建筑结构优化措施大全11篇

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对建筑工程进行优化设计一直是建筑师们共同的目标,任何一幢建筑的结构设计方案提出之后，从结构选型和构件布置开始就已经存在是否优化的问题，再加上随后的每一个设计程序也都需要结构工程师去进行精心思考、准确计算和合理选用建筑材料等全过程的优化设计，才能最终产生优化的结构。结构优化设计不应仅仅在结构本身，而是应包括建筑的各方面，比如，提高建筑空间利用率、增加建筑投入使用后的舒适度和提高建筑的经济效益等。为此，科学地确定建筑结构优化设计几项基本原则并有效地按照这些基本原则去进行建筑结构设计，是非常重要的。

一、建筑结构优化设计的必要性

为了达到结构优化设计的目的，工程设计人员必须在保证结构安全的前提下，通过对建筑结构的理性分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计，使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济要求。通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价的目的。但是在实际的工程设计中，很多因素都制约了优化设计的开展和实施。比如，工程的设计进度的要求，使得设计人员根本无暇顾及到结构的优化设计要求，再者，由于知识水平的限制，傻瓜化的设计软件使得年轻设计人员对优化设计的理解缺乏，更谈不上有效合理的优化设计，大部分设计人员在所谓优化设计中总着眼于局部部位而忽略了结构总体方案的设计，没有从总体布局上考虑造价的控制。为此，为了降低工程造价的成本，提高设计人员在工程建设过程中对优化设计的设计把握非常必要，只有加强技术和经济效益的有效结合，通过合理的优化设计方案，达到降低工程造价的目的，创造更大的社会效益。

二、建筑结构优化设计措施

1.局部优化与整体优化

每个建设项目的设计都是包含其复杂性和层次性两个特点的系统的设计。从复杂性来讲包括结构选型、材料、构件选用等方面；从层次性来讲包括建筑设计系统、结构设计系统、设备安装系统设计等,其每个系统下面又包含多个子系统。设计过程中对每个小的分系统或子系统进行优化实际上等于割断了各局部之间的横向联系,最终叠加而成的工程并不一定能够实现最终的整体最优化。因此,对于任何建筑来说必须对其全局进行优化才能实现真正的优化。

2.分段优化与寿命期优化

任何工程项目在其寿命期内的各个环节中都有很多方案可供选择,即每个阶段都存在优化方案,设计人员应根据各阶段性质来决定对应的优化方法,即对工程寿命期优化,才能最终实现项目在每个阶段优化,但又不影响最终整个寿命期的优化。

3.桩基优化

桩基分为预制桩与灌注桩两种,由于灌注桩在成桩过程中其质量难以把握,且其施工周期远远长于预制桩,因此在满足沉降控制、上部承载以及基础总重的前提下应尽可能使用预制桩,同时,由于一般情况下随着基础深度增加,地基土对桩身的侧摩阻力及桩端阻力都随之增大,因此应尽可能选用较大长度的桩和桩位。为了能够尽量减少基础底板厚度以及钢筋用量应尽量采用轴线桩,使其尽量布置在剪力墙之下。

4.基础优化

在采用轴线桩的前提下,应尽量选用条形承台,若建筑物没有地下室时则应仅布置条形承台梁,有地下室时则应采用条形承台梁加止水底板,若建筑高度较低则承台梁高可以同地下室止水板厚度相同,建筑高度较高则其梁高应根据计算确定。止水板的荷载取值一般应根据其上部结构总重的20%与水浮力之和与上部结构总重的30%中大者来做为计算依据,但目前有人认为该值应以最不利水位来考虑水浮力,而地基土对地下室底板的作用占上部结构比例应根据沉降计算结果区别对待,其取值范围应在5%～20%之间。

5.上部结构优化

上部结构模型的建立以及优化应从合理的剪力墙布置开始,并应遵循剪力墙平面分布均匀、对称且楼层平面刚度中心与楼层结构重心相结合的原则,以尽量减小水平地震和风荷载作用下的扭转效应；若建筑房型允许应优先采用大开间剪力墙结构,并适当加长剪力墙墙肢长度,其既可以减少剪力墙墙肢总数也可以实现在楼层侧向刚度相同的情况下可以大大减少剪力墙的混凝土用量,同时由于在剪力墙结构中钢筋用量最大的部位是暗柱,采用大开间剪力墙可以在很大程度上减少暗柱的钢筋用量；但若建筑物所处地质条件较差但建筑对抗震要求较高的地段则应尽量避免大开间剪力墙结构；在墙柱都确定好后,连梁(跨高比小于5)的高度一般取窗顶与楼层之间的高度,而跨高比大于5的跨度较大的框架梁其高度则取跨度的1/12即可；对于建筑楼板厚度除应满足相应规定外,重要就是准确输入楼层层高及层数以正确计算各楼层对应的荷载；在这些基本构件确定之后则应进行人工修改、干预诸如梁端铰接设置、框支梁柱定义、混凝土容重、风荷载等相关定义及参数,尽量达到计算模型与实际建筑匹配；之后则应对设计结果进行电算,并必须分析电算结果的合理性。

6.建筑与结构专业的协调

设计过程中应尽量实现建筑结构与建筑平面密切配合,以实现结构合理、美观实用的结果。建筑墙柱布置应满足建筑物平面功能要求；各房间开间进深等应尽量统一便于构件标准化；建筑体系应尽量简单,墙柱不易错位,截面面积不宜出现明显变化,同楼层内标高应尽量一致,不宜设置错层即夹层结构；楼梯电梯等不宜布置在受力复杂或应力集中的转角部位,非承重构件应尽量选用轻质材料,承重构件选用高强材料实现减轻结构自重,建筑整体布置应力求简单、规则,并尽量保持建筑质心、刚心尽量重叠,防止发生扭转效应。

7.结构与给排水专业的协调

由于给排水专用房屋内含有设备及设备基础,其荷载往往远远高于其他房间,因此,水泵间应尽量设置在地下室或半地下室内；给排水房间内管道数量多、粗细不均,因此应确保预留孔洞及预埋件位置及尺寸准确,并对楼板孔进行局部加强,同时应尽量避免水平管道穿过梁柱；管道穿过承重墙时应采取加固措施；应尽量保证结构布置为管网系统创造条件,避免出现管道绕梁绕柱现象；建筑内尤其是高层建筑内空调设备通常与电梯、楼梯、卫生间等布置在核心区域,因此在结构设计时应重点考虑该类房间内楼面负荷,避免该类房间内由于管道多出现超载现象,另外由于设备层层高不同于标准层,且内部应力集中,因此应着重考虑该房间内抗震加固措施。

8.结构与电气专业协调

电气管线若以导线在金属管内沿墙或楼板暗装则对于预制结构带来很大困难,因此穿过梁的垂直管线应在预制时在梁内预留孔洞,并要保证梁宽与墙厚尽量一致,若不一致则应要求墙的一侧与梁的侧面平齐,以确保穿梁管线不外露于墙外；电梯机房内空洞、预埋件非常多其荷载相应增大,因此该房间内应进行单独计算来确定其强度,另外电梯井道一般除受竖向荷载外还受水平力作用,因此应单独校核其强度尤其是洞口处强度。建筑物尤其是高层建筑设计是一项复杂的系统工程,设计人员不仅要研究建筑地基、基础及上部结构的共同工作性,还应与各专业密切配合、协调,确保计算的准确性等方面实现建筑物的优化设计。

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在建筑结构设计中，优化设计不仅可以规范结构要求、将产品的质量和结构安全得到保证，还可以通过科学的结构设计、合理的构造方式、正确的计算方法来达到节约造价成本、将材料的性能得到充分发挥的效果。随着建筑市场竞争力的越来越大，提升建筑结构设计中的优化设计成了当今时代的主题。

1.建筑结构设计优化的基本要求

1.1满足优化设计的整体功能

在现阶段，实行建筑结构优化设计的根本原因是给人们带来更舒服、优质的生活住所，为住户追求更高的生活质量提供便利条件。随着国家经济的快速前进，人们的整体生活水平也得到了大幅度的提升，在这种条件下，人们对建筑的整体外观造型、舒适度和实用性提出了更高的要求，满足大众的需求是建筑结构优化设计的最终目标。

1.2建筑结构优化设计的整体效益需得到提升

对于建筑结构优化设计而言，在保证质量的基础上，还要注重经济效益的提升。建筑企业首先应对工程项目的成本进行有效的控制，选择新型、标准的施工材料，施工所用原料要合理预估，避免浪费；其次要提高施工人员的施工技术和能力，减少成本的投入，避免出现工程原料和人力资源浪费情况的出现，紧跟国家号召力，节约减排。真正实现从建筑结构选材方面实现优化设计，达到客户的满意，其实现利益的最大化。

1.3提倡环保设计理念

随着我国环保、节能理念的推广和普及，建筑企业的发展也应适应时代的发展，将绿色、环保的理念应用到实际的优化设计中，为社会的可持续发展出分力。在建筑结构的优化设计中，实现绿色设计主要表现在：第一，在对材料的选择应采用节能型、环保型的；第二，对于设备应用方面，应进行合理优化；第三，门窗等一系列硬件材料的选择上，应注重环保；第四，合理利用原料，采用循环利用原则，避免二次污染的产生。

1.4对于建筑结构的安全要素要进行综合、科学的考核

对于建筑结构的优化设计而言，不仅要考虑经济效益和功能，更要重视结构的安全性能和使用性能，没有安全优化的建筑结构，其他都是空谈。所以，在进行建筑结构设计时应采取优化方案，综合考核，将防患措施做到位，避免故障的出现。在保证质量和安全的基础上再进行经济效益的提升。

2.进行建筑结构优化设计的方法、思路

2.1重视优化设计理念的可行性和科学性

对于建筑结构的优化设计而言，它的最终设计效果的质量一直影响着整体的优化方案，所以，在进行优化设计方案的制定时，必须注重其可行性和科学性，避免质量问题的出现。在实际中，进行优化方案的制定时，应注重以下原则：第一，树立全局意识，从全面出发，对设计结构和各个节点之间的关系应充分考虑，将结构的承载能力得到提高，发挥其性能作用，增加利用率；第二，对于建筑配件的选择和运用方面，应采用合理科学的方法，确保配件的利用率得到最大程度的发挥，优化设计结构，降低成本投入，加大收益；第三，再进行优化设计时，应做到简易性和安全性并存，以降低在施工过程中因计算误差造成的损失和故障；第四，对于外力的影响应该充分考虑在设计范围中，应明确细节构件的不当就会带来不必要的损失，在设计过程中应考虑全面，否则就会造成原料的浪费、降级效益的低下，还会给以后的建筑工程埋下隐患。

