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摘要：城市现代化建设使得我国高层建筑不断出现，并且由于人们的要求其建筑施工的需要使得建筑技术的难度也随之增加。这就必须要对建筑工程的结构设计进行改进，使其发挥出更大的作用。基于此，本文对建筑工程结构设计的优化问题进行了探讨。
关键词：建筑工程；结构设计；优化
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
随着高层建筑高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大，因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度, 而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。同时，为了避免高层建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构、特别是薄弱层的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
1 建筑结构的相关分析
在建筑结构工程中，对其需要采取内力、位移等各方面的计算，在计算时需要从不同的程度进行相关方的计算，并完善计算方式以取得理想的数据。当前，对于结构整体分析可进行以下假定:
1.1 结构材料分析
线弹性对建筑结构的内力、位移假定时,一般想象成结构与构件处在弹性工作形势下,根据弹性理论进行研究,但框架梁及连梁等构件需要对局部塑性变形引起的内力重分布进行研究。对计算地震环境下的建筑结构的薄弱层变形时选择弹塑性分析方法。
1.2 刚性楼板分析
在計算高层建筑的内力与位移过程中通常假定楼板对自身平面内是无限刚性,平面外刚度极小且排除在计算外，当假定是刚性楼板时,在设计过程中就需要运用措施确保楼板平面内的整体刚度。
1.3 小变形分析
在所有方法中是经常运用的基本假定。但专家们在研究非线性问题(P—Δ 效应)后得出了新的结论，通常在顶点水平位移Δ 与建筑物高度H 的比值Δ/H>1/500 时,就应该将P—Δ 效应考虑在计算内。1.4 计算图形分析高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要包括了：一维协同分析、二维协同分析、三维空间分析。
2 建筑工程结构设计出现的问题及优化
2.1 基础拉梁设计的优化
多层框架房屋基础埋深值大时，为了减速小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.000 以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。一般说来，当独立基础埋置不深，由于地基不良或柱子荷载差别较大，根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20～1/30，高度可取柱中心距的1/10～1/15。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，要满足最小配筋率。基础拉梁顶标高通常与基础顶标高相同，当框架底层层高不大或者基础埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较大，以便用拉梁来平衡柱底弯矩。
2.2 框架梁、柱箍筋间距的优化
对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。根据这些规定，工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm，非加密区箍筋最大间距为200mm。电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，并以此为依据计算出加密区箍筋面积，由设计人员要据规范确定箍筋直径和肢数。但是，在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋，此时可适当增加箍筋直径或加密箍筋间距。对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm 时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm 引起配箍不足。因此，我们也应适当增加箍筋直径或加密箍筋间距。这里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值，并且不乘以剪力增大系数。
2.3 独立基础设计荷载取值的优化
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8 层且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不
起控制作用就不输入；另一种情况是，在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载柱脚内力设计值，只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础和上部结构的安全。
2.4 地下室层数输入的优化
多层框架结构房屋也有设置地下室的。由于隔墙少，常采用筏板式基础。在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写。这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层间侧移刚度比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等。当结构表现为竖向不
规则时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。如果在结构总体计算中，总信息填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。
2.5 框架计算简图的优化
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0.30m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1 输入。例如：某项目为3 层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.2m，基础埋深1.0m 基础高度0.7m，室内外高差0.30m。在7 度地震区该工程框架结构的抗震等级为三级。设计者按3 层框架房屋计算，首层层高取3.5m，即假定框架房屋嵌固在-0.30m 处的基础拉梁顶面；基础拉梁的截面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋
是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算过程中，应将基础拉梁按层1输入，基础拉梁输入墙荷，配筋按电算结果设计。
2.6 基础拉梁层的计算模型的优化
基础拉梁层无楼板，用TAT 或SATWE 等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋平面不规则，要特别注意这一点。
2.7 结构计算中几个重要参数的优化
所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、墙和柱的轴压比、柱底内力设计值、地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值及超筋超限信息等等。为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是非常重要的，这些参数要按照电算程序软件的有关规定设置，使结构设计更加合理。
结语
