范文一：建筑结构设计优化方法

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建筑结构设计优化方法

作者：刘凯

来源：《建筑工程技术与设计》2015年第10期

摘要：建筑结构设计是一个系统的工作、要全面进行考虑的工程，对于建筑设计的成功、建筑使用的安全意义重大，我们设计人员一定要做到对于建筑的设计规范、合理、科学，保证建筑结构设计的安全，保证工程的质量，这样才能保证人们的安全，对我们的社会负责。本文探讨了建筑结构设计优化方法。

关键词：建筑；结构设计；优化方法

结构设计是现代建筑设计中的核心内容，是确保建筑物整体结构稳定性及安全性的关键，设计师在结构设计时应注意一些常见设计通病，确保结构设计的科学性、合理性、经济性、安全性，避免后期出现设计变更或者其他质量安全问题，从而提高建筑建设的效益。

一、 建筑结构设计的特点

1、 复杂性

建筑结构设计的复杂性主要体现在设计中各个因素的不确定方面。例如，在方案的设计阶段会对建筑进行反复的修改。它的复杂性的另外一个表现，就是结构方案的多元化。例如，同一建筑可以有不同的结构设计方案。因此建筑结构设计是一个多解而没有标准答案的问题，作为结构设计师，需要找出一个最佳方案。

2、科学性

建筑结构设计是一种工程技术，而工程技术是科学理论在改造物质世界中的具体应用。建筑结构设计，以数学和力学为理论基础，借助现代计算机技术进行应用。结构设计师应该善于将建筑结构的理论模型进行抽象，善于用数学和力学的知识分析建筑结构的工作机理，只有这样才能具有较强的认识能力和适应能力。

3、应用性

建筑结构设计必须讲求经济效益，一个成功的建筑结构设计，技术上先进合理，经济上效益显著。建筑结构设计与结构理论研究不同，它更加具体、更加简洁、有些地方是近似解，有些地方则根据实际情况进行修正。

4、 实践性

范文二：建筑结构设计优化方法

建筑结构设计优化方法

摘要：改革开放以来，我国人民的经济收入得到了很大提高，对生活各方面的追求也是越来越多。随着经济不断发展，城市规模不断扩大，房屋建筑工程建设数量也在迅速增加，要实现建筑经济性和适用性的目标就要对建筑结构进行优化设计，从而有效的降低工程造价。本文分析了民用建筑结构设计的常用选型和适用特征，并结合实际重点分析了建筑结构设计的优化方法。

关键词：建筑；结构设计；优化方法

一直以来，居民住房问题是整个社会的焦点问题，房屋建筑设计也成为大家关注的话题。建筑结构设计必须从多个层面去考虑，首先是对工程建筑成本的投入和预算，工程竣工后怎么使用，还要在设计的同时尽可能地满足居住、使用者对建筑的各种需求等，所以在建筑机构设计优化方面提出了更高更多的标准。

一、建筑结构设计优化的意义

国家宏观调控力度在不断加大，原材料价格在不断上涨，在工程建设前期挖掘潜力，节约建筑成本、科学优化设计，有利于节约建筑原材料、保护环境，符合国家“低碳、节能、环保”理念，利国利民。

建筑工程造价中建筑结构成本大约占到总造价的50%，对建筑结构进行优化设计可以在很大程度上降低上程总造价，节约工程造价成本。建筑结构优化设计能有效的节省房屋建筑的投资成本，具有巨大的经济价值。据统计因为在设计过程中，设计质量差，造成功能布置不合理，相关专业工程师没有相互沟通，导致在施工过程中出现进行修改及返工现象，更是没法控制施工工期。同时因为工程存在安全隐患、工程质量差等问题，使得投资经常被消耗浪费。所以通过建筑结构设计优化可以减少投资浪费、降低安全隐患，有效的提高工程设计质量。

二、满足建筑结构设计优化的要点

首先，在完成建筑结构优化设计时安全性是首先要考虑的因素；其次，在社会不断进步、科学技术快速发展的背景下，人们的思想也在随之发生改变，在这些改变的基础上，人类在建筑功能上的要求也越来越多；再次，在建筑结构优化设计方面，应该从节能环保建材、优化建筑结构整体布局来实现节能环保。在建筑施工过程中产生的废弃材料要做好科学处理，注意废水排放的方式；最后，在确保安全稳定、功能全面、节能环保的同时降低投资成本才是建筑结构优化设计的经济性所在。

三、结构设计优化技术在应用中的问题

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在适用性能不改变的前提下使工程造价有所降低。结构设计优化设计

