土木工程文獻(xiàn)綜述

畢業(yè)計(jì)（文）文獻(xiàn)綜述（包括國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問(wèn)題、參考依據(jù)等）關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述1.內(nèi)外研現(xiàn)狀建筑是凝固的藝術(shù)，精美的建筑是建筑師把建筑的美觀設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互密切配合的結(jié)果。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，房屋建筑設(shè)計(jì)水平也在不斷的提高，綜合性建筑的發(fā)展使平面布置和體型變的日益復(fù)雜化。建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)繁重而又責(zé)任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和合理性。近年來(lái)由于全國(guó)各地土地、人工和材料價(jià)格的大幅上漲，開(kāi)發(fā)商的建筑成本不斷地增加，然而為了追求經(jīng)濟(jì)利益與生存空間，促使開(kāi)發(fā)商充分利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，使有限的空間得到最充分的利用，有限資源發(fā)揮最大的利用價(jià)值。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是工程結(jié)構(gòu)能夠滿足約束的條件時(shí)按照預(yù)定的方案找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。就是結(jié)合原來(lái)的設(shè)計(jì)方案、新的工藝和設(shè)備、新材料的投入，對(duì)局部的設(shè)計(jì)進(jìn)行改變，不僅要滿足技術(shù)和功能可行性的要求，還要節(jié)約材料使工程造價(jià)明顯降低。要想結(jié)構(gòu)做到優(yōu)化，應(yīng)該選擇最優(yōu)的最合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能夠影響整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足我國(guó)政策標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算以及分析后進(jìn)行優(yōu)化，必須遵循三個(gè)原則：①建筑結(jié)構(gòu)必須能夠正常的適用以及具有安全性；②建筑結(jié)構(gòu)剛度要合理，特殊的位置要進(jìn)行局部加強(qiáng)；③結(jié)構(gòu)構(gòu)件若是能夠減小，應(yīng)該合理進(jìn)行核減。國(guó)外相關(guān)研究概況世界人口的持續(xù)增長(zhǎng)，使得建筑物越來(lái)越多，由此導(dǎo)致了建筑商的建筑成本也越來(lái)越高，所以，降低建筑的成本是建筑商最首先考慮的方法，那么到底如何控制建筑成本？建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思想是目前國(guó)內(nèi)外比較有價(jià)值的一套理論系統(tǒng)。運(yùn)用該理論方法，實(shí)現(xiàn)了人民對(duì)居住環(huán)境和生活環(huán)境的改善，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量與品位，滿足人民對(duì)新生活的需求，同時(shí)降低建筑工程的造價(jià)成本，實(shí)現(xiàn)建筑商利潤(rùn)最大化的目標(biāo)，有很大的適用、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的價(jià)值。[1][4][1][4][9]自從六十年代以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行了大量的工作，對(duì)象涉及土木工程的各個(gè)方面，例如房屋結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)，以及一些特殊的建筑物，如搭架、煙囪等等。年Krishnamoorthy等人曾綜述土建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的情況，引用的文獻(xiàn)多達(dá)216篇，還是不完全的統(tǒng)計(jì)，實(shí)際的數(shù)量還要更多，在優(yōu)化理論及最優(yōu)化計(jì)算方法的研究方面已經(jīng)有了很大的發(fā)展[2]如初期的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法以及后來(lái)崛起的最優(yōu)性準(zhǔn)則近來(lái)兩者又有結(jié)合的趨勢(shì)Goble等曾對(duì)鋼梁優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，還編制了公路鋼橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。Vachajitpan對(duì)鋼梁最輕重采用了兩階段的優(yōu)化方法國(guó)內(nèi)相關(guān)研究概況

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。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展的各種要求，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)慢慢地被設(shè)計(jì)人員所重視，工程投資者也更加注重用較少的投資來(lái)?yè)Q取更大的經(jīng)濟(jì)效益。鄒俊利用優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法有復(fù)合型法、拉氏乘子法Powell法等，在復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程中，將有約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題求解。唐京華

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在基于實(shí)用與效果的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用中對(duì)建筑優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，從使用、安全、經(jīng)濟(jì)和整體效果等因素綜合考慮，針對(duì)建筑部分結(jié)構(gòu)的空間利用優(yōu)化部分做出了具體分析。云傳鋒[6]通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化原則與高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施的分析述了結(jié)構(gòu)工程師不過(guò)過(guò)分的依賴計(jì)算機(jī)程序和盲目的照搬規(guī)范，要用自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)概念和為業(yè)主與社會(huì)設(shè)計(jì)出更好的建筑。李玉蘭崔振庫(kù)[7]通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化基礎(chǔ)及地基處理優(yōu)化與材料的優(yōu)化幾個(gè)方向的分析，在符合國(guó)家規(guī)范的前提下，減少混凝土和鋼筋等材料的用量，以取得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。劉利峰[8]通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土的材料、結(jié)構(gòu)體系選型、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)的抗?fàn)幍确矫娴姆治?，闡述了鋼筋混凝土設(shè)計(jì)是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的復(fù)雜過(guò)程，對(duì)于高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)更為重要。