2.2从方案制定和施工图设计两方面进行优化设计

方案制定阶段是建筑结构的理念设计，应该从各个方面进行优化。首先应该注重对建筑结构体系的抉择，对于多层办公楼的建筑工程而言，结构的可选择性较多，比如框架结构、砌体结构或者框剪结构等等，这就要根据设计师的整体四维、建筑功能的需求和经济利益综合考虑，选择最优的符合现状的结构体系。其次是建构的形体设计和控制，要注重抗震理念，在现阶段进行建筑的施工时，结构设计方面必须有安全保障，应进行全方位的考量。在形体进行选择时，应以规则为主，测力构件布置要对称，截面尺寸应自下而上向小的趋势转变，来避免承载能力不够发生的突变。例如，在对一栋居民楼进行结构设计时，抗震防裂能力应为8度，结构设计应为剪力墙形态，每个建筑单元之间都应该留有消防通道，把上方墙体用填充墙代替，这样就降低了由结构转换造成的构件不联系现状，所以规则性的结构形态可以带来更大的经济效益。施工图设计方面的优化，是指对水平构件和竖向构件的整体优化。在对结构设计进行操作时，墙柱截面不应该过大，可以很大程度上减少用钢量，降低成本的同时也保证了质量。墙柱在进行配筋时，应考虑结构的韧性，以达到控制截面的效果。

2.3设计工作人员应提升自身的综合素质和设计水平

在建筑行业里，设计人员的整体设计水平和素质能力对建筑结构优化设计的整体结构有很大的决定作用。随意设计人员应该大大的提升业务素养和设计能力，以确保设计工作的完美完成，提升措施主要为：第一，建筑企业的设计人员应加强自己艺术学、美术学、建筑学等各个领域知识的学习，结合实际工作融会贯通。把它们紧密结合，已实现优化设计的完美方案，设计出来的成果可满足人们的要求，符合大众眼光。第二，设计人员应该具备全局控制能力和意识，充分理解和考虑住户的需求，从实际情况出发，展开多方位的设计，达到建筑结构优化设计的整体质量和造型全面的掌握；第三，设计工作必须加强自身的责任感和任务感，发挥自身的最大潜能，实现小投入大回报的效果，最终实现节约成本，经济效益的最大化。第四，设计工作人员对于施工的流程必须正确把握，确保设计可以在施工中顺利开展。第五，设计工作人员应对工作经验进行及时总结，并将设计特长得到有效利用。第六，是设计人工作员对建筑结构的各节点的抗震能力和和承受力度明确清晰，对施工材料懂得如何进行合理选择，准确把握各种结构的不同尺寸。第七，是设计人员在进行设计中应该具备创新精神，通过以往的工作不断总结经验，努力创新优化模式，实现建筑设计结果的完美呈现。

因此，通过建筑结构的优化设计来实现工程的低投入、高收入是明智之举，正确处理好施工技术与经济效益的完美统一是成本控制的关键。对建筑工程进行优化设计是工程师和设计师的共同目标，它是系统的、全面的、科学个过程，不能只片面的强调降低投资，而应注重技术、投资和效益综合考虑。在建筑工程中影响成本投入建筑质量条件有很多，必须充分考虑各个环节，力求优化每个节点，才能实现结构优化设计完美结果，促进我国建筑企业的可持续发展。

3.结语

综上所述，建筑结构优化设计的现实意义，必须通过对设计的环保、安全、可使用性的综合考虑来实现，设计人员应该有全局观念，时刻把握设计的动态和发展趋势，以提高优化设计的利用性，需要设计人员拥有较高的业务素养和设计能力。提高原料的利用率、优化配置，提高建筑企业的经济效益，在确保建筑结构质量的基础上，实现企业发展的小投入高回报。

参考文献

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中图分类号：TU24文献标识码： A

前言

随着社会经济的不断快速发展，建筑市场的竞争力也在不断的加强。为了有效的保证建筑施工企业在激烈的市场竞争中占有一席之位，使得人们可以居住的更加舒适和安全，相关的施工单位必须要对施工的设计和方法进行不断的研究。因此，在房屋建筑项目中，其结构的资金投入入占总体投入比相对较高，利用对结构设计的不断优化，不但可以保证房屋建筑的质量安全，同时还可以减少项目资金投入，增加企业经济收益。在设计人员进行房屋建筑规划时，自建筑预案形成以后，房屋的结构从选取到布置就包含能否优化的相关事情，再加之后续施工的细致规划、精确计算，就可以对建筑施工的整体过程进行结构优化。

1.建筑结构设计优化的重要性

在房屋结构的设计中，采用合理的建筑结构优化方案，不仅能够实现建筑物的实际使用价值，还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。此外，好的结构方案还可以最大程度上减少建设单位的资本投入，为企业带来更多的经济效益，还可以保护建筑施工现场的生态环境，实现经济利益与环保相结合的良好经营模式。因此，合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建筑物的综合效益。建设单位开发建筑物的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、建筑材料使用的基础上，实现建筑物的高质量和长期使用。况且建筑物只有在保证良好质量的基础上实现其美观、耐用、新颖等特点，才能够满足不同人群的需要，为企业带来更多的经济利益。与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计优化模式可以降低建筑成本。其采用的设计优化措施可以有效地实现建筑施工中各个资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且协调好房间的布局，使得这些布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑物安全性能的前提下能够充分的体现出其创新性。此外，这种技术还能够帮助设计人员选择最为合理的设计方式。

2.建筑结构设计优化的措施

2.1、对结构设计进行优化

建筑结构的优化可以分为以下几个阶段：（1）是对变量的选择。一般情况下，建筑师决定的最终建筑设计方案起到重要的作用，这些重要的建筑数值均可以作为变量供建筑设计人员进行选择。例如:工程参数的参考，包括对房屋价格的参考、对于其损失的参考等等。设计人员若能够将变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考，建筑结构的设计和编程难度将会大大降低，设计人员也能够更快的找到最符合设计目标的数据。（2）是对函数的确定。设计人员要选择出最符合配筋率和房屋结构构件尺寸的一组函数，进而在最大程度上降低建设成本。（3）是对施工条件的衡量。想要进一步确保建筑结构的稳定性，就需要从房屋的受力限度、变形限度、结构的稳定性、房屋结构构件的尺寸、结构构件裂缝的限度、房屋的结构体系等方面考虑。在实际的建筑结构设计过程中，设计师应该结合建筑使用方案和房屋的施工条件，分析出实际设计中存在的约束性条件，并且要确保解决这些约束性条件的方案要符合我国现行的规范规定，以保证建筑结构的设计结果达到最优。

2.2、建筑和设计同时进行优化

在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。

2.3、结构和排水同时优化

因为建筑中的给排水专用房间包含了大量的机械设备，其荷载强度也较普通的房屋较大。所以，尽可能将水泵房设置在地下室区域中。给排水房间中的管道较多，粗细不一，所以，应保证预留的孔径尺寸及预埋的深度符合标准，并且对楼板的穿孔位置进行加固。另外，尽可能降低水平方向的管线贯穿柱、梁等结构出现的几率。如果管道贯穿房屋建筑的承重墙，应进行加固维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，预防管道绕柱或梁的情况。

2.4、对结果分析进行优化

结果分析是房屋结构设计优化过程中非常重要的一步，它直接关系到优化设计方案的最终选择。程序运算的结果只是为房屋结构设计优化提供参考依据和备选方案，并非最终结果。由于上述模型函数主要体现的经济成本上的优化，在结果分析时，设计者需要把更多的因素纳入思考范畴中，在详细地比较分析基础上，选择出最佳的设计方案。前文已经提到，现代社会的建筑，不仅要满足实用功能，同时还需要满足使用者的审美需求。造价成本和工程质量不再是优化设计的唯二标准。设计者需要从安全性、耐久性、使用功能、经济效益、施工要求、美观程度，以及和周围环境的和谐统一等方面进行全方位多角度的考虑，要分析各种因素的影响，从使用者、建设方等多个角度考虑，综合各方意见进行比较。任何考虑上的偏颇和疏漏都有可能造成建筑设计上的缺陷，从而影响建筑的正常使用。必须平衡使用各种资源，才能实现结构设计的最优化。

2.5、概念设计优化

房屋结构设计优化的方法多种多样，每一种方法有其适用性，要根据不同的建筑设计效果和建筑环境来决定。在选择合理的优化方案过程中要对房屋建筑工程的实际情况进行了解和分析，保证优化方式的适用性和经济性。概念设计是结构优化中常用到的一种方法，可以通过设计人员的经验来选择灵活的设计方案。对于已经确定结构布置的房屋，会在考虑相同荷载作用的情况下选择不同的分析方法。房屋建筑的设计选用的设计参数指标、选择用的建筑材料和荷载标准值得去法等都有很大的不确定性，在实际工程过程中，会出现与现实不符合的情况。这些因素的影响性可以通过设计人员来判定。经验丰富的房屋建筑设计人员，可以根据自身的经验和以往的数据作为参考，对房屋建筑的情况进行全面综合的考虑，然后做出合理正确的判断。把工程中“人”的灵活性和智能型发挥的淋漓尽致。房屋建筑结构中概念优化设计的关键点是设计人员的理论知识和实践知识，理论知识和实践知识越丰富的设计人员越能够实现对房屋结构的优化设计。房屋概念优化设计的关键在于设计人员的经验积累，经验越丰富的设计人员，就越能实现房屋建筑结构的优化设计。

结束语

在目前，建筑结构设计优化在建筑行业中具有良好的发展前景和应用的意义。将这种优化的模式充分的在建筑结构设计中应用出来，就可以在建筑土地价格上升的今天，以最低的建设成本实现建设单位对建筑结构的要求。在对建筑结构优化设计的过程中，有效的控制建筑工程的造价，使得房屋建筑的成本实现最大化的经济效益。设计人员可以通过合理的结构设计，使得房屋结构在整体上达到安全、舒适和经济的目的。这种建筑结构优化模式，不仅为建设单位带来了比较客观的经济利益，还能够为广大住户提供更多的户型选择，进而有效地节约了建筑用地。

参考文献

[1]龚强.房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].江西建材,2014,13:25.