总之，随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。通过对建筑工程的结构进行优化设计处理，可以更好的实现建筑结构设计的整体优化，从而达到经济、科学及合理的设计要求。
关键词：建筑工程；结构设计；优化
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
随着高层建筑高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大，因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度, 而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。同时，为了避免高层建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构、特别是薄弱层的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
1 建筑结构的相关分析
在建筑结构工程中，对其需要采取内力、位移等各方面的计算，在计算时需要从不同的程度进行相关方的计算，并完善计算方式以取得理想的数据。当前，对于结构整体分析可进行以下假定:
1.1 结构材料分析
线弹性对建筑结构的内力、位移假定时,一般想象成结构与构件处在弹性工作形势下,根据弹性理论进行研究,但框架梁及连梁等构件需要对局部塑性变形引起的内力重分布进行研究。对计算地震环境下的建筑结构的薄弱层变形时选择弹塑性分析方法。
1.2 刚性楼板分析
在計算高层建筑的内力与位移过程中通常假定楼板对自身平面内是无限刚性,平面外刚度极小且排除在计算外，当假定是刚性楼板时,在设计过程中就需要运用措施确保楼板平面内的整体刚度。
1.3 小变形分析
在所有方法中是经常运用的基本假定。但专家们在研究非线性问题(P—Δ 效应)后得出了新的结论，通常在顶点水平位移Δ 与建筑物高度H 的比值Δ/H>1/500 时,就应该将P—Δ 效应考虑在计算内。1.4 计算图形分析高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要包括了：一维协同分析、二维协同分析、三维空间分析。
2 建筑工程结构设计出现的问题及优化
2.1 基础拉梁设计的优化
多层框架房屋基础埋深值大时，为了减速小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.000 以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。一般说来，当独立基础埋置不深，由于地基不良或柱子荷载差别较大，根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20～1/30，高度可取柱中心距的1/10～1/15。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，要满足最小配筋率。基础拉梁顶标高通常与基础顶标高相同，当框架底层层高不大或者基础埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较大，以便用拉梁来平衡柱底弯矩。
2.2 框架梁、柱箍筋间距的优化
对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。根据这些规定，工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm，非加密区箍筋最大间距为200mm。电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，并以此为依据计算出加密区箍筋面积，由设计人员要据规范确定箍筋直径和肢数。但是，在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋，此时可适当增加箍筋直径或加密箍筋间距。对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm 时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm 引起配箍不足。因此，我们也应适当增加箍筋直径或加密箍筋间距。这里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值，并且不乘以剪力增大系数。
2.3 独立基础设计荷载取值的优化
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8 层且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不
起控制作用就不输入；另一种情况是，在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载柱脚内力设计值，只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础和上部结构的安全。
2.4 地下室层数输入的优化
多层框架结构房屋也有设置地下室的。由于隔墙少，常采用筏板式基础。在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写。这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层间侧移刚度比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等。当结构表现为竖向不
规则时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。如果在结构总体计算中，总信息填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。
2.5 框架计算简图的优化
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0.30m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1 输入。例如：某项目为3 层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.2m，基础埋深1.0m 基础高度0.7m，室内外高差0.30m。在7 度地震区该工程框架结构的抗震等级为三级。设计者按3 层框架房屋计算，首层层高取3.5m，即假定框架房屋嵌固在-0.30m 处的基础拉梁顶面；基础拉梁的截面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋
是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算过程中，应将基础拉梁按层1输入，基础拉梁输入墙荷，配筋按电算结果设计。
2.6 基础拉梁层的计算模型的优化
基础拉梁层无楼板，用TAT 或SATWE 等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋平面不规则，要特别注意这一点。
2.7 结构计算中几个重要参数的优化
所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、墙和柱的轴压比、柱底内力设计值、地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值及超筋超限信息等等。为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是非常重要的，这些参数要按照电算程序软件的有关规定设置，使结构设计更加合理。
结语
总之，随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。通过对建筑工程的结构进行优化设计处理，可以更好的实现建筑结构设计的整体优化，从而达到经济、科学及合理的设计要求。