曾繼榮通過(guò)分析：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)2.結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防的選擇；3.框架與剪力墻協(xié)工作，承載力、剛度、延性能力的最佳匹配設(shè)計(jì)；4.框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化；5.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化強(qiáng)化“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)減弱彎”設(shè)計(jì)理[10][10]念。闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是一個(gè)亟待解決與非常復(fù)雜的工程難題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化帶來(lái)的利益也是巨大的。王偉指出了直接支撐大型設(shè)備的構(gòu)件以及連接應(yīng)計(jì)入大型設(shè)備產(chǎn)生的附加地震作用，此時(shí)附加地震水平作對(duì)其支撐構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力（彎矩、扭矩等等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)引起足夠的重視，并采取相應(yīng)的措施，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2.對(duì)于動(dòng)力機(jī)器可采用隔振措施，通過(guò)采用彈簧的隔振系統(tǒng)吸收振源的振動(dòng)能量，達(dá)到減少和阻隔振動(dòng)的目的；3.使用程序進(jìn)行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)，可以利用其橋梁建筑模塊，將吊車豎向荷載按車輛荷載的方式加載到結(jié)構(gòu)當(dāng)中。唐純能，熊源洲，劉孟良，余永華，謝芬芬，鄧方榮，周陽(yáng)等[11]從多方面多層次分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是結(jié)構(gòu)工程師與其他多種工程師人員緊密配合的系統(tǒng)工程，要正確的運(yùn)用結(jié)構(gòu)軟件，選擇最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，運(yùn)用科學(xué)的方法手段利用新興技術(shù)，才能充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的價(jià)值。柯礫[闡述了使結(jié)構(gòu)剛度適中、結(jié)構(gòu)布置均衡、降低地震反應(yīng)、減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件在荷載與非荷載作用下的影響以及形變，才是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化所著重要考慮的目標(biāo)。劉偉[13]簡(jiǎn)述了化設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作，將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化下部的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等步驟，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了建筑產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。2．研究方向及展情況研究向小高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究：主要研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后對(duì)于造成剛度過(guò)大且不均勻，重量增加導(dǎo)致地震反應(yīng)增強(qiáng)，并使上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)造價(jià)提高的等方面的影響。高層框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施研究：主要研究墻肢厚度、連梁高度等要求，連梁與墻連接的框架梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)受力的協(xié)調(diào)作用，墻肢應(yīng)力分配不均與扭轉(zhuǎn)等[14][16][14][16][17]效果。（）高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究：主要研究如何更有效利用剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、整體性強(qiáng)、用鋼量小等優(yōu)點(diǎn)，并且合理規(guī)避抗側(cè)剛度、抗震與延性較差等缺陷。進(jìn)展況（1）小高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究進(jìn)展劉禮聯(lián)通過(guò)使用墻元來(lái)模擬剪力墻，采用靜力凝聚原理將由于墻元的細(xì)分而增加的內(nèi)部自由度消去，將其剛度凝聚到邊界節(jié)點(diǎn)上，從而保證墻元的精度和有限的出口自由度，同時(shí)也降低了剪力墻的幾何描述和板殼的單元?jiǎng)澐蛛y度，并提高了分析效率。計(jì)算時(shí)將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮要更合理。阮志華[肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)布置方面的靈活性和較強(qiáng)的可調(diào)整性，使得其各項(xiàng)指標(biāo)均比較合理，因而得到被廣泛的利用。值得注意的是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)區(qū)別于一般剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)合住宅的多種特點(diǎn)，使得結(jié)構(gòu)剛?cè)徇m中，并運(yùn)用抗震概念設(shè)計(jì)的原則，采取有效的抗震措施，注重細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而做到安全、經(jīng)濟(jì)、適用。胡永杰短肢剪力墻的墻肢長(zhǎng)度一般為厚度的倍，由于抗側(cè)剛度較小，設(shè)計(jì)時(shí)多布置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)墻或電梯井，避免設(shè)防烈度下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)大形變。建筑平面外邊緣的角部處是短肢剪力墻的抗震薄弱部位，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，墻肢會(huì)首先開(kāi)裂，可以使用減小軸壓比或者增大縱筋和箍筋的配筋率。在水平力作用下，整體彎曲變成成為首要影響，要對(duì)外墻肢加大厚度和配筋率，并且墻肢應(yīng)在兩個(gè)方向上均有連接。顧欣，王巖對(duì)短肢剪力墻的整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，可采用三維桿系薄壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法前者計(jì)算軟件有建研院的TBSATAT廣東省建院廣廈CAD的SS模塊后者有建研院的SATWE清華大學(xué)的TUS，廣東省建院的等較兩者空間桿-墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況。