房屋結構設計范文
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第1篇
中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：
Abstract: with the development of economy, improve the people's living standard, the building structure design of building structure in the design optimization is one of the effective ways of China's construction enterprises to achieve sustainable development. The paper discussed the optimization design of building structure design of building structure.
Keywords: building structure design; structure design; optimization
1.建筑結構設計優化概述
由于建筑工程所涉及到的內容非常豐富，建筑結構設計優化所包含的內容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結構設計的優化工作包括對房屋總體結構和分部結構優化兩個大的內容，其中，在房屋建筑結構設計中的建主結構優化設計主要包括以下幾個方面的具體內容，第一，房屋基本結構優化內容。第二，房屋頂部結構的優化。第三，房屋的維護結構、總體結構、細節結構等內容的優化設計。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎，對房屋建筑結構的造價進行控制，也就是要對“房屋的造價進行最優化設計”。
之所以對建筑結構設計進行優化是因為優化設計能夠實現對有限的空間和資源進行充分利用，提高各種設備和材料的使用效率，盡量使優化結構下所建筑的房屋能夠實現安全、可靠、經濟、美觀。相關研究統計數據顯示，建筑結構的優化設計與傳統設計相比能夠節省5%～33%的工程造價，因此，在房屋建筑結構設計中要積極應用建筑結構優化設計技術，以推動建筑工程企業的常遠發展，實現資源的充分利用。
2.常用的房屋建筑結構設計優化技術
常用的建筑結構設計優化技術有很多種，不同的優化技術產生的實際建筑結構設計效果也是不同的，而由于各種優化技術都具有自身的特征，對建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結構相結合時就需要對房屋建筑工程的實際狀況進行分析，而基本優化技術的應用分為以下兩種。
2.1概念設計在房屋結構設計中的應用
概念設計技術指的是“設計人員根據設計的一般規律和實踐經驗，對房屋建筑結構設計的多種方案進行分析并優化選擇方案的過程”。概念設計技術在房屋結構中主要應用在房屋結構布置、房屋結構的細節處理、荷載量的確定、參數選擇等部分的設計中，在進行概念設計過程中設計人員要對房屋施工方案進行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。
2.2概念設計在建筑設計中的應用
概念設計在房屋的建筑設計中進行應用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應用在房屋的抗震性設計當中，如果房屋抗震性能差，在發生地震時則會造成重大的損失，因此，房屋建筑設計中的抗震優化設計就顯得尤為重要。然而發生地震的隨意性是非常大的，不同地區的地震等級、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設計中的抗震設計提出了更高的要求，相關數據的計算難度也非常大。概念設計是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經濟性最強的方案。”因此，在房屋建筑設計中的概念設計優化技術的應用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設計優化技術在房屋結構設計中所應用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實這種思想也是多途徑設防的思想，多途徑設防思想是指“在發生大地震時，先破壞房屋次要的結構，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結構不遭到破壞?！?/p>
3.房屋結構設計中的建筑結構設計優化策略
房屋結構設計中的建筑結構設計優化策略是需要從不同的角度和方向來進行的，比如可以從節能環保角度進行優化設計、從信息化自動化角度進行優化設計等等，具體而言房屋建筑結構設計優化策略大致有以下幾點。
3.1優化選擇房屋建筑結構類型
不同的形式的房屋建筑結構類型是會產生不同的造價管理模式的，而在建筑結構設計中常用的結構類型有如下幾種，第一，剪力墻結構類型。該類型主要應用于高層房屋建筑中，所依托的基礎為混凝土結構施工技術，該種優化結構類型同“短肢剪力墻”結構類型相比就有抗震性能強、鋼筋材料使用數量較少等特征。第二，框架結構類型。這種類型主要優點在于開間大、靈活布局、造價較低等優點，但是該結構類型也具有一定的缺點，柱的截面面積比較大，抗震能力相對較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結構類型。這種類型的結構是對剪力墻和框架兩種結構的優化組合，其能夠綜合以上兩種結構類型的優點，結構布置比較合理，實際應用能力也比較強，該結構的最突出特點就是抗側力能力比較強。
綜上所述的三種房屋結構類型，無論是哪種都會有優點和缺點，在進行結構類型選擇過程中一定要從建筑質量和建筑成本兩個角度出發優化選擇，對于建筑質量一定要符合業主和相關標準的要求，而對于建筑成本控制來說，要對房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實際施工能力等進行分析和選擇，最好是實現利益均衡。
3.2積極應用信息優化技術
在房屋建筑結構設計中存在的變量比較多，房屋建筑結構的優化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結構中存在的各種復雜因素，在優化設計中就應該積極應用先進的信息技術，比如應用一些參數定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結構優化設計中設計者的工作量，提高工作質量和工作效率。
3.3節能結構設計的優化
節能結構設計的優化是需要以綠色建筑理念為基礎，并積極應用設計學中的方法。首先，優化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優化就是要保證所設計的房屋建筑外表面積不要接受冷風的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節能效果。其次，維護結構設計。維護結構主要指的就是門窗和屋頂，對于門窗而言，在房屋朝南的方向所設置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂的設計可以采用架空的方式或者是鋪設循環水管，夏天降溫冬天保暖。
4.結語
從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結構設計的優化是需要綜合進行的，雖然本文簡單的提出了三點優化策略，但是在實際應用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的優化方式也是不同的，還需要設計人員在優化設計之前對房屋建筑工程實際狀況進行深入了解。
參考文獻
[1]翁維素.運用系統思想，優化工程結構設計，實現節約目標[J].河北建筑工程學院學報.2008（03）.
