结构设计的工作主要是根据建筑设计的要求,采用合理的设计理念和方法,来确定适当的结构形式、布置以及具体的构件设计尺寸。对常见的钢筋混凝土住宅结构体系进行优化时,可以从结构整体的布局以及具体构件两方面的因素来加以考虑。影响结构整体的布局的因素包括了建筑物的体型特征、柱网尺寸、层高以及抗侧力构件的位置等具体构件因素主要包括结构的布置、构件的截面、混凝土和钢筋强度等级及配筋构造等。综合考虑两方方面的因素影响是必须的,为了实现这一目标,对工程师提出了更高的要求,即需要结构工程师对结构和构件受力特征有充分的把握,能根据构件设计的合理经验和规范的深刻理解,采用合理优化方法进行有效设计。
3、房屋建筑结构优化设计的措施
3.1建筑结构形式的优化设计
3.1.1剪力墙的设计
联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成,从而增加了墙肢的约束条件。连梁的刚度增大必将使得结构的地震作用也增大,这样连梁和墙肢分配内力也相应增大,此时必须增大构件的配筋量,显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此,在住宅结构设计时,一般情况下不宜采用大刚度的窗下墙作为连梁,而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时,在满足结构刚度与变形要求时,应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑,合理布置抗侧力构件。显然,剪力墙数量越多,结构抗侧力刚度愈大,相应结构位移会减小,但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大,对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置,以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。
3.1.2砌体结构的设计
作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体,其平面布置较为灵活,但不适宜做跃层结构及受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过2.1m,纵向墙体数量不宜少于三道,这一措施可以适当减少构造柱的配筋。宜使砌体房屋成为纵横刚度相近、各层约束合理分布的空间受力体系。
3.1.3底部框架剪力墙的设计
底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续,使得建筑物在转换层上下出现刚度、内力和位移突变,促使部分构件提前破坏,因此对建筑物在转换层上下的刚度比的要求比较严格,以缓解构件内力、位移突变的情况。由于底部框架剪力墙结构容易出现刚度突变、位移突变等不规则项,在设计时应尽量避免错层、楼板不连续、平面或竖向尺寸突变等不规则项,以免形成具有较明显的抗震薄弱部位的特别不规则结构。承重墙尽量放在框架梁上,如果出现放在次梁上的墙体时,应适当加大该次梁、主梁、框架梁的安全系数,加厚该处的楼板厚度。
3.2注重细部优化
3.2.1在注重整体设计的同时,也应加强结构局部构件的精细设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板,这样既达到合理受力的目的,也避免了拐角裂缝的出现。
3.2.2底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大,此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋,便可减少箍筋肢数或箍筋直径,达到降低造价的以及方便施工的目的。还有,为减少柱构件底部截面,采用高强度的混凝土是不错的选择,但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号,满足了受力要求,也节约了成本。
3.3结构设计软件在优化设计中的运用
随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合,基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型,采用高效的计算机优化计算方法,设立结构设计达到的目标要求,最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中,优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中,基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此,工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。
四、结语
从理论上讲,任何建筑体型都有一种相对比较规则的结构受力方案,因为当建筑体型确定以后,整体建筑的形心和质量中心就也确定了,结构设计师在设计时只要使结构的荷载中心和刚度中心尽可能地接近乃至重合,该建筑结构就基本具备了稳定和规则性的条件,通过从整体和细部的优化设计,采用合理的结构形式和布置,优化构件设计和构造,使得建筑结构符合安全耐用和经济合理的要求。