（2）高層框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施研究進(jìn)展[21][21]潘偉峰[18]通過(guò)三次優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了結(jié)構(gòu)的整體傳力協(xié)調(diào)性，消除了超筋和抗剪不滿足的情況，通過(guò)對(duì)整體進(jìn)行考慮，對(duì)對(duì)稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整從墻肢厚底到連梁剛度，重視連梁與墻連接的框架梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)受力的協(xié)調(diào)作用，提高墻肢應(yīng)力的有效均勻分配，提高扭轉(zhuǎn)的規(guī)則性，達(dá)到調(diào)整的預(yù)想效果。游敏英[19]預(yù)埋管線特別是在多跟管線集中預(yù)埋處容易導(dǎo)致裂縫當(dāng)預(yù)埋管線直徑與開(kāi)間寬度較大，且管線的輻射走向出現(xiàn)重合時(shí)，易發(fā)生樓面裂縫。因此在對(duì)于較粗或者管線較集中處須設(shè)加強(qiáng)，增設(shè)直徑間距100的抗裂短鋼筋。（3）高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展劉劍[20]通過(guò)三面來(lái)展開(kāi)研究：注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換層本身的剛度和質(zhì)量不宜過(guò)大，通過(guò)計(jì)算研究?jī)?nèi)力分配特點(diǎn)，調(diào)整內(nèi)力和配筋設(shè)計(jì)，提高薄弱部位的性能；優(yōu)化連梁設(shè)計(jì)，將連梁的剛度在內(nèi)力計(jì)算之前進(jìn)行折減，將連梁的彎矩和剪力的組合值在內(nèi)力計(jì)算后乘上折減系數(shù)，調(diào)整后確保設(shè)計(jì)值不小于實(shí)際值；底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)優(yōu)化，加強(qiáng)部位延伸到地下一層，同時(shí)按規(guī)范要求設(shè)置地下約束邊緣構(gòu)件。3存在問(wèn)（1）建立數(shù)學(xué)模型時(shí)涉及的問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型時(shí)因?yàn)樯婕懊姹容^廣，如選定設(shè)計(jì)變量、選擇目標(biāo)函數(shù)、建立約束方程等，必須注意吸收工程經(jīng)驗(yàn)，使得在現(xiàn)有條件下有解，并且得到的解容易在實(shí)際工程中應(yīng)用，從而增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的問(wèn)題由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法太多，對(duì)于一般的設(shè)計(jì)者不容易選準(zhǔn)計(jì)算的方法，故而使得設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜。（3）編制計(jì)算機(jī)程序及計(jì)算的問(wèn)題

[22]優(yōu)化時(shí)需要編制大量的計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算的工作量很大。由于存在以上三個(gè)問(wèn)題，限制了一些設(shè)計(jì)人員的參與，以致造成實(shí)用面積較小的現(xiàn)狀。此外，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目前基本上僅在研究工作中進(jìn)行，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中其實(shí)很少應(yīng)用。主要以為其強(qiáng)度、剛度。裂縫在長(zhǎng)期荷載下的效應(yīng)，而且人工、材料、機(jī)械等施工方面的消耗，因此都要通過(guò)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。才能知道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)論，才能判斷其是否正確。4結(jié)論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)極具復(fù)雜性的過(guò)程，是一個(gè)需要綜合決策的問(wèn)題。在優(yōu)化過(guò)程中作為設(shè)計(jì)師，需要綜合考慮實(shí)用、安全、經(jīng)濟(jì)和整體效果等多方面因素。在設(shè)計(jì)工作實(shí)踐中，要嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)規(guī)范與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并且具備靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的最佳模式，只有通過(guò)不斷的探索、比較，去尋找相對(duì)的最優(yōu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)手段進(jìn)一步加深了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在工程造價(jià)控制中的重要性，創(chuàng)造合適的條件，確定合理的目標(biāo)，采用科學(xué)控制的方法，爭(zhēng)取各個(gè)方面達(dá)到最佳結(jié)合，降低工程總造價(jià)，這不僅符合現(xiàn)今建筑商對(duì)建筑結(jié)構(gòu)效益的追求，也是市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的追求，更是適應(yīng)綠色環(huán)保的要求。參考文獻(xiàn)（含題報(bào)告文獻(xiàn)綜述）[1]urveyonOptimalDesignofCivilEngineering.4,N.1,1979,pp.73-88.[2]TechniquesStructuralDesign,InternationalAssociationofBridgeandStructuralEngineering,10thCongress,IntroductoryReport,1976,pp.41-60.[3]forOptimumUnstiffenedGirders,J.Structural[4]鄒?。ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)[技傳播，2010：132-139.[5]唐京華實(shí)用與效果的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用[，2012.[6]云傳鋒．高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[筑工程，，06.[7]李玉蘭．崔振庫(kù)層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[設(shè)科技，2012[8]劉利峰凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[94.[9]曾繼榮議民用高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[建08：194.[10]王偉．工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化州建筑，2008[11]唐純能源洲孟良永華芬芬方榮陽(yáng)談結(jié)構(gòu)優(yōu)化在工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，，08.[12]柯礫某高層住宅樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化筑：38-41.[13]劉偉．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)中國(guó)新技術(shù)產(chǎn)品建筑技術(shù)，2012[14]劉禮聯(lián)．小高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施分析探討[．湖南，湖南安石建筑設(shè)計(jì)有限公司，[15]阮志華．短肢剪力墻在小高層住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[．工程技術(shù)，[16]胡永杰層建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)探討[J]技向?qū)?5.[1