刍议建筑结构优化设计
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对建筑结构优化设计的探讨结构优化设计不仅能够提高建筑结构安全度和稳定性,同时能够有效降低建筑工程建设成本,使建筑工程效益得到有效的提高。
本文对建筑结构优化设计的相关内容进行了探讨。
标签:建筑结构;设计;优化设计一、建筑结构优化设计结构设计优化方法的应用结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。
其中房屋工程分部结构的优化设计包括:基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。
对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容,并应在满足设计规范和使用要求的前提下,结合具体工程的实际情况,围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。
结构设计优化方法的实践价值笔者认为,在满足建筑结构长远效益的前提下,应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。
与传统设计相比,采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5%~30%。
优化技术的实现,可以最合理的利用材料的性能,使建筑结构内部各单元得到最好的协调,并具有建筑规范所规定的安全度。
同时,它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策,优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径。
二、举例说明结构设计优化措施1、工程概况某住宅小区是本市保障性住房住宅小区,从规划阶段即开始进行生态住宅区的策划,基本做到保持原有的生态系统,充分考虑自然通风、日照、交通等因素,最大限度减少对周边环境的影响。
小区内部采用了雨水回收,中水回用,太阳能热水及光伏发电等绿色技术,小区的7#住宅楼为本地区住宅产业化实践的第一栋钢结构住宅。
该楼总建筑面积为6305.06平方米,建筑层数13层,建筑高度40.10m,平面尺寸65.5mX13.6m,最大柱网尺寸为6.9mX7m。
采用的是钢结构住宅体系,结构形式为矩形钢管混凝土框架+钢板剪力墙结构体系,楼板为钢筋桁架混凝土楼板,围护结构为水泥纤维版灌浆体系。
谈谈建筑结构优化设计的一些经验建筑结构优化设计是建筑设计中非常重要的一个环节。
通过优化设计,可以减少材料的使用量,提高结构的安全性和经济性。
在此,我将分享一些建筑结构优化设计的经验。
首先,了解建筑设计需求是非常重要的。
在进行结构优化设计前,应充分了解建筑的使用性质、荷载要求、建筑空间布局等方面的需求。
只有深入了解需求,才能针对性地进行结构优化设计,确保设计的合理性和经济性。
其次,合理选择结构形式。
不同的建筑类型和使用功能需要选择不同的结构形式。
合理选择结构形式可以减少材料的使用量,并提高结构的安全性和经济性。
例如,在单层建筑中,可以采用框架结构或者悬臂结构,而在高层建筑中,应考虑采用框筒结构或者框架-筒体结构。
选择合适的结构形式是建筑结构优化设计的基础。
第三,优化结构材料的选择。
结构材料的选择直接影响到建筑结构的安全性和经济性。
应根据不同的结构形式和使用要求,选择适当的结构材料。
例如,在一些小跨度的简支梁结构中,可以选择混凝土和轻钢结构,而在大跨度的悬索桥中,应选择高强度的钢材。
通过合理选择材料,可以减少材料的使用量,提高结构的经济性。
第四,合理布置构件和优化结构细部。
在设计过程中,应考虑构件的布置和结构的细节问题。
通过合理布置构件,可以减小结构的应力集中,提高结构的承载能力。
对于一些重要的构件,可以采取优化设计的方法,如增加截面尺寸、进行预应力设计等。
通过优化结构细部,可以提高结构的安全性和耐久性。
最后,可进行结构参数的灵敏度分析和优化。
