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如何做结构设计优化

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如何做结构设计优化

一、结构设计优化必不可少

设计优化对于成本控制来说具有极端重要性,不可不察。而设计优化往往是被忽略的,更多的则是不具备这个能力。

设计优化主要是从成本控制的角度对原设计进行排查,排除设计的盲区和死角,发现差错、纠正不足,降低不安全因素,为您找回流失的成本。剔除原来设计中的虚高的,无用的,不安全的,不合理的成本。

结构设计优化,也如同人减去多余脂肪,达到健美目的,杜绝不必要的浪费。加大构件截面,提高配筋率,并不一定增加结构的安全度,有时反而是坏事,如增加建筑自重,形成超筋破坏等反作用。

结构设计优化并不是单纯的“挑毛病”,而是通过交流、沟通,找到更为合理、更经济的设计。结构设计的优化,不是以牺牲建筑适用性、结构安全度和抗震性能来求得经济效益。

在所有的设计优化中,结构设计优化空间最大,结构成本的弹性和离散性大,最有成本控制的意义,是优化的重点。

二、结构设计优化重点

结构设计优化根据优化深度难易分几个层次,一是结构体系与基础类型的优化与比选;二是规范方面解理错误的纠正;三是结构说明不适用条款的修正;四是钢筋构造不合理的改正;五是设计图纸纠错。

结构优化不是单方面以降低成本减少含量钢量为目的,结构优化是对原结构设计改进,不是追求局部最优,而是为了达到整体最优。

通过对多种结构方案进行选型和经济分析,提供决策依据;对影响结构的因素(如地勘、安评报告等)进行分析,统一技术措施;对构件截面及布置等进行调整,对荷载、计算参数等进行复核。

注重概念设计,从宏观上控制结构安全,根据力学概念和工程经验进行判断。

结构设计优化有“尺寸优化,形状优化,拓扑优化,布局优化、配筋优化、构造优化“等。

结构设计优化着重于以下几个方面:

1、选择规则的平面方案和立面方案,避免过大的外挑和内收,避免应力的突变,避免薄弱层,保持受力的均衡。尽量不设转换层,尤其是高位转换,同一建筑不要做多功能多用途设计。这受制于建筑设计。建筑设计往往追求外观的新奇现代,天马行空,不计成本,也不考虑抗震等因素。越是复杂的不规则的建筑造型其抗震性能下降建筑成本增加。应该追求简约而美的设计理念,摒弃复杂而丑的设计风格。

2、刚度与延性的平衡。结构刚度大,含钢量高,延性反而差,地震反应大,抗震性能低。延性的本质是提高结构的变形能力,控制结构整体破坏形态。可以通过减少刚度增加延性既提高抗震能力又能节约钢筋。

3、如结构体系的选择对造价影响甚大,如异形柱框架比普通框架含钢量大;短肢剪力墙含钢量比普通剪力墙结构高。

4、选择合理的基础形式,基础形式有独基、条基、桩基、筏基、基础梁、承台等,一般选择复合基础,即几种基础类型的组合,组合种类不宜过大,基础体系应简洁,如

“承台+筏板”、“基梁+筏板”、“承台+基梁”等,尽量设计成无梁板。当底板采用梁板式时,基础梁计算应充分考虑承台的作用。特别是裂缝宽度计算时,梁取承台边处的弯矩进行控制,承台算至柱边。

5、地下车库顶板的结构形式有:十字梁、井字梁、无梁板、大跨度梁板、预应力有梁楼盖和空心楼盖等。空心楼盖可以减少含钢量和砼用量,其缺点是板厚增加导致层高变小。如果地下室顶板作为嵌固层则不宜采用空心楼盖。

6、剪力墙结构,墙(包括墙柱、墙身、墙梁)占上部结构钢筋用量的60%左右,其中,墙柱钢筋比例最高,约占上部钢筋用量的40%左右,这是优化的重点,优化内容包括墙柱的设置、截面、纵筋和箍筋拉筋,均可优化。墙柱纵筋直径12以上尽量采用非绑扎搭接。剪力墙布置合理与否直接关系到整个结构的技术经济指标,应采取如下措施:强周边、弱中部;多长墙,少短墙;多L形、T形、十字形,少复杂形状;各墙肢轴压比接近;控制剪力墙数量和密度。地下室外墙墙底、顶设加强筋取代构造梁。