范文三：建筑结构设计优化方法

　　摘要：建筑结构设计是一个系统的工作、要全面进行考虑的工程，对于建筑设计的成功、建筑使用的安全意义重大，我们设计人员一定要做到对于建筑的设计规范、合理、科学，保证建筑结构设计的安全，保证工程的质量，这样才能保证人们的安全，对我们的社会负责。本文探讨了建筑结构设计优化方法。

　　关键词：建筑；结构设计；优化方法

　　结构设计是现代建筑设计中的核心内容，是确保建筑物整体结构稳定性及安全性的关键，设计师在结构设计时应注意一些常见设计通病，确保结构设计的科学性、合理性、经济性、安全性，避免后期出现设计变更或者其他质量安全问题，从而提高建筑建设的效益。

　　一、 建筑结构设计的特点

　　1、 复杂性

　　建筑结构设计的复杂性主要体现在设计中各个因素的不确定方面。例如，在方案的设计阶段会对建筑进行反复的修改。它的复杂性的另外一个表现，就是结构方案的多元化。例如，同一建筑可以有不同的结构设计方案。因此建筑结构设计是一个多解而没有标准答案的问题，作为结构设计师，需要找出一个最佳方案。

　　2、科学性

　　建筑结构设计是一种工程技术，而工程技术是科学理论在改造物质世界中的具体应用。建筑结构设计，以数学和力学为理论基础，借助现代计算机技术进行应用。结构设计师应该善于将建筑结构的理论模型进行抽象，善于用数学和力学的知识分析建筑结构的工作机理，只有这样才能具有较强的认识能力和适应能力。

　　3、应用性

　　建筑结构设计必须讲求经济效益，一个成功的建筑结构设计，技术上先进合理，经济上效益显著。建筑结构设计与结构理论研究不同，它更加具体、更加简洁、有些地方是近似解，有些地方则根据实际情况进行修正。

　　4、 实践性

　　建筑结构设计是一种工程实践活动，没有一个工程师是直接从大学毕业生马上变成一个成熟的工程师，而是必须经过一个较长时间的工程设计锻炼，少则两三年，多则五六年甚至更长时间，那种梦想一毕业就成为工程师的想法是不切实际的。

　　5、 创新性

　　建筑结构设计作为一种技术服务行业，在设计市场竞争如此激烈的形势下，要想获得开发商的项目，必须提供比别人更加合理的结构方案，这就需要工程师具有创新能力。从另一个方面来看，要使建筑结构设计有所发展、进步，也要求其具有创新性。部分工程师认为建筑结构设计就是规范+PKPM +CAD 绘图，这并不是十分准确的。建筑结构设计中最重要的就是设计理念，一个好的设计理念会使一个结构方案更加完美。

　　二、建筑结构设计优化方法

　　1、基础设计

　　地基和基础设计是建筑结构设计中的重要环节，不仅要求安全性、合理性、适用性，也要求经济性，因此设计人员在实际设计过程中应综合考虑多方面因素。在正式设计之前，应安排专业人员深入现场进行实地勘察，并且出具详细、全面、准确的地质勘察资料，设计人员在充分掌握现场地基情况的前提下再设计房屋基础以及上部结构。在计算荷载的过程中，不仅应套用地基容许的承载力值以及基础设计公式，同时应严格按照相关规范对地基容许的承载力值进行修正，值得注意的是，土质不同，其承载力也会存在很大差异，因此设计人员在地基承载力计算时还需要考虑土层类型，确保计算结果的准确性。其次，在计算基础设计工程中，应严格根据设计规范进行计算，尽量减少计算误差，从而确保建筑结构基础设计质量。

　　2、综合考虑框架设计

　　在进行建筑结构的框架结构设计进程中，设计人员应当充分考虑框架的设计，将框架的横向设计和纵向设计放在同等重要的地位，对于这两个方面，设计人员都要按照抗震规范要求进行严谨的设计， 以确保梁柱的节点、其中的纵筋、箍筋等构件都按照设计标准进行设计。

　　3、强化对楼板设计影响因素的考虑

　　在建筑工程设计中，最重要的就是建筑工程的稳定性，只有提高建筑工程的稳定性，才能够有效提高工程施工的质量和效率，保证工程建设的顺利进行。对于楼板的受力状态，设计人员应当进行充分的了解，将双向板和单向板分开设计，以保证其计算数值符合板的实际承受能力，并且按照实际要求进行配筋。在楼板设计中，要了解的不仅有楼板自身的承载力问题，同时还要考虑其周围构件的承载力， 设计人员在计算楼板的承载力时，应当充分考虑整个建筑结构的承载力。

