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建筑结构论文参考文献:
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关键词:房屋;结构设计;优化
随着我国市场经济的不断发展,建筑行业内部之间的竞争越来越激烈。在激烈的市场竞争环境下,建筑企业必须要以市场需求为导向,提高房屋建设的水平。在当前的社会环境下,房屋建设的水平不仅体现在房屋的质量上,同时还包括房屋的舒适性、经济性、美观性等。因此,必须要在房屋结构设计的过程中应用结构设计优化技术。本文将从介绍结构设计优化技术的作用入手,介绍结构设计优化技术的方法,分析结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用。
1结构设计优化技术的作用
在房屋结构设计中应用结构设计优化技术具有一定的作用,主要体现在两个方面。第一,在房屋结构设计中应用结构设计优化技术可以提升建筑的安全性。应用优化结构设计可以弥补传统房屋结构设计中存在的不足和缺陷,从而提高房屋结构设计的合理性和安全性。而且,应用结构设计优化技术可以对房屋结构的受力性进行更加全面的分析,从而确保房屋使用过程的安全性;第二,在房屋结构设计中应用结构设计优化技术可以降低工程的造价。根据相关的调查显示,在房屋结构设计中应用结构设计优化技术可以将工程的成本降到原来的70%,从而大大节约了房屋工程建设的成本。此外,应用结构优化设计技术还可以提高原材料的性能,减少材料的浪费,提高房屋建设的经济性。
2结构设计优化技术的方法
无论是在房屋建筑总体结构设计还是分部结构设计的过程中都可以采用结构设计优化技术。房屋结构设计的主要内容包括基础结构设计、屋盖系统设计、围护结构设计等。但在应用结构设计优化技术的过程中应根据房屋建筑的实际情况而定。下文将具体介绍一下结构设计优化技术的方法。首先,要建立结构优化模型。结构优化设计就是指将人们的居住需求以数学的方式表达出来,然后对相应的参数进行整理和分析,再结合房屋建筑的实际情况建立数学模型,最终求出数学模型的最优解。因此,在房屋结构设计的过程中应用结构设计优化技术最为关键的一步就是建立结构优化模型。在建立结构优化模型时也应遵守一定的原则。第一,要合理选择设计变量。房屋结构设计过程中设计变量的选取是十分重要的,将直接关系到房屋结构设计是否合理。因此,设计人员必须要重视这项工作。设计人员应根据变量对整体结构的影响将其分成不同的类别,确定其中的预定参数,从而使得整个计算流程变得比较简单;第二,要确定目标函数。确定目标函数的目的是为了找到最优解;第三,要明确约束条件。不同的房屋建筑的具体约束条件是不同的。但总体来说,房屋结构设计过程中采用的约束条件主要包括强度、应力、尺寸等。设计人员可以根据现行的房屋建筑设计规范确定约束条件。其次,要确定结构设计优化方案。在房屋结构设计过程中,结构设计优化方案应包括两方面的内容,一是整体结构的布局,二是细部结构的优化。在进行房屋整体结构布局的过程中应尽量简单一点。因为,越是复杂的结构需要的投入越多。而且,复杂的结构需要多次传力,会影响结构的稳定性和安全性。细部结构优化涉及到的内容比较多,不同的部位对房屋结构的影响也是不同的。但在所有的细部结构优化过程中最为重要的部位是构件截面。构件截面的选取将影响到房屋结构使用的安全性和其它部位的结构设计。例如,竖向构件在设计时应选择合理的轴压比。如果轴压比选择不合理将会影响配筋的使用。又如,在进行梁截面设计时,如果截面设计的过大则会缩小房屋建筑内部的使用空间。如果截面过小则会增加使用的配筋,从而增加房屋工程的总成本。
3结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用
现在,随着城市居住人口的不断增多,城市住房压力越来越大。在这种情况下,房屋建筑主要以高层建筑为主。相比于普通的房屋建筑来说,高层建筑的结构更加复杂,在结构设计中应用结构设计优化技术更加符合人们的居住要求。下文将具体介绍一下结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用。首先,要优化设计规范。在进行房屋结构设计时,设计人员必须要先了解和房屋结构设计有关的规范,明确其中的条例和规定。同时,在房屋结构设计的过程中还应结合房屋的实际情况将这些规范应用其中,确保房屋结构设计的合理性和规范性。此外,设计人员在遵守规范的同时还应结合房屋建筑的实际情况对规范进行修改,即要将规范中一些过于宽松的条款舍弃,按照房屋建筑的实际情况而定,从而确保结构设计的最优性。其次,要参与房屋工程前期的规划设计。为了实现房屋建筑结构最优化设计的目的,设计人员必须要参与房屋建筑工程前期的规划设计。一方面,是要对房屋建筑工程进行全面地了解,掌握一手的数据资料。另一方面是要从全局的角度出发进行房屋结构设计,确保房屋结构设计方案的合理性和科学性,这样才能为以后的施工提供科学的指导。如果设计人员不参与房屋建筑工程前期规划设计,则无法准确地判断工程结构的受力情况,同时也无法有效控制设计的质量和成本。这种脱离房屋工程建筑实际的设计方案不可能是最优的设计方案,即无法充分发挥结构设计优化技术的作用。最后,要进行概念设计。对于同一个房屋建筑工程来说,在施工条件基本相同的情况下,采用不同的结构设计方案产生的设计效果是完全不同的,需要的工程投入也是完全不同的。因此,在房屋结构优化设计的过程中必须要重视细部结构优化设计。在进行细部结构优化设计的过程中还应考虑到概念设计。概念设计是房屋结构设计中的重点内容,在进行房屋结构设计的过程中如果缺少相应的数据,就必须要通过概念设计的方法来处理细节。例如,在进行地震设防烈度设计时就不能单纯依靠量化的方法,而是应采用概念设计的方法,将所有已知的参数作为参考,对结构的细节部分进行合理地处理,从而确保结构的防震等级符合相关的要求。
4结论
总之,在房屋结构设计过程中应用结构设计优化技术是十分合理的,未来随着建筑行业的不断发展,结构设计优化技术的优势将会愈加凸显。因此,人们必须要重视结构设计优化技术,将其广泛应用于房屋建筑结构设计之中,提高房屋建筑结构设计的合理性、经济性和美观性。
参考文献
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【关键词】房屋结构;设计;关键问题;设计要点
房屋结构设计要兼顾安全、经济、美观和适用为一体,注意设计中的关键问题,在设计过程中要科学把握设计的工期时间、投资大小以及建设效益等。结构设计是房屋建筑的核心和灵魂,设计的好坏是房屋质量的关键所在,因此,房屋结构设计中应当注意的问题要认真的对待,同时,还要分析并注重结构设计的要点。本文就如何把握房屋结构设计的关键问题及设计要点做出了相关分析,希望能为房屋结构的建筑提供一定的借鉴。
1、房屋结构设计中的关键问题分析
1.1 柱下混凝土基础