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框剪结构是由框架结构和剪力墙结构体系组成的一种结构体系，是由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和耗能性能良好的连梁共同组成的一种结构体系。在高层建筑的结构设计中，框剪结构由于其能为建筑使用提供较大的平面空间，又具有整体性好、抗震性能好及较大的抗侧力刚度等优点而得到广泛应用，特别是用于结构平面和功能复杂的高层办公楼、医院病房及酒店等高层建筑。但在实际设计中仍然存在着一些问题有待进一步的解决。本文将对建筑框剪结构优化设计措施进行了探讨和思考。

1 工程概况

某高层建筑工程，主楼地下1层，地面19层，裙楼高3层，主楼总建筑面积18844 m2，裙楼总建筑面积8556 m2，建筑平面如图1所示。

1.1 结构承重体系设计

根据国家抗震区划图，待设计建筑地区的基本烈度为7度，相应地主楼结构部分的抗震等级为二级，裙楼部分的抗震等级为三级。结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应，主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应，还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋砼框架结构形式，主楼采用框架—剪力墙承重结构体系。

本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状基本上为正方形，楼梯均设置在角部位置，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间设在主楼结构的两个对角位置，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。

1.2 建筑缝的处理设计

本建筑由主楼和裙房两部分组成，在二者的连接部位需设置建筑缝。考虑到主楼部分高度较大、结构有效重量大，裙房部分高度较低，因此二者间需设置防震缝和沉降缝。对于防震缝，为避免主楼和裙房间连接部位留出较大的宽缝，给裙房屋顶防水处理带来困难，本建筑采用“抗”的方法，在结构分析时，将主楼和裙房视为一个整体进行抗侧力设计计算；对于沉降缝，结合主楼需设一层地下室的建筑要求，设计中将主楼基础设计成桩基础，而将裙房基础设计成柱下条形基础，通过两类基础的沉降变形计算，相应调整和消除主楼和裙房两部分的不均匀沉降差。施工时，在主楼和裙房连接部位预留1.5m宽后浇带，通过施工手段局部调整高低两部分间的沉降差。

1.3 基础设计

根据《工程地质勘察报告》提供的场地工程地质条件，并考虑主楼和裙房间荷载分布的不均匀性特点，主楼部分结合地下室的设计采用深桩筏板基础，以提高主楼结构的整体稳定性，降低主楼部分的沉降变形。

裙房部分采用柱下条形基础，通过修正条形基础的宽度来调整基底反力，进一步控制裙房部分的基础沉降变形，使主楼结构和裙房结构在各自使用荷载作用下，能产生基本上一致的基础沉降变形量。

2 结构优化设计策略

钢筋砼框架—剪力墙结构是高层建筑结构中最常采用的承载体系之一，它同时具有框架结构建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面易于处理，以及剪力墙结构抗侧移刚度大、整体性好、抗震能力强的优点。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。但钢筋砼框—剪结构是一个具有双重承载体系的非常复杂的空间受力体系，力学分析难度较大，其优化设计就更为复杂和难以实现。所以，尽管国内外学者对此做过许多有益的尝试，但框）剪结构的优化设计还存在很多具有重大工程意义和科学意义的课题。

2.1 框架结构的分部优化设计技术

钢筋砼框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构，其荷载效应不仅与外荷载大小有关，还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋砼框架结构的分部优化设计，即是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和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程，计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果，但通常能给出工程实用的满意结果。

钢筋砼框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为：

（1）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸；

（2）结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋砼结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件的控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力；

（3）截面优化设计：针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计，得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，从而构成新的优化意义上的设计结构；

（4）收敛性判断：在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步的可行性判断，否则转回第（2）步重新进行结构分析、优化设计；

（5）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

2.2 框—剪结构的三阶段优化设计策略

框—剪结构的设计主要涉及三个方面的优化问题：一是结构最优设防水平的决策，二是框架与剪力墙结构协同工作，以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计，三是框架——剪力墙结构构件的优化设计问题。

高层框—剪结构在水平荷载作用下的协同工作问题，主要是水平荷载在框架和剪力墙结构之间的分配设计，因此剪力墙数量和位置的设计是关键问题。这里，我们将框）剪结构的优化设计过程分为三个阶段进行，对不同阶段的不同问题，采取不同的优化准则进行优化设计。

（1）第一阶段：最优设防水平Id的优化决策

根据地震危险性分析结果或地震区划规定，在预测地震烈度概率分析基础上，用模糊综合评判法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度、损伤等级概率和震害损失的预估期望值E（Id），在满足最大投资约束和最大损失约束条件下，使k1C（Id）+k2k3E（Id）达到最小，求出最优抗震设防烈度Id。

（2）第二阶段：剪力墙构件的优化设计

剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合，可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要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前提下的变形能力。因此，可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层间位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。

（3）第三阶段：框架结构的优化设计

框架结构的优化设计准则是一个结构准则，在一次整体分析完成之后，可按照前述方法对框）剪结构中的框架部分进行优化设计。

（4）框）剪结构的优化设计步骤：

1）分析结构平面、立面布置特点，根据工程经验选定剪力墙抗侧力构件的布置位置及几何厚度；

2）根据结构使用荷载特点，根据经验归并框架结构类型，并初步选定每一类型框架结构梁柱构件的几何尺寸；

3）进行整体结构的空间内力分析；

4）根据结构分析计算结果，检查结构的层间位移及顶点总位移是否满足规范要求。若满足规范要求，则转入第5）步进行判断；若不满足规范要求，则直接返回第1）步，进行剪力墙水平截面面积的修正；

5）刚度最优化判断：比较结构实际侧移值和规范限值，若︳max（δ/h）-[ δ/h]︳/[δ/h]≤ε1且︳max（Δ/H）-[Δ/H]︳/[Δ/H]≤ε2，则转入第6）步进行计算；否则转入第1）步，并用原剪力墙厚度乘以修正系数ζ=max{ζ1，ζ2}（ζ1=[δ/h]/max（δ/h），ζ2=[Δ/H]︳/max（Δ/H）），来修正剪力墙几何尺寸，重新进行结构分析；

6）分别进行剪力墙和框架结构构件的截面优化设计；

7）收敛性判断：比较优化结构与原结构的接近程度，若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步进行可行性判断，否则将优化结构作为原结构转回第3）步重新进行结构分析、优化设计；

8）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

3 工程实例

采用三阶段优化设计方法对前述高层框-剪结构进行优化设计，在正常承受灾害损失能力和投资能力较强时，最优设防烈度为7.5度。后经专家论证，并考虑到资金投入的难度，提高了权重系数k1，最优设防水平按7度设计。图2为主楼部分框剪结构标准层结构布置图，表1所示为主要结构构件截面尺寸的优化设计结果。

4 结论

总之，框剪结构融合了框架和剪力墙结构的各自特点，得到了很好的互补，合理的设计能够突出该结构的优势，提高建筑的抗震性能和使用品质。因此，在结构设计时应该在整体考虑下进行结构布置，计算后在整体考虑概念中调整修改，不惜调整多次，这样才能达到结构整体受力分布更均匀，造价更经济的目标。

篇（5）

随着国民经济的不断发展，人们对于居住环境和质量的要求越来越高，因此，合理设计和优化民用建筑结构是势在必行的，这样才能满足人们的需求，使我们的建筑更加具有较高的舒适度和稳定性，不仅如此，还能实现民用建筑建设成本的最大化降低，使民用建筑不仅具有经济效益，还能满足社会效益，实现最大化利益。

1 民用建筑结构设计原则及几种常见的民用建筑结构设计

1.1 民用建筑结构设计原则

民用建筑在进行设计时，必须以民用建筑结构的设计原则为参考标准，在设计简化的基础上，使民用建筑结构设计更加具有科学性和有效性，进而使民用建筑结构的使用周期和稳定性得到保障，避免出现各种问题在结构设计中，甚至是在使用过程中。

1） 经济适用原则： 在设计建筑结构时，要以建筑环境为依据，选择适合的建筑结构设计要求和施工工艺，使施工环境与施工流程相符。 除了考虑适用性外，还必须考虑经济性，所选择的建筑材料必须具有较高的性价比，实现工程成本的最大化节省，使施工单位的投入降到最低；

2） 安全坚固原则： 在设计建筑结构时，应该充分使用新的建筑结构技术，不仅能够确保建筑结构的安全性，还能保证其合理性，只要保证建筑结构具有安全性和合理性，才能使人们的财产安全和建筑工程质量得到保障，这样建筑在使用时，不仅可以保证施工现场的安全，降低施工事故的发生率，还能确保使用的稳定性；

3） 美观实用原则： 现阶段，人们生活水平逐步提升，人们的居住观念也有了较大变化，不仅要保证建筑结构的实用性、 稳定性、 安全性，还必须具有美观性，只有在设计时，考虑到这一原则，才能与人们审美需求相符合。

1.2 几种常见的民用建筑结构设计

在设计民用建筑结构时，必须是建筑具有足够的使用空间，确保建筑物的相对稳定性及设计的合理性，与人们的要求相符。

1） 砖混结构： 在建筑物中，砖墙或其他类砌体为竖向受力构件，钢筋混凝土结构为横向受力构件，主要承受的压力来源于屋面、 楼面和梁，此种结构为砖混结构。 试用范围为多层建筑、 房间面积较小或是开间进深不大的低层。 在结构设计时，主要的受力构件就是墙体，因此，墙体必须具有抗震性和足够厚度以及稳定性。 同时，在设计时，还应该考虑施工过程的方便性与快捷性，以最短工期确保施工工作的顺利进行；

2） 框架结构：在建筑物中，框架主要由梁和钢筋混凝土组成，这种结构体系可以承担侧向水平力和竖向荷载。 在平面布置中，框架结构较为灵活，有利于较大空间的布置，且具有良好的抗弯能力和抗震性能，可以进行多功能使用。 由于构件截面尺寸有限，框架结构在设计房层高度上也受到影响；

