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建筑结构设计优化,提高结构设计质量

作者:未知

  摘要:本文对建筑结构优化设计的必要性、建筑结构设计优化应满足的要求、编制科学地优化设计方案及建筑结构优化设计的方案进行了详细的探讨。
  关键词:建筑结构;优化设计;质量
  建筑结构设计要考虑工程成本以及建筑后期使用、维护的节能性,还要最大限度满足使用者对建筑结构本身的功能需求,对建筑结构设计优化,提出了更迫切、更高要求。所谓结构优化设计,就是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。要想做好建筑结构的优化设计,要选择合理的结构方案,其决定了整个设计的好坏成败。因为对同一个建筑设计方案而言,结构设计不是唯一的,不同方案会使工程质量和工程造价产生很大差别。
  一、建筑结构优化设计的必要性
  为了达到结构优化设计的目的,工程设计人员必须在保证结构安全的前提下,通过对建筑结构的理性分析,采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计,使得能有效地控制工程造价,满足投资方的经济要求。通过以往的优化设计经验来看,相比于传统的设计方法,优化设计通常可以达到降低工程造价5% ~30%的目的。但是在实际的工程设计中,很多因素都制约了优化设计的开展和实施。比如,工程的设计进度的要求,使得设计人员根本无暇顾及到结构的优化设计要求,为此,为了降低工程造价的成本,提高设计人员在工程建设过程中对优化设计的把握非常必要,只有加强技术和经济效益的有效结合,通过合理的优化设计方案,达到降低工程造价的目的,创造更大的社会效益。
  二、建筑结构设计优化应满足的要求
  (一)安全性的要求
  建筑作为现代人类最主要、最基本的生存环境,它与我们的生活、工作息息相关。所以,其安全性是建筑结构优化设计中所必须考虑到的一项基本要求。如果只是对建筑结构的功能性、经济性进行了考虑,而忽略了对建筑机构设计安全性的决策、设计与建设,那么这样的设计是没有任何优越性可言的,还可能会带来一些灾难性后果。所以,在建筑结构优化设计中,安全性是最首要的考虑因素。
  (二)满足舒适性的要求
  住宅建筑设计应为住户起居舒适性的要求提供条件,例如,多种户型要灵活分隔室内的空间,人居的热光声的环境等要求,给居住的人创造一个舒适的环境。结构方案还应该考虑到住户在日后改变分隔的空间的可能性,当采用剪力墙结构的时候,宜采用大开间的布置。
  (三)经济性的要求
  考虑到建筑结构优化设计的经济性不只是为了控制投资成本,更是为了适应当前的市场经济环境。建筑结构设计的经济性是指在满足安全性、功能性以及环保性的基础之上,尽可能降低投资成本。
  三、建筑结构优化设计的方案
  (一)耐久性的优化设计
  在大部分混凝土结构设计方案中,很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性,也就是保证高层建成之后,在合理使用期限内,要能满足用户正常使用要求。但是很多的设计未能达到,造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中,遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤,引起房屋可靠度指数下降。对一般高层混凝土结构设计来说,低造价和省材料设计都应为满意的结构设计,但随着人们生活水平的提高和在实际工程中,有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时,设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时,就应依据设计所要面对的关键性问题,分清主次,选多目标或单目标来实施优化,达到满意效果。
  (二)加强剪力墙的优化设计
  剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成,从而增加了墙肢的约束条件。连梁的剐度增大必将使得结构的地震作用也增大,这样连梁和墙肢分配内力也相应增大,此时必须增大构件的配筋量,显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此,在住宅结构设计时,有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁,而将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时,在满足结构刚度与变形要求时,应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑,合理布置抗侧力构件。显然,剪力墙数量越多,结构抗侧力刚度愈大,相应结构位移会减小,但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大,对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置,以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。
  (三)合理使用高强钢筋与高强混凝土
  高层建筑的总造价一般都包括框架结构材料、施工和基础的物料费用等,其中用钢量以及构筑件截面积对房屋造价影响较大,故在建筑设计中合理使用高强混凝土与高强度钢筋可有效降低用钢量,节约建筑成本。若高层建筑设计位于厚软的地基上,那么由于坐落在地基上的荷载大,合理使用高强钢筋和高强混凝土来优化构件的截面积,减轻结构重量,将会显著降低工程造价及基础设施施工难度,取得较好经济效果。对于震区的高层楼房来说,地震力作用的大小与建筑物的自重相关,人为地减轻建筑物的自重,降低结构在地震的荷载,可提高建筑物的安全性。在设计中高效地使用高强钢筋及高强混凝土,能快速有效的缩小梁墙板柱等构件截面积,达到建筑造价目的。
  (四)建筑结构抗震性设计
  在工程图纸设计过程中,房屋结构按抗震设防分类,房屋抗震等级可根据房屋高度、烈度以及结构类型按国家《抗震规范》确定。地震震力振型组合数据对建筑应当不考虑扭耦联转计算;当振型数大于3的时候,应取3的整数倍计算,但数据不能大于建筑物层数;当房屋层数不大于2 时,振型数则可取房屋层数。对于不规则房屋的结构,应考虑扭耦联转,对高层房屋建筑来说,振型数应取不小于9;房屋结构层数多或房屋结构刚度突变系数大的话,振型数则应多取,例如结构中含多塔结构或顶部有小塔楼和转换层等,振型数应取不小于12的数,但其大小仍不能大于房屋总层数3倍,除非其含有弹性定义的楼板,而且采取总刚性分析的时候,振型数才能够取的更大。
  (五)注重细部优化
  1、在注重整体设计的同时,也应加强结构局部构件的精细设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板,这样既达到合理受力的目的,也避免了拐角裂缝的出现。
  2、底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大,此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋,便可减少箍筋肢数或箍筋直径,达到造价的降低以及施工的方便化。还有,为减少底部截面,采用高强度的混凝土是柱构件不错的选择,但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号,满足了受力要求,也节约了成本。
  四、结语:
  总之,由于目前我国建筑行业发展迅速,在其結构设计中经常遇会到各种问题,这就需要结构设计人员不断地积累经验,自主创新,利用正确概念进行建筑结构的优化设计,以便保证建筑的安全性、适用性以及舒适性。
  参考文献:
  [1]陈阳显. 浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计[J]. 价值工程,2016(27):89-92.
  [2]卢建勇 .如何搞好房屋建筑结构的优化设计[J].中国房地产业,2016,(3):174.
论文来源:《中国房地产业·中旬》 2019年4期
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