柱下钢筋混凝土独立基础在工程建筑中应用非常广泛,在设计中应注重其抗剪强度的验算,避免出现验算错误而影响工程质量。在建筑地基基础设计的规范当中,只规定要对基础变阶处和基础交接处的受冲切承载力进行验算,而没有要求对其抗剪强度进行验算。多层基础的房屋结构要通过相关软件进行验算校核。规范还规定,当基础底面处的平均压力值达到300kPa混凝土基础时,应进行抗剪强度验算。如果平均压力超过300kPa混凝土基础时,必须进行抗剪验算。
1.2 条形基础混凝土的强度等级
以建筑结构可靠度设计标准相关规定为依据,普通房屋结构设计的使用年限为50年,以混凝土结构设计规范为依据,一、二、三类使用环境下,50年设计年限的房屋结构中混凝土最低强度等级为C20。目前房屋结构中条形混凝土基础仍是最常用的基础形式,但是,由于不少设计工作人员图纸中仍将条形基础混凝土的强度等级设计为C15,因而违法了相关规范的要求,必须引起重视。
1.3 多层及高层房屋结构设计应有所区别
由于多层房屋建筑高度通常较小,因而受到的水平力影响也相对较小,其主要容易受到竖向荷载的作用,因此常选择的是砌体或框架结构体系。但是,由于高层房屋建筑容易受到水平荷载的作用,因此常选择侧向刚度相对较大,且抗侧移性能相对较好的剪力墙结构体系。因此,房屋结构设计时应当以实际情况为依据,对于多层房屋建筑而言,应严格执行建筑抗震设计规范,而高层房屋应严格按照高层建筑混凝土结构技术规程进行严格执行。
1.4 偏梁轴线的定位
在房屋的结构中,间梁的轴线和中心线是重合的。根据造型设计和使用功能的不同,楼梯间横向梁、卫生间隔墙下梁和边梁等的墙外皮和梁外皮要取平,从而发生偏梁。设计平面图和配筋大样图中,往往会出现未标明偏移尺寸等数据,施工单位人员也没有注意偏移而按照图纸的要求进行施工,这样就形成了错误,通常会造成严重的损失。因此,进行偏梁轴线的定位时必须对此问题进行考虑,以防此类问题发生。
1.5 悬挑梁
通常而言,因使用功能相关要求以及地形限制等方面的原因,悬挑梁结构形式十分常用。由于梁内所承受荷载较梁外挑部分通常更大,因此,梁内及外挑梁的截面尺寸常存在着差异,不少设计工作人员往往将梁内上层主筋延伸至挑梁了事,殊不知其两侧主筋根本不可以伸入挑梁内。待钢筋工进行钢筋的绑扎时才会发生出了问题,但此时许多钢筋已经截断且成型,因而不仅对施工带来了极大的影响,还导致了巨大的经济损失。此外,平常施工时梁箍筋接口位置通常均在梁上部两角处进行交替绑扎,但是相关规范并未对悬挑梁箍筋接口位置进行明确规定,仅仅要求悬挑梁的箍筋通弯钩不应小于135度,其弯钩平直段的长度不应小于10d。由于悬挑梁构件主要负责为上部受拉、为下部受压,若将箍筋接口的位置置于构件底部的受压区,由于受混凝土对其所施加的压力,因而锚固作用较受拉区将更为有利,因此,对于悬挑梁箍筋而言,其接口应尽量设置于梁底部。
2、房屋结构的设计要点分析
2.1 地基基础相关设计要点分析
地基是房屋建设安全的首要问题,以安全为设计原则,对地基的地质进行勘察和分析,不仅要勘察地基地质的土壤、水分和结构等因素,还要分析地基地质的综合情况,完善地基的设计方案,严格按照安全标准的要求进行地基基础的相关设计。针对地质较软的土质,可以利用高效软地基处理法来进行土垫层设计,从而达到加固地基的效果。耐力容许值可以反映安全标准,但不能一味的追求耐力容许值。在地基设计中,利用经验可以避免很多不必要的麻烦,减少浪费。地基的承载值等于梁、柱和基础的负荷与折减系数的乘积,充分考虑和计算地基的承载值是保障地基安全的必要环节,也是其他设计能够顺利完成的前提。
2.2 承重柱截面高度相关设计要点分析
承重柱截面高度要按照规定的标准设计,不能为了简化承重柱受力分析而缩小截面高度,这样不仅降低了房屋的耐久性,而且容易发生梁底水平裂缝,损坏房屋,对人们的生命安全及经济财产造成威胁。纵向框架和横向框架是框架设计的两个主要方向,设计时要同时兼顾两个方向的框架设计,根据轴方向来计算该方向上的抗侧力,防止纵筋和节点等不合格的框架出现。如果纵向框架出现普通样式的连续梁,就会对框架设计造成很大的影响,因此,在框架的结构设计中,要充分考虑承重柱截面高度的设计。
2.3 构造柱相关设计要点分析
构造柱在房屋结构中主要起到提高墙体抗剪能力的作用,同时构造柱联接圈梁可对砌体进行约束,防止墙体中的裂缝发生开展,并保持竖向墙体的承载力,加强房屋结构的抗震效果。构造柱的根部在地梁中,没有其他支持的基础,一旦构造柱用来承重,就会提前使构造柱受到压力,降低构造柱对墙体的约束,因此,构造柱不可以用作承重柱。当构造柱受到压力和破坏时会出现裂缝。在构造柱的设计中,承重柱是承重大梁下柱子的设计参照,也可以将构造柱设计于承重梁之下。此外,墙体的压力和抗弯能力作用都是构造柱设计时的要点。
2.4 楼板相关设计要点分析
一般而言,楼板的作用力的计算要根据单、双向板的作用来设计,不能将两个板作用的计算简单化,否则会使实际受力和假定受力不一致,造成一个方向配筋不足,一个方向配筋过大,从而使配筋的放热出现问题,最终导致楼板出现严重的裂缝。双向板有效高度的取值是设计的关键和要点,如果取值偏大,就会使两个方向都出现弯矩现象,因此,在楼板设计中,双向板通常采用纵横叠放的设计,保证两个方向的有效高度达到最佳的取值。
3、结语
总之,房屋结构设计过程需要相关设计人员同全体工作人员的相互协调与配合,把握好每个关键环节的设计,兼顾整体与局部的同时来对房屋结构进行科学合理的设计,确保房屋建筑结构的合理性,从而为房屋建筑的整体质量提供保障。
参考文献:
关键词:房屋结构;设计;优化技术;实践应用
一?房屋结构设计优化的内容及其意义
当前,我国经济快速发展,人们对居住条件及生活环境要求越来越高,而对建筑房屋进行优化设计,使其结构与美观相互协调、同时适用、安全、经济以及便利是改善人们居环境方面重要手段。房屋结构设计优化理念注重以实际为准则,根据工程建设的基本状况,以计划成本为控制为中心来进行的结构优化设计,其内容就是利用对建筑基础的结构、屋盖系统的结构方案以及围护系统结构方案等环节,建立起一种关于结构优化设计的模型,通过对各种不同的影响变量参数中的若干关键参数的科学的计算,确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。房屋建筑结构优化设计意义重大,一是大大提高建筑结构经济性,房屋建筑进行结构设计优化可节省材料,有利用抗震,减少内外表面装修,提高了其受力性能,增强了建筑的经济性能。二是结构优化设计大大降低了建筑工程的总成本造价。节约用地,大量资料表明,,房屋建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右,同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化,能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分互协调,提升了建筑工程结构设计的经济性。
二?房屋结构优化设计技术应用