3） 剪力墙结构： 侧向水平力荷载和竖向荷载是由钢筋混凝土墙来承担，这种结构体系就是剪力墙结构。 钢筋混凝土墙具有承受荷载和分割空间的双重作用。 由于钢筋混凝土墙为主要受力构件，所有此结构具有较多优点，比如较强的整体性、 较好的抗震性与较大的刚度，且剪力墙结构具有较大的适用范围，有利于建筑物的高层设计。 但是，由于受到间距影响，剪力墙具有较大的开间距，因此，结构的灵活性比较差；

4） 简体结构： 在现代建筑中，简体结构广泛应用于高层建筑中，具有较强的防震能力和较好的刚度结构。 简体结构的主要组成部分就是框筒结构和核心筒组成，此种结构具有较好的整体性、 较大的抗侧刚度和灵活性，且使用空间比较大。 对于来自水平的荷载，简体结构能够实现有效的抵抗，因此，对于超高层建筑较为适合。

2 民用建筑结构设计中存在的相关问题

1） 如今，在民用建筑结构设计中，很多不合理设计现象存在较多，多数设计人员在设计建筑结构时，以最大化的使用空间为主要目的，而忽视了防震墙的设计，使建筑物在使用过程中，存在较大的安全隐患；2） 设计方案与施工不相符，在实际施工过程中，一旦存在此种问题时，施工人员就会对设计方案进行擅自更改，致使设计过于粗糙简单，使建筑施工存在较大不合理性； 3） 设计图纸存在较多漏洞，没有详细标注安全等级、 耐火等级及消防等，使得建筑结构与实际施工存在差异，不能满足居住标注。

3 民用建筑结构优化措施

3.1 保证和提升设计质量

现阶段，在民用建筑结构中存在较多问题，比如设计粗糙、 标注不全、 违反规范条文等，在施工之前，这些问题都应该得到解决，因此，对设计人员具有较高要求，必须具有较强的职业素养和专业知识。设计人员应该定期参加各种专业培训，使自身的责任心和专业水平得到提升，在设计过程中，能够端正态度，使建筑结构的设计质量和水平不断提升。 在进行设计方案选择时，必须严格审查设计方案的资质和相关证书，不仅可以从源头上保证整个工程的质量和安全性，还能使建筑结构具有较高的设计质量。

3.2 民用建筑结构模型的优化

民用建筑结构的好坏，与国计民生息息相关，即建筑工程与人民群众具有紧密联系，因此，在设计民用建筑结构模型时，应该对设计方案进行合理性优化，保证房屋的各个细节都能得到合理性优化，比如围护结构、 结构体系等，使建筑具有较好的承重能力。 在设计建筑结构模型时，经济性原则、 安全性原则是不可忽视的，同时，想要最大化实现经济效益，必须使建筑结构成本降到最低。

3.3 民用建筑结构设计安全性的提高

如今，自然灾害频繁发生，而多数民用建筑结构缺乏相应的抗震设计，结构设计不合理现象比较严重。 因此，合理科学的民用建筑结构设计，才能保证建筑结构的使用寿命和安全性。 在进行民用建筑结构设计时，选择的结构类型必须具有合理性。 现阶段，钢结构应用的较为广泛，与传统结构相比，此结构具有工期短、 质量轻、 强度高等特点，与民用建筑结构设计安全性的提高是相吻合的。

3.4 进行计算机编程

虽然利用计算机来计算和分析结构设计优化的模型函数存在一定的优势比如简单易行，但是利用计算机来进行分析操作的同时要先做一个计算机的编程，建立好这个编程才能进行运算，进行建立计算机编程的操作也是需要一定的资费的，因此也要合理设计所建立的计算机编程，使其能够合理计算并分析出函数模型的结果，此外，也要考虑到建立计算机的编程所需要的费用，合理运用经费，保证操作的合理性、科学性和经济性。

3.5 实例分析

在运用上述优化理论对某七层民用建筑工程设计中，将建筑工程所处地区的水文地质、温湿度、风向风速及降水量等因素进行了全面分析，并进行了结构优化工作。包括：1）建筑基础拉梁设计优化，针对高层较低设计较大基础拉梁，保证建筑抗震结构及拉梁正负弯矩与建筑上部混凝土框架处于一致状态。2）基础荷载设计优化，因该建筑层数不多，在进行优化时，只需考虑到风荷载问题。3）框架结构设计优化，应用准则法，通过递推公式，最终获得优化结构。4）计算周期设计优化，对建筑结构计算周期进行一定的折减.如填充墙砌体属于轻质型，则折减系数控制在 0.7～0.8 范围内；如填充墙砌体为重质型，则其折减系数控制在0.6～0.7 范围内。

4 结束语

综上所述，设计和优化民用建筑结构是一项庞大且复杂的系统工程，在不断探索和改革的基础上，使民用建筑结构更能符合设计要求，更具有合理性和科学性，与当今社会的环保理念并驾齐驱。 想要优化民用建筑结构设计，提升设计人员的素质和能力也是必不可少的环节，能够保证设计方案的合理性、 科学性、 安全性及可持续性。

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伴随着社会经济的不断发展，建筑市场的竞争力也逐渐增强。为了确保民用建筑的安全、外观，相关施工企业就应对施工设计及方法进行深入研究。因为民用建筑建设中，其结构的资金投入占总体投入比相对较高，所以，在建筑设计的过程中，不仅仅要注重建筑的质量和功能的形成，还应该在此基础上实现建筑的成本节约和空间优化，以更好的现有的资源，发挥最大的使用功效。而这一切都要靠相关的结构设计优化来实现。

1 房屋建筑中结构优化方法的重要性

随着人们生活水平的提高，人们对于建筑的要求也不断的呈现多样化发展的趋势，也就是说现代人们在人口和土地矛盾日益凸显的情况下，对于建筑的成本控制的考虑也是非常重要的。所以，在建筑设计的过程中，不仅仅要注重建筑的质量和功能的形成，还应该在此基础上实现建筑的成本节约和空间优化，以更好的现有的资源，发挥最大的使用功效。而这一切都要靠相关的结构设计优化来实现。对建筑的结构进行设计优化可以全面发挥机械设备及建材的性能，同以往的结构设计相比，更具优势。对建筑的结构进行设计优化可以降低工程造价的资金投入，为企业赢取更高的收益。同时，还能够把房屋结构中的各个单元进行有机整合，提高建筑的质量，保证人们的居住安全。所以，对房屋的结构进行设计优化是保证民用房屋经济性更好、适用性更强的重要方法之一。目前来看，结构优化设计理论已经逐渐的进入了我国的建筑领域，其主要的意义在于对建筑过程中的建筑环境和品质进行全面的综合，以保证用户的实际使用感受得到提升。在这个过程中，建筑结构的质量控制和管理就必须要结合使用一定的经济适用原则。但是，在现实的施工设计优化中，因为受到多方面条件的限制，施展起来十分困难，无法充分发挥其优越性。例如：一些施工企业过于追赶工程进度，从而导致对房屋的设计效果造成影响；很多年轻的项目设计人员因为缺少工作经验，无法进行设计优化；还有的设计人员因为对建筑部分的过分关注，从而对整体建筑的设计预案造成忽略，影响了整体造价。从中可以看出，建筑项目的设计人员应把施工技术同经济收益紧密的联系起来，唯有规划出切实可行、效果良好的设计预案才可以保证企业获取最大收益。

2 结构设计的优化措施

2.1 整体优化和局部优化任一项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一房屋建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。

2.2 寿命优化和分阶段优化每一个项目工程在限定的使用期限中，每一环节都有多种设计方案供以挑选，也就是每个阶段都可以进行方案优化。房屋设计人员应该依据各个阶段的性质对优化方法进行确定，从而对整体工程的寿命进行优化，保证建筑的施工质量，增加企业经济收益。

2.3 桩基础优化桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。

2.4 对上部结构进行优化想要对房屋建筑上部结构进行模型建立及优化，首先应合理布设剪力墙。保证剪力墙的质量均匀，使对称楼层的平面刚度中心点同楼层的结构重心相重合，从而削减地震、风力等外部荷载作用的扭转影响。假如房屋类型允许，尽可能应用大开间的剪力墙构造，同时增加剪力墙的墙肢长，这样，不但可以缩减墙肢的数量，同时还能够在保证刚度符合标准的基础上降低混凝土使用数量。另外，因为剪力墙中的暗柱一般应用钢筋建材，如果应用大开间的剪力墙构造能够缩减钢筋的使用该数量。然而，假如建筑所在地区的地质情况较差，而建筑对抗震性能的要求较高，那么，就不应采用大开间的剪力墙构造。

2.5 结构同建筑的协调优化在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。

2.6 结构同排水的协调优化因为建筑中的给排水专用房间包含了大量的机械设备，其荷载强度也较普通的房屋较大。所以，尽可能将水泵房设置在地下室区域中。给排水房间中的管道较多，粗细不一，所以，应保证预留的孔径尺寸及预埋的深度符合标准，并且对楼板的穿孔位置进行加固。另外，尽可能降低水平方向的管线贯穿柱、梁等结构出现的几率。如果管道贯穿房屋建筑的承重墙，应进行加固维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，预防管道绕柱或梁的情况。

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中图分类号：TU318文献标识码： A

引言

随着经济建设的快速发展，城市人口不断增加，建筑用地资源非常紧张，在这种情况下，高层建筑以其大容积率得以在城市中快速发展起来。高层建筑垂直高度较大，而且结构较为复杂，这就需要选择适宜的结构形式，来确保高层建筑的稳定性。目前框剪结构不仅能够有效的确保使用空间的最大化，而且抗侧力刚度也较好，所以在当前高层建筑结构设计中得以广泛的应用。在进行框剪结构设计过程中，需要对其设计进一步优化，确保建筑结构能够更好的满足建设可靠性的要求。

1框架剪力墙结构概述

框架-剪力墙结构，即框剪结构，是在框架结构布局中，应用一定数量的剪力墙来构成灵活自由的利用空间，从而满足不同建筑功能的要求。这种结构要具备足够的剪力墙、相当大的刚度、以及框剪结构的受力特性，这就需要把两种具有不同抗侧力的框架结构和剪力墙结构组成新的受力形式，所以它的框架与其他纯框架结构中的框架不同，剪力墙在框剪结构中和剪力墙结构中的剪力墙也不尽相同。