　　4、 建筑主梁以及刚性楼面设计

　　主梁结构作为建筑物的支撑骨架以及重要构件在现代建筑设计中占有很高的地位，对于确保建筑物的安全性和稳定性具有极其重要的作用。值得注意的是，在设计主梁和次梁结构中，必须增加次梁处的箍筋，从而提高主次梁的抗震、抗剪、抗压能力。其次，在设计刚性楼面时，为了避免出现根本性的错误，应尽可能采用刚性楼面设计，尽量避免凹槽缺口过深、外伸翼块过长或者大开洞等问题。而且，应注意合理安排配筋构造以及建筑结构布置，从而确保结构的使用性能。若平面不能满足刚性楼板设计，必须在洞口边以及连系梁板之间增加暗梁、边梁设计，使梁板配筋量适当增加。

　　5、承重墙结构设计

　　矩形平面是现代建筑设计的主要布置形式，这样的形式往往横向刚度较纵向刚度偏小，为确保建筑结构具有良好的抗震性能，应要求具有足够的横墙。为了确保建筑物的抗剪强度，首先应选择高强度等级的建筑材料，横墙轴压力也应相应增加，尽可能将横墙设计成有效结合隔断和承重双重性能的墙体。

　　6、加强结构细部的优化工作

　　对于建筑结构来说，一定要重视建筑的分部结构优化工作。中国有句老话叫“千里之堤毁于蚁穴”，说的就是重视细节的道理，主体结构构建好了，但是如果局部位置出现问题，将危及整座建筑物，结构细部的优化工作包括了结构细部的设计工作，如平时我们工作中给常见的矩形现浇板做设计时，需要对其先做分析，避免在拐角处有裂缝，这都是细节，但如果不注意，引起的后果将不堪设想。另外，如今已不再是过去手绘稿的年代了，计算机已经渗透了我们的工作，设计人员需要与时俱进，了解计算机的工作性能，将设计理论通过计算机软件输出，既节省了时间，也方便修改，但如何将计算机与设计理论完美结合，设计或优化我们的结构方案，还需设计人员加强学习。

　　7、 对统计结论进行分析

　　设计人员在进行了各种计算之后，要对统计结果进行认真的分析，并且找出各个设计方案中不同点和相同点，并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候，要注意不要遗漏一些细节问题。建筑工程的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目，它不仅涉及到建设单位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，设计人员在把握细节的基础上，要注意从宏观上把握住当事人的利益，这样才能够有效的节约建设成本，进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候，设计人员不仅要避免追求片面的利益，还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。

　　总而言之，建筑结构设计优化方法在建筑结构设计中的实际应用具有重要的意义，是使建筑实现新的价值的重要手段。突破以往简单的安全、经济特点，变得更加的美观、适用并且易于施工。

　　参考文献：

　　[1] 王博. 新型野营房的结构设计和制造工艺探究[J]. 黑龙江科技信息. 2014（18）

　　[2] 张洁. 建筑结构设计中安全性问题的分析[J]. 黑龙江科技信息. 2014（15）

　　[3] 纪哲. 某框架商业楼结构加固设计[J]. 黑龙江科技信息. 2014（19）

　　[4] 赵晶晶. 建筑结构设计中如何提高建筑的安全性[J]. 黑龙江科技信息. 2014（19）

范文四：工业建筑结构设计优化

第３６卷２００８年第２期广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥＶｏｌ．３６Ｎｏ．２，２００８

工业建筑结构设计优化

王伟

（广州市重点公共建设项目管理办公室，广州５１００００）

摘

要：对于工业建筑结构设计的几个重要问题：直接支承大型设备的构件应计入设备产生的附加地震

作用；磨煤机基础采用弹簧隔振技术；应用ＳＡＰ２０００程序对吊车荷载的处理，本文对这些问题进行了具体的分析，并结合工程实例给出了设计例题。以期引起工程技术人员的重视，其他类似工程能加以借鉴。关键词：

附加地震作用；隔振技术；吊车荷载处理

ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＢｕｉｌｄｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎ

ＷＡＮＧＷｅｉ

（ＧｕａｎｇｚｈｏｕＭａｊｏｒＰｕｂｌｉｃＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｓＯｆｆｉｃｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００００）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｓａｂｏｕｔｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ：ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｇｉａｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｐｏｎｅｎｔｓｈｏｕｌｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｅｓ；ｔｈｅｍｉｌｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｕｓｅｓｔｈｅｓｐｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＵｓｉｎｇｔｈｅＳＡＰ２０００ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｏｃｒａｎｅｌｏａｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｓｅｉｓｓｕｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｂａｓｅｄｏｎｐｒｏｊｅｃｔａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｉｔｉｓｈｏｐｅｄｔｈａｔｅｎｇｉｎｅｅｒｓｃａｎａｔｔａｃｈｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｔｏｔｈｅｓｅｉｓｓｕｅｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃｏｕｌｄｓｅｒｖｅｖａｌｕａｂｌｙｆｏｒｏｔｈｅｒｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎ；ｔｈｅｓｐｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｒａｎｅｌｏａｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

工业建筑具有工艺复杂、荷载较大、附加地震作用较为突出、由于生产工艺的要求往往还会产生较大的水平力、旋转机器运行时不可避免地产生振动和噪声、工业厂房一般需施加吊车荷载等特点。因此，工业建筑结构设计需要结合具体情况，合理确定程序计算模型，将程序无法自动考虑的附加荷载（作用）采用手算复核，使得构件截面及配筋合理，结构体系优化。

１．１计算煤斗支承梁的荷载效应组合

该电厂煤斗框架结构图见图１。按《火力发电厂土建结构设计技术规定》

［２］

（ＤＬ５０２２－９３）

计算煤斗支承梁的荷载效应组合Ｓ１：

Ｓ１＝１．２（Ｇｋ＋ΨｃｉＱｉｋ＋ΨＱｉＱＱｋ＋ＱｃＧ）＋１．３Ｅｈｋ＋１．４ΨｗＷｋ

式中，Ｇｋ———永久荷载的标准值；

——分别为楼面活荷载、设备（管Ψｃｉ、ΨＱｉ—

道）荷载在进行地震效应组合时的荷载组合值系数；

——计算主框架用的楼面活荷载标准值；Ｑｉｋ—

——设备、管道活荷载，包括煤斗中的ＱＱｋ—

煤、除氧器和除氧水箱（含水重）、粗（细）粉分离器、高（低）压加热器等设备荷载及管道支吊架荷载；

——吊车自重（地震作用组合用）；ＱＣＧ—

１直接支承大型设备和料斗的构件及其连

接应计入设备产生的附加地震作用

由于煤斗等大型设备的体积、高度均很大，其本身会产生很大的水平地震作用，相应的，此水平地震作用对其直接支承构件产生很大的附加内力（弯矩、扭矩等）。

本文介绍了广东某电厂的结构设计。

４

广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ２００８年第２期

图１广东某电厂煤斗框架结构图

——水平地震作用；Ｅｈｋ—

——风荷载在参与地震作用时的组合值系Ψｗ—

数，一般框排架结构取Ψｗ＝０，锅炉炉架取Ψｗ＝

——设备或料斗重心至其支承构件形心的Ｈｓ—距离；

——由煤斗产生的附加水平地震作用对Ｍｓ、Ｔｓ—

其支承梁产生的弯矩、扭矩。

０．２；

——风荷载标准值。Ｗｋ—

煤斗支承梁在的Ｓ１效应组合下，煤斗支承梁跨中弯矩为＋５４０９ｋＮ．ｍ；梁端弯矩为－３９９０ｋＮ．ｍ。

１．３煤斗对其支承梁产生附加内力的计算

按照煤斗框架结构图（见图１）所示，进行计算：

１．２计算煤斗产生的附加地震作用及对其支承梁的

附加内力

按《建筑抗震设计规范》震作用及对其支承梁的附加内力：

［１］

Ｈｘ＝４１．７６ｍ；Ｈｎ＝５４．５ｍ；Ｇｅｑ＝６０００ｋＮ；

λ＝１．０＋Ｈｘ／Ｈｎ＝１＋４１．７６÷５４．５＝１．７７；Ｆｓ＝αＧｅｑ＝０．０４×１．７７×６０００＝４２４．８ｋＮ；ｍａｘλＭｓ＝ＦｓＨｓ＝４２４．８×４．８＝２０３９．０４ｋＮ．ｍ。