7、框架结构柱含量20%左右,梁50%左右,板20%左右。柱网大,楼盖用钢量大,反之,柱用钢量大。优化的重点是梁,采用强柱弱梁,梁配筋率不宜大,避免三排四排钢筋的配置。梁宽避免大于350mm,梁宽小于350mm可设计二肢箍,大小350mm必须设计成四肢箍,箍筋用量增加约80%。非框架梁上部纵筋采用支座负筋+架立筋形式,减少钢筋搭接。当梁下部纵筋有二排以上时,部分纵筋不伸入支座。箍筋局部重叠不宜多于二层。

8、大屋面尽量采用结构找坡,既容易保证防水质量,又能减轻荷载,而建筑层找坡增加荷载和造价。

9、“结构设计总说明”是对结构设计软件以外的内容进行经济性控制,应特别关注“通用性”的设计说明,通用性越强设计越浪费,避免出现一句话增加几十万的意外情况。结构总说明一般都有现成“模板”,事无巨细,不管是否适用,都罗列其中,设计师直接复制过来。每个建筑都有它的“个性”特征,不必生搬硬套。

10、一些平法标准图集上不合理的钢筋构造可以改进,如加腋梁钢筋可以适当减少,框架柱顶层边角柱等。图集上的构造要求是参考性的,许多也是拍脑袋的,并没进行内力试验,何必生搬硬套?

11、图纸表达的错误,如有的梁原位标注10C25 6/5,到底是10根还是11根?是按大还是按小?诸如此类的错误也在优化之列。

三、结构设计优化不可取代

即使有限额设计,也需要进行结构优化。业主一般都对设计指标有硬约束,以为可以一劳永逸地解决设计浪费和成本失控等问题。然而,设计指标满足限额值,不一定是最经济、最合理的设计。对于非标建筑,限额值也不具指导意义。限额设计往往容易走向另一个极端或误区。限额设计仅从经济指标上对结构成本进行控制,而会忽略其他更重要的工作,如结构体系合理性的判断与调整、结构与建筑及机电等专业的协调,为了达到限额可能持续追加成本。

施工图审查无法取代结构优化设计。施工图审查是确保设计文件符合国家法律、法规和强制性标准,施工图审查并没有义务审查设计的经济性,符合规范要求的设计未必是“最优的”。而结构设计优化的目的之一是控制成本、并使设计更加合理。当然,结构设计优化的结果也必须通过施工图审查。

四、结构设计优化方式

优化分为两种方式:过程优化、结果优化。

过程优化:是事前指导和事中控制,建议前置与设计同步,没有后置动作。

方案阶段:结构体系的造型和结构布置合理性认证、结构计算和内力分析正确。

扩初阶段:结构方案的对比、优化,重点关注结构体系、基础方案、地下室的布置等关键环节。

施工图阶段:结构构件设计的精细化管理。主要是对结构设计中的不精细做法进行纠正,如不合理的归并、有过大的富余、不经济的配筋方式和砼厚度取值等。

全过程、分阶段检查各个环节的设计情况,看是否符合《结构设计技术措施》的要求,包括结构建模、桩基、地下结构、地上结构;同时分构件验算设计的经济性。

结果优化:有点被动,优化效果差。通过对原设计图纸进行事后复核,并提出优化意见,说服设计单位对原设计图纸进行修改的优化方式。

五、结构设计优化难题

设计师比较爱面子,有抵触情绪,只要不是特别重大的原则性错误,一般不愿改。改就等于承认自己错了。如果优化团队提的建议,原设计不改。怎么办?

如果优化团队的提出建议,原设计师认为并不合理,怎么办?

如果优化团队提出含量钢量高了,而设计师认为安全性不够,所以,不予采纳。如果采纳,设计师将不对结构安全负责。怎么办?

通常情况下,结构优化的建议,设计中一些显而易见的错误,设计师会主动修正,沟通成本并不高。但对于一些模棱两可本身有分歧可以有不同解释等问题设计未必愿意采纳结构优化建议,即使是内心认为有一定道理的也出于自尊而拒绝。

结构设计优化意见可以先给业主看,业主会有个判断,认为优化建议没问题后,再与设计沟通商量,进行调整和修改。要取得设计师的配合,业主会做些协调工作。

不管哪方面的修改都要提交优化的依据和过程。

修改最终要通过设计院的同意,通过审图,这样才会生效,优化才能落实。

优化建议不太可能全部实现,不过,即便采纳几条也是效果的。

如果设计师水平很高,非常到位,没有什么需要优化的,怎么办?