通过灵敏度分析,可以了解不同结构参数对结构性能的影响程度。
通过优化设计,可以使结构在满足使用要求的前提下,材料使用量最小,结构性能最优化。
综上所述,建筑结构优化设计是建筑设计中不可或缺的一个环节。
通过深入了解设计需求、合理选择结构形式和材料、合理布置构件、优化结构细部以及进行参数灵敏度分析和优化设计,可以达到减少材料使用量、提高结构安全性和经济性的目的。
在实际设计中,应充分运用以上经验,不断提高结构设计的水平。
建筑结构的优化设计与分析在建筑设计与施工中,结构是一个至关重要的方面。
优化设计与分析结构能够确保建筑物在安全、经济和可持续性方面达到最佳性能。
本文将探讨建筑结构的优化设计与分析,并介绍一些常用的优化方法和分析工具。
一、结构优化设计的重要性优化设计是确保建筑结构在承载力、刚度和稳定性方面最佳的决策过程。
通过优化设计,可以实现以下目标:1. 提高结构的安全性:优化设计可以确保建筑物在承受外部荷载和内部力的情况下保持结构的稳定性和完整性。
2. 提高结构的经济性:通过优化设计,可以减少建筑材料的使用量和加工成本,从而降低建筑投资成本。
3. 提高结构的可持续性:优化设计可以促使结构在使用寿命内降低对资源的消耗,并减少对环境的污染。
二、常用的优化设计方法1. 参数优化法:参数优化法通过改变结构的设计参数,如截面形状、尺寸、材料等,来达到最佳设计目标。
优化算法,如遗传算法、模拟退火算法等,通常用于寻找最佳设计解。
2. 拓扑优化法:拓扑优化法通过调整结构的连通性以及剪切和拉伸的位置,来实现结构的优化设计。
拓扑优化算法,如密度法、杆件满足准则法等,可用于寻找最佳结构形态。
3. 混合优化法:混合优化法是参数优化法和拓扑优化法的结合,通过改变设计参数和结构的拓扑形态,来寻找最佳设计解。
三、常用的结构分析工具1. 有限元分析软件:有限元分析软件是进行结构分析和仿真的常用工具。
它可以模拟结构在受力情况下的力学响应,如应力、应变和形变等。
常用的有限元分析软件包括ANSYS、ABAQUS等。
2. 结构响应优化软件:结构响应优化软件可以将结构的响应与优化算法相结合,以实现自动化的结构优化设计。
它可以通过多次分析和优化迭代,找到最佳设计解。
常用的结构响应优化软件包括OptiStruct、LS-OPT等。
3. 结构参数灵敏度分析软件:结构参数灵敏度分析软件可以计算设计参数对结构响应的影响程度。
它可以帮助工程师确定哪些参数对于结构性能有较大影响,并进行相应的优化调整。
建筑结构优化设计探讨摘要:建筑结构的安全性、经济性、实用性是衡量整个建筑工程质量的主要指标,还直接关系到企业的经济效益。
随着我国建筑工程领域不断发展,科学地制定进行结构设计优化,在满足建筑功能和安全的同时又能降低工程造价,使其成为实际意义上的“经济适用”房。
关键词:设计方案;结构设计优化;工程造价1导言随着我国建筑工程项目向高层超高层且使用功能复杂化方向发展,建设方对建筑结构设计要求越来越高。
结构设计直接影响到建筑工程项目的总造价。
为使结构设计能够达到建设方预期的对工程造价的要求,通过对设计关键点的把控,确保结构设计既满足安全合理的要求,又能满足经济合理的要求。
因此,探讨建筑结构优化设计对提高结构设计水平有着重要影响。
2结构设计的意义我国建筑领域快速发展,为了满足人们对美好居住环境的向往,积极响应国家节能减排的政策,建筑结构设计在整个设计工作中发挥着不可忽视的作用。
结构设计文件作为指导工程施工的重要技术资料,必须严格把控结构设计各各环节,避免出现错、漏、碰等问题。
如果设计文件出现错误,轻则影响到施工进度,重则造成工程事故,甚至会危害到人们的生命财产安全,造成巨大经济的损失;结构设计时应严格把控设计质量,避免肥梁胖柱,造成浪费。
3建筑结构优化设计的措施3.1、积极参与建筑前期的方案设计建筑方案设计是建筑设计的重要阶段。
结构工程师在建筑方案设计阶段应积极参与其中。
优化建筑平面布置、优化建筑立面造型、适当调整柱网尺寸、合理安排设备管井等方面给出建筑工程师合理建议。
在建筑方案设计阶段结构工程师应着重控制的一下几个方面:a根据初勘报告,合理安排地下室的布置,如开挖较深的部分尽量安排在地质条件差的地方;根据场地地形条件,配合建筑是合理调整各栋建筑的标高。