同理，当考虑与支承梁杆轴方向相垂直的地震作用时，煤斗对其支承梁产生的就是扭矩Ｔｓ。

（ＧＢ５００１１－

２００１）附录Ｇ第Ｇ．０．２条计算煤斗产生的附加地

Ｆｓ＝αＧｅｑｍａｘλλ＝１．０＋Ｈｘ／ＨｎＭｓ＝ＦｓＨｓ

式中，Ｆｓ———设备或料斗重心处的水平地震作用标准值；

——水平地震影响系数最大值；αｍａｘ—

——设备或料斗的重力荷载代表值；Ｇｅｑ————放大系数；λ

——建筑基础至设备或料斗重心的距离；Ｈｘ—

——建筑基础底至建筑物顶部的距离；Ｈｎ—

１．４优化设计的建议

由上可见，煤斗等大型设备对其支承构件产生的附加内力很大。在设计过程中，工程师往往会忽略这点，直接将煤斗荷载简化为梁上的集中荷载或均布荷载输入，让程序进行地震作用计算，这样的做法对一般荷载而言是可行的，但对于有较大几何尺寸的大型设备（

其重心距离支承梁有

２００８年第２期王伟：工业建筑结构设计优化

５

较大距离），就会造成漏算大型设备引起的附加内力，使得构件配筋不足。建议对直接支承大型设备的构件，采用手算方式补充计算其附加内力。

尤为重要的是，煤斗等大型设备会对其支承构件产生很大的扭矩，这就要求优化结构布置，通常可采取以下措施：

（１）工艺条件许可的情况下，在靠近大型设备的重心位置来设置其支承构件，尽量消除大型设备产生的附加内力。

（２）楼盖布置时，要有意识地布置与支承梁杆轴方向相垂直的梁，这样，作用在支承梁上的扭矩就转化为作用在这些梁上的弯矩，充分利用梁抗弯能力较强的特性。

（３）加强支承构件的抗扭配筋。（４）相应加强楼板的构造措施。

簧，与此并联的粘滞阻尼器具有与速度成正比的阻尼作用，隔振效率可达９０％以上。隔振器能在减少基础块质量的同时，稳定系统工作，并可不作动力计算。

以湖南某火电厂为例，该厂磨煤机基础弹簧隔振系统由基础台座、弹簧隔振器和阻尼器等组成（见图２），根据业主提供的磨煤机的有关数据确定基础台座厚度和隔振元件布置，根据磨煤机制造商提供的资料对磨煤机弹簧隔振基础进行动力计算，以确保磨煤机弹簧隔振基础安全可靠运行。

磨煤机基础采用弹簧隔振系统后，与常规块式基础相比具有许多优势：

（１）采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础台座的体积或重量大约只有常规基础块的一半，因而减小了占地空间，有利于工艺布置。

（２）由于磨煤机基础台座与锅炉房厂房结构分离，磨煤机基础的施工相对独立，并有很大的灵活性。磨煤机基础的施工可以交叉进行，可以缩短施工周期。

（３）采用弹簧隔振系统后，减小磨煤机产生的振动，减小磨煤机对周围厂房及工作人员的振动影响。不再会有明显的振动传递到主厂房上。基础的隔振效率可达到９０％以上，并可降低噪声。由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏以及由于振动而造成的火力发电厂的运行事故也可以避免。

（４）采用弹簧隔振系统后，磨煤机本身所受的动荷载很小，降低了磨煤机的磨损，磨煤机的运行可靠性提高，同时还可以延长磨煤机的使用寿

２磨煤机基础采用弹簧隔振技术

磨煤机是火电厂的重要辅机，通常设置在煤仓间零米层，当不采用隔振措施时，其振动较大，从而会干扰电站设备运行，诱发故障，甚至会导致电站运行中断。通常受影响的有配电装置，发电机组控制室及锅炉附近的其它设备。在采用常规设计时，若不作动力计算，基础块的重量是磨煤机重的２～５倍。

为了消除这些不良影响，可采用弹性支承隔振系统。与需要很大空间的传统支承方式相比，使用弹性支承隔振系统时，磨煤机所需要的基础块要小得多。磨煤机隔振是通过弹簧隔振器实现的。这种隔振器采用优质耐用的圆柱螺旋压缩弹

图２

６

广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ２００８年第２期

命，延长磨煤机的大修周期。

（５）简化磨煤机的调平，其基础沉降可以通过弹簧隔振器得到调平。

（６）与常规基础相比，采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础的振动具有可控性。采用弹簧隔振基础后，传到基础下面的荷载较小，因而可以减少地基基础的处理费用。