框架-剪力墙结构体系是由框架和剪力墙两种结构重新组成的结构体系，框架和剪力墙等竖向承重单体一起承担着竖向荷载，而水平荷载主要由具有较大刚度抗侧力单元的剪力墙来承担。这种结构体系不仅具备了框架和剪力墙结构的长处，而且在某种程度上达到了扬长避短的目的，使建筑功能要求和结构设计得到更好的协调。根据框架-剪力墙结构的概述可以得知，这种结构不仅具有框架结构布置灵便、使用简单的特点，而且也有较大的刚度和较强的抗震能力，因而被高层办公建筑和旅馆建筑广泛应用。

2建筑结构设计中剪力墙结构优化设计

2.1结构布置。在高层住宅的框架 － 剪力墙结构中，剪力墙与普通剪力墙结构相比存在一定的差异。下部楼层中，剪力墙的位移较小，因此，可以拉着框架按照弯曲型曲线变形，由剪力墙承受大部分水平力;而在上部楼层，剪力墙的位移会越来越大，并且呈现出外侧的趋势，因此，框架趋于内收，拉着剪力墙按照剪切型曲线变形。框架除了负担外负荷产生的水平力，还需要负担拉动剪力墙的附加水平力，而剪力墙不会承受任何的荷载水平力，还因为给框架一个附加水平力，而承受负剪力。因此，在上部楼层，即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也会出现相当大的剪力。作为主要的抗侧力构件，剪力墙在结构中的作用是非常巨大的，如果在设计时，仅仅在一个主轴方向布设剪力墙，很可能造成两个主轴方向抗侧刚度的巨大的差异，在没有设置剪力墙的主轴方向，会因为刚度不足，无法与另一个主轴方向相互协调，在振动作用下容易导致结构的扭转破坏。因此，该工程设计中，在两个主轴方向都布置了剪力墙，形成了双向抗侧力体系，可以有效减少层间侧移。

2.2剪力墙结构设计的优化

（1）对于剪力墙的结构设计应该按照主轴的方向或者是其他的方向进行双向的布设，这样能够进一步优化空间结构，为了更好地体现抗震的性能，不能进行单向的剪力墙设计，同时还要尽量把两个方向上的抗侧刚度保持相对比较接近的水平上，这样能够增强剪力墙结构在空间上的性能和表现，能够将剪力墙结构的性能得以充分的发挥，从而使得可用的空间进一步加大，同时剪力墙的密度不能过大，使其在侧向刚度上有比较好的表现。

（2）在剪力墙的肢截面设计上应该尽量确保其具有比较简单的结构，剪力墙各个方面的刚度不应该有太大的差距，同时剪力墙的门窗洞口不应该出现参差不齐的现象，将其进行成列的布置，使得墙肢结构和连梁结构都非常的明显，同时还要按照一定的规则对应力进行一定的控制，还要能够很好地符合设计图纸的要求，设计最终要达到相关标准的规定，保证其安全性和可靠性，在各个部分的强度上也不能出现非常大的差异，如果剪力墙结构出现了施工和设计上的失误要在剪力墙的内部将配筋设计成框架的形式。

（3）对于较长的剪力墙结构应该按照相关的要求开设洞口，将其的程度均匀地分成若干段，墙段之间可以采用弱连梁进行连接，每段墙的高度都应该进行严格的控制，其与总高度的比值要在2 以上，这样可以很好的防止剪力出现减弱的状况，在进行抗震设计时应该框架柱的相关要求进行设计。

（3）剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。

（4）在剪力墙结构设计过程中，应当注重抗震的作用，尽量避免单向布置，按照双向布置的原则，使受力方向的抗侧刚度逐渐接近，形成一个良好的空间结构。利用空间的充足性，减轻结构的重量。剪力墙的门窗洞口要成列布置，墙肢截面简单，与连梁分布规则，当出现错洞或者叠合错洞的情况下，腔内的配筋要形成框架的形式。由于剪力墙结构的抗侧刚度受布置结构影响较大，如果出现突变的情况，对抗震非常不利，在对剪力墙进行结构设计时，要坚持从上到下连续布置的原则，改变墙体的厚度和混凝土的强度等级，减小侧向沿高的高度。站在多种角度，从多方面出发，进行结构分析，注重和考虑抗震等级平均轴压比带来的影响及其稳定性的相关要求。

2.2剪力墙结构计算优化

在剪力墙结构计算方面进行优化时，应当遵循楼层最小剪力系数的调整原则、连梁超出限值的调整原则、楼层最大位移和层高之比的调整原则、结构扭转为主的第一自振周期和以平动为主的第一自振周期之间的比例调整原则，使计算结果无限地接近规范值。

剪力墙结构的刚度不宜过大，在满足楼层最大层间位移与层高之比满足规范的基础上，以规范规定的楼层最小剪力系数为目标，使计算结果无限接近规范值；控制好结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9；在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。剪力墙连梁是否超限；剪力墙底部加强区的轴压比是否满足规范要求。

结构工程师应针对不同的项目进行合理的分析，选择与实际情况最接近的受力模型并充分了解所使用软件，合理选用计算参数，只有这样才能够做到结构安全，技术经济合理。

结束语

综上所述，社会经济的发展，使土地利用率大幅度提高，土地资源越来越贫乏，高层建筑成为建筑业发展的一种趋势，剪力墙由此诞生。相对于其他建筑结构而言，剪力墙外观精美，经济适用，并且受到广大开发商和业主的喜爱，在建筑结构中应用越来越广泛，经济发展刺激着人们的生活需求，剪力墙的优化设计势在必行。

参考文献

[1]JGJ3－2010，高层高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB50011－2010，建筑抗震设计规范[S].

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中图分类号:TLl973.16

文献标识码:B

文章编号:1008-0422(2010)05-0165-02

1　引言

近几年来,小高层住宅建筑中短肢剪力墙这种结构形式越来越多,短肢剪力墙是较常用的构件。这种结构形式平面布置时利用楼梯间、电梯间、山墙、分户墙布置一般剪力墙,其余布置短肢剪力墙。这种布置既使厅和卧室没有突出的梁柱,又能通过调整剪力墙的位置满足现代居住空间的要求,因此深受开发商和住户的青睐。

短肢剪力墙特别是墙长不大于5倍墙厚的墙肢的抗震性能,从受力特性到构件的安全储备有别于普通剪力墙的性能。因此,设计中至关重要的是把握“二阶段三水准”的设计原则,针对具体工程、具体问题采取符合结构概念的设计方法,满足规范精神。实际应用过程中也会出现这样或那样不尽如人意之处,或结构偏保守、或安全系数较低,或造价不合理等等,因此,对结构设计进行科学合理条件下的优化设计便成了设计中的必不可少的程序。

2　小高层住宅结构设计方案的优化过程分析

某结构设计方案布置参见图1,本结构方案剪力墙布置不合理,造成刚度过大且不均匀,重量增加导致地震反应增强,并使上部结构和基础造价提高,因此,必须对此方案进行优化,使结构更加安全科学合理。

优化的结构方案应尽量使结构平面形状和刚度均匀对称,短肢剪力墙双向布置,尽量拉通、对直。竖向布置中,力求规则均匀,避免有过大的外挑、内收,以及楼层刚度沿竖向突变,使整个房屋的抗侧刚度中心靠近水平荷载合力的作用线,以免房屋发生扭转。

根据建筑的平面布置,在房间、楼梯间、电梯问的四角采用z形、L形T形或异形的墙肢。在设计过程中还应注意同周期的关系,使结构的第一自振周期避开场地特征周期,以免地基与结构形成共振或类共振。既保证结构在风和地震荷载作用下的变形控制在规范允许的范围内,又要保证建筑物有相对合理的自振周期,做到结构设计经济、合理,经优化结构后的平面布置见图2。

3　两种方案的分析与比较

3.1　分析软件介绍

SATWE是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、简体结构等,也适用于混凝土一钢混合结构和高层钢结构。

3.1.1　SATWE的计算模型

SATWE是用墙元来模拟剪力墙。SATWE中的墙元是在板壳单元的基础上构造出的一种通用墙元,它采用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去,将其刚度凝聚到边界节点上,从而保证了墙元的精度和有限的出口自由度,而且墙元的每个节点都具有空间全部6个自由度,可以方便地与任意空间梁、柱单元连接,而无需任何附加约束,同时也降低了剪力墙的几何描述和板壳单元划分的难度,提高了分析效率。

板壳单元是目前模拟剪力墙的最理想单元,SATWE选用这一单元并对墙元的细分和墙上开洞作了自动化处理。

3.1.2　sATWE在对楼板的处理上采用了四种不同的假定

①刚性楼板:假定楼板平面内无限刚,忽略楼板平面外刚度。其中“假定楼板整体平面内无限刚”多用于常规结构;

“假定楼板分块平面内无限刚”适用于多塔式错层结构。

②弹性楼板6:“弹性楼板6”采用壳单元真实计算楼板平面内和平面外刚度,适用于板柱结构和板柱一抗震墙结构。

③弹性楼板3:“弹性楼板3”假定平面内刚度无穷大,面外刚度真实计算。适用于厚板转换层结构。

④弹性膜:“弹性膜”采用壳单元真实计算楼板平面内刚度,忽略楼板平面外刚度,适用于空旷的工业厂房和体育场馆结构、楼板局部开大洞结构、楼板平面较长或者有较大的凹入以及弱连接结构。

为提高计算效率,在保证一定的分析精度的前提下,针对不同类型的工程,采用不同的楼板假定。

3.2　结果分析

从构件力学特性上来说,短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5,更接近于剪力墙,故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。SATWE采用的是在每个节点有V1个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙墙元不仅具有平面内刚度也具有平面外刚度,可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态,计算结果较精确:同时,对楼板SATWE可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则,立面也无刚度突变现象,但由于刚度较大的电梯井处简体有点偏置,会产生扭转的影响。为了计算准确,地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5%偶然偏心的影响,取了20个振型计算。

3.2.1　自振周期的控制

考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0,95),如表1(只列了前8个)所示。从表1可得,优化方案结构扭转为主的第一自振周期T4=0.6545s,平动为主的第一自振周期T1=2.0836s,T4/T1=0.3141

3.2.2　结构位移的控制

风荷载、地震荷载作用下最大层间位移角(应≤1/1000)、最大水平位移与层平均位移的比值(不宜大于1.2,不应大干1.5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1.2,不应大于1.5)见表2、表3。从表2、表3中可以看出结构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值。