优化团队一般会对项目进行一个评估,再做优化,不做无用功。设计得越滥,优化空间越大。不过,现在的设计确实是参差不齐鱼龙混杂,设计优化的市场需求潜力巨大。

六、结构优化实例

上海崇明某项目除一层(地下室顶)是嵌固部位,楼板厚度180 mm。其他板厚均设计为150mm。

其设计依据可能是根据上海市《关于进一步强化绿色建筑发展推进力度提升建筑性能的若干规定》的通知[沪建管联(2015) 417号]文件(2015.6.16日发布)第三条第2条:“新建民用建筑的楼板厚度应不小于150mm,并采取相应技术措施满足隔声要求;”

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第 9.1.2第2条规定:民用建筑楼板最小厚度单向板为60㎜,双向板为80㎜。

厨房卫生间等小面积小跨度板根本不需要板厚150mm,100mm就够。楼厚增加,建筑荷载随之加大,结构的抗震性能和抗侧力等均受影响,为了满足结构的承载力和抗震要求,含钢量和造价均大幅度提高,初步估算增加成本约10%左右,这与绿色建筑理念相左。

从结构优化角度,板厚能低则低,对降低造价意义重大。

要求民用建筑楼板厚度不小于150 mm严重缺乏科学依据。板厚增加未必能隔音,隔音是需要采取其它措施。如果是做隔音空心板,150 mm又是不够的。

关于板厚设计,我们提出设计优化建议及优化依据。

结构设计不必拘泥于不合理的地方性规定,一是了解制订地方规定的背景及条款所适用的条件,二是要适当变通,三是要明白,不是所有的规定都是正确的,四不是所有的规定都非执行不可的。

上海市住房和城乡建设管理委员会关于批准《住宅设计标准》局部修订的通知(沪建标[2016]126号文中《住宅设计标准》

3.1.6住宅居住空间(卧室、起居室)楼板设计厚度不应小于150mm,其安全、隔声、节能应满足相关要求。

条文说明:

设计厚度是指包含结构层、附加层(隔声层、保温层)、面层(粉饰层、整浇层)等构造在内的楼板总厚度。

板厚通常是指结构厚度,沪建标[2016]126号文是对沪建管联(2015) 417号文中150板厚规定作巧妙修正,实际上原文件规定是不合理的。

建议板厚重新设计,因板厚调整,建筑荷载也发生变化,故整个结构都需要重新设计,它的含钢量和造价指标均下降。

还有其他方面的优化建议,这里省略。

优化效果:板混凝土节约35%,钢筋节约15%,造价节约10%左右。