吊车荷载分为水平荷载和竖向荷载。在应用

ＳＡＰ２０００进行结构分析时，吊车水平荷载可以根

据规范等效静荷载方式施加到排架柱的相应位置，而竖向荷载可按《ＳＡＰ２０００中文版实用指南》荷载的方式进行施加。

本文以广东某电厂为例，介绍应用ＳＡＰ２０００程序对吊车荷载的处理，该厂吊车梁平面布置见图３

。

［３］

的指引，利用ＳＡＰ２０００的桥梁模块，通过移动静

３应用ＳＡＰ２０００程序对吊车荷载的处理

工厂因生产的需要，厂房往往会配备吊车，

图３广东某电厂吊车梁平面布置图

３．１吊车水平荷载的处理

（１）确定吊车纵向水平荷载标准值：

吊车纵向水平荷载标准值取为作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的１０％；该荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，方向与轨道方向一致。即：

（３）吊车水平荷载的施加：

吊车水平荷载可以根据规范等效静荷载方式施加到排架柱的相应位置。

３．２吊车竖向荷载处理

（１）确定Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎ：

Ｐｍａｘ按生产厂家资料即可确定，Ｐｍｉｎ按下式确

定：

Ｈ纵＝０．１ｎＰｍａｘ

——吊车最大轮压，按厂家资料确定；Ｐｍａｘ—

——吊车每边的轮数。ｎ—

（２）确定吊车横向水平荷载标准值：

吊车横向水平荷载标准值取为横行小车重量与额定重量之和的百分数，并乘以重力加速度。即：

Ｐｍｉｎ＝Ｇ＋Ｑｇ－Ｐｍａｘ

式中，Ｇ———吊车总重量；

——吊车额定起重量；Ｑ—

——重力加速度；ｇ—

——吊车每边的轮数。对于有８个轮的吊车，ｎ—则ｎ＝４。

（２）吊车竖向荷载的施加：

可按以下步骤，利用ＳＡＰ２０００的桥梁模块，通过移动静荷载的方式将吊车竖向荷载施加到主

Ｈ横＝（Ｑ＋Ｇ１）×ｇ×ａ％

——吊车额定起重量；Ｑ—

——横行小车重量；Ｇ１—

——根据吊车类型，按规范取值。ａ％—

２００８年第２期王伟：工业建筑结构设计优化

７

厂房。吊车纵向刹车力：

①指定车道。先在ＳＡＰ２０００中，将吊车梁在

其平面位置和标高处画出，然后查吊车梁的标签，在“定义”→“桥梁荷载”→“车道”中，依次把各段吊车梁的标签号输入到“框架”栏中，“中心偏移”、“车道宽度”栏均选为０。这样就完成了车道的指定。一般而言，每个工程至少有２个车道：如本文图３所示的Ｌａｎｅ（Ａ）和Ｌａｎｅ（Ｂ）。

Ｈ纵＝０．１ｎＰｍａｘ＝０．１×４×３８５＝１５４ｋＮ。

吊车横向刹车力：

Ｈ横＝（Ｑ＋Ｇ１）×ｇ×８％＝（８０＋２８．５）×１０×０．０８＝

８６．８ｋＮ。

吊车的水平荷载可以根据规范等效静荷载方式施加到排架柱的相应位置，竖向荷载通过移动静荷载进行施加，吊车梁在ＣＬ（Ａ）工况及ＣＬ（Ｂ）工况的计算剪力结果均与实际相符。

可见，利用ＳＡＰ２０００的桥梁模块可方便地输入吊车竖向移动荷载，合理地将吊车荷载纳入结构总体计算，减少了辅助手算工作量，达到优化结构设计的效果。

②指定吊车荷载。然后，在ＳＡＰ２０００中，按

“定义”→“桥梁荷载”→“车辆”指定吊车荷载，

（选择“ＡｄｄＧｅｎｅｒａｌＶｅｈｉｃｌｅ”项）分别为。定义完车辆后，必须定③定义“车辆类别”

义“车辆类别”（因为ＳＡＰ２０００中是指定“车辆类别”的，而非指定“车辆”）。其中“车辆类别”是指各车辆的组合，相当于桥梁的车组。由于在定义“车辆”中，可把２台吊车的车轮（每边共

Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎ二种。

４结论

（１）直接支承大型设备的构件及其连接应计入大型设备产生的附加地震作用，此附加水平地震作用对其支承构件产生很大的附加内力（弯矩、扭矩等），设计人员应予以足够重视，采取相应措施，优化结构设计。

（２）对于磨煤机等动力机器可采取隔振措施，通过采用弹簧隔振系统吸收振源的振动能量，达到减少和隔离振动的目的，能取得满意效果。

（３）使用ＳＡＰ２０００程序进行工业建筑结构分析计算时，可利用其桥梁模块，将吊车竖向荷载按车辆荷载的方式施加到结构中。

参考文献

２×４＝８个轮）折算成为１台吊车（即１台每边有８个轮的吊车），所以在“车辆类别”定义中，Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎ这两种“车辆类别”都分别只有Ｐｍａｘ、

