土木工程文献综述-建筑工程文献综述Word文档格式.docx

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就是结合原来的设计方案、新的工艺和设备、新材料的投入，对局部的设计进行改变，不仅要满足技术和功能可行性的要求，还要节约材料使工程造价明显降低。

要想结构做到优化，应该选择最优的最合适的结构设计方案，能够影响整个设计的成败。

高层建筑结构设计在满足我国政策标准的前提下，在经过精确的计算以及分析后进行优化，必须遵循三个原则：

①建筑结构必须能够正常的适用以及具有安全性；

②建筑结构刚度要合理，特殊的位置要进行局部加强；

③结构构件若是能够减小，应该合理进行核减。

1.1 

国外相关研究概况

世界人口的持续增长，使得建筑物越来越多，由此导致了建筑商的建筑成本也越来越高，所以，降低建筑的成本是建筑商最首先考虑的方法，那么到底如何控制建筑成本？

建筑的结构优化设计思想是目前国内外比较有价值的一套理论系统。

运用该理论方法，实现了人民对居住环境和生活环境的改善，提高建筑产品的质量与品位，满足人民对新生活的需求，同时降低建筑工程的造价成本，实现建筑商利润最大化的目标，有很大的适用、经济、实用的价值。

自从六十年代以来，世界各国对建筑结构设计的优化进行了大量的工作，对象涉及土木工程的各个方面，例如房屋结构、桥梁结构，以及一些特殊的建筑物，如搭架、烟囱等等。

1979年Krishnamoorthy等人曾综述土建结构系统优化设计的情况[1]，引用的文献多达216篇，还是不完全的统计，实际的数量还要更多，在优化理论及最优化计算方法的研究方面已经有了很大的发展[2]，例如初期的数学规划方法以及后来崛起的最优性准则，近来两者又有结合的趋势。

Goble等曾对钢梁优化进行了系统的研究，还编制了公路钢桥的优化设计程序。

Vachajitpan对钢梁最轻重采用了两阶段的优化方法[3]。

1.2 

国内相关研究概况

随着中国经济的进步和可持续发展的各种要求，结构的优化设计慢慢地被设计人员所重视，工程投资者也更加注重用较少的投资来换取更大的经济效益。

邹俊[4]利用优化设计计算方法有复合型法、拉氏乘子法、Powell法等，在复杂的计算过程中，将有约束优化问题转化为无约束问题求解。

唐京华[5]在基于实用与效果的建筑结构设计优化方法应用中对建筑优化是一个复杂的过程，从使用、安全、经济和整体效果等因素综合考虑，针对建筑部分结构的空间利用优化部分做出了具体分析。

云传锋[6]通过对设计优化原则与高层住宅结构优化设计措施的分析，阐述了结构工程师不过过分的依赖计算机程序和盲目的照搬规范，要用自己的结构设计的经验、设计概念和为业主与社会设计出更好的建筑。

李玉兰，崔振库[7]通过对设计方案优化、基础及地基处理优化与材料的优化几个方向的分析，在符合国家规范的前提下，减少混凝土和钢筋等材料的用量，以取得较好的经济指标，从而达到最佳的设计效果。

刘利峰[8]通过对钢筋混凝土的材料、结构体系选型、建筑结构设计、建筑结构基础设计与建筑结构的抗争等方面的分析，阐述了钢筋混凝土设计是一个循环往复的复杂过程，对于高层钢筋混凝土结构的优化设计更为重要。

曾继荣[9]通过分析：

1.钢筋混凝土框架结构的优化设计；

2.结构最优设防的选择；

3.框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计；

4.框架-剪力墙结构的设计优化；

5.基础设计优化；

6.强化“强柱弱梁，强减弱弯”设计理念。

阐述了高层建筑结构设计的优化是一个亟待解决与非常复杂的工程难题，结构设计优化带来的利益也是巨大的。

王伟[10]指出了：

1.直接支撑大型设备的构件以及连接应计入大型设备产生的附加地震作用，此时附加地震水平作对其支撑构件产生很大的附加内力（弯矩、扭矩等等），结构设计师应引起足够的重视，并采取相应的措施，优化结构设计；