[2]侯貫澤，劉樹堂，簡國威.工程結構優化設計理論與方法[J].鋼結構.2009（08）.
第2篇
【關鍵詞】房屋結構；設計優化；設計方案；分析
1引言
根據我國的房屋建設成本構成分析，土建成本占有很大的比重。土建成本很大程度上取決于結構設計人員對設計理念和科學設計的合理把握。房屋結構設計人員應嚴格遵守建筑結構設計規范中“安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工”的原則，精心設計出令建設單位滿意的作品?，F代建筑科技成果的應用可以降低項目成本，實現經濟效益。采用優化設計技術比較選擇出合理的設計方案更進一步降低了項目總開支，而且正發揮著越來越重要的作用。結構優化設計技術可以使設計者從被動分析轉變為主動設計。與傳統設計相比，采用優化設計技術可以降低土建造價的10%～30%。優化設計技術可以使建筑材料的性能得到最合理利用，使房屋內部結構得到最佳協調，使設計理念得到最大限度展現。同時，還可以對總體設計方案中存在的薄弱環節做出合理的預估。優化設計技術是實現設計目標的有效途徑。
2結構設計優化技術的方法及應用
2.1結構設計優化技術的方法。結構優化設計是結構工程與運籌學、經濟學與管理科學的綜合應用。一名優秀的房屋結構設計師在達到設計目標過程中，努力協調各方面條件的制約，以期找到最佳的解決方案，即優化設計。從20世紀初開始直到20世紀60年代，不斷有人嘗試做一些優化設計方面的系統研究，但效果不是很明顯，主要原因是受限于數學力學計算手段的效率低下。從20世紀60年代開始，電子計算機在土木工程領域逐步得到了廣泛的應用，尤其是計算理論的不斷完善和設計軟件的快速發展，為結構優化設計的快速發展提供了豐富的物質基礎。例如，仿生學方法的發展為結構優化設計提供了借鑒意義，有限元分析軟件的發展為結構優化設計提供了可靠的計算手段。一般而言，結構設計優化技術主要包括直觀優化、準則法優化、數學規劃優化、仿生學優化、系統優化、模糊優化、灰色優化、自動優化、智能優化等方法。
2.2結構設計優化技術的應用。在各種房屋類型中，結構設計優化技術的應用在住宅結構優化設計中體現最為明顯。住宅結構優化設計包括結構體系方案的優化設計、豎向承重構件布置的優化設計、圍護方案的優化設計、樓蓋結構方案的優化設計等內容。結構體系選擇框架結構還是剪力墻結構、豎向承重構件的布置合理與否、圍護方案采用空心磚砌體還是輕質隔墻材料、樓蓋方案采用現澆式還是裝配整體式等不同方案的選擇直接導致設計目標的各項指標有很大的差別。房屋結構優化設計通過比較選擇各種設計方案，力求項目綜合經濟效益最大化。
3房屋結構設計優化技術體系構成理論分析
狹義上的結構設計優化通常是指直觀優化，它是工程經濟學中的一個論點。直觀優化又分為選擇性優化和直覺判斷性優化。前者是根據有限的幾個選項，設計師經過初步分析，結合設計指標選擇最優的解決方法；后者是根據設計師的經驗和直覺知識判斷和選擇的優化分析方法。直觀優化方法是一種重要而簡單的方法，但它依賴于設計者直觀知識的普遍性、邏輯判斷能力和豐富的設計經驗。結構分析計算軟件在房屋結構設計中的廣泛應用，將設計師從枯燥乏味的力學公式中解放出來。隨著現代建筑的體量越來越大，樓層越來越多，優化設計可以大幅度減少項目總開支，避免不必要的浪費。結構設計人員在設計過程中，應在理論知識和實踐經驗的基礎上，注重概念設計，充分了解各種方案的優缺點，從中優選最經濟合理的設計方案。所謂的概念設計，是指在特定的建筑空間和環境條件下，用概念性近似計算方法從宏觀上把握結構設計中的基本問題，迅速有效地選擇與建筑功能需求相協調的結構體系方案。結構設計優化的核心指導思想是提高結構布置方案的合理性，避免不必要的浪費。但這并不意味著剪力墻結構一定比框架結構好，也不意味著房屋豎向承重構件越少越好。