b 建筑平面尽量方正,横平竖直,减少凹槽、转角和开洞,控制每个结构单元长宽比,避免平面不规则。
规则的建筑平面可以减少竖向抗侧力构件的数量。
c 建筑竖向各层层高宜相近,层高相差太大,不利于控制相邻楼层侧向刚度之比和受剪承载力之比。
房屋建筑结构设计中优化技术探讨随着现代建筑技术的不断发展,对于房屋建筑结构设计的要求也越来越高。
优化技术在建筑结构设计中扮演着至关重要的角色,它可以帮助设计师们更好地实现建筑结构的合理性和经济性,提高建筑的稳定性和安全性。
本文将探讨房屋建筑结构设计中的优化技术,包括在设计过程中的应用、优化技术的原理以及未来发展方向。
1. 结构形式优化在房屋建筑结构设计中,结构形式的选择对于建筑的稳定性和经济性有着至关重要的影响。
优化技术可以通过对设计方案进行多方案比较和分析,找出最优的结构形式。
在多层住宅建筑中,可以通过对柱网布局、梁柱跨距等参数进行优化,实现结构形式的最优设计。
2. 材料选型优化在建筑结构设计中,材料的选择是影响建筑结构性能和成本的重要因素。
优化技术可以通过对不同材料性能和成本的分析,找出最佳的材料组合方案。
例如在钢结构房屋设计中,可以通过对不同型钢的强度、刚度和价格等因素进行综合分析,选择最佳的材料组合方案,实现材料的最优选型。
3. 组合优化设计在房屋建筑结构设计中,优化技术可以帮助设计师们实现不同结构、功能、经济、耐久性等因素的综合优化设计。
例如在高层建筑设计中,可以通过对建筑结构、立面设计、空间布局等方面进行综合优化,实现建筑设计的多方面性能提升。
二、优化技术的原理及方法1. 多目标优化方法房屋建筑结构设计中往往存在多个设计目标,如结构稳定性、经济性、美观性等。
多目标优化方法可以通过对不同设计目标进行量化分析,并通过数学模型和算法进行综合优化,实现多个设计目标的协调统一。
在结构形式选择中,可以通过对结构承载能力、材料消耗、工程成本等指标进行综合考虑,找出最优的结构形式。
参数优化方法是优化技术的重要方法之一,它可以通过对设计参数进行灵活调整和优化,实现设计方案的最优化。
例如在桥梁结构设计中,可以通过对桥梁跨径、主梁截面尺寸、支座形式等参数进行优化,实现桥梁设计的最优化。
随着人工智能技术的不断发展,智能优化方法在房屋建筑结构设计中也越来越受到重视。
建筑结构优化设计建筑结构是建筑物中起到支撑和传递荷载的重要组成部分。
本文将探讨建筑结构的优化设计方法,以提高建筑物的安全性、稳定性和经济性。
一、建筑结构设计的重要性建筑结构设计是建筑工程中不可或缺的环节。
一个合理、优化的结构设计能够提高建筑物的耐久性和抗震性,同时可以减少材料的使用和工程的成本,提高资源利用效率。
二、结构材料的选择建筑结构设计首先要考虑的是结构材料的选择。
常见的结构材料有钢筋混凝土、钢结构和木结构等。
不同的材料具有不同的性能特点和应用范围,设计师需要综合考虑建筑物的用途、荷载情况和造价等因素,选择最合适的结构材料。
三、结构节点的设计结构节点是建筑结构中连接构件的重要部分。
合理的节点设计能够提高结构的整体性和稳定性。
在节点设计中,需要考虑连接的刚度、强度和耐久性,并采取相应的措施来增强节点的抗震性能。
四、结构荷载的分析结构荷载是指建筑物在使用过程中所受到的外部力和内部力的作用。
在结构设计中,需要对荷载进行准确的分析和计算,以确定结构的受力状态和承载能力。
常见的荷载包括静力荷载和动力荷载,设计师需要根据不同的情况进行合理的荷载分析。
五、结构模型的建立结构模型是建筑结构设计的基础。
设计师需要根据实际情况建立准确的结构模型,包括模型的尺寸、材料属性和荷载情况等。
通过数值计算和仿真分析,可以对结构进行准确的性能预测和优化设计。
六、结构优化方法结构优化是指在满足安全性和稳定性要求的前提下,最大限度地提高结构的经济性和资源利用效率。
常见的结构优化方法包括布局优化、材料优化和截面优化等。
通过合理的优化设计,可以实现结构材料的最佳利用和建筑工程的最低成本。
七、案例分析以某高层建筑为例,通过结构的优化设计,减少了钢筋混凝土的使用量,提高了建筑物的抗震性能,降低了工程成本。
