结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用

［摘要］我国经济快速发展，城市与农村建设也迅速发展起来，房屋结构随之也在不断更新、完善。房屋住宅结构设计在现代建筑住宅工程当中，它是一项既繁琐又重要的一项工作，合理有效的房屋结构设计不但可以利用建筑资源来减少造价成本和提高房屋安全系数，而且可以使新技术更好的服务于社会主义建设。本文针对实施结构优化设计技术的必要性做了探讨，并分析了其在房屋结构中的应用。

【关键词】房屋结构；优化设计；方案；应用；

[abstract] the rapid development of the economy in our country, urban and rural construction is also developing rapidly, building structure then are constantly updated and perfect. The housing structure design in the modern building homes of the project, it is a tedious and important as a job, reasonable and effective housing structure design not only can use building resources to reduce cost and improve the safety of the building cost coefficient, and makes a new technology better service in socialist construction. This article in view of the implementation of the necessity of structure optimization design technology are discussed, and analyses the application in building structure.

【 keywords 】 housing structure; Optimization design; Project; Application;

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

1、房屋结构设计的优化方法的现实价值及应用

1.1 传统的房屋结构设计无法适应现代建筑设计的经济性、合理性

房屋结构的设计不仅要保证房屋建筑的长期使用质量，而且在此基础上应尽量的降低房屋结构的成本，同时还要提高房屋结构设计的合理性和可靠性。传统的设计无法满足房屋结构设计中的合理性及经济性，而合理利用现代优化设计理念不但可以满足造型美观和安全性的有关规定，而且使建筑材料更为合理的利用，更为经济划算，房屋工程造价将大大的降低。与此同时，优化结构设计理论是否能合理运用将对房屋的整天建设方案产生巨大地影响。优化理论的合理运用是使房屋设计“经济、安全和适用”的最佳途径。

1.2 房屋结构优化设计方案的运用

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于房屋的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。房屋结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工5种效果,这就需要应用到建筑结构设计优化方法,来提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥,实现经济化、实用性和适用性的良好目标。由于结构优化的房屋建筑对象不同，其优化的细节不同，结构设计包含了很多内容，计者或者工程师应该在达到使用要求和设计规范的前提下，然后结合工程的实际情况，综合考虑其经济效益后再对房屋的设计工作进行相应的结构设计优化。

2、具体的设计优化方案

2.1 房屋结构的抗震性设计

2.1.1房屋结构抗震等级设计

在工程图纸设计的过程中，房屋结构按其抗震设防分类，房屋的抗震等级可以根据房屋高度、烈度和结构类型按照国家《抗震规范》附表确定。

2.1.2地震震力振型组合数据

地震震力的振型组合数据对高层的建筑应当不考虑耦联扭转进行计算；当房屋振型数大于3 的时后，应该取 3的整数倍进行计算，但是该数据不可大于建筑物的层数；当房屋的层数小于等于2时，振型数则可以取房屋层数。对于那些不规则房屋的结构，应当考虑扭耦联转，对于高层的房屋建筑来说，振型数应当取大于等于9 的数；房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数2.2 房屋结构的周期性折减系数房屋的框架结构、顶盖等结构设计中，因为填充墙体的存在使得其结构实际表现的刚度会大于设计计算的刚度，计算的周期也会大于实际的周期，所以，当算出结构的剪力偏小时，会使房屋某些结构不太安全，因而应该对结构的房屋结构的计算周期适当进行折减，这样会达到很好的效果，但是对于房屋的框架结构来说，计算周期不宜折减或者将折减系数取小。对于框架结构来说，采取砌填充墙，计算周期的折减系数可取大约0.6～0.7之间；砌体的填充墙采取轻质砌块或墙体较少时，可取0.7～0.8之间；完全采取轻质性的墙体板时，则可以取到0.9。除非无墙的纯框架，否则计算周期尽量适当折减。

2.3 框架梁、柱箍筋间距

房屋柱箍筋、框架梁等的加密区最大箍筋和最小箍筋的直径间距要符合国家规定。依据这些规定，房屋工程上习惯取柱箍筋和梁的加密区的最大间距100mm 左右，而非加密区的箍筋的最大间距约为200mm左右。计算程序的总信息通常也在柱箍筋、内定梁加密区间距100mm

左右，以此为计算的依据算出加密区的箍筋面积，设计人员要依据规范最终确定肢数和箍筋的直径。但在程序内定条件下，当房屋框架梁跨中部有较大其他荷载或者有次梁存在而又仅有两肢箍筋的情况下，其非加密区的箍筋间距应该采取200mm 左右，以使房屋梁非加密区配箍充足，所以建议内定的梁箍筋改为梁的非加密区取200mm。其既可保证梁箍筋加密区（箍筋间距100mm） 的抗剪切能力，同时又适当增加了梁非加密区抗剪承载能力，使梁的强抗剪性能更充分的体现出来。

2.4 地下室层数的输入处理

多层性的房屋框架结构房屋一般都设置了地下室结构。由于隔墙较少，所以常采用板筏基础。设计计算时应将上部结构和地下室层数结合在一起考虑，并于图纸中按实际地下室层数计算。这样，计算的基础底板和地基的纵向荷载可以一次设计完成。同时，通过对侧层移刚度性系数的比较分析，可以正确地调整和判断房屋的相应嵌固位置，并适当采取加固构造措施，以保证楼板的最小配筋率和必要厚度；然而当房屋结构表现纵向不规则时，要着重验算最薄弱层。

3、结构优化设计理论在房屋结构设计中的合理性评估

3.1优化理念要和房屋结构设计要面对同样的建筑设计方案

同一建筑的设计方案可以有很多种不同的结构设计与布置，即使在相同的荷载情况下如果确定了房屋的结构布置，也会存在很多不同类型的分析方案。在分析过程中对于设计的一些数值的取值也是在不断发生变化的。房屋建筑物的细部处理也是不尽相同的，对于这些问题是靠计算机优化设计无法完全解决的，必须要设计人员亲自对各项设计以及数据取值作出合理性的评估。而判断评估也只能是在结构优化设计的通常规律指导下完成，更有效的方法是依据据工程设计施工经验有目的有创建地进行判断。所以，概念优化设计是设计师对多种的备选方案的选择以及对单一方案完美化的过程，其存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

3.2 运用概念优化设计处理实际房屋设计问题

运用概念优化设计处理的问题是多种多样的。但是，可以肯定的说，通过概念优化设计房屋结构是能在各种各样可能出现的环境情况作用下使房屋破坏程度最小或者不受到破坏。所以，研究分析如何应对房屋可能遭受到的多种不确定因素是检测设计合理性的重要途径。地震作为最难预测，破坏性最大的事件是考虑建筑优化设计的重要因素之一。所以就要考证当前设计对地震等突发事件的抵抗性和合理性。刚度的对称均匀是降低地震破坏性的重要手段之一；延展性的设计是能有效防止房屋结构的脆性破坏的最佳选择等等。这些常用的抗震设计思想在整个房屋优化设计过程中都应该引起足够的重视，并用于理论上检测房屋设计是否合理。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

结语

传统的结构设计已无法满足现代建设的需要，优化结构设计技术是适应当前房屋建设的必然选择，在现代房屋建设中实行优化结构设计，不仅满足了房屋建设外观美观的基本要求，而且设计人员以“经济、适用、合理”为设计原则，大大降低了房屋建筑中的造价成本，取得了较大的经济效益，广泛应用于我国房屋结构设计中。

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