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浅谈房屋建筑的结构设计优化技术李兵仁 摘要:目前我国的经济发展已经达到了一定的水平,人们对于居住环境的要求 也随之不断增加。在保证了房屋建筑所有的功能特点之后,应尽可能地控制施工 成本,这就需要在进行房屋建筑设计时尽可能使用结构设计的优化技术。将从房 屋建筑结构的优化技术的内容、房屋建筑的结构设计与经济性的关系以及优化技 术在房屋建筑结构设计中的应用3个方面进行论述与分析,进而详细地对我国的 建筑结构优化技术进行探讨。 关键词:房屋建筑;结构设计;优化技术;应用 引言 如何实现结构的最优化设计,保证结构的功能性以及安全耐久性,同时最大 限度节省建筑的占地面积以及追求经济性,是优化设计的主要目标。进行房屋建 筑的结构优化包括进行整体房屋结构的优化设计以及细部结构的优化设计。计算 机时代的降临,以及计算机结合相关设计理论,实现了工程设计问题向数学计算 问题的一种转换。因此,对于相关计算机技术的掌握,也是实现最优化设计的一 种前提条件。 1 房屋建筑结构的优化技术的内容 要使用房屋建筑结构优化技术,就需要首先了解房屋建筑结构优化设计的主 要内容,通常情况下,房屋建筑结构可以进行以下的优化技术。在考虑房屋建筑 的结构使用功能以及安全设计要求的前提之下,应对于房屋结构设计过程中可能 存在的问题进行考虑,通过最经济合理的方式来完成该结构设计的内容。这个过 程就是房屋建筑的结构优化设计过程。其主要内容有:1)认真分析房屋建筑结构,对于整体设计过程进行最优化分析并进行相关的设计改进;2)对于房屋建 筑结构设计的子结构作为单独对象进行最优化分析以及相关的设计改进。对于子 结构的最优化分析与改进时,通常可以对于子结构进行进一步的细分,子结构主 要包含细部构造、主体结构、屋盖结构、围护结构以及下部的基础结构部分。 2 房屋建筑与经济性的关系 1)如何处理房屋建筑结构设计的层数与用地面积之间的关系。我们知道多层建筑与高层建筑,随着层数的不断增加,由于其使用的土地面积一定,因此,使 得单位层数所使用的土地面积就会减小。但是实际的设计中并非如此,随着建筑 物层数的增加,建筑物的高度随之增加,然而为了确保建筑物内部的光线质量, 需要适当地增加建筑物之间的间距,如此就会增加建筑物的用地面积。由此可见,建筑物的总建筑面积所使用的土地面积与建筑物层数之间的联系不是一种必然性。因此就需要使用房屋建筑结构优化设计来实现建筑物层数与建筑物的占地面积之 间的关系进行协调。通常情况下,高层建筑物的优化设计方法是通过减小上部的 面积来实现建筑物整体光照的效果,这样可以尽可能达到减小占地面积的效果, 然而上部的建筑面积也会随之相对减小。如何寻找两者之间的相互协调点来实现 这种平衡,是需要通过相关的优化设计技术来实现的。 2)如何处理房屋建筑的结构分部部分与建筑物层数之间的关系。由于同一个建筑物只需要一个公用屋盖,因此,建筑物的屋盖部分的单位设计成本会随着建 筑物层数增加而降低。但是对于建筑物的基础部分则又有所不同,我们知道同一 个建筑物的基础部分是属于共同的,随着建筑物层数的增加,基础部分承受的上 部荷载也会随之增加,那么,设计中就需要提高基础构件的承载力,这样就会增