该案例充分体现了建筑结构优化设计的重要性和实际效果。
结论建筑结构优化设计是建筑工程中不可或缺的一环。
通过合理选择材料、优化节点设计、准确分析荷载、建立准确的结构模型和采取合适的优化方法,可以提高建筑物的安全性、稳定性和经济性。
建筑工程中的结构优化与设计在建筑工程中,结构设计起着至关重要的作用。
一个优秀的结构设计既要满足建筑物的实用功能和安全性要求,又要兼顾美观和经济性。
本文将探讨建筑工程中的结构优化与设计,分析其中的重要因素和方法。
一、结构优化的重要性结构优化在建筑工程中具有十分重要的意义。
一个优化的结构设计可以最大程度地减少材料的使用量,降低建筑成本,提高建筑物的承载能力和抗震性能。
而且,优化结构设计还可以提高建筑物的美观度和舒适性,实现建筑与环境的和谐统一。
二、结构优化的关键因素1. 功能需求:结构设计首先要满足建筑物的功能需求,根据建筑物的用途确定结构类型和承载能力等参数。
例如,在住宅建筑中,结构设计要考虑到房间布局、楼层高度和使用要求等因素。
2. 施工可行性:结构设计不能忽视施工可行性,要考虑到材料的可供性和施工工艺的可操作性。
设计师应根据具体情况选择适合的结构构件和连接方式,确保施工的顺利进行。
3. 抗震性能:对于地震易发区的建筑工程而言,抗震性能是一个至关重要的考虑因素。
结构设计师要根据地震区域的地质特点和地震烈度等级确定合适的结构方案,提供足够的抗震能力。
4. 美观度:结构设计不仅要考虑到功能和安全性,还要兼顾建筑物的美观度。
设计师可以运用各种结构形式和材料,创造出独特的建筑造型,实现结构与艺术的完美结合。
三、结构设计的优化方法1. 结构拓扑优化:结构拓扑优化是通过改变结构的形状和连接方式,使结构达到最佳的性能和材料利用率。
这可以通过计算机辅助设计软件进行模拟和分析,得出最优的结构形态和布局。
2. 材料优化:材料的选择和使用是结构设计中的另一个重要方面。
合理选择材料的类型和规格,可以减少结构的自重和成本,提高其力学性能和耐久性。
3. 结构参数优化:结构参数的优化是指通过调整结构的尺寸、形态和承载能力等参数,达到结构设计的最佳效果。
这可以通过各种结构力学理论和计算方法进行分析和优化,得出最佳的结构设计方案。
房屋建筑结构设计中优化技术探讨
房屋建筑结构设计优化技术是在传统建筑结构设计基础上实现经济合理、结构合理且足够安全的施工的技术方法。
通过在建筑结构设计中运用相应的优化技术,将可获得更低的总体费用,更高的结构安全,更轻的施工重量等特点。
首先,应根据建筑使用需求,确定施工原则,如抗震要求、重要可靠性要求等方面的要求。
其次,要合理设计结构构件的选用以及材质的选择,有利于实现结构的经济性及性能的合理性,减少施工后材料损耗,减少对构件搭接的精度要求和工艺要求,使施工后的结构满足要求的可靠性保证指标。
此外,可以针对不同类型结构优化设计进行咨询,例如节点优化、剪力墙优化、梁优化、板系优化、箱型构件加强节点优化等,以同时满足施工要求和性能要求。
此外,还可以通过计算机仿真软件对结构细部实现自动优化设计,根据某一建筑的结构特点,并结合其结构特征和使用要求,对机构模型优化后,可获得最佳的结构设计。
同时,还可以根据构件材料的性能特征和材料质量等因素,多重组合优化,以提高建筑结构的整体性能。
最后,可以提出一些建议,以求得更优化的结构设计效果。
首先,专业结构设计人员要对建筑结构进行全面分析,分析可能出现的问题、约束条件和可能的变化,从而有针对性的进行设计和优化;其次,应充分考虑构件的性能、适用范围、可塑性以及破坏机理,优化设计可以有效改善结构细节,提高结构性能;最后,应重视施工要求,合理调整结构实施方案,减少施工量,提高结构安全可靠性。
建筑结构优化设计探讨建筑结构的造价在建筑工程中占有较大的比例,结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。
建筑设计部门和设计人员应严格遵守"经济、适用、合理"的设计原则,精心设计,应用现代化科技手段,选择合理的建筑结构设计方案,实现降低建筑工程造价并取得最大经济效益的目的。
