试论建筑工程结构设计的优化
摘要：城市的现代化建设推动了我国高层建筑向前发展，并且介于人们的对建筑施工的要求不断提升，所以对建筑技术也带来更多的挑战。
因此，就要改进建筑工程结构设计，从而使其具有更大的发挥空间。
针对这一点，本文探讨了建筑工程结构设计的优化。
关键词：建筑工程；结构设计；优化
高层建筑高度不断增加的同时,增大了高层建筑侧向的位移，所以，在对高层建筑进行设计时，不但具有一定的强度,而且结构刚度适宜,使其在结构上的自振频率等一些动力特性更加合理,从而控制水平作用力下的层位移在一定空间。
此外，为了防止高层建筑在大型地震下出现倒塌的情况,一定要以必要强度为前提,在清晰的概念设计以及科学的构造措施基础上,将全部结构、尤其是薄弱层面的变形能力提高上来,确保结构的延性。
所以,在结构设计中，这些因素是不容忽视的,设计合理,具有相当强度的结构、刚度适宜、延性良好。
1、有关建筑结构的分析
1.1结构材料的分析
在假定线弹性对建筑结构的位移、内力时,通常假设成构件与结构处在弹性工作情况跟下,以弹性理论为根据进行研究,但连梁及框架梁等一些构件则要求由局部塑性变形产生的内力重分布做出研究。
将计算地震环境下建筑结构易变形的薄弱层选择弹塑性方面分析其方法。
1.2刚性楼板的分析
在对高层建筑的位移与内力进行计算的过程中，一般假定楼板在本身的平面内是无限的刚性,由于平面外刚度极小所以将其排除在计算之外，在假定为刚性楼板情况下,在进行结构设计时就要使用一些措施以保楼板平面内整体刚度。
1.3计算图形的分析
在高层建筑结构的体系中，进行全面分析所使用的计算图形分为：一维以及二维协同分析和三维空间分析。
1.4小变形分析
在所有方法中是经常运用的基本假定。
但专家们在研究非线性问题(p—δ效应)后得出了新的结论，通常在顶点水平位移δ与建筑物高度h的比值δ/h>1/500时,就应该将p—δ效应考虑在计算内。
2、优化建筑工程结构设计的方法
2.1优化基础拉梁设计
在多层框架房屋的基础埋深值较大的情况下，为了将计算小底层柱的长度以及底层的位移减小，在±0.000之内合理位置进行基础拉梁的设置，但在设计时按构造要求进行设置是不合理的，应该按框架梁设计，根据相关规定对箍筋加密区进行设置。
从抗震方面来讲，基础方案应采用短柱。
通常情况下，在独立基础埋置较浅时，因为不良的地基或因柱子荷载落差较大时，根据抗震的需要，可顺着两个主轴的方向进行构造基础拉梁的设置。
基础拉梁的截面宽度
可取柱中心距1/20～1/30，高度取柱中心距1/10～1/15。
对于构造基础拉梁截面应在上述限值范围以下，纵向受力钢筋要取在所连接柱子最大的轴力设计值的10%为压力或拉力来计算，作为构造配筋时，应符合最小配筋率的要求。
基础拉梁顶标高通常与基础顶标高一致，在框架底层的层高出现不足或者基础埋置较浅的情况时，有时要设计较大的基础拉梁，便于通过拉梁来平衡柱底的弯矩。
此时，拉梁钢筋要进行通长设计。
拉梁的正负弯矩钢筋包括于在框架柱之内的拉梁箍筋、锚固的加密以及有关于抗震构造的需要应与上部框架梁全部一致。
2.2优化独立基础设计的荷载取值
采用钢筋混凝土进行多层框架设计时，房屋一般使用柱下独立基础的方法，当地基的关键受力层的范围之内没有软弱的粘性土层时，小于8层且高度不超过25m的普通民用框架房屋或者荷载一定的多层的框架厂房，可以不进行验算地基以及基础的抗震承载能力。
但这些房屋在进行基础设计时要将风荷载对其造成的的影响考虑在内。
所以，在进行整体计算分析钢筋混凝土多层框架房屋时，务必将风荷载输入，不能由于地震区的高层建筑之外的普通建筑风荷载没有起控制作用就将其忽视；另一方面，在独立基础设计的时候，在基础上面的外荷载柱的脚内力设计值，仅取弯矩设计值以及轴力设计值，不取剪力设计值，甚至也不取弯矩设计值。
以上两方面会最终会使基础设计的配筋偏少，尺寸偏小，对于基础及上部结构的安全造成了威胁。