2.对于动力机器可采用隔振措施，通过采用弹簧的隔振系统吸收振源的振动能量，达到减少和阻隔振动的目的；

3.当使用SAP2000程序进行工业建筑结构分析计算时，可以利用其桥梁建筑模块，将吊车竖向荷载按车辆荷载的方式加载到结构当中。

唐纯能，熊源洲，刘孟良，余永华，谢芬芬，邓方荣，周阳等[11]从多方面多层次分析了结构设计优化是结构工程师与其他多种工程师人员紧密配合的系统工程，要正确的运用结构软件，选择最佳的结构设计体系，运用科学的方法手段利用新兴技术，才能充分体现结构设计优化的价值。

柯砾[12]阐述了使结构刚度适中、结构布置均衡、降低地震反应、减小结构或者构件在荷载与非荷载作用下的影响以及形变，才是结构设计优化所着重要考虑的目标。

刘伟[13]简述了优化设计在实践中的应用，进行参与结构设计优化的前期工作，将概念设计和细部结构设计进行优化，优化下部的地基基础结构等步骤，从而实现建筑结构设计的优化，最终实现了建筑产品的经济化、实用性和适用性的良好目标。

2．研究方向及进展情况

2.1研究方向

（1）小高层短肢剪力墙结构设计优化研究：

主要研究结构优化之后对于造成刚度过大且不均匀，重量增加导致地震反应增强，并使上部结构与基础造价提高的等方面的影响。

（2）高层框剪结构设计优化措施研究：

主要研究墙肢厚度、连梁高度等要求，连梁与墙连接的框架梁对整体结构受力的协调作用，墙肢应力分配不均与扭转等效果。

（3）高层剪力墙结构优化设计研究：

主要研究如何更有效利用剪力墙结构刚度大、整体性强、用钢量小等优点，并且合理规避抗侧刚度、抗震与延性较差等缺陷。

2.2进展情况

（1）小高层短肢剪力墙结构设计优化研究进展

刘礼联[14]通过使用SATWE墙元来模拟剪力墙，采用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去，将其刚度凝聚到边界节点上，从而保证墙元的精度和有限的出口自由度，同时也降低了剪力墙的几何描述和板壳的单元划分难度，并提高了分析效率。

计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑要更合理。

阮志华[15]短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和较强的可调整性，使得其各项指标均比较合理，因而得到被广泛的利用。

值得注意的是短肢剪力墙结构设计时，应区别于一般剪力墙结构，结合住宅的多种特点，使得结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部结构的设计，从而做到安全、经济、适用。

胡永杰[16]短肢剪力墙的墙肢长度一般为厚度的5-8倍，由于抗侧刚度较小，设计时多布置适当数量的长墙或电梯井，避免设防烈度下产生结构大形变。

建筑平面外边缘的角部处是短肢剪力墙的抗震薄弱部位，当有扭转效应时，墙肢会首先开裂，可以使用减小轴压比或者增大纵筋和箍筋的配筋率。

在水平力作用下，整体弯曲变成成为首要影响，要对外墙肢加大厚度和配筋率，并且墙肢应在两个方向上均有连接。

顾欣，王岩[17]对短肢剪力墙的整体结构计算，可采用三维杆-系薄壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，前者计算软件有建研院的TBSA、TAT，广东省建院广厦CAD的SS模块，后者有建研院的TBSSAP、SATWE，清华大学的TUS，广东省建院的SSW等。

相比较两者空间杆-墙组元分析方法计算模型更符合实际情况。

（2）高层框剪结构设计优化措施研究进展

潘伟峰[18]通过三次优化设计，改善了结构的整体传力协调性，消除了超筋和抗剪不满足的情况，通过对整体进行考虑，对对称结构进行调整从墙肢厚底到连梁刚度，重视连梁与墙连接的框架梁对整体结构受力的协调作用，提高墙肢应力的有效均匀分配，提高扭转的规则性，达到调整的预想效果。

