通常是将约束条件变为无约束条件来计算。拉式乘子法、符合刑法和POWELL等方法是常用的计算方法，在完成了相应的计算方案后再进行编程运算即可完成最终的优化设计结果。　　二、需要进行优化设计的主要部分　　在建筑结构优化设计中，不同方案和不同建筑材料的选择对工程的造价都会造成不同影响，尤其是在基础类型的选用、开间的确定、层高与层数的确定以及结构形式选择等方面都有着重大关系。据统计，在满足同样功能的条件下，经济合理的优化设计可以使工程的造价降低10%左右。基础、柱、墙体、楼板、梁、屋面板等是建筑结构的主要组成部分，这几个部分在工程造价中所占的比例也不相同，结构优化设计时对工程的造价影响也不相同，所以在优化方案设计过程中的侧重点也不尽相同。　　1、对基础结构的优化设计　　基础结构在整个建筑物工期的1/4左右，并且总造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性事显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关，设计时对地质勘探报告要求也是极高，要选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。　　2、柱网布局和柱子截面的优化设计　　柱网布局确定着柱子的行距和间距（同行相邻的两个柱子的间的距离），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响，另外，柱子的截面形状和大小对工程造价也有着直接的影响，所以合适的柱网布局、柱子截面的形状及大小的选择对工程造价的影响是很明显的。　　3、梁的优化设计　　在结构设计时通常采用矩形截面梁当做受弯梁，但是这种情况下材料的利用率较低。因为，首先，在靠近中和轴附近的材料的应力较低，再者，梁弯矩会沿梁长变化而变化。由于截面梁大部分区段的应力较低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在设计时可采用平面桁架来代替矩形梁，此时平面桁架就相当于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，减轻了其自身的重量，这样既经济又实用，而且，还可以用它来发展成为空架网架，从而大幅度地提高材料的利用率。　　4、钢筋和砼的优化设计　　在满足了结构设计的需求外，要尽量减少砼的标号和钢筋的型号的种类，力求方便施工。如果在施工过程中采用的梁、板和柱型号不同，就会使施工的难度增加，这就大大浪费了材料，加大了施工成本。钢管砼结构就是将砼填入到薄壁的圆形钢管中形成一种新型结构，把这两种材料结合起来后，在内填砼的作用下使得钢管壁的稳定性增强，从而具有更好的抗压强度和抗变形的能力。钢管砼结构和钢结构在自重和承载力相同或相近时，钢管砼结构要比钢结构节约将近50%的钢材，这就大大地节约了工程成本；同时与普通的砼结构相比，在保持钢材的用量相近和承载力相同的条件下，构件的截面面积也将减少50%，同时，材料用量和构件本身的重量也将减少50%。
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增值电信业务经营许可证B2-　　【摘 要】随着我国国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，对建筑结构的优化设计也提出的更高的要求。当代城市化发展和建设的前提下，概念设计不断的适应当今社会建筑行业发展的潮流，不断适应当今时代发展步伐。因此在建筑结构优化设计中，工程师应该快速了解和采用概念设计的思想，通过自身专业实施和实际实践经验，做好概念设计在建筑结构优化设计中的应用，为当代城市化建设的发展做出自已的贡献。 　　【关键词】概念设计；建筑结构；优化设计 　　随着我国国民经济的不断发展，房屋建筑行业也随之发展起来。特别是在城市化建设发展下，我国建筑行业日趋兴旺。在现代城市化建筑工程中，施工设计、工程设计以及施工建筑原材料是整个建筑施工中重要的构成因素。建筑结构是否合理、美观都会对整个施工建筑实用性、安全性以及经济性将会带来一定影响。工程建筑概念设计的提出是工程设计人员凭借自身专业知识以及丰富社会实践经验提出的建筑设计方案。因此概念设计出的建筑物和周边的环境以及整个社会文化内涵更加融合。 　　一、概念设计概述 　　工程结构设计一师在工程建筑中运用概念设计进一步完成整体工程施工建筑的整体方案。在整个工程过程中，工程设计师积极调动自身专业知识以及实践经验对整个建筑结构布置、构件、选型以及细节进行详细的计算和分析。并对设计过程中出现的问题，结合建筑知识、力学知识以及自身的社会实践经验进行全方面的考虑，并得出可行性和有效解决问题的方案，最后得出一个符合实际和具有创新性！而看操作性的建筑设计。 　　随着现代化城市的建设和发展，人们的思维和理念越来越开阔，对建筑物结要求越来越高，已经不在是具有实用性，还要求具有一定的美观性"所以，在建筑施工企业为了更好的适应当今社会潮流需求，不断重视概念性设计，工程设计师不断接纳和采取这样的设计思维，因此概念设计被不断应用于建筑结构优化设计中。由于概念设计对工程设计师的要求很高，所以建筑设计师一定要具备较强的建筑方面知识以及过硬的专业知识的能力，特别是较强的力学原理架构知识，这样才会使建筑工程设计方案具有一定的可行性，确保建筑施工工程的安全。 　　二、概念设计在建筑结构优化设计中应用 　　（一）概念设计要遵守工程结构规律 　　建筑建筑结构中广泛的应用概念设计，一定要遵循建筑施工结构的顾虑，要充分的做好实用化和合理化。