，比例系数都为１。Ｐｍｉｎ的单一“车辆”

④指定车辆反应分量。可通过“指定框架／索／

钢束荷载”→“车辆反应分量”→“指定选择覆盖类型”，确定需要的输出结果。

⑤将吊车荷载施加到主厂房框架上。首先，

定义ＣＬ（Ａ）和ＣＬ（Ｂ）工况，

工况类型为

ＭｏｖｉｎｇＬｏａｄ。其中，ＣＬ（Ａ）表示Ｐｍａｘ作用在Ｌａｎｅ（Ａ）的同时，Ｐｍｉｎ作用在Ｌａｎｅ（Ｂ）；ＣＬ（Ｂ）

表示Ｐｍａｘ作用在Ｌａｎｅ（Ｂ）的同时，Ｐｍｉｎ作用在

［１］ＧＢ５００１１－２００１建筑抗震设计规范［Ｓ］．

［２］ＤＬ５０２２－９３火力发电厂土建结构设计技术规定［Ｓ］．［３］ＳＡＰ２０００中文版实用指南［Ｍ］．北京：人民交通出版

社，２００６．

Ｌａｎｅ（Ａ）。然后，将Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎ这两种“车辆类别”

分别与车道对应起来，就把将吊车竖向荷载施加到了主厂房框架上。

３．３吊车荷载输入

按吊车资料Ｐｍａｘ＝３８５ｋＮ，Ｇ＝９５．５ｔ，Ｑ＝８０ｔ，

Ｇ１＝２８．５ｔ，ｎ＝４，得：

Ｐｍｉｎ＝Ｇ＋Ｑｇ－Ｐｍａｘ＝（９５．５＋８０）×１０÷４－３８５＝

５３．７５ｋＮ。

范文五：优化建筑结构设计论文

优化建筑结构设计论文

摘要：规划与设计在设计了房屋结构模型，并选择了适当的计算方法之后，设计者就可以进入选择最优程序的环节了。最优的设计程序应当具备功能完整、用途齐全、运转高效等优点。这种程序是由若干小程序组合而成的综合程序，在结构设计上发挥着重要作用。

前言

说到优化建筑构造设计，可能有人以为只要通过受力计算，准确地计算出所需钢筋的用量和布置方式，使结构构件受力最佳、钢筋用量最省、功能最齐全，其实这是不对的，至少是不全面的。因为任何一栋建筑的结构设计方案提出后，从结构选型和构件布置开始就已经存在优化的问题，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的思考、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。结构优化不应仅仅在结构本身，而是应包括建筑的各方面。科学地确定建筑结构优化设计是非常重要的。

1建筑结构设计优化的基本理论

房屋结构设计，是一项技术含量很高的专业性活动。设计人员在进行具体房屋结构的设计时，应当兼顾建筑物的各种性能指标，包括使用价值指标、美学价值指标等。建筑物的功能价值，指的是建筑物作为人们的日常住所所必须具有的遮挡风雨、抗温度变化等基本功能；建筑物的审美价值，指的是建筑物的外形要美观、结构搭配要协调，从而给人以美的享受。设计者不仅要考虑到房屋的基本性能，还要考虑到房屋的结构搭配以及美学价值的大小。在这样的设计理念指

引下，设计者就要从拟定的多种方案中选择一种最佳的方案，以实现房屋结构设计的综合目标。我们可以将这个方案筛选过程用科学化方式加以表达：运用建筑学和相关的数学知识，在许多种设计方案中，选择一种与设计目标最相符的、最能体现居住者需要的设计方案。

建筑结构设计优化，指的是在设计建筑结构时，要改革设计理念，应用科学、先进的设计方案筛选方式，选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑物内部的结构十分复杂，要将建筑物的各个部分完美组合在一起，使建筑物发挥最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑结构设计优化，具体包括建筑物中各个部分结构设计的优化，以及建筑物整体设计结构的优化。在这两个部分中，建筑物整体结构的优化显得更为重要，因为整体是各个部分的综合，在完善房屋功能方面发挥着更大的作用。具体来说，建筑物整体结构的优化包括房屋顶部设计的优化、房屋外围设计的优化，以及房屋细节结构设计的优化。在这三个大部分中，还可以细分出型号选择、布局设置、受力研究、价格衡量等较小的设计项目。在实际的结构设计中，设计者还要紧密结合建筑工程的实际情况，努力实现房屋建造的经济效益、社会效益和环境效益。