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浅谈建筑结构设计的优化设计和现实意义摘要:在建筑物的结构设计中,选择不同的设计方案以及选择不同种类的建筑材料都会对工程的造价产生较大的影响,因此建筑物结构的优化设计方案尤为重要,本文主要阐述了建筑物结构优化设计的方法,以及对需要进行优化设计的主要部分进行了分析,同时也提出了结构设计优化的现实意义。 关键词:结构优化设计的方法、基础优化设计,现实意义abstract: in the building structure design, the choice of different design, and choose different kinds of building materials of engineering cost will be produced great influence, so the structure optimization design scheme is particularly important, this paper mainly expounds the structure optimization design method, as well as to the need for the main part of the optimization design was analyzed, and puts forward the structure optimization design of practical significance. key words: the structure optimization design method, on the basis of the optimization design, the practical significance 中图分类号:tu318文献标识码:a文章编号: 近年来,由于土地价格不断上涨,使得开发商的建筑总成本在不断地增加,这就给开发商的成本控制带来了极大压力;同时,由于

建筑结构优化设计分析

建筑结构优化设计分析 摘要:建筑结构设计的优化主要体现在通过结构设计优化达到性能及经济的完 美协调。不管对建设方或者居住者,都有着直接的影响。本文根据结构优化设计 实例进行分析。 关键词:建筑结构;结构设计;优化方法 前言 结构设计优化技术所指的是建筑结构的设计过程中,设计人员会面临着各种各样的问题,比较成本、性能和建筑材料等问题。如何通过结构优化,从而达到利用最少的资金建设出合 理科学的建筑结构。其优化的意义所在就是节省工程造价,提高建筑的质量。当前建筑结构 的成本占比较重,合理科学的建筑结构可以产生巨大的经济效益,并还能够提高工程的质量。 1、建筑结构设计优化的步骤 1.1建立合理模型 可以通过3步来实现对房屋结构设计的优化,具体步骤是:第一步,需合理选择设计的 变量。一般情况下,在选择合理的设计变量的时侯,应当将对建筑结构具有较大影响的因素 做为主要设计变量的参数。例如,结构的造价C1与损失的期望C2等有关参数使目标控制产 生较大的影响,以及诸如结构的可靠度PS等有关参数使约束控制产生较大的影响,这就需要对这些影响设计变量的参数进行合理选择。相反,对那些影响不大的因素,在进行优化的时 侯可以采取预定参数的方式来表示,使让优化过程中的计算量、设计量和编制程序的工作量 有所降低。第二步,需确立目标的函数。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行 优化过程中,应当尽可能的寻找几组可以满足有关预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的 截面积以及相应的失效的概率的函数,让工程的造价费用有所减少。第三步,确定约束的条件。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行优化过程中,应当对结构的可靠性以 及用来优化设计的有关约束条件做进一步确定。其中,设计优化的约束条件包含有结构体系 约束、应力约束、构件单元约束、尺寸约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等。在对房屋结 构设计进行优化的时侯,必需充分将实际性约束条件和目标性约束条件作对比,然而保证每 一个约束条件均可以满足需求,以便达到最佳的设计。 1.2设定计算方案 依照可靠性对房屋结构设计进行的优化也会出现非线性的优化问题以及多约束性的优化 问题,并且还会使多变量复杂化。所以,为了减少这些问题需要在进行分析计算的时侯,将 有约束的优化问题转化为没有约束的优化问题进行求解。常常采取的优化设计的计算方法是Powell法、复合形法和拉氏乘子法等3种方法。 1.3设计相关程序 依照可靠性对房屋结构设计优化的基本模型和选择的计算方法可以编写一个具有运算速 度快以及功能齐全的综合应用程序,通过程序的优化提高设计的时效。 1.4作好结果分析 在对房屋结构设计进行优化设计的过程中,应当对最终得到的有关计算结果作一定的对 比分析,以便为最终的优化设计方案提供科学、合理、有效的依据。而在这个过程当中就要 求设计人员必需全面周密的考虑问题,只有这样才能够科学、合理、有效地选择设计的方案,才可以保证建筑结构的实用、经济、合理、安全以及美观,才能够尽可能少的资金投入获得 最大的收益。尤其需要注意的是,在进行建筑结构优化设计的过程中,并不能够只一味的强 调经济上的节约而降低了技术上标准;或者仅考虑技术上的要求却忽视了经济上的节约,这 些都是不正确的。只有在众多因素中寻找最佳结合点,探索优化设计的平衡点,才能够达到 有关设计要求。因此,必须做好结构的分析与运用。 2、某工程空心楼板优化设计的实例分析 2.1原方案 原设计方案板厚300mm,拟用空心管直径200mm。相邻空心管之间设一道肋,梁宽度 60mm。肋梁区域受力钢筋上、下铁都为2Ф14(Ⅲ级钢),空心管区域受力钢筋上、下铁都