所以,建筑结构优化的课题研究具有深刻的实际意义。
一、建筑结构优化设计的内容在拟建一个建筑项目的初期,我们进行的建筑结构设计要满足相关的规定和标准。
我们也要考虑使用者的要求,进行综合设计。
同时对于设计的施工可行性和成本的控制也要给予足够的重视。
总之,设计者们在设计的时候要多方面的综合经济性、安全性、适用性、美观性对房屋的结构做出不断地调整和尝试,这样的整个设计过程就是对建筑结构的优化。
建筑结构优化设计的内容是多方面的。
房屋的造型结构优化、房屋的受力结构优化、房屋的构造结构优化等是房屋结构优化的主要设计内容。
设计者们在对房屋结构进行优化时,第一步要考虑整体的建筑结构和建筑造型。
第二步拟定结构整体造型之后,从细部逐步分析優化结构的合理性。
将房屋的散水结构、屋盖结构、围栏结构等细节工作优化到位,进而从全方面对建筑的结构进行合理的优化。
结构优化设计的合理步骤应该是:①在方案阶段,通过与建筑专业的充分沟通,对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求,使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内,避免抗震审查,为降低含钢量争取主动权;②在初步设计阶段,通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方案技术经济性比较,选出最优方案,整体控制含钢量;③在施工图阶段,通过精确的荷载计算、细致的模型调整,使结构达到最优受力状态,进一步降低用钢量;在进行多方案的技术经济性比较时,应综合考虑材料费、模板费、基坑开挖降水支护费用、措施费、施工难易、工期长短等因素,与甲方协商后择优选用。
二.建筑结构设计与经济性的关系2.1 结构设计与用地的关系多层或高层住宅建筑中,总建筑面积是各层建筑面积的总和,层数越多,单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就越少。
浅谈建筑结构优化设计0.引言建筑结构优化设计是节约工程造价的一个重要手段,同时也关系着建筑物的安全性以及投资效益最大化的实现。
在进行建筑结构设计时,要考虑多方面因素,比如结构要有足够的强度,要有适宜的刚度,建筑结构有合理的自振频率等。
另外,为了避免大震建筑出现问题,在进行建筑结构的优化时要保证建筑结构的强度满足要求,这是一个前提条件。
建筑结构优化设计的突出表现和最终目的,是为了降低工程的造价,这是比较狭义上的说法,但是在现实中对建设结构设计的优化,主要指的是广义的说法,在降低工程造价的同时,保证其建筑的安全性,在利益最大化和质量保证中找到一个最优的平衡点,这就是目前建筑结构优化设计的意义所在。
1.建筑结构优化设计的概述建筑结构优化设计的基本理论建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。
在建筑工程的决策阶段,确定结构优化设计所要达到的总体目标,满足本体功能,最大程度保障安全性,缩减投资成本;在建筑工程的设计阶段,确定每一个子系统及整体结构的优化布局;在建筑工程的建设阶段,以结构优化设计为建设原则,组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。
决策阶段结构优化选择是关键,设计阶段结构优化设计是核心,建设阶段结构优化建设是基础,三个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。
建筑结构优化设计的基本要求:功能性建筑是人类的基础物质生存环境,建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。
2.建筑结构设计优化方法赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。
建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果,而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理,成为实际意义上的""经济适用""房。
