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      談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

      2014-04-29 00:00:00陳鴻
      基層建設(shè) 2014年20期

      摘要:房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性,以及耐久性。能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)滿足各種功能的要求,同時做到最大限度的節(jié)約資金。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。為此,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的協(xié)作中,應(yīng)加強(qiáng)溝通,精心設(shè)計(jì)。應(yīng)用優(yōu)化技術(shù),選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。降低建筑工程的成本。

      關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì)

      1.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容及其意義

      當(dāng)前,我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人們對居住條件及生活環(huán)境要求越來越高,而對建筑房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使其結(jié)構(gòu)與美觀相互協(xié)調(diào)、同時適用、安全、經(jīng)濟(jì)以及便利是改善人們居住環(huán)境方面重要手段。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念注重以實(shí)際為準(zhǔn)則,根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況,以計(jì)劃成本為控制中心來進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),其內(nèi)容就是利用對建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié),建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型,通過對各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計(jì)算,確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果方案。

      房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大,一是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性,房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料,有利用抗震,減少內(nèi)外表面裝修,提高了其受力性能,增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了建筑工程的總成本造價。節(jié)約用地,大量資料表明,房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價25%左右,同時結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘?,能夠讓建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個不同單元之間更加充分互相協(xié)調(diào),提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

      2.房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)造中的問題

      2.1框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

      房屋建筑的主要承受能力來自于垂直于水平兩個方向的合力,是由各個部分共同承擔(dān),但有很多房屋結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師,在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時,只注重對橫向框架的設(shè)計(jì),或多或少的忽略了對縱向框架的考量,最終可能導(dǎo)致建筑物梁柱承載能力偏弱,整體安全性較差的問題。

      2.2承重柱和構(gòu)造柱問題

      房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,承重柱的作用是分擔(dān)來自房屋主體建筑的重力,而構(gòu)造柱的主要作用是維持豎向承載力,和屋面梁聯(lián)系在一起,限制墻體開裂,提高房屋抗震性能,它是不能夠完全代替承重柱的功能和作用的。但在實(shí)際中,許多設(shè)計(jì)工程師將構(gòu)造柱肩負(fù)雙職,同時擔(dān)負(fù)著房屋的承重功能和抗震功能,最終可能會引發(fā)構(gòu)造柱出現(xiàn)裂縫,房屋變形倒塌等問題。

      2.3承重構(gòu)件問題

      樓板的是將樓面、屋面的荷載負(fù)重都轉(zhuǎn)移到墻體和梁柱上面,保證重力的合理分布,直接關(guān)系著墻、柱、梁三體的安全。目前,某些設(shè)計(jì)工程師使用單向板來代替雙向板,來提高設(shè)計(jì)的便捷性,而實(shí)際上單向板很難承受較大的外界部壓力,就很容易導(dǎo)致墻、柱、梁三體失去受力平衡,影響房屋質(zhì)量的現(xiàn)象。同時還存在一些設(shè)計(jì)師忽視了建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)各部分的受力情況。對雙向板的有效高度取值存在片面性,取值相對較大,使得建筑的鋼筋跨度大,產(chǎn)生裂縫。

      2.4抗震設(shè)計(jì)中存在的問題

      在抗震房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員普遍認(rèn)為六度設(shè)防可以看成是沒有設(shè)防。為了方便受力分析,設(shè)計(jì)人員往往把柱體橫截面較小設(shè)計(jì),增加梁的線剛度,將梁設(shè)計(jì)成為鉸支梁,柱體的抗壓能力設(shè)計(jì)成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結(jié)構(gòu)的受力,但是給整體的房屋結(jié)構(gòu)安全帶來了危險。忽視了梁與柱之間的彎矩約束,還有柱體的截面積較小,整個房屋結(jié)構(gòu)一旦受力,抗彎能力明顯不足,造成了梁底顯現(xiàn)裂縫。

