論建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之分析

1、<p>　　論建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之分析</p><p>　　摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的造價在建筑工程中占有較大的比例，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。建筑設(shè)計部門和設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟(jì)、適用、合理”的設(shè)計原則，精心設(shè)計，應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，實(shí)現(xiàn)降低建筑工程造價并取得最大經(jīng)濟(jì)效益的目的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑； 結(jié)構(gòu)； 設(shè)計； 分析

2、 </p><p>　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，住宅建筑越來越商品化，作為投資方總是希望利潤最大化。由此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時不僅要滿足“規(guī)范加計算”，而且還要在安全、符合現(xiàn)行國家規(guī)范前提下，從各個環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，多個方案做比較，使最終的成品要安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)能節(jié)材，降低造價 </p><p>　　1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法 </p><p>　　1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方

3、法的應(yīng)用 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法和技術(shù)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩方面。 </p><p>　　其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。 對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包含選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計規(guī)范和使用要求的前提

4、下，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。 </p><p>　　1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的實(shí)踐價值 </p><p>　　筆者認(rèn)為，在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠(yuǎn)效益的前提下，應(yīng)盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，采用設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可以使建筑工程造價降低 5%～30%。優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到

5、最好的協(xié)調(diào)，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設(shè)計進(jìn)行合理的決策，優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計的“適用、安全和經(jīng)濟(jì)”目標(biāo)的有效途徑。 </p><p>　　2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟(jì)性分析 </p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與用地的關(guān)系 </p><p>　　多層或高層住宅建筑中，總建筑面積是各層建筑面積的總和， 層數(shù)越多，單位建筑面積所分?jǐn)偟姆课菡?/p>

6、地面積就越少。但隨著建筑層數(shù)的增加，房屋的總高度也增加，房屋之間的間距也必須增大。因此，用地的節(jié)約量并不隨建筑層數(shù)的增加而按同一比例遞增。 </p><p>　　2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與造價的關(guān)系 </p><p>　　建筑層數(shù)對單位建筑面積造價有直接影響，但影響程度對各分部結(jié)構(gòu)卻是不同的。屋蓋部分，不管層數(shù)多少，都共用一個屋蓋，并不因?qū)訑?shù)增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價隨層

7、數(shù)增加而明顯下降?；A(chǔ)部分，各層共用基礎(chǔ)，隨著層數(shù)增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載加大，必須加大基礎(chǔ)的承載力，雖然基礎(chǔ)部分的單位面積造價隨層數(shù)增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結(jié)構(gòu)，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強(qiáng)承載能力和抗震能力，這些分部結(jié)構(gòu)的單位建筑造價將有所提高。 </p><p>　　2.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系 </p><p>　　住宅的層高直接影響住宅的造價，因?yàn)閷痈?/p>

8、增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結(jié)構(gòu)的自重，會增加基礎(chǔ)和柱的承載力，并使給、排水、煤氣管道和電氣的管線加長。降低層高，可節(jié)省材料、節(jié)約能源，有利于抗震，節(jié)省造價。同時，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節(jié)約用地的效果。 </p><p>　　在相同建筑面積時，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數(shù)越小，外墻砌體、基

9、礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低?？紤]到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。 </p><p>　　3.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　3.1 直覺優(yōu)化（概念設(shè)計優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　對于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同

10、種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細(xì)部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機(jī)無法完全解決的，都需要設(shè)計人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進(jìn)行選擇的過程中。 </p><p>　　3.2 概念設(shè)計處理的實(shí)際建筑設(shè)計問題 </p><p

11、>　　概念設(shè)計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹?。因此，分析如何?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設(shè)計過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；

12、延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞； 多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計的重要指導(dǎo)思想。 </p><p><b>　　結(jié)束語： </b></p><p>　　建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達(dá)自己的設(shè)計意圖，力求藝術(shù)性和實(shí)用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證

13、安全性的前提下，當(dāng)然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實(shí)現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟(jì)，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水