3.2.3　剪重比、刚重比控制

剪重比是反映结构承受地震作用大小的指标之一。地震力计算不能偏大,但也不能太小,因为短肢剪力墙本身抵抗地震的能力较差。如果短肢剪力墙分配的地震力太大,则很有可能不满足要求。新方案x方向的最小剪重比为0.84%,Y方向的最小剪重比为0.83%,根据“抗震规范”第5.2.5条及第5.1.4条要求的X、Y向楼层最小剪重比均为0.8%～1%。

刚重比是影响重力二阶(p～)效应的主要参数,且重力二阶效应随着结构刚重比的降低呈双曲线关系增加。高层建筑在风荷载或水平地震作用下。若重力二阶效应过大则会引起结构的失稳倒塌,故控制好结构的刚重比,则可以控制结构不失去稳定。新方案×方向、Y方向的刚重比均满足“高规”第5.4.4条的规定,所以各层均满足要求。结构优化前后的剪重比、刚重比见表4。

3.2.4　轴压比控制

轴压比是体现墙肢抵抗重力荷载代表值作用下的能力。为了控制在地震力作用下结构的延性,新的“高规”和“抗震规范”对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。“规范”对短肢剪力墙(尤其一字墙肢)要求更高一些。原方案底部剪力墙最大轴压比为0.58,新方案底部剪力墙最大轴压比为0.59,上述方案出现的短肢剪力墙轴压比小于规范规定值,即满足要求。

3.3　优化前后结构方案的经济比较

为了与工程实际情况相符,假设混凝土的成本与混凝土的体积成正比,钢筋的成本与钢筋的体积成正比。在总造价上,暂不考虑模板及楼板等工程的造价影响,材料的单方造价混凝土为280元/m3,钢筋为3760元/t。表5为方案的经济指标汇总,由表5知,方案二比原结构在总造价上要节约17.6%。

通过以上两种方案的电算分析指数表明,方案二的竖向结构体系的截面面积虽然较小,但仍可保证满足承载力、刚度、位移的要求。显而易见,优化后的方案不仅节约了业主的投资费用,更重要的是节约了资源。

3.4优化设计过程中其它应注意的事项

本文针对小高层住宅楼的结构特点,进行了结构优化设计,在比原设计方案节省投资19.3%的情况下,使结构受力更合理,整体变形能力和结构吸能能力对抗震更为有利,但设计过程中还应注意以下几点:

1)剪力墙结构的抗震薄弱环节是建筑平面外边缘及角点处的墙肢,因而设计时在以上部位布置L型或一z字型短肢墙,受条件所限也出现了少量一字型短肢墙。设计时严格控制其轴压比

2)小高层建筑中的连梁是一个耗能构件,对抗震不利。多、小高层结构设计中允许连梁的刚度有所下降,但应注意短肢剪力墙结构中,墙肢刚度相对较小,连接各墙肢的梁已类似普通框架梁,而不同于一般剪力墙间的连梁,不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调,使其设计内力降低,应按普通框架梁的要求进行设计。

4　结语

综上所述,从这个结构设计方案优化中,可以发现短肢剪力墙结构小高层住宅合理的结构选型和结构布置对工程的安全、经济性的影响是重大的,只有对结构整个体系的承载能力、性能以及对结构分体系与结构构件相互作用的关系了解透彻,才能避免只依赖规范、设计手册、计算程序的设计习惯,从而实现结构优化设计,实现安全、科学合理、经济的设计目标。

参考文献:

[1]杨海涛,吕芳,姚建明,浅析短肢剪

力墙结构体系[J],住宅科技,2004,11.

[2]宋领法.论短肢剪力墙的应用[J].煤炭工程设计,2004,10.

[3]林同炎,结构概念和体系[M].北京:

中国建筑工业出版社,2005.

篇（9）

中图分类号：S611文献标识码： A

随着经济社会的快速发展,高层建筑已经发展的相当成熟,而高层建筑中也出现了很多地下室及地下车库。在地下室设置设备用房、消防水池和汽车停车位,这样不仅可以使地下室的作用得到充分发挥,同时又能满足基础埋深的要求,此外，许多地下室还经常被用作人防地下室,战时为人们的安全提供了栖身之所。因此,在现在的高层建筑设计中,地下室结构设计就显得格外重要。在设计中往往会遇到上部结构的嵌固部位问题，一般都是嵌固于地下室顶板内，地下室顶板就相当于一个水平约束支座,它的刚度越大,对上部结构约束的越牢固。所以,地下室顶板厚度不宜太小,一般应大于等于160mm。当然作为人防地下室顶板其厚度应适当增加。根据《建筑抗震设计规范》GB5001- 2010，作为上部结构的嵌固端时地下室顶对楼板厚度、混凝土强度等级、楼层侧向刚度等都有相应要求,一般情况子下，地下室应在两层以上。规范还明确规定, 地下室楼层的楼板最常见的是梁板结构。

一．地下室顶板作为嵌固端的条件及技术措施

为了满足地下室顶板能作为上部结构嵌固部位，必须满足以下要求:

1.应尽量避免在地下室顶板开设比较大的洞口,并且楼板一般应采用现浇梁板结构,其楼板厚度应大于等于180 mm,混凝土强度等级应大于C30,采用双层双向配筋,且每个方向的最小配筋率不宜小于0.25%。

2.地下室柱每侧所配的纵向钢筋面积,在满足计算要求的同时,不应小于其上面一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍，地下室柱中的纵向钢筋应锚固于顶板的框架梁内，不应向上延伸,同样地下室剪力墙的配筋也不应大于地上一层对应剪力墙的配筋。

3.考虑到地下室柱的下端出现塑性铰，而梁柱节点出没有出现塑性铰。常用的方法有加强地下室顶板梁抗弯曲能力，提高地下室柱顶的承载能力，以此来实现柱底的嵌固。

4.由于地下室的边柱及角柱,它只有一面与梁相连,为确保该梁端截面的实际弯矩承载力大于该柱下端实际承载力的要求,可采用增大梁截面面积,或增大梁截面梁配筋率的方法。

二、高层建筑地下室楼盖的结构形式

随着国家经济建设的不断提高，房地产行业逐渐地发展起来，而房地产大多数都是针对住宅的出售，要在日益竞争激烈的行业混下去，就必须有所创新，这就要求设计人员要有创新的理念，当代高层建筑日益增多，而高层建筑的地下室顶板的设计是一个相对较新颖的设计，地下室顶板的结构形式目前都包括双向密肋楼板,传统的梁板式楼板，空心楼板及预应力无梁楼板。

现浇空心楼板是最近几年刚刚兴起的一种结构形式，它通常都用于跨度比较大的建筑结构中，用来代替传统的梁板式结构，空心楼板比传统的楼板钢筋用量减少了，自重降低了，同时层高也降低了，从而降低了综合造价。现在的教学楼，办公楼，商场，地下停车场及医院都广泛应用空心楼板结构。无梁楼盖是把原来受集中力的梁分散成无数个工字型结构体系，这样使得结构的楼层净高增大，节省了材料，降低了造价，抗压能力更强，抗冲击性能提高，结构布局更合理。无梁楼盖使得结构空间不再受梁的束缚，可以布置的更加随意。

在地下室顶板的设计中，经常要对无梁楼盖和梁板式楼盖进行比较,比较谁更经济，以此作为选择楼盖方案的依据之一。无梁楼盖的组成部分包括楼板、柱和柱帽，楼面荷载直接由板传给柱及柱下基础。无梁楼盖的特点是板比较厚，因此楼盖比较重，对结构的抗浮能力有利，在施工过程中，采用无梁楼盖结构形式省砖模、楼面钢筋绑扎和设备安装方便等优点，从而提高了施工速度。因此，无梁楼盖在地下室底板的应用越来越广泛了，无梁楼盖的混凝土的总用量减少，自重降低；支承楼板的柱、墙、基础和桩的荷载相应减少，竖向构件截面变小，减少配筋，节省竖向构件费用；有利于水平管线、空调的安装；降低了层高，提高了净高度，降低了竖向水、电、风、电梯使用费。

三、无梁楼盖的受力特点和计算方法

一般框架结构设计时，让柱和梁的宽度相等,这样我们就可以近似的认为柱和梁间能够直接传递弯矩、剪力和轴力。而无梁楼盖和柱作为等代框架的情况却略有不同:因为它梁的宽度远远大于柱宽,通常称之为“扁梁”。故仅有相应于柱宽的那部分荷载所产生的弯矩可以直接通过板传给柱,而其余部分都要通过扭矩进行传递；这时可以取柱两侧与柱等宽的板作为扭臂,这样柱宽以外的那部分荷载产生的弯矩就能使扭臂受扭,扭臂再将这些扭矩传递给柱,使柱端承受弯矩作用。无梁楼盖利用长短跨分别进行荷载的传递，长跨方向为其最不利的弯矩方向，无梁楼盖与柱之间仅通过节点连接，故连接性能不好，不能承受较大的水平荷载，由于剪力和弯矩都集中在柱的周围，所以容易发生剪切破坏和弯曲破坏。

无梁楼盖的计算方法大致分为按弹性分析的精确算法，如经验系数法和等代框架法，还有按塑性理论分析的极限平衡法。当前的计算中基本上都采用等代框架法和经验系数法。等代平面框架法是将整个结构划分成纵、横柱列两个方向，并分别将其视为纵向等效框架和横向等效框架，在水平荷载下，等代梁的宽度一般取板跨之间中心线距离的二分之一，在竖向荷载下，则取各板跨的中心线距离，由于结构经常受竖向荷载的作用比较普遍，故等代梁的宽为各板跨的中心线距离；等代梁高按板厚计算。在计算出等代框架的弯矩后，按照相应的分配系数将计算出的总弯矩分别分配给柱上板带和跨中板带。对于同一工程需沿横向和纵向两个主轴方向分别加载计算。

等代空间框架法把结构划分成按纵、横两向组成的交叉体系，令与柱子形成空间框架，利用空间杆系的受力情况进行结构的分析计算，可同时计算出两个主轴方向的计算结果，且不需要再将弯矩值逐一进行分配，计算不仅比等代平面框架法方便快捷且更为精确。肋梁划分时，如果划分的网格越小，则计算结果就越准确合理，但不宜过小，过小时柱上板带的负弯矩会出现应力集中，故网格划分宽度应恰当，一般取梁宽1000mm左右比较合适，取梁高等于板厚。等代平面框架法和等代空间框架法都应该考虑活荷载的不利布置，且等代梁的自重最好直接输入，不宜采用程序自动计算。等代框架法的应用不受跨度、荷载等条件的限制，有较广泛的适用性。