浅析房建工程结构优化设计

浅析房建工程结构优化设计 发表时间:2019-07-12T09:47:04.203Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年7期作者:王志鹏 [导读] 房屋建筑是现代城市中的重要空间,为居民的日常工作与生活创造室内环境。 摘要:本文以房屋建筑工程结构设计为研究对象,对其在时代科技化、智能化领域中的应用优化策略进行分析。通过对房屋建筑结构设计基本原则的阐述,从数字技术、创新理念、细部结构、仿真环境、数据模型这五个方面,细化论证房屋建筑结构的设计优化策略,为相关研究与应用提供参考。 关键词:房屋建筑;结构设计;智能化;计算机技术 引言 房屋建筑是现代城市中的重要空间,为居民的日常工作与生活创造室内环境。在生活质量不断提升的背景环境下,对于房屋建筑的要求也日益提升,这就需要建筑工程设计人员,在进行结构设计的过程中,坚守建筑设计基本原则,并在时代科技化背景环境下,利用行业的发展优势,对工作内容进行创新管理,增强房物建筑结构设计优化的实用价值。 1房屋建筑结构设计原则 房屋建筑结构设计中,功能性是其基本属性。尤其在社会经济环境高速发展的背景下,人们需要建筑结构设计的功能性,作为正常生产生活的支撑条件。而在设计过程中,还需建筑空间中的协调性、美观性以及舒适性,形成完整的室内环境。 同时,由于房屋建筑的使用与居住需要,必须在进行结构设计的过程中,重点关注建筑空间的安全性内容。安全性设计内容,不仅在建筑结构施工过程中起到关键作用,也会在房屋建筑投入使用的过程中,成为保证使用者生命财产安全的重要依据[1]。因此,在进行设计时,材料选择、用量分析、结构科学性等内容,都需要得到建筑结构设计者的高度重视,并作为设计的核心内容,进行完善与优化。 另外,房屋建筑工程结构设计,是指导工程项目施工的重要组成部分。在进行设计优化的同时,需要从经济成本的角度对设计内容进行评估,并在合理优化调整的基础上,降低建设单位在成本投入中的消耗。这一内容,在当前竞争十分激烈的建筑行业中,显得尤为重要,是保证建筑公司市场竞争力的关键,也是实现建设单位良好发展的基础。所以,必须在设计环节上进行调节,在控制成本的基础上,对投入成本消耗与建筑使用节能性提供基础保障条件。 2房屋建筑结构设计优化策略 2.1引入数字化技术手段 房屋建筑结构设计内容有较为悠久的历史,在不同文化环境中形成了风格各异功能明显的建筑空间。在时代资讯条件与技术水平的影响下,通过交流与创新,形成了多种类型的结构设计方案[2]。在对特定建筑项目展开设计工作的过程中,可以尝试通过数字化技术手段,完成结构设计方式的选择与应用。尤其是在数字化程序软件的应用中,对于房屋建筑结构设计,产生了典型的积极影响,是提高设计质量的主要途径与关键手段。 例如,北京奥运会的主体育馆“鸟巢”(如图 1 所示),在进行设计的过程中,其设计师赫尔左德、德梅隆引入了数字化的技术方法,通过计算机软件程序与硬件系统的计算能力,对结构中的细化参数进行分析与计算,并在完成设计数据计算的基础上,对系统使用中的合理性作出全面的辩证分析,以此保证“鸟巢”在结构设计的合理性,为其在结构稳定性的基础上,增添了美观表现效果,提高了应用价值。 图 1 鸟巢 对此,为了保证数字化技术手段的应用条件,需对房屋建筑结构设计的业务能力进行优化升级,使其能够适应计算机程序的使用,并在合理利用先进辅助软件程序的基础上,保证设计内容的科学性。 2.2增加创新性设计理念 房屋建筑项目的施工阶段中,有些具体内容无法用数据信息进行表达,而为了保证此类内容能够正常的在现实环境中构建出来,需要在设计内容上,通过理念思想的内容表达,对工程施工工作形成指导。方法上,需借助信息化时代的背景优势,将计算机程序作为辅助建筑结构设计的有效工具,并在与设计师工作经验相结合的基础上,形成人性化的设计判断,并最终达到开发创新的效果。 实际设计应用中,需以建设条件为基础,在熟练掌握电脑程序软件的基础上,增加其在设计中的功能应用深度。由此,使计算机程序软件的应用条件能够适应设计师的应用需要,并在构成最终设计方案时,可充分表达创新设计理念。 从设计师的角度出发,其经验丰富程度,会对创新性的设计内容产生明显的影响。拥有丰富经验的设计师,可以在房屋建筑结构设计中,更好地对数据条件进行分析与判断,并从中整理出精确的数据内容,为创新型的设计工作提供指导。 例如,在“水立方”的建筑结构设计中,设计师在对 ETFE 膜材料的了解下,发挥其特性优势,并在构筑建筑空间的过程中,形成了外形近似于水泡的建筑结构。在这种创新型设计理念的指导下,使国家游泳中心展现出了独具特色的建筑形式(如图 2 所示),增加观赏性的同时,发挥出了创新理念的应用优势。 2.3保证细化结构完整性 房屋建筑的安全性,是设计工作的核心内容,在保证安全的基础上,还需尽可能地提升家住空间的耐久性,并在保证设计耐久度的同时,实现建筑设计优化的工作目标。尤其在细节化内容的控制上,对于此类内容的设计工作,直接影响到建筑结构的稳定性与连接状态。

