中国建筑结构优化的发展.docx

xx建筑结构优化的发展引言中国古代的建筑多以木材为主要原料，当时环境尚未被破坏，原料充足， 所以较少考虑结构优化的问题，主要以外观大气和结构牢固为建造的主要目 标随着时间的推移，地价不断上涨，人们生活水平不断提高，便对住房的要 求也不断提高现代房屋的建造不仅要考虑外观和结构牢固等问题，也要考虑 制造成本问题，因此房屋结构的优化便日渐成为房屋建造的重点发展对象xx各时期建筑结构主要特点1)xx古代建筑结构特点：中国古代建筑基本为 框架结构”，即屋身部分是以木材作立柱和横梁，成 为一付梁架每一付梁架有两根立柱和两层以上的横梁每两付梁架之间用 防、楝之类的横木牵搭起来，以承托上面的重量xx架上的xx是多层的：上一层的梁总比下一层短；两层之间的矮柱，按照传统的办法，总是逐渐 加高，而称为 举架”屋顶的坡度随举架高低的比例而变化屋顶有实用的目 的，便于雨水下流为了同一目的，房屋前面有 出檐”在结构上，由柱头挑出以承托 出檐”的重量的，时常利用 斗枇”的结构在一 付梁架上，在立柱和横柱梁交接处，在往头上加上一层：逐渐挑出的称作 料”的弓形短木，两层枇之间用称作 斗”的斗形方木块垫 着这种用枇和斗结合构成的单位叫做 斗枇”，它是用以减少立柱和横梁交接 处的剪力，以减少梁的折断的可能性。

由于框架结构的方法，承重与围护结构分工明确，屋顶重量由木构架来承 担，外墙起遮挡阳光、隔热防寒的作用，内墙起分割室内空间的作用由于墙 壁不承重，这种结构赋予建筑物以极大的灵活性，门窗的位置和大小都可以自 由处理其次，有利于防震、抗震，木构架结构很类似今天的框架结构，由于木材 具有的特性，而构架的结构所用斗拱和桦卯又都有若干伸缩余地，因此在一定 限度内可减少由地震对这种构架所引起的危害 墙倒屋不塌”形象地表达了这种结构的特点2）近现代建筑结构特点：钢筋硅结构即为钢筋混凝土结构，为中国近现代建筑最多采用的一种结 构钢筋混凝土结构是以混凝土承受压力、钢筋承受拉力，能比较充分合理地 利用混凝土（高抗压性能）和钢筋（高抗拉性能）这两种材料的力学特性与 素混凝土结构相比，钢筋混凝土结构承载力大大提高，破坏也呈延性特征，有 明显的裂缝和变形发展过程对于一般工程结构，经济指标优于钢结构技术 经济效益显著3）现代建筑结构特点：由于建筑用地紧缺，我国建筑已经进入向高层建筑发展的大趋势现代建 筑的主要趋势便是钢架结构，以为其具备以下几点优势钢结构建筑重量通常仅相当于其设计承载能力的，构件重量大大轻于钢筋 混凝土构件。

传统的钢筋混凝土建筑，具结构本身的重量往往等于其设计承载 能力，预制构件重，对吊装的设备要求较高钢结构建筑在破坏前有较大的变 形，易于觉察和躲避同时，由于重量轻和节点力学特性，钢结构建筑具有好 的抗震性能传统的钢筋混凝土建筑基于混凝土的材料特性，钢筋混凝土建筑 与轻钢结构相比更易产生脆性破坏，且抗震性能要明显低于钢结构建筑钢结 构建筑可采用螺栓连接，只需不多费用就可以很容易地被拆散、转移和易地组 装，有很强的移动性传统的钢筋混凝土建筑基本上不存在移动的可能性现代高层建筑结构优化为了满足日益增加的人口对住房的需求，高层建筑如雨后春笋般在中国不 断涌现出来对高层建筑的各方面进行优化，也成为建筑设计的重要课题之一以下将从耐久性、抗震性、地下室层数、合理用料等四方面浅谈高层建筑 的结构优化1）耐久性的优化设计在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充 分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是保证高层建成之后，在合理使用期限 内，要能满足用户正常使用要求但是很多的设计未能达到，造成此现象的根 本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境 变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降。

对一般高层混凝土结 构设计来说，低造价和省材料设计都应为满意的结构设计，但随着人们生活水 平的提高和在实际工程中，有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛 盾时，设计者们就要放弃对经济的单纯追求所以当选以高层混凝土结构优化 为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多 目标或单目标来实施优化，达到满意效果2）房屋结构抗震性设计在工程图纸设计过程中，房屋结构按抗震设防分 类，房屋抗震等级可根据房屋高度、烈度以及结构类型按国家《抗震规范》确 定地震震力振型组合数据对建筑应当不考虑耦联扭转计算 ；当振型数大于3的时候，应取3的整数倍计算，但数据不能大于建筑物层数；当房屋层数不大于2 时，振型数则可取房屋层数对于不规则房屋的结构，应考虑扭耦联转，对高 层房屋建筑来说，振型数应取不小于 9;房屋结构层数多或房屋结构刚度突变系数大的话，振型数则应多取，例如结构中含多塔结构或 顶部有小塔楼和转换层等，振型数应取不小于 12的数，但其大小仍不能大于房 屋总层数3倍，除非其含有弹性定义的楼板，而且采取总刚性分析的时候，振 型数才能够取的更大3）地下室的层数处理多层房屋框架结构房屋一般都设置地下室结构。

由 于隔墙较少，故常采用的是板筏基础设计计算时将上部结构与地下层数结合 在一起，并在图纸中按实际的地下室的层数计算如此一来，计算基础底板以 及地基纵向荷载可一次设计完成同时通过侧层移刚度性系数比较，可以调整 和判断房屋相应嵌固位置，适当加固构造措施，保证楼板最小配筋率和厚度 当房屋结构纵向不规则时，要验算其最薄弱层4）合理使用高强钢筋与高强混凝土高层建筑的总造价一般都包括框架结 构材料、施工和基础的物料费用等，其中用钢量以及构筑件截面积对房屋造价 影响较大，故在建筑设计中合理使用高强混凝土与高强度钢筋可有效降低用钢 量，节约建筑成本若高层建筑设计位于厚软的地基上，那么由于坐落在地基 上的荷载大，合理使用高强钢筋和高强混凝土来优化构件的截面积，减轻结构 重量，将会显著降低工程造价及基础设施施工难度，取得较好经济效果对于 震区的高层楼房来说，地震力作用的大小与建筑物的自重相关，人为地减轻建 筑物的自重，降低结构在地震的荷载，可提高建筑物的安全性在设计中高效 地使用高强钢筋及高强混凝土，能快速有效的缩小梁墙板柱等构件截面积，达 到建筑造价目的结论中国建筑结构由平铺式向立体式发展，优化思想也进一步发展，不再单纯 的通过增加支柱数量来增加可靠性，而是通过建模等优化手段达到可靠性与经 济性双重标准。

高层建筑的增加，使得建筑设计在节约成本的同时，还要考虑 建筑的耐久性与抗震性，这便使结构优化在建筑设计中占有更高的地位。