淺析房屋建筑的結構設計優(yōu)化方案與應用

1、<p>　　淺析房屋建筑的結構設計優(yōu)化方案與應用</p><p>　　摘 要:建筑結構的優(yōu)化設計在房屋項目中的科學靈活應用，能夠為企業(yè)和使用者節(jié)省一定的資金成本和資源，能夠提高建筑房屋的質量安全程度和使用壽命，因此，現代建筑項目中，各大建筑設計師都必須要合理根據建筑施工要求來科學應用結構優(yōu)化設計技術，提高其房屋建筑項目的經濟效益和質量安全。 </p><p>　　關鍵詞: 結構設

2、計方案問題應用 </p><p>　　中圖分類號：C35文獻標識碼： A </p><p>　　前言：現代社會對房屋建筑物的功能、安全、質量方面比之前要求更為嚴格的同時，也對其房屋的經濟美觀和是與實用方面也提出了個性化規(guī)定。因此，現代建筑行業(yè)為了滿足市場大眾多元化、高技術化、經濟化以及高質量安全化，就必須在其房屋的結構中廣泛運用優(yōu)化設計技術，這樣不僅能夠為施工企業(yè)、承包商以及居住使用者節(jié)省

3、大筆成本，還能夠提升企業(yè)建筑施工的可執(zhí)行性、質量程度和安全使用程度。因此，現代建筑企業(yè)對于結構優(yōu)化技術的應用就具備了高度的現實意義。 </p><p>　　1 結構優(yōu)化設計的模型和方案 </p><p>　　房屋工程分部結構優(yōu)化設計包括: 基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包括選型、布置、受力分析、造價

4、分析等內容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發(fā)的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優(yōu)化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。 </p><p>　　1．1 結構優(yōu)化設計模型 </p><p>　　結構設計優(yōu)化就是

5、在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優(yōu)解。結構總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是: 設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優(yōu)化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、

6、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規(guī)范的要求。 </p><p>　　1. 2 房屋建筑結構設計的基本方法 </p><p>　　(1) 當結構平面圖在繪制結構平面布置圖時，需要輸入結構軟件進行建模。建筑物根據設防類別、烈度、結構類型和房屋高度進行相應的計算和構造措施要求。注意“地震作用”、“

7、抗震措施”與“抗震構造措施”，提高地震作用，則結構的各構件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內容，包括抗震構造措施，其中的一般規(guī)定及計算要點中的地震作用效應(內力和變形) 調整的規(guī)定均屬于抗震措施，提高抗震措施，著眼于把財力、物力用在增加結構薄弱部位的抗震能力上，是經濟而有效的方法; 抗震構造措施指根據抗震概念設計原則，一般不需計算而對結構和非結構各部分必須采取的各種細部要求。設計中需要注意受壓和局部受壓

8、的一些問題。 </p><p>　　(2) 屋頂(面) 結構圖當建筑是坡屋面時，結構處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理

9、解圖紙。正確繪圖和設計的關鍵是設計人員真正的心知肚明，結構設計者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，要結合門窗頂設置圈梁來降低墻的計算高度。 </p><p>　　1．3 結構優(yōu)化設計方案 </p><p>　　結構設計優(yōu)化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設定計算方案時，常將有約束條

10、件轉變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結果。 </p><p>　　2 結構設計優(yōu)化技術在應用中的幾個問題 </p><p>　　結構設計優(yōu)化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結構設計優(yōu)化設計應用于項目的整體設計、前期設計

11、，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結構設計優(yōu)化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。 </p><p><b>　　2．1 前期參與 </b></p><p>　　因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是

12、建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優(yōu)化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。 </p><p>　　2．2 細部結構設計優(yōu)化 </p><p>　　概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優(yōu)化的方法，

13、達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優(yōu)化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達到既安全又經濟的目的。 </p><p>　　2．3 地基基礎

14、結構設計 </p><p>　　地基基礎的結構設計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。 </p><p>　　3 結構設計優(yōu)化的的功用 </p><p>　　3．1 降低總造價 </p><p>　　進行結構優(yōu)化設計中，

15、多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數增加比例相同了。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。 </p><p>　　3．2 提高建筑結構經濟

16、性 </p><p>　　建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長; 相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性

17、能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。優(yōu)化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。 </p><p><b>　　4 結束語 <