建筑结构设计优化方法的研究应用

建筑结构设计优化方法的研究应用 发表时间:2017-06-19T16:42:00.213Z 来源:《基层建设》2017年6期作者:郑学毅 [导读] 本文对建筑结构空间利用率的优化进行了重点探讨,对建筑结构优化的理念进行了阐释和延伸。 广东南雅建筑工程设计有限公司广东广州 515000 摘要:一个建筑要达到精美的效果,设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。实现建筑结构设计优化是一个复杂而系统的过程,通常被归入综合决策的范畴。在实际优化环节,既要考虑实用性和安全性,又要考虑经济性,还应考虑整体效果,总之,要平衡各方面的关系。本文对建筑结构空间利用率的优化进行了重点探讨,对建筑结构优化的理念进行了阐释和延伸,希望能对类似工程建设提供一些借鉴和帮助。 关键词:建筑结构设计;优化;方法;应用 1.建筑结构设计优化的内容及意义 建筑结构设计优化主要体现在两个方面,一是对建筑工程总体结构进行优化设计,二是对建筑工程局部结构进行优化设计。其中,建筑工程局部结构的优化设计的对象主要包括以下几点:1)基础结构方案;2)屋盖系统方案;3)围护结构方案;4)结构细部等。对上述对象进行优化设计时,通常还会涉及选型、受力分析以及造价分析等诸多内容。总之,对建筑结构设计进行优化的过程中,不仅要严格依据设计规范执行,还应充分结合建筑工程的具体情况,最终提高建筑工程的综合经济效益。建筑结构设计优化的意义主要在于两点,一是提高建筑工程的安全性及可靠性,二是降低建筑工程的总造价。通过对比分析发现,建筑结构设计优化方法应用得当的情况下,能大幅降低建筑工程的总造价,最高可达30%。通过优化方法的有效应用,一方面能够最大限度体现物质的性能,另一方面能够为规划的实际执行提供一系列有用的参考资料。 2.建筑结构设计优化方法的应用步骤 2.1 建立结构设计优化模型 对建筑整体结构设计进行优化时,一般步骤如下:1)确定设计变量。所谓设计变量指的是可能会对建筑整体效果或者实用性产生影响的一系列参数,如目标控制函数(以整体建筑结构造价控制为代表),又或者约束控制参数(以整体建筑结构的可靠度控制为代表)等。在实际选取过程中,应对参数进行适当的精简,不对那些相关性较小的参数进行研究,如此一来,能够大幅降低模型的计算强度,同时有效减少编程的工作量;2)建立目标函数。目标函数主要包括两大方面,一是建筑的整体效果,二是建筑的整体实用性。寻找一组有效参量。这组参量既要满足建筑使用功能,又要符合既定的结构截面尺寸以及钢筋截面积。从而保证求得的目标函数值达到最优;3)定义约束条件。通常,建筑结构的约束条件涉及诸多内容,既包括建筑的可靠度约束、强度约束,又包括应力变形约束,还包括裂缝宽度约束等。在具体设计环节,应保证加入约束条件的考量之后,实际结构设计满足现行的设计规范,符合最优设计标准的相关要求。 2.2 优化设计方案的选择 通常情况下,有多种建筑结构设计优化方案可供选择。进行选择时,常常将基于可靠度的方案列为重点考虑对象。对该种方案进行实际计算时,既要面对关系错综复杂的多种变量,又要面对数量众多的约束条件,再加上它们都属于非线性问题,所以,在计算过程中,通常先要将其转化为无约束条件的线性问题,然后求解。在上述一系列计算过程中,通常可以采用如下两种优化计算方法:1)拉普拉斯算子法;2)复合形法。在选取具体算法的过程中,一方面要考虑算法的精度,另一方面要考虑算法的计算速率,总之,要对算法进行综合而全面的考虑,从而选定一个最佳的算法。 2.3 具体的程序设计 当确定具体的建筑结构设计优化方案之后,便会进入到具体的程序设计环节,即编制一个功能完备、运算速率良好、综合效果优异的计算程序。程序设计将会涉及诸多内容,其中最为主要的包括两大方面,一是工程指标的选取,二是建筑的功能需要。由于编程涉及广泛且内容繁复,本文不对其进行详细论述[6]。 2.4 结果分析 对计算结果进行分析是一个十分关键的过程,关系到整个设计优化的成与败,所以,在分析的过程中应保证考虑的全面性,主要包括以下几个方面:1)建筑结构的成本;2)建筑结构的实用性;3)建筑结构的整体空间效果。建筑结构是一项复杂而系统的工程,再加上耗资较大,所以,在设计优化的过程中,应站在整体的角度进行分析,无论是片面追求资金的节省,还是片面追求建筑实用性的增加都是不对的。总而言之,就是协调好技术和经济之间的关系,寻求二者之间的平衡,进而展开合理的优化[7]。 3.优化结构设计技术在实践中的应用方法 在设计好优化结构设计方案后,就可以将该理论方法应用于实践之中。结构设计的优化,是目前一个比较普遍的课题,要达到利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的,将结构设计优化方法应用于实践之中,这是我们建筑工程设计人员所追求的目标。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计,抗震设计等设计的各分部环节,发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中,下面就这几个方面进行详细描述。 3.1 参与结构设计优化的前期工作 因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资,而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与,建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性,但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响,某些方案可能会增加结构设计的难度,并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期,结构优化设计就能参与进来,那么我们就能针对不同的建筑类别,选择合理的结构形式,合理的设计方案,获得一个良好的开端。 3.2 将概念设计和细部结构设计进行优化 概念设计应用于没有具体数值量化的情况,例如地震设防烈度,因为它的不确定性,计算式难免与现实有较大的差异,在进行设计的时候就要采用概念设计的方法,把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法,达到最佳的效果。 3.3 优化下部的地基基础结构设计 地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案,如果为桩基础,那么要根据现场地质条件选择桩基类型,尽量节省造价。桩端持力

