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房屋建筑结构设计优化方法探究

摘要:本文首先概述了建筑结构设计优化的重要性,然后介绍了设计优化方法的流程,最后阐述了在房屋结构设计中的具体应用,以供参考。

关键词:建筑结构;设计优化;重要性;流程;应用

1、建筑结构设计优化的重要性

建筑结构设计优化,指的是在设计期间创新设计理念,采用科学的方法对设计方案进行优化和筛选,最终保证设计方案能满足各方面需求。房屋结构设计工作中,采用设计优化方法的作用如下:第一,在保证建筑质量的基础上,可以提高经济性、美观性;第二,能够节约建筑成本,有效保护建筑周边的自然环境。由此可见,应用设计优化方法,能够提高房屋建筑的综合效益,满足不同用户的需求,同时为建筑企业带来更大的经营利润。和传统的建筑结构设计方法相比,设计优化能够降低建设成本,调查显示能降低30%左右。具体分析认为,通过设计优化,其一能充分利用各种建筑材料和资源,尤其是对内部结构单元进行协调,提高空间使用率;其二实现设计上的创新,在保证建筑安全的基础上,延长使用寿命,保护居民的人身财产安全;其三能帮助设计人员认真选择设计方案,提高设计的科学性、合理性。

2、建筑结构设计优化方法的流程

2.1结构模型设计。第一步,选择变量。从实际设计工作中来看,重要的数值、参数是决定设计方案的依据,这些数据可以作为变量使用。举例来说,在建设目标中,包括价格参数、预期损失参数;在工程控制中,包括房屋结构的可靠性参数。设计人员应该选择变化小、干扰少的参数,才能降低结构设计难度,尽早确定满足设计目标的数据。第二步,确定函数。在多个类似的函数中,设计人员应该选择出最佳的函数,要求满足房屋截面尺寸、钢筋尺寸面积,然后对函数的性质进行分析,以降低建设成本。第三步,衡量条件。从房屋结构的安全性、耐久性出发,设计约束指标包括房屋尺寸、架构刚度、变形限度、受力特点、单元组件、墙体裂隙、结构可塑性等。而且,还要考虑到房屋结构的实际情况,保证各个条件都满足规定要求,实现设计方案的最优化。2.2确定计算方法。房屋结构的设计伴有大量的计算过程,对结构设计进行优化,就是基于复杂变量和多种设计条件下的计算。对于设计人员而言,计算过程中应该演算各种数据,将附加约束条件转变为不附加约束条件,方便得出计算结果。另外,计算方法的种类较多,而且各自具有优点和缺点,应该根据现实条件选择出最为简便的计算方法,以节约计算时间、减轻计算工作量。2.3选择最优程序。确定房屋结构模型,并经过计算之后,下一步就要求设计人员从中选择最优程序。对于最优程序的要求,一是具有完整的功能,二是可以高效运转。这种程序是由多个小程序组合而成,在结构设计中具有重要作用。2.4分析统计结论。面对最优程序和计算结果,此时设计人员要对统计结论进行分析,明确不同设计方案之间的相同点、不同点,综合分析后确定最佳设计方案。由于房屋建设成本高,会涉及多个当事人的利益,因此设计人员应该从多个角度进行思考[3]。例如从宏观角度分析各种利益关系,处理好经济效益和技术含量之间的关系。值得注意的是,片面追求经济效益、不顾技术创新的做法是不可取的;应该在保证技术含量的基础上,尽量降低经济成本。

3、在房屋结构设计中的具体应用

3.1整体和局部优化。纵观建筑工程设计的共同特点,主要是复杂性、层次性两个方面。具体到复杂性,指的是原材料、零部件、结构类型的确定;具体到层次性,指的是结构体系、安装体系、设计体系等,每个体系又包含着诸多下属体系。房屋建筑结构的设计工作,要求设计人员从每个下属体系入手,打破不同布局之间的关联性,实现工程叠加的效果。由此可见,房屋建筑结构的优化设计,应该将落脚点放在整体上,而不是局部上,只有这样才能满足设计要求。3.2基础结构优化。基础是房屋建筑结构的关键部位,基础质量决定了建筑整体的质量,因此对基础结构进行优化具有重要意义。从基础结构类型来看,常见如桩基础、条形基础、独立基础等,优化内容在于基础设计应该满足施工标准,考虑到地质条件的差异性。以桩基础为例,计算抗拔桩的承载力时,首先应该从土层参数入手,确定承载力特征值;然后根据这一数值计算出抗拔桩的钢筋数量,确保满足承载力要求;最后实施静载试验,从实验数据评价桩基础设计的科学性。3.3上部结构优化。建筑工程的上部结构具有多种类型,因此设计优化方案也应该具有针对性,具体如下:第一,砖混结构,优化设计时应该避免在承重墙上开较大洞口;设置构造柱、墙垛长度、建筑层数时,严格按照相关规范执行;结构体系中不要采用混合承重的形式。第二,框架结构,首先合理布置柱网、柱距,确保整体结构的安全性和经济性。其次,单纯从平面布局来看,两侧刚度稍大、中部刚度稍小,能够避免扭转过大的现象,增强结构的抗震性能。最后,梁截面、柱截面应该合理设计,避免过大或过小,不仅影响美观性,还会浪费材料,而且要保证梁和柱的中线相互重合。第三,剪力墙结构,一方面应该确保结构重心、建筑平面形心相吻合,从而提高建筑刚度,避免出现分布不均的情况。另一方面,在保证结构计算安全的前提下,剪力墙和建筑隔墙应该相互重合,如此有利于提高空间利用效率,增强舒适程度。

综上所述,随着生活水平的提升,人们对于房屋建筑结构的设计需求也在不断增加,实现结构设计的综合效益,成为人们追求的目标。在设计优化方法中,包括结构模型设计、确定计算方法、选择最优程序、分析统计结论四个步骤,能够对房屋建筑的整体和局部、基础结构、上部结构进行优化,以促进建筑质量的提升。

作者:周福林 单位:四川省冶金设计研究院

参考文献:

[1]黄云.简论建筑结构设计优化思路与应用[J].建筑•建材•装饰,2014,(13):238-239.

[2]张振兴,刘宁波,何伟等.复杂造型建筑结构设计优化与施工[J].施工技术,2014,(9):11-15,27.

[3]林可勃.试论建筑结构设计优化及造价成本控制[J].中国新技术新产品,2014,(12):145-146.

[4]闫新红,王雄飞.浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].房地产导刊,2014,(2):44-44.

[5]周清明.简议建筑结构设计优化在房屋结构设计中的实际应用[J].城市建筑,2015,(20):66,106.

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