房屋建筑结构设计优化技术实践应用是当前建筑业非常关注的一个课题,目的在通过结构优化设计技术逐步改善房屋建筑的使用性能的基础上,提高经济性,大力降低工程成本造价。在某个建设工程项目中,结构优化设计技术主要应用于项目规程的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个分部阶段环节,应用广泛,其发挥的效能也十分明显。
(1)房屋建筑结构在设计中应遵循结构设计规范
房屋建筑结构优化设计的目的是追求适用、安全、经济、美观以及便利施工,因此,房屋建筑结构优化设计不但要求结构设计工程师有丰富的设计经验,也同时也要要对房屋建筑结构规范的条文有较为详细的了解,在房屋建筑结构设计规范的基础上,能够把自身的结构设计方案科学的融入到整个项目工程中。对于一些大面广的工程中,某些条文规定不可避免的的偏于保守,同时,也有些条文对一些特殊、复杂工程的设计工程条文安全性不足。因此,房屋建筑结构工程师在优化设计中,应该充分利用扎实专业知识与丰富的经验,对上述问题做出科学与正确的判断,从而能够把握设计,使设计成果逐步优化,不断创新。
(2)房屋结构工程师要积极主动参前期工程规划
房屋建筑结构工程师要积极主动参前期工程规划是实施结构优化技术的重点内容。因为,在在实际施工中,房屋建筑结构工程建筑师难以把握对结构体系的受力的正确分析,相关房屋建筑结构工程师要积极主动地参与前期方案设计,帮助建筑师构思与逐步创新,使整个建筑的优化功能能够全部体现出来。
(3)涉及到房屋结构设计的各个专业应该相互协调与合作
房屋建筑结构优化是一个复杂性的系统工程,涉及到的专业也很广,各个专业必须相互协调与配合。依据建筑学发展角度出发,现代建筑是综合性产品,包括建筑、结构以及设备等要素。因此,房屋建筑工程在工程实施中,应该大力加强分工与合作,将各个构成要素进行充分有机结合,为打造出完美的作品夯实基础。在房屋建筑工程项目设计中,最重要的环节是建筑设计与结构设计,只有将这两个环节充分结合,房屋建筑工程的实用美观大方效果才能充分体现,同时,房屋的建造结构受力更趋向合理性,大大降低了成本,简化了施工。但在建筑设计中,一些许建筑设计人员不遵循建筑的基本力学规律,过于注重设计方案创作的新奇性,导致这房屋建筑结构出现一些后遗症,因此,房屋建筑结构优化必须通过强化各个专业的合作与协调,才能够实现结构合理,成本降低。
(4)房屋结构优化设计要将概念设计结合细部结构进行设计优化
概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法,是通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。但是概念设计应用于没有具体数值量化的状况时,计算式不可避免与实际出现较大的差异,譬如在地震设防烈度就没与不确定性,计算式与实际差别较大,因此,房屋建筑结构在优化设计中,通过采用概念设计的方法,将数值作为辅助和参考的依据,同时设计人员在设计过程中还需灵活运用结构设计优化的方法。在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。同时在设计的过程中,注重优化细部的结构设计,譬如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝,可划分为矩形板。在选择钢筋型号时,充分考虑其极限抗拉力等。
(5)房屋结构优化设计要充分考虑下部地基基础结构设计
地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一,地基基础虽然埋置在地下,属于隐蔽工程,但其重要性不言而喻,建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。因此,房屋建筑结构中的地基基础的结构设计优化必须选择合适的方案,譬如属于桩基础,就要依据现场地质条件,综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计,选择桩基类型,最大程度的节省造价。
三?结语
总之,房屋结构设计中优化技术是复杂的系统工程,不但需要相关结构设计工程师正确地使用结构分析软件、选择最佳结构体系,同时,要大力挖掘基础设计内在潜力,充分运用科学的方法与手段,大力降低工程建设造价,让房屋结构优化贯穿整个设计过程,从而体现出结构优化的价值,让房屋结构设计功能不但更加适人们居住与生活,同时,大力提高其安全度与抗震性能。
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【关键词】房屋结构;安全;设计
随着社会的发展,经济的增长,城市化进程的加快,近几年,大量的工业与民用建筑拔地而起,多层建筑已占据了相当的比重,并且在这当中出现的问题也是屡见不鲜。科学合理地设计房屋的结构是每个设计人员必须认真细致分析和推敲的问题,因此设计人员在整个建筑工程中将担负重大的责任。设计者在设计概念方法中存在差错、对房屋结构设计重视不够、对设计方法和设计规范不够理解、盲目的使用其他设计方案以及计算方法不够科学都有可能导致不应该发生的事情,因此,本文将对房屋设计中存在问题进行逐一分析,避免更多类似的事情发生。
一、房屋结构设计中的常见问题
(一)房屋结构设计人员对设计规范理解不足:房屋结构设计是设计者的作品,由此,在房屋结构设计中所存在的问题很大程度上来自于设计者对其重要性认识不足、对房屋结构设计中的规范及设计方案的理解不够透彻、结构选型考虑不够全面,有的设计者对施工实施的可行性及实地没有做好充分的了解和分析,没有看清设计与工程直接的重要联系,这些都会导致设计质量不达标、工程无法顺利的进行与完成。
(二)基础设计不恰当:基础设计不当是房屋结构设计中的常见问题,主要原因在于在基础设计时所截取的数值不准确、基础拉梁设计和计算不合理。通常情况下,钢筋混凝土多层框架房屋,根据地质的不同,大多都采用柱下独立基础及桩基础,当地基的主要受力范围内没有软弱粘土层的时候,可以不用进行地基的抗震承载力的验算,但这并不代表,在房屋基础设计时不用考虑外荷截的影响。还有一种情况是在对基础设计的时候,作用于基础顶面上的外荷截取值不当,甚至忘记了地面荷载对基础的作用。基础拉梁的设计和计算如果不够合理,将成为基础设计不当的另一个因素。如果用总刚分析法来计算,虽然楼板厚度取零,也定义弹性节点,采用程序计算结果,又会常常忽略独基或桩基承台支承约束刚度过大的问题。在基础拉梁的设计上,通常会受到框架底层高和埋置深度的影响。适当的调整拉梁的计算跨度,认真分析电算结果,调整用钢量,使拉梁的设计更符合实际使用。若在设计方案上不进行透彻的分析,也会导致结构布局设计方案的错误。