经验系数法是最简单的计算方法之一，它不需要借助任何其他的计算工具而直接利用手算，因而备受光大设计人员的青睐。但该法只对规则结构适用，如果是不规则结构则会出现较大误差。无梁楼盖的内力应符合下列条件：1.活荷载为均布荷载，且小于恒荷载的3倍；2.每个方向的跨度最少为3跨；3.每个区格的长、短边之比应小于1：5；4.相同方向上的最大、最小跨度比应小于1:2；5.当柱网不规则时，柱轴线不宜偏离的值过大，一般不应大于跨度的10％。经验系数法计算无梁楼盖内力时，只需算出两个方向板的总弯矩Mox和Moy，再分别乘以弯矩分配系数，柱上板带和跨中板带分别为乘以0.5和0.17，跨中正弯矩分别乘以0.18和0.15，这样就能得到各截面的弯矩设计值。x、y向板的总弯矩设计值分别为：Mox＝qly（lx－2C3）28；Moy＝qlx（ly－2C3）28。值得注意的是，Mox（Moy）相当于简支梁在均布荷载作用下的跨中弯矩。

四．地下室顶板及后浇带防水

1.试水试验

一般地下室顶板是由底板，墙壁同强度等级和抗渗等级的混凝土浇筑，严格控制施工过程中混凝土浇筑的地下室顶板质量。同时，蓄水试验是检测混凝土自防水的一个重要手段，且施工往往不够重视地下室地板的防水检测。应根据地下室外墙来进行地下室顶板的试水检验，尤其是设有反梁的顶板更加不容忽视，这是因为在反梁部位很容易形成顶板“水池”现象，抓紧对渗漏部位进行修补、补漏处理。可以按照施工的需要分段分片进行蓄水试验，但要确保地下室顶板的全部部位都进行检验。

2.防水层施工

柔性防水层采用的防水材料具有一定的柔韧性和较大的伸长率，如防水卷材，有机防水涂料组合物的防水层。因为地下室顶板需要很厚的覆盖土包括植物土壤，而植物根系对防水层有着很强的刺穿作用，因此一般的防水卷材不宜被使用。具体做法是：首先找平层，在面层表面涂刷具有渗透结晶型防水涂料或2mm厚聚氨脂涂膜防水层，然后用厚度大于1mm的高密度防水卷材进行铺设。卷材使用焊接工艺，加盖C15细石混凝土40mm厚硬质保护层和60mm厚碎石排水层，最后铺设植物土。为了减少地下室顶板负载和节省材料，节省施工时间，这种新材料可用于泡沫混凝土（包括防水层和保护层的效果）做找坡层或保护层。应采用较强的抗穿刺性的高密度防水卷材做防水层。

后浇带防水.许多工程中的后浇带，都要求必须等到结构封顶，有的甚至更晚才能进行封闭，所以在后浇带封闭前，必须对后浇带进行防水处理。中南地区通常采用的后浇带防水做法参见《中南地区通用建筑标准设计》(88ZJ311)。在实际施工当中，不同工程要作不同程度的调整。

后浇带支模.留置后浇带时，后浇带两侧的模板要求既要牢固紧密，还要易拆除。如果使用一次性单层钢板网，经常导致混凝土及混凝土浆流入后浇带，不易清理。施工过程中可采用以下做法：梁板底筋在支模处用防水水泥砂浆做成宽约5cm的阴拦坝，这样可以避免混凝土从底筋下涌入后浇带。有些较深、较厚、不易清理的梁板，通常采用双层网作一次性模板，双层网中一层为钢板网，另一层为细网眼铁丝网，可先将两层网片绑扎固定在一起。采用定型钢筋支撑，定型钢筋与底筋、面筋焊接固定。条件许可时，也可采用一次性模板，如快易收口网等。

五、地下室顶板裂缝的成因及解决方法

1. 结构方案的选择有误

大多数的地下室顶板都是梁板结构或平板结构形式。 自从20世纪80年代以后，无粘结预应力混凝土平板结构得到了越来越广泛的应用，同时许多预应力设计单位为了自己的利益，也强烈建议使用这种方案，所以，许多设计师产生一种错误的理解，即平板结构可以很大程度降低工程成本。事实上，如今之所以有这么多的平板结构是因为它隐含了其能降低层高的有利条件。由于较低的层高会节省空间，从而降低了工程成本。在层高相同的条件下，预应力平板结构并没有比梁板结构更加经济。

2.设计方案变更

在高层建筑中地下室的设计中，尤其是大面积的地下室，经常会出现需要增加多道剪力墙的设计变更。对于这种长和宽都很大的预应力混凝土顶板，如果有很多大型的剪力墙结构，就会限制混凝土收缩而导致的顶板开裂。如果忽略由于剪力墙的收缩而产生的拉应力，只是按原来的设计一味控制裂缝，而且没有增加有效的结构措施，这将会是地下室顶板产生裂缝的重要因素。

3. 预应力筋张拉引起施工裂缝

大面积的地下室顶板上一般都会有覆土，有的高达数米厚，有的因绿化要求，还有假山，要较高的防渗要求，预应力混凝土平板按不产生裂缝原进行设计。预应力筋的数量是按照能够抵消顶板承受的所有载荷确定的。当对顶板施加预应力时，上层覆土荷载通常不包括在预应力内，因此，地下室的天花板和消防车道引起的恒载和活载往往比结构的自重要大得多。当张拉预应力钢筋时，如果板面的分布钢筋较少，易导致大倒拱，致使板面开裂，因此，预应力施加时，应充分考虑板顶所能承受的荷载，逐次进行张拉。

地下室顶板裂缝的处理方法如下：

1.对于大面积地下室顶板出现的裂缝，应根据其是否危及到结构的安全，采取有效的处理措施。如果裂缝宽度小于0.3mm，并且没有贯穿整个结构，对结构承载力及强度影响不大，那么此类裂缝可先不做处理；宽度若是大于 0.3mm 的裂缝，时间久了会引起钢筋锈蚀，严重影响结构承载力，故应采取相应的措施进行封闭。

2.对于地下室顶板采用平板结构的，该结构最长见的是采用等代框架进行弹性分析，并以此分析为依据验算承载力和裂缝。等代框架在计算承载力时不允许开裂的结构是可行的，裂缝在它的某些部分用于分析时可能是不安全的。对于结构已经出现裂缝时，它的内力将会进行重分布。不管是预应力产生的弯矩还是内力重分布都会使平板跨中截面的弯矩增大，仅仅按照弹性分析得到的跨中弯矩来验算结构的承载力是不安全的，一般跨中的设计弯矩不应小于按简支梁计算的弯矩的一半。对于按计算配筋开裂的结构，要进行承载力校核，若承载力不符合要求，则在原有的混凝土基础上附加一层混凝土，并加强构造配筋，使得结构的承载能力和抗裂能力得到提高。

结束语

地下室作为上部结构的嵌固端，必须保证其具有良好的承载力，而上部结构一般都是嵌固在地下室顶板中，所以，地下室顶板的设计就显得非常重要，不但应具有很好的防水性能，还要有很好的抗裂能力，做好地下室顶板的优化设计，是确保整个结构安全的保障。

参考文献

[1] 侯小美.大底盘地下室结构优化设计的经济性探讨[J].广东土木与建筑，2008（4）.

篇（10）

中图分类号：TU318文献标识码： A

民用建筑结构的稳定性和安全性与其自身结构设计密切相关，民用建筑结构设计若是不科学，将直接影响到工程的整体施工质量。当前在民用建筑建筑结构设计仍存在许多问题，严重制约了建筑行业的良性发展。

一、关于民用建筑结构设计中存在的问题分析

1.设计深度不符合要求。图纸的设计中，部分设计人员为了个人的方便，减少工作量，从以往的老旧设计图纸上截取内容，再对尺寸和外形进行一定程度的修改，便应用到施工过程中，结构设计的东拼西凑最终导致建筑物的整体结构并不契合。而有些设计人员的问题则是设计十分粗糙简单。按照规定，施工图中应包含有系统图和大样图以及剖视图，但由于设计人员偷工减料，使得这些图示漏失，并且还对应当在图纸中反应出来的问题仅用“见图集”来表示，更有甚者直接将责任推给设备厂家。另外在设计中按照规定应当把建筑的设计依据、安全等级、设计参数和耐火等级防火消防处理等进行解释说明，但常常被忽略。因此民用建筑结构设计工程就不能全面展示出来，对后期施工带来极大麻烦，而最终影响的则是整个建筑本身的质量。

2.地基设计和承载柱截面高度设计问题。地基是建筑结构设计的基础，优秀的地基设计对建筑结构的设计方向有直接的影响。如果对修建民用建筑的地址情况进行充分的勘察便进行建筑结构的设计，极有可能导致后期施工过程中出现地基软弱、承载力不够使工程出现安全问题。在对民用建筑进行设计时，荷载值的计算不去根据规范的折减系数，则直接导致计算结构的准确率十分低。这一系列的地基设计问题常常是建筑结构设计中容易被忽视的。墙柱截面高度设计问题常出现在抗震设防烈度6度及以上抗震设防区域。设计人员在受力分析时，忽略节点核心区抗剪计算。这样做使得柱顶的抗剪强度不合格，建筑骨架--柱子因此产生裂缝，最终结果则是降低了建筑的耐久性。一旦遭遇地震，墙柱极易发生受剪破坏，危及人们的生命财产安全。

二、关于民用建筑结构设计的优化措施分析

1.对民用建筑设计图纸进行完善：设计图纸可以说是建筑结构的重要表现载体之一，同时也是建筑项目在施工过程中的基础所在。换句话来说，建筑设计图纸中所出现的任何问题都会在建筑施工中数倍的反应出来，造成不可逆的后果。因此，在开展建筑结构设计工作的过程当中，需要严格按照设计规范展开工作，设计师决不能贪图方便而省略对关键信息的标准与标识。同时，对于较为复杂、以及细微的结构区域而言，需要在结构设计中加以重点关注。总而言之，建筑结构设计工作人员需要始终保持严谨的工作态度，在结构设计图纸完成之后，需要重视对图纸的自我审核，及时发现存在于建筑结构设计图纸中的问题，结合实际情况加以修正，以此种方式来保障民用建筑结构设计图纸的完善性与科学性。

