1、1探讨建筑结构优化设计摘要：结构师在保证安全性的前提下,当然应该敢于挑战新的结构形式,使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中,在基本满足建筑师设计意图的基础上,平面布置应尽量规则,对称,尽量缩小质量中心和刚度中心的差异;使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。关键词：建筑 结构设计 中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号： 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
2、益的目的。 一、建筑结构优化设计 1、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2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。 2、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。
3、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、建筑结构经济设计分析 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。但随着建筑层数的增加,房屋的总高度也增加,房屋之间的间距也必须增大。因此,用地的节约量并不随建筑层数的增加而按同一比例递增。 2、结构设计与造价的关系建筑层数对
4、单位建筑面积造价有直接影响,但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分,不管层数多少,都共用一个屋盖,并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此,屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分,各层共用基础,随着层数增加,基础结构的荷载加大,必须加大基础的承载力,虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低,但不如屋盖那样显著。承重结构,如墙、柱、梁等,随层数增加而要增强承载能力和抗震能力,这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。 3、高层住宅结构设计与经济性的关系住宅的层高直接影响住宅的造3价,因为层高增加,墙体面积和柱体积增加,并增加结构的自重,会增加基础和柱的承载力,并使水卫和电气的管
5、线加长。降低层高,可节省材料、节约能源,有利于抗震,节省造价。同时,除降低层高可以减少住宅建筑总高度,缩小建筑之间的日照距离,所以降低层高能也取得节约用地的效果。在相同建筑面积时,住宅建筑平面形状不同,住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形,外墙周长系数越小,外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少,并且受力性能好,造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性,通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。 三、结构设计优化技术应用分析 1、直觉优化(概念设计优化)技术与建筑结构设计对于同一建筑方案,可以有许多不同的结构布置设计;确定了结构布置的建筑物,即使在同种荷载情况下也存在不同的分析
6、方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的:建筑物细部的处理更是不尽相同,这些问题是计算机无法完全解决的,都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下,根据工程实践经验进行,这便是前面所说的概念设计。因此,概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。 2 、概念设计处理的实际建筑设计问题概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计,建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏,或将破坏程度降至最低。因此,分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中,地震作用最为难以琢磨,破坏性也最大。故而,建筑设计过程中就应该
7、未雨绸缪,4从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施,不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段;延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏;多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏,消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。 四、小结 建筑是凝固的艺术,建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图,力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下,当然应该敢于挑战新的结构形式,使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中,在基本满足建筑师设计意图的基础上,平面布
8、置应尽量规则,对称,尽量缩小质量中心和刚度中心的差异;使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上,在满足功能要求的前提下,尽量使竖向承重构件上下贯通;能不使用转换层的就应避免使用,以减小结构分析和设计上的困难,另外也不经济,还容易造成应力集中;竖向刚度最好不要突变,而要渐变,否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象,这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。 参考文献: 1、汪树玉.结构优化设计的现状与进展J.基建优化,2007:12-13. 2、张炳华.土建结构优化设计M.上海:同济大学出版社,2008:34-36. 3、蒋启平.工程结构优化设计的新方法J.工业建筑,2008:15-516.J.工业建筑,2008:15-16.