第一，建筑施工结构外形，套具备一定的规则性和对称性，刚度分布和质量分布要均匀，不要在局部位置出现过大刚性，或者是质量上出现不均匀的分布现象，否则将会造成房屋建筑物出现倒塌状况；第二，建筑物布局和结构是否合理，是否具有一定程度的抗震性，这些因素都是工程设计师进行概念设计必须要涉及和考虑的问题。建筑结构对称、简单、规则性，容易实现抗震的作用，但是在一定程度上不能够满足创新性的需求，立体、多面、错层以及凹凸的建筑结构创新性和艺术性较强，容易达到人们对建筑结构美观性的需求，但是美观性好的建筑缺乏一定的抗震能力。 　　（二）优选合理建筑结构施工设计方案 　　概念设计工程施工放那在实际建筑工程施工应用中要达到实用性、合理性以及经济性的目的，同时这还是概念设计的主要目标。所以，如何选择具有一定科学性、可行性的建筑结构形式和建筑结构体系在建筑工程施工设计方案中显得尤为重要。总体而言，施工结构设计方案中展现的抗震系统和建筑结构体系的整体布置等方面的进行详细的分析，同一个建筑结构单元中通常不要用其他结构的体系，并做到纵向和平面上具有一定的规则性。针对建筑结构施工条件、施工特点以及工程施工原材料供应等方面，工程设计师要进行综合、系统、全方面分析和研究，采用多种方案进行对比，最后做出合理有效建筑结构施工设计方案。 　　（三）概念设计中抗震能力设计 　　建筑施工工程抗震能力设计直接关系当人们生命安全和财产安全，所以建筑工程中抗震设计尤为重要，同时备受人们的重视和关注。但是由于建筑物整体结构设计会涉及到一些实际问题，例如土质、地势、周围环境以及气候等因素影响，因此在建筑工程中抗震设计复杂且因素较多。所以，大多数建筑结构中抗震设计并不是由计算机设计出来的，而是由工程设计师概念设计出来的。例如底部设置加强区这样的问题，不管是建筑工程构造钢筋配率要求问题还是边缘构建问题，都是要建筑工程设计师利用概念设计解决问题，工程设计师通过概念设计，补充计算机抗震设计模拟计算的不足之处，才能够最终确保建筑工程施工中抗震设计的安全性和合理性。建筑结构优化设计中抗震能力还涉及结构构件问题，只要建筑构件完好，建筑工程中抗震能力才会充分的发挥和进一步提高。所以，工程设计师在建筑物抗震结构设计的过程中，要利用概念设计进一步保证工程施工设计中每一种建筑构件的强度和刚度在一定程度中满足工程实际的抗震需求，确保建筑构件和构件之间紧密联系，保证工程施工安全。此外，由于当前我国工程施工建筑结构大多数采用的是多次超静定建筑结构，因此在工程施工优化设计中建筑物的抗震设计还需要进行几道抗震防线，防止在发生地震中建筑物由于构件容易发生破坏或者是扭曲现象进而降低了建筑物抗震的能力。 　　三、概念设计在建筑结构优化设计中应用的意义 　　（一）拓宽建筑结构设计思路 　　传统的建筑结构设计主要研究的是如何提高建筑结构抗力性，造成钢筋棍凝土等不断增高，配筋量不断变大，工程造价提高。我们以建筑抗震设计为实例，通常是按照初定硅等级和尺寸计算出建筑结构的刚度，并由建筑结构刚度计算出抗震力，最后进行钢筋配筋。合理的概念设计可以降低地震作用的效应，并在这样的情况下提高房屋建筑工程质量和安全性。概念设计被广泛应用在建筑结构优化设计中，被工程设计师接纳和采用，并在建筑结构优化设计中发挥着至关重要的作用。 　　（二）概念设计在建筑结构优化设计中具有实践意义 　　概念设计广泛应用，通常蕴含了所有的工程建筑结构设计中。在不确定的受力状况和因素中变化比较大的高层建筑设计、抗震设计以及基础实施设计中，概念设计应用突出和重要。 　　1、由于现行的建筑结构理论性设计和计算机设计存在着一定的不可计算性和缺点。为了进一步弥补计算理论的不足之处，或者是实现实际施工操作过程中建筑结构构件的设计，需要概念设计来满足建筑建筑结构的优化设计目的； 　　2、在工程施工方案设计阶段，初步实际不能依靠计算机来实现，这就需要工程设计师通过了解和掌握概念设计，优选造价低！效果好的设计方案"概念设计施工人员通常会片面的理解，认为主要是用在一些较大的原则上，例如结构布置、确定结构方案等。在实际工程施工设计中任何一个施工都离不开科学概念设计作为指导方向。 　　3、建筑结构设计的整体方案，建筑工程设计师要联系紧密，互相合作与探讨。经过相互之间的学识和经验的探讨，得出最优的设计方案。例如建筑物的抗震设计，这个问题在建筑工程中是比较复杂的，它需要考虑建筑物的多方面因素。 　　四、结语 　　综上所述，概念设计在建筑结构中占据着重要的作用，不仅是建筑结构设计中工程师设计的理念，还是衡量工程结构设计师专业技术水平的标准。本篇文章阐述概念设计在建筑结构优化设计中应用问题，提供参考。 　　参考文献： 　　[1]胡丽荣.概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J].黑龙江科技信息，2010年27期. 　　[2]徐萍，叶明峰.杭震概念设计在建筑结构设计中的应用[J]..江苏建材，2011年02期. 　　[3]杨镇峰.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].山西建筑，2010年24期. 　　[4]杨曦，徐金铭.概念设计在建筑设计中的应用探索[J].中国新技术新产品，2011年20期. 　　[5]赵领楠，葛莹.概念设计在建筑结构设计中的重要性及应用[J]，企业导报，2012年22期.
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