(三)框架结构设计不妥当:框架设计尽量避免单跨框架,底层房屋的框架,邻近二层的刚度最好能控制在0.8以内。设计在框架结构带的楼电梯小井筒是一种不合理设置,因为井筒的存在将会吸收很大的地震剪力,从而减少框架结构本能承担的地震剪力。因此,在框架结构的设计中应该尽量的避免设置钢筋混泥土的楼电梯小井筒。另外,由于在框架结构的设计中会设置填充墙,在结构计算过程中,所选取的指标也影响着设计的质量,在参数的选取上不够完善,最终会导致周期折减系数选取不当,其计算周期将会大于实际周期,算出的地震剪力通常会偏小,这样结构的安全系数则会下降。可见,对结构的计算周期进行折减是非常有必要的,但对于框架结构的折减系数常常取得太大。
二、常见问题的防范与解决措施
(一)严格遵守《规范》及相关规定,提高设计者的责任心:从近几年在工程中出现的问题来看,大多都是由于设计人员的设计考虑不全,或是对新规范的学习不够充分。如果能够严格的按照《规范》进行设计,在对现场实地做了必要的研究之后再做设计方案的话,就可以避免很多的问题。为使设计方案更合理,就要求设计单位对设计人员加强培训度,从长远的角度考虑,定期为设计人员提供新的学习内容,经常交流在设计中碰到各种问题,并对每项工程的设计进行多方案比较,以防设计与实施脱节,提高设计人员的责任心。
(二)以经济、安全、高质量为前提进行基础设计:目前,高层建筑已经成为城市中最常见的建筑,这就对基础设计上提出的更高更严格的要求。地基与基础的设计既要做到经济合理更要做到安全适用,要达到这以目标,设计者必须根据地质勘查的资料,在对多方面因素进行统一的考虑之后才能进行基础类型和上部结构的设计。在进行荷截计算的时候,最好要考虑施工的超厚给结构带来的不利影响。确定地耐力设计值,不要一味拿地质勘测资料提供的值就用,还应严格按照《规范》的规定进行容许承载力的修正。不同土质的承载力是完全不同的,通过土的类别组成分析,基础埋置深度不同,再进行承载力的计算、修正,确定持力层所容允的承载力。如不认真分析,容易造成达不到设计强度要求,那样会带来潜伏的安全隐患。最好的方法是通过静荷试验获取数据。在基础计算的过程中,对于采用电算的结果,不要断然相信,而是应该根据模型,参考已有的并成功的实践经验,精心对数据进行校核,通过多种方式进行比较和验算,从而减少计算偏差,到达基础设计的要求。
(三)科学的设计框架结构:首先,从上述可得,框架结构中设有填充墙,因此应该尽量避免在设置钢筋混凝土楼电梯小井筒,如实在是需要设计,那么应当将井筒墙壁的厚度减薄,并且应该以开竖缝与开结构等方法对其进行刚度弱化,其配筋也不宜配太多,少量的单排钢筋即可,其作用在于减小井筒的作用。其次,在选取框架结构的参数时,不仅仅需要选取电算的自振周期、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数等,还需要在综合全面考虑其余各项指标进行电算的结果。再次,在对结构配筋时,要注意构件最大配筋率与最小配筋率的限值,在保证建筑结构在发生地震时能具有一定时间的延性同时满足强度要求,严格的按照规定进行设计,使钢筋在各个部位都能满足锚固、搭接长度及延伸性,材料的选用也需要慎重,使其满足建筑强度的要求。
三、结论:
在当今社会,无论是工业还是民用房屋的设计中,高层建筑的覆盖率已经越来越高,怎样保证其建筑的安全性与适用性,已经成为建筑行业必须正视和思考的问题。而在房屋结构的设计过程中,所遇到的问题则是导致建筑本身出问题的关键性因素,本文将房屋结构设计中所存在的普遍问题进行了阐述,并给以了预防和解决措施,望有关人士借鉴。
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【关键词】房屋结构;建筑设计;优化技术
当今社会对房屋建设的要求不仅仅是对质量的要求,更高层次上是对房屋建筑结构方面的要求。所以作为房屋建筑公司不能够停留在陈旧的思想观念中,应该紧跟社会发展的步伐甚至超越社会的发展,引领房屋建设的发展方向。这就要求其在建筑结构设计中必须有满足人类需求有效的实施优化设计,房屋建筑结构优化设计能够使房屋具有美观、经济、实用等方面的特点,并且在建筑过程中可以节省空间,提高建筑施工的效率。
一、房屋优化设计的主要内容
居民住房与商品房在结构和用途上都不同,居民住房更加注重房屋优化设计。房屋优化设计的主要内容包括结构是否实用,布局是否合理,外形是否美观等等。房屋优化设计的目的是满足居民的需求,为居民提供满意的住房,同时也能够增加开发商的经济效益。通常情况下来讲,具体的房屋优化设计方案主要从整体布局和具体部件两个角度进行分析,考虑。影响整体布局的主要因素有房屋的尺寸,包括房屋的长度,宽度,高度等等。影响具体部件的主要因素有钢筋和混凝土的强度等等。对于这两方面的设计必须要由专业的工程技术人员进行设计,并进行规范化的审核和监督,这样才能为房屋优化设计的后续工作打好坚实的基础,以达到房屋优化设计的最终目标。
二、结构设计优化方法
结构设计优化就是指在设计建筑结构的时候,要改革设计理念,采取科学、先进的设计方案筛选方式,选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑结构设计优化主要包括建筑物各个部分结构的优化设计,以及对建筑物整体结构的设计。
(一)结构优化设计模型
结构优化设计就是在各种变量中选择主要参数,并且构建函数模型,采取科学、先进的方法计算得出最优解。结构优化设计模型的建立步骤主要包括以下几点:其一,变量选择。一般而言,影响设计方案的重要数据,均可以称之为变量。比如,工程目标参数主要有房屋价格参数、预期产生损失参数;工程控制级约束参数主要有房屋结构可靠性参数,等等。如果设计人员可以有效减小参数的变化幅度或者减少变量参数的参考,那么,就可以降低和建筑结构设计、计算、编程相关工作的难度,这样设计人员就能够快速的找到和设计目标相符的数据。其二,函数确定。在多组函数中,设计人员可以根据房屋横截面尺寸、钢筋尺寸等数据选择最相符的那组函数,对函数性质予以分析,进而实现降低房屋造价的目的。其三,条件衡量。根据房屋结构耐用性、稳定性的要求,房屋设计的约束条件主要有房屋尺寸、架构刚性、架构稳定性、架构体系规格、墙体裂隙限度、结构可塑程度等。
(二)结构优化计算方案
在房屋结构设计中,经常涉及很多计算过程,并且在优化设计中,计算过程将会更加复杂、多变。在进行数据演算的时候,一定要将附加约束条件问题转变为不附带约束条件问题,这样就可以更快的计算出结果。通常情况下,计算方法主要包括符合型法、拉氏乘子法等。这些计算方法各有利弊,在实际设计过程中,一定要结合房屋建筑的实际情况,选择恰当的计算方法,实现节约时间、节省精力的目的,保证优化设计的合理性与科学性。
三、结构设计优化技术的作用
(一)提升建筑的安全性
通过对房屋建筑结构的优化设计,可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补,从而提升建筑结构的合理性和安全性,在保证建筑整体质量的基础上,节省建筑材料,提升建筑的稳定性和相应的受力性能,确保建筑的使用安全。
(二)减低工程造价
相关数据显示,运用结构优化设计后,与原设计方案相比,建筑工程的成本可以节约10%―30%左右,成本大大降低。同时,通过结构优化设计,还可以充分发挥原材料的性能,确保建筑结构各个单元之间的紧密联系,提升建筑工程的经济性。