      3.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

      建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可以分為三個階段:第一階段是變量的選擇。一般情況下,那些對設(shè)計(jì)人員決定最終設(shè)計(jì)方案起到重要參考作用的數(shù)值,都可以作為變量供設(shè)計(jì)師進(jìn)行抉擇。比如:工程的目標(biāo)參數(shù)包括預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)和房屋價格參數(shù);工程的約束與控制參數(shù)包括表示房屋架構(gòu)可靠性能的參數(shù)等。如果設(shè)計(jì)師能夠?qū)⒖紤]因素較少或者變化幅度較小的參數(shù)作為參考指標(biāo),那與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編程相關(guān)的工作難度將會隨之降低,設(shè)計(jì)師也能更快找到符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的那組數(shù)據(jù);第二階段是函數(shù)的確定。設(shè)計(jì)者要在多組相似的函數(shù)中,選取最符合事先設(shè)定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數(shù),分析這組函數(shù)的各種性質(zhì),從而最大限度地降低房屋建造的成本費(fèi)用;第三階段就是條件的衡量。為了增強(qiáng)房屋結(jié)構(gòu)耐用性和穩(wěn)定性,房屋設(shè)計(jì)的約束指標(biāo)應(yīng)該包含房屋尺寸、架構(gòu)剛性、架構(gòu)穩(wěn)定性、變形限度和受力限度、架構(gòu)體系規(guī)格、單元組件規(guī)格、結(jié)構(gòu)可塑程度、墻體裂隙限度、結(jié)構(gòu)確定程度等。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)結(jié)合房屋建造工程的實(shí)際情況,比較分析目標(biāo)確定的約束性條件和施工實(shí)際中的約束性條件,保障各種條件都符合相關(guān)規(guī)定,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化。

      3.1選擇計(jì)算方法

      優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程,就是一個復(fù)雜的計(jì)算過程。設(shè)計(jì)師在對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行演算時,要學(xué)習(xí)將附加約束條件的問題轉(zhuǎn)換為不附帶約束條件的問題,這樣就可更容易求得計(jì)算結(jié)果。

      3.2決定最優(yōu)程序

      在設(shè)計(jì)了房屋結(jié)構(gòu)模型,并選擇了適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法之后,就需要進(jìn)入決定最優(yōu)程序的環(huán)節(jié)了。最優(yōu)的設(shè)計(jì)程序應(yīng)該具備運(yùn)轉(zhuǎn)高效、功能完整、用途齊全等特點(diǎn)。這種程序一般是由很多小程序組合而成,并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上發(fā)揮重要作用的綜合程序。

      3.3分析統(tǒng)計(jì)結(jié)論

      設(shè)計(jì)師在統(tǒng)計(jì)了各個數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果之后,就要認(rèn)真分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),找出各種設(shè)計(jì)方案之間的不同點(diǎn)和相似點(diǎn),來確定最佳方案。。由于,房屋建造是一項(xiàng)成本較高的建設(shè)工程,涉及到各方當(dāng)事人的利益;只有站在宏觀的高度平衡這些利益關(guān)系,才能節(jié)約建設(shè)資金、優(yōu)化建設(shè)方案。因此,在分析結(jié)論時,設(shè)計(jì)者要注意從多個角度思考問題,不能遺漏細(xì)節(jié)問題,妥善處理工程技術(shù)含量與經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系,不能只顧節(jié)約成本,而忽視技術(shù)的改進(jìn)。

      4.房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意的事項(xiàng)

      4.1房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意到前期的參與

      前期方案的確定會直接影響建筑項(xiàng)目的總成本,而目前普遍存在前期方案確定中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)并不參與其中,以致相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時往往會不注意建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性,這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果會對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成直接的影響,增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難度,并且增加了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本。為此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分的融入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案初期參與其中,優(yōu)化選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方案,可以節(jié)約成本。

      4.2注重細(xì)部優(yōu)化:

      ①除了注重整體設(shè)計(jì)的同時,也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設(shè)計(jì),這樣既可以使現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)的受力合理,也可以避免拐角裂縫的出現(xiàn)。②隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的結(jié)合,在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中,優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上已由一個工程實(shí)踐問題轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學(xué)問題。因此,工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)自身基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。

      5.結(jié)語

      建筑物的性能指標(biāo)包括很多。一棟合格的建筑物,應(yīng)該具備質(zhì)量優(yōu)良、外形美觀、結(jié)構(gòu)完整的特點(diǎn)。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞,關(guān)系到建筑物整體功能的發(fā)揮。房屋建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提高建筑的功能性、安全性和耐久性,而且還可以在滿足人們對各種功能要求的基礎(chǔ)上,提升建筑物的美觀性和經(jīng)濟(jì)性,同時希望通過優(yōu)化過程合理的降低工程造價,實(shí)現(xiàn)社會價值與經(jīng)濟(jì)價值的雙向發(fā)展。

      參考文獻(xiàn):

      [1]張英迪.試析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012(22).

      [2]陳俊.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013(02)

      [3]劉慶貴.試論房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2013.

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