2.重视概念设计

（1）在进行民用建筑结构设计时，概念设计的应用越来越广泛，对于提高民用建筑结构设计质量起到了较大的促进作用。但是，当前的设计人员在对民用建筑结构进行设计时，对概念设计的重视不够，导致其不能够全面的对民用建筑结构进行分析和考虑，从而造成了结构设计的片面性。片面的结构设计方案在后续工程施工的应用中就会显示出弊端，从而对工程施工的顺利进行产生严重的影响，难以有效提高工程施工的质量和效率。

（2）当前，设计人员在进行建筑结构设计时，应当充分考虑概念设计的影响。概念设计主要是指依据整体结构与局部结构之间的结构破坏机理、力学关系，对其进行充分考虑，从中得出基本的设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的设计，以保证对整个建筑结构的有效控制。因此，设计人员应当突破传统重计算的设计方法，充分运用概念设计的思想对建筑结构进行全面的考虑和分析，以从整体上掌握结构设计的思想，从而保证设计的科学性和合理性，以提高建筑结构设计的质量。

3.基础结构设计是民用建筑结构设计的重要组成部分，关系到民用建筑物的稳定性，因此，在设计基础结构时，设计人员要对影响基础结构的因素进行全面的考虑和分析，以保证设计的有效性。对于基础埋深问题，设计人员要根据实际的水文地质情况进行设计，在保证满足结构受力的基础上，因地制宜，全面考虑地下水位的变化对建筑结构浮力的影响及冻土对结构的破坏，以确定基础埋深。要根据实际情况保证基础结构墙体受力的均匀性，避免出现裂痕。以降低建筑结构设计以及施工建设的成本费用。

4.对民用建筑主体上部结构进行的科学性优化。建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在建设时如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。另外，剪力墙里的暗柱是拿一般性钢材铸造而成，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，减少相应的成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得构造过大的剪力墙。

5.提高民用建筑结构抗震能力，首先各地区要根据所处区域的地质特征，提高抗震设防标准，以应对可能发生的破坏性更强的地震灾害。科技、地震、建设等部门要严格建筑技术规范，从建房选址、规划设计、材料选用、施工保障等方面加强技术指导和监督检查，确保各类建筑设施符合抗震设防要求。同时要积极推广研发符合本地建筑物特点的抗震减灾新技术、新工艺、新材料。积极借鉴发达国家和地区的经验和技术，推广应用到各类建筑设施中。尤其是在重点设防地区，即使成本高一些，也要坚持使用抗震能力更强的新技术、新工艺、新材料。要坚决杜绝不安全建筑材料使用，要科学选材，新材料的使用要严格把关，进行抗震测试和检验，提高可靠性。需要提供相应的出厂证明等材料，安排专人对材料质量进行检测，将质量安全责任落实到人，一旦出现问题，做到有据可查。另外，民用建筑结构抗震设计的实施者和管理者，对建筑的抗震能力起到最大的影响。每个工作人员的工作成果都会对建筑抗震能力起到直接或间接的影响，因此，民用建筑结构抗震设计质量的关键在于提高工作人员的整体素质，工作人员素质的提高，必将带领工程质量的整体提升。

民用建筑结构的设计是个系统化的工程，不能有一个环节出现差错。正如人体的骨骼构造一样，一处出现问题，那么其功能也就有丧失的部分。因此为了最终的建筑成品能让民众感到满意，为民众带来舒适和安全的体验，设计人员就应当以极强的专业素养和责任感对每一个设计环节尽心尽力，严格要求每一个计算步骤。

参考文献：

[1]郝敏：《浅谈建筑工程结构设计中的安全性与经济性》[J].黑龙江科技信息，2013(27).

[2]徐克红：《结构与地基加固技术在建筑工程设计中的应用》[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2013(03).

篇（11）

中图分类号： TU398+.2 文献标识码： A 文章编号：

引言：剪力墙体系结构高层建筑中正在逐渐代替框架结构中的梁柱，剪力墙体系的主要作用是承受建筑物竖直和水平方向的各种荷载引起的内力，对于其他结构的水平力也可以很好地控制。目前，剪力墙结构被广泛的应用于高层建筑中。对剪力墙体系的深入研究对高层建筑的设计有着重要的意义。

1 高层建筑物的受力特点与支撑件

对于高层建筑而言，越高所承受的竖直压力就越大，水平风荷影响也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。对于比较低的建筑来说，高度较低，地基面积较大，相对而言所受的风荷及地震影响就很小，在高层建筑上，水平荷载产生的倾覆力会很大，设计人员主要考虑的问题是水平荷载，轴向变形及结构延性等方面。

1.1 水平载荷

建筑物的高度达到一定数值后，它们在竖直方向上承载的荷载变化量并不大，所承受的风荷载以及地震作用的水平荷载会呈现一定的规律性，建筑物的结构特性不同，风荷载及地震水平荷载则会随之发生较大变化。

1.2 轴向变形

建筑物越高，竖向荷载越大，竖向荷载越大，连接柱中的轴向变形就会越大，相应的，连续梁的弯矩所受影响就会越大，预制构件的下料长度也会受影响而有所改变，由此可见，在施工时必须计算出轴向变形值，并及时调整下料长度。

1.3 结构侧移

高层建筑的结构设计关键之一是结构侧移的控制，楼房越高，水平荷载下结构的侧移就会越大，对于楼房的稳定性威胁也就越大，因此，高层建筑物的结构侧移一定要严格控制，以确保楼房的稳定性。

1.4 结构延性

相对于低层建筑而言，高层建筑的结构柔和性较好，在地震侵袭发生较大震动时，会产生较大的变形。建筑物在塑性变形阶段中对变形能力的要求相对较高，要想保证结构延性，必须在建筑设计中采取一定的措施。

2 剪力墙结构设计的基本原则

剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载，剪力墙结构的设计既要安全合理，又要考虑经济问题。设计过程中，各种位移限制值都要满足，结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。设计时，剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求，数量应该尽量少，但又不能影响基本振犁的要求。建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。

2.1 调整楼层最小剪力系数方面的原则

设计中剪力墙结构的布置要尽量减小，大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案，侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小，但不能超出规范的极限范围，短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4，这样既可以减轻结构自重，同时降低了地震带来的危害又可以节约用费。

2.2 调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候，如果楼层地区地震比较频繁，所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形，应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层建筑中。高层建筑重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构建的数量决定着，在建设施工中，有足够多数量的构件还是远远不够的，更要考虑构建的布局是否合理，如果不合理，就会产生过大的扭转变形，楼层间的位移就达不到要求。因此，对于高层建筑而言，不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度，而应该尽量减小扭转变形。

2.3 调整剪力墙结构连续超限方面的原则

剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩出现及剪力过大，超过规范限度，跨高比一般大于或等于2.5。规范规定，在跨高比小于5的时候，连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择，可以很好地避免弯矩及剪力过量，可保持在规定范围内。在结构设计时，如果可以有效合理的用上这些，可以大大降低工程成本。

剪力墙结构不只应该符合相关规定，在设计时要考虑多方面的因素，建筑物的平面、立面应尽量均匀，剪力墙结构应尽量远离房屋中心，以保证房屋整体的抗扭。

3 剪力墙结构设计

剪力墙的刚度较大，整体性较好，容易达到承受的荷载要求。设计师主要考虑以下几个方面：

3.1 剪力墙界面的厚度要求

剪力墙厚度尽量小的优点主要是保证剪力墙平面的刚度及其稳定性。当剪力墙相较于墙体平面外面时，相交处可以作为剪力墙的支撑，对于平面外的刚度与未稳定性有很好的保证。剪力墙最小厚度确认时，计算依据主要是建筑物层高及无支长度中的较小值。进行抗震设计时，底部加强区根据地震的具体大小情况来设计，地震越大，底部加强区所占层高或者无支长度总面积比较越大，且面积一般不小于160mm。非抗震设计时，底部加强区一般不会大于层高或无支长度的百分之25%。

3.2 剪力强结构中混凝土强度等级要求

剪力墙中混凝土要求相对较高，等级最少要为C20，如果剪力墙结构中带有筒体与短肢，那么其中的混凝土强度最少要为C25。

3.3 剪力墙结构在进行抗震设计时，构造边缘的构件在剪力墙墙肢中是必不可少的。在非抗震设计中，其墙端部位的构件配置及钢筋配置都要符合相关的规定要求。

3.4 剪力墙结构设计中要考虑竖向分布时钢筋配筋率的最小值，主要作用就是保证混凝土墙体在受到弯力较大时出现裂缝时不至于立刻达到抗弯承载力的极限，还可以防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏。

3.5 剪力墙结构开洞构造设计。若是剪力墙结构中开洞较小，其影响较小在计算时可不必考虑在内。为了保证剪力墙结构截面的承载力，要在钢筋切断集中处将洞口补足，并且钢筋直径最小要达到12mm。

3.6 高层建筑剪力墙结构体系受到的竖直方向荷载比较大，竖直荷载包括建筑整体的自身重量及楼面荷载产生的影响。由于荷载的存在，竖直方向会产生轴力，是连续梁内出现弯矩。计算时依据的是其受力面积。若是水平荷载，其计算就要按平面考虑了。剪力墙结构计算工作比较复杂且工作量较大，在建筑施工时，要针对不同的剪力墙结构的受力特点进行计算。

剪力墙结构体系是一种抗剪性能较好的结构，设计时要考虑建筑施工的具体情况，设计时应尽量避免竖向刚度突变，确保其刚度。

4 结束语

剪力墙结构体系的重要度在建筑施工中占有相当大的比重，近年来，高层建筑飞速发展，呈上升趋势。剪力墙结构得到更为广泛的应用。目前我国设计人员正在朝着剪力墙结构体系设计深度方向努力。但是相对与国外设计技术来说，我们还存在着很多方面的不足之处，还有很多需要改进的地方，上升空间也比较大。因此，我们需要投入更多的精力与时间做好剪力墙结构的设计工作。笔者也会一直努力。

参考文献：

[1]苏绍坚.住宅楼剪力墙结构设计分析[J].核工程研究与设计，2007，01．

[2]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010，06．

[3]李盛勇，张元坤.剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J].建统结构，2003，08.