(三)结构设计优化技术的方法
之前也提到,建筑结构设计所追求的最终效果,是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术,主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计,主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面,需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发,以确保优化设计作用的充分发挥。
四、结构优化技术在房屋结构设计中的应用
(一)工程概况
该住宅建筑整体高度30层,地下1层,采用钢结构框架剪力墙的形式。在结合实际需求和现场情况进行综合分析后,采用了结构优化设计,对传统结构设计的模式进行改进和创新,以计算机为辅助手段,对每一个施工阶段的设计进行了优化,同时针对整个建筑工程实行全局优化设计。优化后的方案与优化前相比,不仅更加科学合理,而且节省了大量的成本,与优化前相比,工程造价降低了 26%。
(一)优化设计规范
在对该房屋建筑进行结构优化设计的过程中,设计人员严格遵循了相应的结构设计规范,不仅充分了解了结构设计规范中的相关条例,而且结合房屋结构设计的实际情况,对结构优化设计的方案进行了合理应用。同时,针对结构设计规范中存在的不足,如安全性较差、要求过于宽松等,设计人员结合实际情况进行了适当的取舍,从而切实保证了设计成果的最优化。
(二)前期参与
要想做到结构的最优设计,制定出最佳的结构设计优化方案,设计人员应该积极参与到工程的前期规划中去,充分了解工程设计的实际情况,针对客观需求,有针对性地对建筑结构形式进行选择和规划,从而形成一个科学合理、行之有效的结构优化设计方案,为建筑工程的施工提供相应的指导和参考。这样,才能切实保证优化设计的成果,保证建筑工程的质量。而如果设计人员无视工程的前期规划,盲目按照自身的经验对其进行优化设计,就会由于对建筑结构体系受力情况的把握不当,出现无从下手的局面,影响设计成本的质量。
(四)概念设计
对于房屋建筑而言,在相同的建设条件下,采取不同的结构布局方式,就会产生不同的设计效果。因此,在房屋结构优化设计的过程中,应该实现细部结构优化与概念设计的有机结合,这样才能切实有效地提高结构优化设计的效果。这里的概念设计,主要是指将建筑的设计概念作为设计工作的重点,属于一种贯穿设计整个过程的设计方法,主要是针对缺乏相应数值的细节进行处理,如地震设防烈度量化等情况,如果单纯依靠相应的公式,得出的结果必然会与实际情况存在较大的差异,而采用概念设计的方法,则可以将数值作为一种参考依据,从而对结构设计中的细节进行合理把握,提升结构优化设计的质量。
综上所述,房屋结构优化设计对房屋建筑来说是非常重要的,不仅能够降低工程造价,还能满足人们的需求,提供给居民经济实用,安全美观的住房,使居民感受到自己所花的钱是非常值得的。房屋建筑商应该应用合理的结构优化设计,实现公司利润的最大化,从而提高公司的综合竞争力。
【参考文献】
[1]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,03
关键词:房屋结构,设计,问题
Abstract: this paper in the design of building structures and the analysis of existing problems, and to building structural design problems should be paid attention to talk about some experiences.
Keywords: housing structure, design, problem
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
房屋工程的结构设计工作不仅直接关系到建设单位的经济效益,同时也密切的关系到广大人民群众的切身利益,完整细致的设计工作不仅能给施工单位提供实际的经济效益,更能给建设单位创造良好的品牌优势,因此在设计过程中,因对建筑物重点区域的结构设计加以详细的注意,已达到设计工作的质量要求。本文就房屋结构设计中存在的问题进行分析,并对房屋结构设计应注意的问题谈一些体会。
一、房屋结构设计中存在的问题
1、结构设计与工艺设计不相协调
房屋结构设计首先要满足工艺设计要求。工艺人员在进行工艺布置时,常与结构设计发生冲突矛盾。例如,需开洞的位置结构本应是框架梁,设备应沿梁布置,却安排在了跨中,这就与工艺设计发生了冲突,既不符合设计要求,也不利工业生产进行,同时也存在安全隐患。另外,荷载分配也不合理。建议在设计方案阶段,结构施工设计结合工艺布置要求来进行,以求结构设计合理、经济,并符合安全指标。
2、防火设计问题比较突出
一些设计人员对防火规范、规定不熟悉,对建筑物分类有错误,导致在设计中对防火标准执行有误,消防处理不当,存在许多安全隐患;一些重要场所的安全疏散出口、疏散门开启方向不正确,影响安全疏散;有些设计中的防火分区面积过大,防火间距过长,设计存在随意性;有些消防设施设计不合理、不配套,建筑物一旦失火,消防设施将不能有效发挥作用。
3、部分结构设计不合理
如《建筑抗震设计规范》第7.1.8条(强制性条文)规定“底部框架-抗震墙结构,上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐”。有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震分类、场地类别选用错误,导致整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的相差一半,有的甚至一半都达不到;有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,存在漏算错算现象;有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计存在严重安全隐患。
4、设计深度达不到规定要求
由于设计人员没有对一般房屋尤其是多层房屋设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;或是由于设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解.因此在设计人员制作图纸中存在“偷工减料”,设计粗糙,过于简单。
二、房屋结构设计应注意的问题
1、地基等基础方面的设计