2.1建筑结构优化计算方案在设计模型已经优化后,工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算,经过多次计算比较和调整,使结构设计更加合理和经济。
刍议建筑结构优化设计
发表时间:2015-06-15T14:23:34.510Z 来源:《工程管理前沿》2015年第7期供稿作者:周禹冯婧
[导读] 随着国家全面深化改革进入关键阶段,宏观经济继续面临下行压力。
周禹冯婧(西部建筑抗震勘察设计研究院陕西西安 710054)
摘要:本文主要分析了我国建筑设计市场的现状和发展方向的基础上,阐述了结构优化设计的重要意义,介绍了结构优化设计的基本概念和基本原理。
详细介绍了结构优化设计的主要内容和高层优化的主要方法,为未来结构设计者进行结构优化提供参考。
关键词:结构优化;施工图优化;经济性;优化内容
1. 引言
随着国家全面深化改革进入关键阶段,宏观经济继续面临下行压力,而建筑行业是中国宏观经济与社会民生的重要组成部分,也处在下行的周期中,如何及时的进行行业战略格局调整、通过制度创新,辅以适当的国家政策引导,确保建筑行业积极调整和健康发展是新形势下面临的一个重要课题。
新形势下建筑设计行业主体对企业发展模式的思考也相应的完成了从“外部推动”向“内外并举,以内为主”转变。
许多集团式设计企业在做大规模的同时,更加关注发展质量与能力,不断从“粗放式”向“精细化”发展模式转变,企业经济效益不断提升。
而另一方面许多工程勘察设计企业正在从工程建设设计向产业链前端投资和后端维护改造延伸,实现企业传统发展模式的转变。
这种形式下建筑结构优化公司或部门将在未来的结构设计领域发挥重要作用。
2. 结构优化设计必要性中国建筑设计行业年度发展研究报告(2010-2011)中指出目前建筑设计行业普遍存在以下几个问题:1、目前建筑设计行业的快速发展是一种外延扩张型的发展,是因我国固定资产投资规模扩大而得益,并不是行业整体生产力的提高。
大部分企业重视经济效益甚于社会效益,使建筑设计行业科技创新与技术进步原动力不断减弱,新科技新技术的发展和应用范围受到局限。
2、建筑设计市场竞争激烈,秩序混乱,恶意压低设计费,随意压缩设计周期,业余设计、挂靠设计大量存在,专业化的建筑结构设计事务所没有良好的发展。
而且结构设计人员的社会地位不高,劳动强度普遍较大,加班加点拼体力成为常态,使结构设计及施工图质量难以保证。
3、建筑设计人员素质的参差不齐,行业及设计单位内部缺少统一的技术措施或统一做法,很多设计人员还缺乏成本意识,部分设计人员过分依赖计算机及设计软件,校对审核也是走走过程,还存在设计过程中深度不够,反复出设计变更的现象,不仅造成了建设单位资金和社会资源的不必要浪费,也会影响工程工期和工程进度。
结构优化设计正是解决建筑设计市场存在的种种问题的利刃,也是符合新形势下建筑设计市场发展规律的,优化设计必然是一个融理念、科技和环保为一体的具有强大生命力的。
3. 结构优化设计的基本原理和内容建筑结构优化设计是指在满足各种规范或某种特定要求的条件下,使建筑结构的某种指标(如重量、造价、刚度等)为最佳的设计方法也就是在所有可用方案和做法中,按某一目标选出最优的方法[1]。
安全、经济、适用、美观、方便施工是进行建筑结构优化设计的终极目标。
在传统的结构设计过程中,结构设计方案一般是在建筑方案基本确定后依据工程设计经验提出,然后利用力学基本理论方法和相关结构设计软件进行计算,如果满足承载力和正常使用的要求,符合相关规范规定,即为最终结构方案。
结构设计人员往往只注意到安全,而忽略了经济和便于施工。
而结构优化设计则是从众多方案中,通过一定的数学方法,找到各个方案中在材料用量,结构安全度,工程造价,或者其他指标最优的方案,它能够通过对比分析确定各个方案的优缺点,达到综合指标的最优。
换句话说,就是在设计和校对的基础上进行多个方案的对比和优选,由方案可行发展为方案最优,必然会在工程质量和经济效益两个方面双赢。
