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1、浅析建筑结构设计的优化问题摘要：随着城市的发展和科学技术的进步,高层建筑的应用日益广泛,结构工程师按抗震等要求进行结构分析与设计，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在高层建筑结构设计中抗震设计是十分复杂和重要的。在此，对建筑结构的优化问题做以分析。 关键词：建筑结构设计抗震设计优化扭转 引言 高层建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质
2、量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称 1建筑结构抗震设计的优化 1.1尽可能设置多道抗震防线 1.11一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。 1.12强烈地震之后往往伴随多次余震，抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。 1.13适当
3、处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力； 1.14在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。 1.2建筑性能化设计。应根据实际需要和可能，具有针对性，可分别选定针对整个结构、结构的局部部位或关键部位、结构的关键部件、重要构件、次要构件以及建筑构件和机电设备支座作为性能化设计目标进行性能化设计的优化。 1.
4、3应注重采用隔震和消能减震等较新的方法来优化抗震设计，以达到降低工程造价及降低建筑破坏效果的目的。 2建筑结构平面的优化问题 建筑结构平面的不规则会导致结构的扭转问题。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单
5、平面形式,当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于规则对称状态。 3建筑结构设计中高度设计优化问题 按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)规定,综合考虑经济与适用的原则,给出了各种常见结构体系的最大适用高度（详表3.3.1-1、表3.3.1-2）。这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下,较为稳妥的,也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上,已有许多混凝
6、土结构高层建筑的高度超过了这个限制,如:金茂大厦,高达420m(建筑高度);中信广场,也高达322m(建筑高度)。对于超高限建筑物,应当采取科学谨慎的态度进行审查。与常规建筑结构设计比起来，超高限建筑物必须满足更为严格的轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比、层间受剪承载力比。因为在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加,许多影响因素将发生质变,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围,如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。同时，我国现行《高层建筑混凝土结构
7、技术规程》(JGJ3-2010)规定高层建筑宜设置地下室，且应满足与建筑物高度成比例的基础埋置深度。因此设计中当建筑面积一定时，可以通过增加地下空间的高度来减小上部结构的高度。 4.建筑结构静力分析方法的优化 高层建筑的分析方法有很多种，有静力弹性分析法、动力弹性分析法、静力弹塑性分析法、动力弹塑性分析法等。建筑结构的变形和内力可按弹性方法计算，框架梁及连梁等构件可考虑塑性变形引起的内力重分布。建筑结构的计算模型应根据结构实际情况确定，所选取的分析模型应能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况。建筑结构分析，一般情况下
8、选用的是平面结构空间协同、空间杆系、空间杆-薄壁杆系、空间杆-墙板元等计算模型进行整体计算。然而，设计中经常将跨高比很小的转换梁、墙体连梁等构件模拟成了空间杆模型，这样会导致计算结果的不合理。因此，对于一些不符合杆系特征的构件在设计中采用有限元法来进行辅助分析。同时，由于计算模型无法对一些复杂构件的节点