通常来讲,在进行施工图设计前,设计部门应查看由相关部门出具得多层房屋建筑地质详勘报告,避免以建设单位提供的笼统的附近建筑物基础设计资料为依据的情况发生。地基等基础设计必须以安全为最主要的设计原则,在进行设计时必须依据地质勘察资料,综合考察地质、土壤以及地下水等多方面因素,充分完善基础类型和上部结构的设计方案,不能片面地追求耐力容许值,认为耐力容许值小即为安全标准。然后,应对软弱地基进行换土垫层设计,采取安全高效的方法处理软弱地基的换土垫层,避免单纯凭经验处理的方法。如果凭借经验处理,仅仅采用砂垫层加强承载力,而没有计算垫层宽度和厚度,那么不仅损害了建筑单位的经济利益,同时也为建筑物的安全性埋下了极深的安全隐患。在对民用建筑进行设计时,应对梁与柱及基础的负荷乘以折减系数。尤其是在对多层民用建筑进行设计时,一定对梁与柱和基础的负荷按现行设计规范中规定的荷载乘以折减系数来计算,准确各部分的荷载值,之后其他相关部分的设计工作才能顺利进行。
2、抗震结构设计
房屋设计用从抗震要求出发,进行合理的结构设计。(1)对一般多层砌体住宅结构,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。(2)对钢筋砼多高层结构住宅,力求做到:框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接;结构布置应尽量采用规则结构,对复杂结构,可以设置防震缝。
3、楼板的设计
首先,在作用力的计算上,应避免简单地将双向板作用按单向板作用进行计算,这样会造成计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向配筋不足,而配筋放热严重不足是楼板出现裂缝最主要的原因。另外,如果双向板有效高度取值偏大,那么双向板就会在两个方向均产生弯矩,因此,在结构设计中,双向板跨中的正弯矩钢筋应采取纵横叠放的设计,计算时应考虑到两个方向的各自的有效高度。
4、构造柱的设计
一般来讲,在砖混结构中,构造柱除可以提高墙体的坑剪能力之外,还可以与圈梁联结在一起形成对砌体的约束,这样的设计不仅可以限制墙体裂缝的开展,同时还可以维持竖向承载力,提高结构的抗震性。应避免在结构设计中,将构造柱作为承重柱使用的作法。这是由于如果构造柱一般生根于地梁中,没有另设基础,如果将构造柱作为承重柱使用,会造成构造柱提前受力,降低了构造柱对墙体的约束作用,柱底基础的局部承压强度必然不能满足整体设计要求,柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏,就会出现裂缝。尤其是在结构遭遇地震作用时,应力会集中早构造柱位置,导致构造柱首先遭到破坏,这样一来,构造柱不但起不到应有的作用,反而会成为房屋结构中的薄弱部位。因此,设计人员必须保证承重大梁下的柱子应按承重柱进行设计,若遇特殊情况,如梁上荷载较小,也可将构造柱布置在承重梁下方,但构造柱对下墙体的承压和抗弯强度作用都不应考虑在柱承范围之内。
5、通风结构设计
(1)通风结构设计要考虑当地的环境及风向,尤其是建设小区的规划,每栋房屋的方位,应考虑所在城市风的流向,要避免风洞效应使小区的庭院不适用。近年的小区为了最大限度地利用景观,大多采用围合式设计,中间用于小区绿化或景观,楼宇像围墙一样排列在四周,尽管中间绿树成荫,但由于楼宇之间没有通风口,不能形成有效对流区,这对防止病毒的传播是非常不利。一般来说,开敞的空间比封闭的空间空气流通性能好;点式住宅比条式住宅通风效果好。点式住宅当夏季风吹来时如同梳过一般,将居室和庭院内的热空气吹走。另外把居住区的室外空间组织成一个系统,将居住区主要道路设计成主通风道,沿通风廊道流向各个住宅组团,然后再从组团内庭院空间分流到住宅。
(2)如果建筑平面布局、居室通风只有进气口,没有排气口或进气口排气口的位置与室外气流方向平行时,居室通风不利,最好使进气口位于正压区内,排气口位于负压区内,气流才会畅通。故住宅平面设计应明确各户型的空气对流通道,单朝向户型的设计必须采取通风措施,建筑平面布局应该是明厅、明卧、明厨、明卫、窗的位置及开启同住宅的内部布局和外部环境要密切结合,不要简单处理,可采用高窗、角窗等多种形式,窗的开启要考虑室内通风和立面效果,同时也要便于擦窗,内廊双面房间的建筑,在走道墙顶或墙底开些通风窗。近几年过于强调景观、卖点,新建住宅多为封闭式窗户,房间里偌大的落地玻璃窗,采光面积不算小,却仅有一扇小窗户可以打开,空气明显不流通。另外,广泛使用的推拉式铝合金窗使通风口只有窗户面积的一半,同样达不到空气流通顺畅的要求。
6、采光结构设计
天然采光的基本要求主要包括天然光的组成。通常到达地表的天然光由太阳直射光和天空扩散光两部分组成。在全云天的情况下,室外天然光只有天空扩散光。全云天的亮度分布和水平面照度的关系。全云天亮度分布相对稳定,不受太阳位置的影响。全云天时天顶亮度最大为地平线附近天空亮度的3倍。
(1)采光标准。采光标准从采光数量和采光质量两个方面对天然采光提出要求。采光数量是根据视觉工作的精细程度,划分为五个等级,并依据采光的形式用采光系数的形式给出标准值。采光系数是室内给定水平面上某一点的由全云天天空漫射光所产生的照度和同一时间同一地点在室外无遮挡水平面上由全阴天天空漫射光所产生的照度的比值。采光质量包括采光均匀度、眩光的控制、合适的亮度比等方面。
(2)侧窗的采光特性。低窗时,近窗处照度很高,往里则迅速下降当窗的位置提高后,虽然靠近窗口处照度下降,但离窗口远的地方照度却提高不少,均匀性得到很大的改善。侧窗的有效采光范围为窗高的3-5倍。影响房间横向采光均匀性的主要因素是窗间墙。窗间墙越宽,横向均匀性越差。
(3)常用天窗的采光特性。矩形天窗、横向天窗和锯齿型天窗相当于提高位置(安装在屋顶上)的高侧窗,光特性与高侧窗相似。采光系数最高值一般在5%7%以内。平天窗由于不需安装天窗架,简化结构平天窗采光效率高,而且更易获得均匀的照度。采光结构设计的主要步骤和采光计算原理。采光设计的主要步骤:收集设计要求、条件和环境方面等的基础资料,选择采光口形式,确定采光口位置及可能开设的窗口面积,估算采光口尺寸,布置采光口、采光计算原理:这种计算方法是根据有关数据查出相应的理想条件下的采光系数值。然后按实际情况考虑各种影响因素,加以修正而得到室内最暗处的采光系数值。
三、结束语
总之,建设工程是一种特殊商品,工程投资大、建设周期长,其工程设计质量不仅关系到工程的投资效益、使用要求,而且直接关系到人民群众的生命财产安全。因此抓好设计质量管理工作显得非常重要。针对当前设计质量状况,设计单位应加强内部的质量管理,设计管理部门要加大对设计质量的监督管理,结合施工图设计审查、专项检查、质量抽查等工作,加强对业主、勘察、设计单位的市场监管力度。特别是设计单位在进行房屋结构设计时必须在满足国家设计规范要求的前提下,加强房屋结构的概念设计和地基设计,才能提高房屋结构设计水平,确保房屋设计质量不断提升,以使房屋的结构设计工作做到更安全、更合理。
参考文献:
[1]熊丹安.21世纪土木工程类专业丛书-结构构--造原理与设计(第二版)[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.