在确保房屋结构性能稳定的前提下，设计者要大胆创新，敢于探索新型结构优化方案。在进行建筑结构设计的过程中，设计者要平衡房屋使用者和建造者的利益，充分考虑房屋建筑工作者的意见；在满足建筑物建造者需求的基础上，寻求新式的房屋结构布局方法。

具体而言，房屋的平面结构应当平整，体现出建筑物的对称美，

并尽量减小平面建造质量与房屋刚性结构要求之间的差异，使得房屋在承受较大的水平方向作用力时，不至于发生结构性的扭曲；在满足居住者使用要求的基础上，设计者应将房屋的承重结构设计成竖直贯通的形式，以便增强房屋对竖直方向压力的承受能力；尽量不更换房屋原有的转换结构。

因为一旦更换这些结构，就会消耗大量的建筑原料，不符合房屋建设的经济性要求，还比较容易造成外来压力集中于某一个承受点上的现象；竖直方向的刚性程度设计要遵循渐变规律，避免刚性结构角度的突然改变。否则，角度突变的部位在受到强烈的水平压力时，不容易转移压力，这对于房屋整体抗压性能的提升是很不利的。

2建筑结构设计优化的重要性

在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化技术，不仅能够实现建筑物的美学价值、实际使用价值和经济价值等各种价值，还能够节约建筑成本、保护建筑物施工现场附近的生态环境。因此，恰当地运用这种结构设计技术，可以实现房屋建筑的综合效益。

建筑商追求的目标是：在保证房屋长期使用性能的基础之上，最大限度地节省建筑物的设计和施工成本，节约原材料，并缩减建筑投资。只有保证房屋结构稳定、耐用、美观，才能满足用户不同层次的需求，也才能给建设单位带来最大的经营利润。与旧式的建筑结构设计方式相比，建筑结构设计优化方案可以使房屋建造的成本降低30%左右。采用优化的设计技巧，可以合理配置各种资源，充分利用建筑原料，并协调好房屋内部各个独立的单元，使这些独立的部分互相配

合，共同发挥作用；采用优化的设计技巧，可以在创新设计方式的同时，确保建筑物的安全性能达到既定标准，保护居民的生命健康和财产安全；采用优化的设计技巧，还可以帮助建筑物结构的设计者认真规划建筑设计方案，选择最科学、最合理的设计方式，实现建筑结构设计的最终目标。

3房屋结构设计中的建筑结构设计优化措施

3.1设计结构模型

建筑物结构设计优化中的房屋整体设计优化可以分为三个阶段：

（1）第一阶段是变量的选择。通常情况下，对设计人员决定最终设计方案起到重要作用的那些数值，都可以作为变量供设计者选择。例如：工程的目标参数包括房屋价格参数和预期产生的损失参数；工程的控制与约束参数包括表示房屋架构可靠性能的参数，等等。如果设计者能够将变化幅度较小或者考虑因素较少的参数作为参考指标，那么与建筑结构设计、编程和计算有关的工作难度将会降低，设计者也可以更快找到符合设计目标的那一组数据。

（2）第二阶段是函数的确定。设计者要在多组相似的函数中，选取最符合事先设定的房屋横截面尺寸和钢筋尺寸面积的那一组函数，分析这组函数的各种性质，从而最大限度地降低房屋建造的成本费用。

（3）第三阶段是条件的衡量。出于增强房屋结构稳定性和耐用性的考虑，房屋设计的约束指标应当包括房屋尺寸、架构稳定性、架构刚性、受力限度和变形限度、墙体裂隙限度、单元组件规格、架构

体系规格、结构可塑程度、结构确定程度等。在实际的设计过程中，设计者应当结合房屋建造工程的具体情况，分析比较施工实际中的约束性条件和目标确定的约束性条件，确保各种条件都能符合相关规定要求，以便实现设计结果的最优。

3.2决定计算方法

房屋结构设计过程中会涉及到很多计算程序；而优化建筑结构设计的过程，就是一个复杂变量和多种设计条件的计算过程。设计者在对各种数据进行演算时，要注意将附加约束条件的问题转换成不附带约束条件的问题，这样更容易求得计算结果。经常用于建筑结构设计优化的计算方法也有很多，这些计算方法各有利弊；设计者要根据现实需要，选择最简便的计算方法，以节省时间和精力。

3.3选择最优程序

规划与设计在设计了房屋结构模型，并选择了适当的计算方法之后，设计者就可以进入选择最优程序的环节了。最优的设计程序应当具备功能完整、用途齐全、运转高效等优点。这种程序是由若干小程序组合而成的综合程序，在结构设计上发挥着重要作用。

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