实际的工程设计中结构设计优化途径的核心内容包括三方面:1、在结构方案阶段要做到体系选型与结构布置要合理;2、在初步设计阶段要做到结构计算与内力分析要正确,对构件的几何尺寸进行优化;3、在施工图阶段要做到细部设计与构造措施要周密,方便施工。
前两点可以在项目设计过程中通过精细化和专业化的工作模式介入并与设计同步进行的设计优化。
第三点即在施工图设计完成后进行的设计优化,通过对设计图纸进行专业化和精细化的复核并提出优化意见,对原设计图纸进行设计修改的优化方式。
随着优化设计阶段的选择,工作量有所降低,但优化效果也会降低,因此优化宜从概念设计到施工图全程优化。
建筑结构的优化需要深厚的理论功底和成熟的概念设计思想,也需要先进的的技术水平和管理水平,通过不断的吸收新工艺,新方法,才能达到不断优化,安全、适用下的经济节约。
4. 高层建筑结构的优化
1、结构体系的优化高层建筑设计中关键是如何建立结构的抗侧刚度,较好的控制水平荷载作用下结构的侧移,因此,结构体系的优选是结构工程师面临的首要任务。
每一种结构形式的抗侧力结构体系不同都有其相应的适应性和抗震性能,需要通过对比分析确定经济且抗侧效率高的结构体系。
2、建筑物的层高在满足建筑使用功能的前提下层高应尽可能降低,对于结构而言基础设计荷载因高度的加大会显著增加;垂直构件的抹灰装饰量的增加。
据综合测算,建筑层高每增加10cm,相应的会增加工程造价2-3%。
3、结构高宽比的影响控制高宽比的目的是为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移,而建筑随高宽比的增大,结构整体稳定性会越来越差,势必要设置刚度更大或者增加更多的抗侧力构件,进而影响了整个工程造价。
4、高强钢筋与高强混凝土的应用在混凝土强度相同的前提下,同一工程部位使用HRB400 的用钢量要比HPB300 要省很多,而且HRB400 钢筋在施工方法上不需要像HPB300 钢筋一样截断后做弯钩,省了一道程序,所以从用钢量到劳动力都有明显的降低。
而高强混凝土在满足轴压比的条件下最大限度的减小了柱的截面,从使用到工程造价都能取得良好的效果。
5、楼盖的优化(主要用于地下车库)无梁楼盖相比普通楼盖有以下几个特点:施工支模简单,节省了主次梁的支模板、钢筋绑扎等工序,加快了整体施工进度。
同时楼盖底面平整,楼层净高得以保证的同时,有利于通风,便于布置管线及设备安装,可减少相关设备专业的费用。
因此顶板有较厚覆土、荷载较大时,选用无梁楼盖时经济性指标将优于有梁楼盖。
5.施工图阶段优化施工图设计阶段是工程造价控制的重要阶段,其主要控制方法有:1、合理地建立结构计算模型、准确分析计算结果,对造价控制比较重要的计算参数主要有:荷载的合理确定;周期折减系数;梁活荷载内力放大系数;剪重比调整;双向地震作用的选择。
2、优选剪力墙、框架柱、梁及楼板截面,做到既充分发挥材料受力特性,又具有较高的经济性。
3、精确优化构件的配筋,在满足承载能力和正常使用的条件下,正确运用规范最小配筋率要求,采用合理的配筋方式,如梁加架立筋等。
对盲目放大配筋的情况予以纠正。
6.结论建筑设计行业不断从“粗放式”向“精细化”发展模式转变,设计市场存在的诸多问题也愈加突出,建筑结构优化的重要性逐渐凸显。
而目前,结构优化设计应用不是很广泛,还需要大力开展有关设计思想及优化技术的普及工作。
而实际操作中,结构优化的工作更多的是采用“分析与校核”基础上的“综合与优选”方法,但真正的建筑结构优化设计软件还不完善,还需要行业主管部门和龙头企业担负起社会责任,加大投入。
结构优化设计的终极目标是实现建筑的功能性、安全性、经济性与环保性,为人类和自然资源的永续发展提供一个更好的物质生存与发展环境。
参考文献[1]徐传亮,光军.建筑结构设计优化及实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2012[2]石磊.钢筋混凝土住宅结构体系的优化设计及用钢量控制[D].合肥:合肥工业大学,2007[3]全国民用建筑工程设计技术措施(2009)(结构专业—结构体系)[M].北京:中国计划出版社,2009[4]秦兴.勇基于工程造价控制的钢筋砼建筑结构优化设计[D].广州:华南理工大学,2012。