[2]孟建军.浅析少量抗震墙的框架结构的设计和运用[J].科技致富向导,2011,(23)
关键词:房屋结构设计,优化技术
Abstract: a house to apply the structure design, safety, economy, beautiful and so on together is just perfect, it needs to use the building structure design optimization methods, to improve the limited space realize perfect target. In this paper the author to the structure design optimization in the modern building structure design of the application are discussed. In order to use of limited resources to achieve the goal of economic and practical.
Keywords: housing structure design, optimization technique
中图分类号: TU318 文献标识码:A文章编号:
引言
随着我国城市建设用地日趋紧张,城市居民住宅向中高层方向发展,与之相适应的结构形式也取得了许多新的成果。在高层住宅的开发建设中,结构设计是相当重要的一个环节,它与规划、建筑、设备和施工等专业紧密相联。同时时代的发展,建筑风格的变化多样,又给高层住宅结构设计提出了新的课题和新的挑战,高层建筑结构设计也越来越成为结构设计工作的重点和难点,如何对高层建筑设计中存在的一些问题进行优化应该是每个结构设计人员时刻应该思考的问题。
一、建筑结构优化方法以及实践意义
建筑结构优化方法主要体现在房屋工程分部结构设计优化和房屋工程结构总体的设计优化两方面。房屋工程分部结构设计优化主要分为以下几方面:基础结构设计优化、房屋顶部系统发案的设计优化、房屋周边围护结构发案的设计优化以及结构细节部分优化等方面。这几个方面进行设计优化时,还要对房屋建筑物的受力分析、布局、内部结构、造价、成本等内容进行具体的分析,并且要在在设计规范内,实用性好的条件下,还要结合实际工程的情况,对其综合的经济效益和工程成本进行结构设计。
建筑结构优化的实践意义:与传统的结构设计相比,进行建筑结构设计后的发案可以将建筑工程的成本造价降低5%~30%。这种先进技术的实现,最大程度上的利用了材料和设备的性能,将房屋结构的内部各个单元都能够互相协调。互相配合,具有高度的建筑规范的安全度,这样的、在满足房屋建筑结构长远效益的前提下,为其设计整体性发案提供合理的前期决策,因此,房屋结构设计的优化设计是实现民用建筑“经济、适用”等目标的有效途径。
二、结构设计优化技术
1、结构设计优化技术的原则
结构设计优化要求我们从工程的设计和价值角度去思考方案。结构设计优化是追求最合理地利用材料的性能,使各构件或各设计专业得到最好的协调。它不仅具备了传统设计方案所要求的规范以及规范所要求的安全度,而且也具备了现今价值学和审美学的成分。结构设计优化是对结构设计进行深化、调整、改善与提高,也就是对结构进行高质量再加工的过程。结构设计优化不是以牺牲结构安全度与抗震性能为代价,而是经过结构设计优化的过程,使建筑功能更协调,成本更低,结构更安全。
2、实施结构设计优化技术所遵循的要点
1)科学地遵循结构设计规范
建筑结构设计工作要求结构设计工程师们不仅要具备丰富的设计经验,也要对结构规范的条文熟知,即在结构设计规范的要求下,将自身的结构设计方案贯穿于项目设计中。规范更多的是针对量大面广的工程,因而某些条文的规定会偏于保守;此外,用于一些特殊、复杂工程的设计时,有些条文则不够安全。所以,结构工程师在设计中应运用良好的专业知识与正确的判断力把握设计,做到设计成果不断优化与创新。
2)结构工程师前期参与和主动参与的重要性
强调结构工程前期参与和主动参与是实施结构优化技术的重中之重。在实际施工期间,建筑师很难对结构体系的受力做到正确的分析,既建筑师的结构思想不能完全替代结构工程师的设计理念、经验和判断,也无法弥补结构与建筑专业技术共识的空白与隔阂。既具有扎实的结构设计理论功底,又具有丰富工程实践经验的结构工程师,积极主动地参与前期方案设计,帮助建筑师构思与创新,才能创作出优秀的设计作品,更好使整个建筑的功能得到彻底的体现。
3)加强各专业之间的协调与合作
结构优化是一个系统的工作,需其它专业的协调与配合。从建筑学发展角度分析,现代建筑是建筑、结构、设备三大要素构成的综合产品,所以在实施中要强化分工与合作,强化专业之间的协调与合作,这样才能创作出各构成要素有机结合的完美作品。在整个项目开展中,建筑设计与结构设计是整个设计过程中最重要的两个环节,二者的结合不仅能够达到实用美观大方的效果,而且可以使结构受力更趋于合理进而降低成本和简化施工。在建筑设计中,许多建筑设计人员只强调方案创作的新奇,不遵循建筑的基本力学规律,这样的方案往往会造成结构设计困难。还有一些建筑师在设计过程中往往忽视力学的基本规律,如将抗震设防区的高层建筑电梯或楼梯偏置在建筑一侧,使得刚度中心与质量中心之间的偏心距过大,在水平荷载作用下产生大的扭转效应。从以上的例子可以分析出,加强专业的合作与协调是实现结构合理、成本降低的重要途径。
三、结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用
1、结构优化技术的基本应用
结构设计优化方法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括选型、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的前提下,结合具体工程的实际要求,来实现规范要求和经济要求的最大化。
2、结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用
1)结构设计优化技术与建筑结构设计的结合
一般建筑物的设计方式总是从结构布置开始,确定了结构布置后根据不同的荷载情况来分析过程中的参数、材料等要求,然而这些数据的分析往往是计算机不能达到的,需要结构设计人员对整个方案进行充分的例证,才能做出判断。而这些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,这便是结构概念设计。因此,结构概念设计是开展施工的必要前提。
2)结构设计优化处理的建筑抗震缺陷问题
结构优化技术不仅能在降低成本、简化施工方面得到体现,而且在建筑物的抗震方面也是颇有作为的。结构设计能够使建筑物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,分析建筑物可能遭受的各种不确定因素成为结构优化设计的重要内容。实际中,地震破坏最为难以预测,且破坏性最大。所以,建筑设计过程中应该未雨绸缪,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。例如:刚度均匀、对称是减小地震对建筑物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的脆性破坏;多道设防思想能使建筑物在特大地震作用下次要的构建先破坏,从而使整个建筑物得到局部的缓冲。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为结构优化设计的重要指导理念
四结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
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方法: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。3-2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未雨绸缪,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。
关键词:结构设计优化技术;房屋结构设计;应用策略
Abstract: with the people building the continuous improvement of the requirements, building structure design is also more and more diverse. In building structural design process, design personnel innovation design ideas and methods, design optimization technology, to try to improve the reliability of the design of the building structure, the rationality and economy, for housing the user with a beautiful, practical, safe, comfortable housing construction. Therefore, this article mainly aimed at building structure optimization design technology application in existing problems are discussed, and put forward the structure design optimization technology in the building structure the design application strategy, with the reference for designers.