2.3优化柱箍筋与框架梁的间距
针对抗震等级不同的框架梁，要明确规定柱箍筋加密区箍筋直径的最小值以及最大箍筋的间距。
按照这些规定，一般情况下，工程经常取柱、梁在箍筋加密区间距最大值为100mm，在非加密区箍筋间距的最大值为200mm。
在电算程序全部信息中一般内定的柱、梁箍筋加密区为100mm的间距，并以此为凭证从而计算出加密区箍筋的面积，因此设计人员应按照规范明确箍筋直径以及其肢数。
然而，在内定程序的情况下，在框架梁的跨中位置有次梁或者有过大的其他集中荷载作用而箍筋却仅为两肢箍时，可合理的加密箍筋间距或增加箍筋直径。
在框架内定柱的加密区箍筋在100mm的间距时，在一般时候，框架柱或许由于非加密区的箍筋采用200mm的间距而导致配箍不足。
所以，我们应合理的强化箍筋直径以及加密箍筋的间距。
这里需要注意的是，在验算柱、梁箍筋非加密区的配箍时可以忽略强剪弱弯的规定，即以加密区终点处为剪力设计值，并且不计算剪力增大系数。
2.4优化框架计算简图
对于没有地下室采用钢筋混凝土的多层框架房屋来讲，独立基础的埋置过深，大约在-0.30m无基础拉梁的情况下，应输入基础拉梁按层ⅰ考虑。
如：某项目是3层钢筋混凝土框架结构，属丙类建筑，其建筑场地是ⅱ类； 3.2m层高，1.0m的基础埋深，基础高度为0.7m，室内外高差为0.30m。
抗震设防烈度为7度，该工程的框架结构抗震等级为三级。
设计者在计算时应以3层框架房屋计算，
首层层高为3.5m，即假定框架房屋嵌固于-0.30m基础拉梁的顶面；配筋与截面按构造设计；以中心受压计算其基础。
明显看出，用此种计算简图并不恰当。
在设拉梁层的时候，通常来说，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁处的截面控制。
由于地基土具有约束性的计算简图，在进行电算时，基础拉梁要按层1输入，输入基础拉梁墙荷，设计配筋时按电算结果为准。
2.5优化结构周期的折减系数
框架结构，框架--剪力墙结构及剪力墙结构等，由于存在填充墙，结构实际的刚度要比计算刚度要大，计算周期要比实际周期大，所以，地震剪力的结果偏小，结构就处于不安全的状态下，因而一定要折减结构计算的周期，因此不折减高层建筑结构的计算周期或者折减系数取值过大的做法都不正确。
从框架结构方面来讲，使用砌体对墙体进行填充时，自振周期的折减系数在0.6～0.7之间；在砌体填充墙过少或者使用轻质砌块的时候，取值在0.7～0.8之间；采用的完全是轻质墙体板的时候，取值在0.9。
不折减计算周期的情况要以无墙的纯框架为前提。
2.6优化地下室的层数输入
多层框架结构房屋也有设置地下室的。
由于隔墙少，常采用筏板式基础。
在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写。
这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。
同时通过对层间侧移刚度
比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等。
当结构表现为竖向不规则时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。
如果在结构总体计算中，总信息中填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。
3、结语
综上所述，随着高层建筑不断发展,在高层建筑的材料、形式、力学分析的模型上日益复杂化且多样化。
通过优化建筑工程结构而进行设计处理，以达到整体优化建筑结构设计的最终目标，从而在设计要求上更具有科学性、经济性及合理性。
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