結構設計優化首先要滿足一個前提條件，那就是安全要求。脫離了安全要求的結構設計優化都是偽命題。在眾多影響房屋結構安全的因素中，地震是一種突發式的自然災害，能瞬間給人們的生命財產造成嚴重的危害，因而規范規定房屋必須進行抗震設計。滿足了安全要求后，結構設計優化的目標就很明確了：把項目土建成本壓縮到最低。由于結構設計人員水平的參次不齊，即使對于同一個確定的設計方案，各個結構設計人員完成的設計方案的土建造價也有差別，更別說不同的設計方案了。這時，就需要房屋結構設計人員利用結構設計優化理論對項目各種設計方案仔細斟酌，不斷進行橫向和縱向上的比較選擇，優選出一個令各方都滿意的好作品。
4結語
本文對結構設計優化技術的方法和應用進行了介紹，同時對結構設計優化技術體系構成進行了一定程度的理論分析。房屋結構設計人員應結合項目的實際情況，運用結構設計優化技術對項目設計方案進行優化，避免不必要的浪費，降低項目土建成本。
參考文獻
[1]黃襄云，周福霖，金建敏，羅學海.多層隔震與非隔震框剪結構振動臺對比試驗研究[J].建筑結構.2007（08）.
第3篇
【關鍵詞】磚混房屋；結構設計；溫度裂縫；防裂措施
一、產生墻體裂縫的原因及防治對策
磚混結構頂層墻體產生裂縫， 是由于屋面長時間受陽光輻射， 其溫度較墻體高出許多， 在炎熱的夏季， 屋面溫度是墻體溫度的兩倍左右， 且在相同溫度條件下， 鋼筋混凝土的線膨脹系數是磚砌體線膨脹系數的兩倍， 這就使屋蓋變形要比墻體大得多。屋蓋在變形過程中， 產生了很大的推力， 作用在墻體頂端的水平推力使墻體與屋蓋的接觸面受剪， 剪力與屋蓋.挑檐或女兒墻的垂直壓力， 構成墻體雙向應力。當主拉應力大于墻體抗拉強度時， 墻體就會出現裂縫。沿墻體分布的剪應力大致為兩端最大， 中部為零。由于端部的正應力較小， 其主拉應力接近于剪應力， 則可能引起斜裂縫， 在窗口， 門口處由于應力集中， 易產生裂縫， 由于屋蓋對圈梁的推擠作用， 圈梁下的磚砌體易出現水平裂縫。
1.地基不均勻沉降裂縫。地基不均勻沉降裂縫的原因分析：地基是房屋荷載的最終承受者，其應力受深度而擴散，應力中間大，向兩端逐漸減少。即使地基地層分布均勻，應力分布卻不均勻，從而產生不均勻的沉降。當沉降失去約束，某一處就會形成應力集中，產生大于周邊的沉降，超過設計允許值范圍時，房屋就會出現裂縫。墻體裂縫產生與房屋長高比有關，與地基的結構構成有關，與地質受力應力分布曲線有關，也與房屋高差和載荷差異密切相關。
地基不均勻沉降引起墻體裂縫的防治和控制。首先要加強地基勘測，對較弱不均勻地基進行加固處理，對地基的處理要與上部結構綜合考慮。常見的地下處理方式有：夯實.打樁.換土等（如端承樁.摩擦樁.爆擴樁等）。其次對上部建筑進行設計處理，如：改變建筑體型，簡化建筑物平面，合理設置沉降縫。最后對上部結構進行結構設計處理，加強房屋整體剛度（如增設圈梁.橫梁.采用箱形.筏式基礎等）以及采用柔性結構，輕型結構等。
2.溫度應力產生的裂縫。溫度應力產生的裂縫原因分析：熱脹冷縮是建筑材料固有的特性。房屋結構受周圍環境溫度變化影響，會產生熱脹冷縮的變形，當結構受到約束后，變形不能復位，則結構必然會產生溫度應力，當溫度應力的數值上升到能使砌體結構遭到損壞時，墻體就會產生裂縫。溫度應力是墻體產生裂縫直接原因之一，而防止溫差裂縫就在于降低溫差，釋放應力，使變形在一定范圍內得到約束或釋放，以避免持續發展形成裂縫。
溫度應力產生的裂縫控制措施。合理設置伸縮縫，將變形在一定程度內自由釋放，以避免產生附加應力；避免樓面錯層和伸縮縫錯位；加強屋面保溫.隔熱措施，采取蓄水屋面或種植屋面；油氈夾滑石粉或鐵皮將屋面板和墻體隔離，并在女兒墻根部合適空隙，使其有自由伸縮的能力與余地；對女兒墻設構造柱，加強結構剛度，提高抗拉強度等技術措施。