Keywords: structure design optimization technology; Housing structure design; Application strategies
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
随着我国房屋建筑事业的不断发展,更多的高层房屋建筑拔地而起,这就为房屋结构的设计人员提出了艰巨的挑战,如何有效提高房屋结构的可靠性、降低房屋结构设计施工的成本,成为相关工作人员积极思考的问题。另外,建筑市场的发展同样带动着建筑材料市场的发展,更多的新型建筑材料被广泛地应用于房屋结构设计中,起到重要的作用。在此背景下,传统的房屋结构设计技术以及不能满足房屋结构的发展,需要设计人员积极优化房屋结构设计技术,以促进房屋结构设计有效性的提高。
一、房屋结构设计优化技术应用中存在的问题
一般来书,房屋结构设计人员在进行房屋设计过程中,需要利用适宜的设计理念与设计方法,对房屋结构的形势、构件尺寸、布局等进行科学地设计,从而满足房屋结构的设计需求。在建筑方案阶段结构设计就要进入配合,结构设计的经济性是否合理在方案阶段就决定了大部分。经济性不是“抽”钢筋,不是为省钢筋而省钢筋,也不是牺牲结构的安全性和耐久性,是在保证结构的安全,合理受力的前提下,并满足规范要求的“低值”配筋。随着设计技术的发展,房屋结构设计优化技术的应用越来越广泛,但是却存在着一些问题需要设计人员提高重视。
第一,房屋结构设计受到多重因素的影响,致使设计人员在设计过程中,所优化的目标只能够满足一个或者几个方面的要求,不能同时满足整个工程的需求。设计人员利用计算机软件来优化房屋结构设计,同样受到设计进度、建筑功能等因素的制约,使房屋结构设计优化目标无法达到最佳。
第二,一些房屋结构设计人员在进行技术优化过程中,通常是从小处着眼,即对房屋结构的尺寸与构件截面进行优化,从而忽视了结构尺寸与构件截面在结构整体中的作用。因此,在房屋结构设计优化技术应用中,不能仅仅优化结构的尺寸与构件截面,还要考虑结构的整体性,比如房屋周边的梁柱截面有时候不是单纯的为了满足计算配筋的要求,而是保证结构整体更好的抗扭能力,以保证房屋建筑整体的稳定性与可靠性。
第三,随着人们对房屋结构设计要求的不断提高,房屋结构设计中的变量也在不断增加。因此,房屋结构设计人员必须提高重视,以提高优化设计技术应用的效率。但是,传统的设计算法已经不能满足房屋优化设计的要求,需要设计人员针对问题,提出创新的设计算法,以提高房屋结构设计优化技术应用的有效性。
二、结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用策略
在房屋结构设计中,设计者不仅要考虑房屋结构的稳定性与安全性,同时还要考虑其经济性与合理性,尽量创新设计理念与方法,合理地选用新型的轻质建筑材料,尽量降低结构的自重,由F=ma可知,质量越大,吸收的地震力越大,所以采用轻质材料对抗震有利。努力地将结构设计做到最合理、最经济、最科学、最可靠,从而最大限度地满足使用者对房屋结构安全、经济等的要求。因此,笔者基于多年的理论研究与设计经验,对结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用策略进行探讨,希望能够与同行共同提高。
(一)概念设计优化技术
在工作人员对房屋结构设计进行分析过程中,往往需要根据设计中所使用的建筑材料、结构荷载、设计因数等进行分析,同时考虑离散变量的作用,以保证设计技术应用的有效性。因此,房屋结构设计人员可以利用概念设计优化技术,在遵循房屋结构设计普遍规律的基础上,结合多种设计方案与设计经验,调整房屋结构设计中不足的部分,创新设计方法,从而提供概念设计优化技术的应用效率。
(二)具体结构设计应用
第一,房屋结构设计中,采用何种钢筋强度对结构的经济性有很大影响,比如在剪力墙约束边缘构件区箍筋的强度等级直接决定着钢筋的用量,由于采用三级钢,规范要求的体积配箍率较小。三级钢比一级钢节省。但在剪力墙强身配筋不一定采用三级钢就比一级钢省,原因在于剪力墙墙身基本上是构造配筋,只要满足规范要求的最小配筋率要求即可。这时采用一级钢或者二级钢要比三级钢省。再来谈谈楼板(悬挑板除外)钢筋等级的选择,根据《混凝土结构设计规范GB50010-2010》8.5.1条的注2的规定,当采用HRB400其最小配筋百分率允许采用0.15和45ft/fy中的较大值。通常楼板的混凝土强度等级不大于C35,笔者现在以混凝土强度等级为C30,钢筋强度为HRB400,板厚100mm举例说明,45*1.43/360=0.178%,要小于普通的受弯配筋率0.2%,由此可见楼板钢筋采用三级钢筋或者更高级别的钢筋更加经济。
第二,在抗震区房屋的结构设计,体型规则与否,直接影响到结构的经济性,如房屋的高宽比较大,平面的凹凸不规则,是否转换等等。另一方面,目前结构设计软件对填充墙给结构带来的刚度贡献考虑的不够完善。通常都是采用周期折减系数来模拟填充墙的多少。填的数值大小直接影响到地震力的大小,这势必会给经济性带来一定影响。软件采用全楼统一的周期折减系数不尽合理。这就需要结构设计人员从结构抗震概念上给予适当的加强(如首层架空层等)。
三、结构设计优化技术在房屋结构设计中应用的重要性
结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用,是我国房屋结构设计发展的表现,也是建筑事业发展的需要。在房屋结构设计中应用结构设计优化技术,可以有效地提高房屋结构的可靠性、合理性与经济性。(1)随着房屋建筑层数的增加,对房屋地基承载力的要求也将相应提高,在应用结构设计优化技术后,将有效增加房屋结构基础与柱的承载力,使其结构设计变得更加合理,房屋结构的可靠性也随之提高;(2)合理的房屋结构设计将提高设计的经济性,主要表现在房屋建筑之间的日照间距减少,节约了土地资源;创新的结构设计也可以提高建筑材料的应用效率,降低房屋建筑的成本,提高房屋结构设计的经济性。
结语:
总而言之,房屋结构作为房屋建筑的重要组成部分,在房屋建筑中起到支撑、保护的作用,房屋结构的设计质量直接影响到房屋建筑的质量。因此,房屋结构设计人员必须改革设计理念与方法,积极进行房屋结构设计技术的优化,从不同角度、多个层面对房屋结构进行优化设计,以弥补传统设计中房屋结构的不足,从而有效地提高房屋结构设计的有效性,促进房屋结构向着经济化、科学化、多样化等方向发展。
参考文献:
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