浅谈装配式建筑的结构设计优化

浅谈装配式建筑的结构设计优化 装配式建筑的主要构件为预制构件,即将建筑的全部构件或者是部分构件分割为若干个单元,在工厂内预制完成后,运输到现场,将这些预制构件采取可靠连接方式搭建起来。与传统建筑相比,装配式建筑结构、装配式建筑物的制作工艺有着很大的不同,且装配式建筑结构设计过程中缺乏综合考虑,建设成本较高,导致装配式建筑的应用范围十分有限,无法得到更为广泛的应用。面对这样的问题,装配式建筑的结构设计优化,显得十分重要,也十分必要。本研究主要对装配式建筑的结构设计要点进行了分析,并探讨了装配式建筑的结构设计优化措施,以供参考。 标签:装配式建筑;结构设计;优化 相比较于传统建筑,装配式建筑的建造速度快、受气候影响较小,可以减少建筑垃圾的产生与建筑污水的排放,也能减少粉尘、噪声及有害气体,符合节能减排、绿色环保的现代化建筑理念的要求,因此,装配式建筑近年来得到了越来越多的关注与重视。 1、装配式建筑的结构优化设计要点 装配式建筑的结构设计中,为确保结构设计的可操作性与可行性,必须明确掌握装配式建筑的结构设计要点。装配式建筑结构优化设计指的是,在确保装配式建筑功能性、安全性的基础上,应尽可能地降低能源消耗,采取精细化、标准化、专业化的结构设计,通过多专业协作、多方案比较、精细化设计、标准化管理,实现土建成本、建筑功能以及结构安全的有机结合,实现装配式建筑的效益最大化[1]。 装配式建筑的结构设计中,首先,要充分考虑装配式建筑的功能需求,深入分析装配式建筑的立面造型、户型、柱网布置以及分缝等方面的内容,提出可行性建议,将建筑的不规则度、高度以及复杂度控制在合理的范围之内。其次,初步设计阶段,必须综合考虑建筑的结构布置、结构体系、建筑材料、基础型式以及各项参数,对多种方案进行可行性、经济性分析,从中选出最优方案,实现对土建造价的有效控制[2]。最后,施工图阶段,通过标准化配筋方法、精确的计算把控、科学的模型调整,并对施工图进行精细化内审、优化,实现对土建造价的进一步控制。 2、装配式建筑的结构设计优化措施 2.1有效利用相关政策 相比较于传统建筑,装配式建筑的建设成本相对较高,现阶段,我国为促进装配式建筑的发展,国家及各地区纷纷出台相关优惠政策,为装配式建筑的发展提供了良好的驱动力。在装配式建筑结构设计中有效利用相关政策,便可以在很

房屋建筑结构设计论文优化技术论文

房屋建筑结构设计论文优化技术论文 摘要:现代化建设对于建筑的要求越来越多样化,房屋建筑结构设计优化技术的应用可以使建筑在安全、实用、美观、经济上更能适应新时代发展的要求。建筑结构技术的优化推进建筑方式和建筑材料的创新与发展,促进新的建筑材料更环保,更符合可持续发展的要求。技术的优化可以带动整个行业的发展,也可以有效的降低建造成本,使建筑业可以更健康持续的发展。 关键词:房屋建筑;结构设计;优化技术 引言 自21世纪以来,中国经济和文化都得到了快速的发展,各种新兴产业在政府的推动下快速崛起,对原有的市场经济形成了猛烈的冲击。建筑企业要想在这种新的市场环境下依然保证其优势的发展地位,在确保工程质量的大前提下,必须要继续优化建筑的结构设计,使房屋建筑更经济化、高效化。 1 民用建筑结构设计与经济性的关系及作用分析 1.1 结构设计与用地的关系 改革开放以来,我国的建筑施工材料和技术也得到了有效的发展,建筑物的层数和高度也不断的在刷新。但是,为了建筑空间的采光、通风和地面交通的要求,相邻建筑之间的距离也越来越大。地区发展差异较大导致人员的过度集中,造成的建筑用地缺乏等问题并没有得到有效的解决。 1.2 结构设计与造价的关系 社会发展对于建筑物的功能要求越来越高,造价也有了相应的增加。尤其是高层建筑甚至于超高层建筑的发展,在缓解了用地紧张的同时,却极大程度的增加了整个工程造价。对于楼板部分,不承担上部结构荷载,建筑物高度的增加对其造价的影响不大。但是对于建筑基础部分,建筑物高度的增加会极大的增加底部构件所需要承受的荷载,为了保证整个建筑的稳定性和安全性,就必须增加地基的承载能力,增大承载强度。柱、剪力墙等承重构件,为整个建筑的支撑起着至关重要的作用,也会因为高度的增加而对抗震能力、抗风荷载等有着比较高的要求,都会增加整个建筑工程的造价。 1.3 房屋建筑结构优化设计的主要作用分析 房屋建筑结构设计的优化技术在现实生活中的应用,会给施工过程带来极大的便利和成本的节约。首先,技术的优化可以使建筑主体的受力与传递更加科学,能有效的提高建筑结构的承载能力,较小的成本得到更安全的性能。而且,优化技术可以对以往施工过程中存在的不足之处和难以突破的点进行新技术的尝试,结合实践数据研究、创新出一些更优良的方案,使建造过程和建筑物可能存在的安全隐患都能得到很好的解决。优化技术的应用在整个建筑过程中都有着非常重要的意义,在保证建筑结构本身的安全性和稳定性的同时,对设计过程的简化,建筑材料的节省甚至新型材料的应用,施工过程中人力物力的节省等都有很大的改观,能有效的降低建筑物造价,使建筑业的发展更科学,更经济。 2 房屋建筑结构设计中应用优化技术的思路

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