3.砌體干縮裂縫。砌體干縮裂縫的原因分析：任何材料都有干縮濕脹的物理現象，不同材料的干濕變形值不同。普通混凝土砌塊，用干硬性混凝土機械振壓成型，水灰比小，水泥用量小，一般強度較高，干燥收縮值可控制在0.4毫米/米以內；而輕集料混凝土砌塊和蒸壓加氣混凝土砌塊，由于采用的集料成分不同，砌塊的毛細孔不同，含水率與失水收縮值不同，干燥收縮值一般在0.26毫米/米至0.99毫米/米之間。
不同的砌體材料，它的干縮變形的值是各不相同的，不同工藝制作生產的砌塊材料，其砌塊的干燥收縮值的變化差異也較大。
砌體干縮裂縫的控制措施。為有效控制砌體干縮裂縫，可采取以下措施：一是在砌體材料的選擇方面，用于外墻的普通砌塊，密度不大于1300千克/立方米，干燥收縮值不大于0.3毫米/米，抗壓強度不小于7.5MPa；用于內墻的普通砌塊，密度和干燥收縮值指標同外墻要求，抗壓強度不小于5MPa。二是面積較大的墻體采用在墻體內增設構造梁柱的構造措施。如墻體長度超過5米，可在中間設置鋼筋混凝土構造柱；當墻體高度超過3米（≤120厚墻）或4米（≥180厚墻）時，須在墻高中間處增設鋼筋混凝土圈梁。三是嚴格控制以膠凝材料為原料的砌塊的齡期，不足28天的不得進入施工現場。四是分別掌握各種砌塊上墻時的含水率。一般的小型砌塊含水率高，水分蒸發而引起的收縮值大。
4.施工操作不當引起的裂縫
通過對出現裂縫的墻體進行解剖分析，發現不少墻體裂縫的出現是由于施工操作不當引起的，主要有：灰縫不飽滿，磚塊干砌.瞎縫；使用斷裂磚塊；磚塊早期受擾動；接槎不合理；預留洞口填塞不嚴等。
控制措施：加強工人砌筑知識的教學培訓工作，只有工人掌握了正確的砌筑方法，才能從根本上保證砌體的工程質量；加強施工現場正確指導，對砌筑分項工程制訂行之有效的技術保證措施，嚴格按施工規范和施工規程的有關規定要求進行施工，及時糾正操作不善的現象；認真落實“自檢.互檢.交接檢”的三檢制度和“上道工序不合格不允許進入下道施工工序”等制度，嚴把工程質量關。
二、結構設計中存在的問題分析
1.建筑物頂層端部剪應力與溫差成正比， 與水平阻力系數.材料彈性模量.建筑物長度等呈線性關系。控制溫度應力引起墻體裂縫的主要因素， 因此用伸縮縫作為控制裂縫的唯一方法是不全面的?？刂屏芽p應綜合考慮有關因素， 采取行之有效的措施。結構設計考慮強度計算.抗震結構措施多。控制溫度應力的措施少， 在住宅樓頂層端單元內.外縱墻出現裂縫較普遍， 不可否認， 結構設計未采取措施或措施不力， 是形成墻體裂縫的重要因素之一。
2.磚混房屋長度過長。規范規定總長超過 50 m 應設伸縮縫， 有的房屋超過較多而未設， 也未采取其它措施。
3.構造柱是增強建筑物整體性， 抵抗地震作用的重要構造措施， 過去不少設計， 構造柱的設置只考慮符合抗震規范， 不考慮實際已存在的溫度應力， 認為溫度應力在規范上未明確規定計算方法， 不考慮也不能算是設計錯誤。
4.采用磚.砂漿強度等級， 越到頂層越低， 有些建筑物低部幾層采用 MU10 級磚.M5 級砂漿， 而到頂層則為 MU7.5 級磚.M 2. 5 級砂漿。設計人員習慣于從強度上考慮， 對溫度應力引起的抗剪強度及變形則考慮較少
三、預防措施分析
1.為增強外縱墻及內縱墻的抗剪及抗拉能力， 控制裂縫出現， 外縱墻厚度宜采取 37mm， 內縱墻厚度宜采取 240mm。增加墻的厚度后， 圈梁和構造柱仍占一磚墻厚， 使圈梁.構造柱不暴露在大氣中， 有利于控制溫度應力引起的墻體裂縫。在房屋端部一間的內縱墻盡量不開高窗， 如非設不可， 亦宜使窗口盡量減小， 房屋的長高比不宜太大， 以保證房屋的整體剛度， 并使長度控制在溫度變形允許長度之內。為減少屋蓋與墻體的溫差， 可在屋面上增設架空隔熱板， 其減小溫度應力的效果十分明顯。