游敏英[19]预埋管线特别是在多跟管线集中预埋处容易导致裂缝，当预埋管线直径与开间宽度较大，且管线的辐射走向出现重合时，易发生楼面裂缝。

因此在对于较粗或者管线较集中处须设加强，增设直径6-8间距100 

的抗裂短钢筋。

（3）高层剪力墙结构优化设计研究进展

刘剑[20]通过三方面来展开研究：

1）注重转换层结构设计，转换层本身的刚度和质量不宜过大，通过计算研究内力分配特点，调整内力和配筋设计，提高薄弱部位的性能；

2）优化连梁设计，将连梁的刚度在内力计算之前进行折减，将连梁的弯矩和剪力的组合值在内力计算后乘上折减系数，调整后确保设计值不小于实际值；

3）底部加强部位的设计优化，加强部位延伸到地下一层，同时按规范要求设置地下约束边缘构件。

3．存在问题

（1）建立数学模型[21]时涉及的问题

建立数学模型时因为涉及面比较广，如选定设计变量、选择目标函数、建立约束方程等，必须注意吸收工程经验，使得在现有条件下有解，并且得到的解容易在实际工程中应用，从而增加了设计的复杂性。

（2）结构优化方法的问题

由于结构优化方法太多，对于一般的设计者不容易选准计算的方法，故而使得设计趋于复杂。

（3）编制计算机程序及计算的问题[22]

优化时需要编制大量的计算机程序，计算的工作量很大。

由于存在以上三个问题，限制了一些设计人员的参与，以致造成实用面积较小的现状。

此外，结构优化设计目前基本上仅在研究工作中进行，在实际的设计中其实很少应用。

主要以为其强度、刚度。

裂缝在长期荷载下的效应，而且人工、材料、机械等施工方面的消耗，因此都要通过实验去验证。

才能知道结构优化设计的结论，才能判断其是否正确。

4．结论

建筑结构设计是一个极具复杂性的过程，是一个需要综合决策的问题。

在优化过程中作为设计师，需要综合考虑实用、安全、经济和整体效果等多方面因素。

在设计工作实践中，要严格遵照设计规范与国家标准进行，并且具备灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。

结构设计中没有绝对标准的最佳模式，只有通过不断的探索、比较，去寻找相对的最优。

通过结构优化设计手段进一步加深了解结构设计优化在工程造价控制中的重要性，创造合适的条件，确定合理的目标，采用科学控制的方法，争取各个方面达到最佳结合，降低工程总造价，这不仅符合现今建筑商对建筑结构效益的追求，也是市场可持续发展的追求，更是适应绿色环保的要求。

参考文献（含开题报告和文献综述）

[1] 

.S.Krishnamoorthy,D.R.Mosi:

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[2] 

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[3] 

P.Vachajitpan,K.C.Rockey:

DesignMethodforOptimumUnstiffenedGirders,J.StructuralDiv.ASCE,V.104,N.ST1,1978,PP.141-155.

[4] 

邹俊．建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J]．科技传播，2010，10：

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[5] 

唐京华．基于实用与效果的建筑结构设计优化方法应用[J]． 

，2012.

[6] 

云传锋．高层住宅结构设计优化[J]．建筑工程，2011，06.

[7] 

李玉兰．崔振库.高层住宅建筑结构设计优化[J]．建设科技，2012

[8] 

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[9] 

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[10]王伟．工业建筑结构设计优化[J]．广州建筑，2008，36

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[11]唐纯能,熊源洲,刘孟良,余永华,谢芬芬,邓方荣,周阳．谈结构优化在工程设计中的运用[J]．建筑与结构设计，2011，08.

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[14]刘礼联．小高层住宅短肢剪力墙结构设计优化措施分析探讨[D]．湖南，湖南安石建筑设计有限公司，2010.

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[17]顾欣,王岩．浅析短肢剪力墙结构体系设计[C]．河南省土木建筑学会2010年学术大会论文集，河南：

顾欣，王岩，2010.

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[20]刘剑．高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J]．技术研发，2011，18（5）：

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[22]陈国藩．结构设计优化的新动向[J]．基建优化，1989，10（3）：

8-21.