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【关键词】建筑结构;结构设计;优化方法
一、建筑结构设计优化方法的现状
随着人们对生活品质的追求不断提高,对于建筑而言已经不仅仅停留在满足实用性和安全性方面,而是追求经济性和美观性等其他因素综合方面的更高水平。
(一)设计优化方法的现状
由于近年来经济的快速发展,人们的居住水平越来越高,对于高品质的居住环境需求越来越大。设计师在设计环节时需要考虑到各方面成本的因素,兼顾房屋结构的科学性和合理性。 现代的设计师不仅要有专业的设计方面知识,而且还要结合当今社会推出新颖别致的设计,才能保证设计出来方案更加的合理,更加的具有可操作性。结构设计优化工作的灵魂就是科学合理的结构优化方案设计。结合当今飞速的科学技术,科学技术水平以及设计理念,融入到房屋设计的结构中,充分考虑到房屋结构周围的配套诸元,对周边环境因素进行全面的了解,尤其是对人文环境进行实地考察,这样就能将房屋结构的各项数据进行精确控制,并对房屋结构的设计进行优化,使房屋结构更具人文性和实用性。
(二)建筑设计优化过程中存在的问题
在房屋设计的过程中,很难把握的一个问题就是,对诸多元素的一个平衡,不能一味的追求低成本,而忽略对美观性的设计和安全性的把控,避免出现顾此失彼的结果,找到兼顾各种元素的最佳平衡点,这才是设计优化方法的初衷。另外在设计过程中,需要注意很多细节的问题,针对细节差错要进行逐一的筛选、审核,避免影响整体房屋设计的观赏性和实用性。再有像前文提到的,由于人们生活水平和生活质量逐步提升,人们对住房的要求具体到每一个设计的细节,这对于房屋设计的实用性、观赏性、新颖性的考验越来越严苛,结果就导致房屋的设计优化人员不得不发散思维,激发灵感,才能更好地设计规划房屋结构和内部布局,使设计方案更加的精准,让人们更满意房屋结构的设计。
二、建筑结构设计优化策略
(一)构建设计模型
在构建模型时,将设计的限制性条件提前规划好,比如建筑结构的规划尺寸、建筑物的整体强度、预应力参数的临界点等方面。在设计的前期工作中,应当熟知这些限制条件,按照设计优化方法来优化设计方案,从而才能保证各项限制条件符合建筑构造标准,符合实际操作的具体要求。结构优化的具体数据主要是通过构建结构优化的模型计算出来的,通过一定比例的换算,使用精确地函数模型,提炼其中的相关变量,从而得出最佳的结构设计方法。
(二)优化计算方案
一套完整而且合理的设计方案主要就是依靠科学的设计优化方法,在优化过程中个汇总各项参数,而且各项参数也是复杂多变的,在优化设计方案时,常常将约束性数据转化为无限制的问题,综合多种计算方法优化出更为合理的设计方案。结合房屋具体实际应用情况,从房屋的整体结构出发,既要考虑到设计完成后的功能性要求,还要兼顾到平面布局的规模进行优化,合理地设计建筑整体布局和占地,精确计量建筑的质量中心和刚度之间差距,确保均衡力度的承载方向。
三、建筑结构设计优化方法的运用
在房屋结构设计中合理的运用建筑结构优化设计方法既实现了降低成本的目标,又能使建筑结构达到更为合理的初衷,有利于将经济效益与社会效应相结合,满足人们居住的多方面要求,达到最优的设计理念。一般来说,建筑结构设计优化方法一般运用到建筑结构设计的前期设计环节、基础地基设计、节能指标设计、对已有建筑的整体改造方案、结构的抗震效果设计等等。
(一)前期的设计环节
能够对建筑物产生决定性作用的环节就是前期的设计环节,它是决定方法的总体规划的前提,也影响着建筑物的总投资资本,是定位建筑服务功能的基本依据。然而目前的设计方案,很少在前期的建筑设计环节中运用设计优化方法,在前期的设计中往往会忽略结构设计的合理性和科学性,这些失误会对建筑结构的设计造成很多负面影响,甚至会影响到建筑的实用性和安全性的重要需求。在前期设计中运用较为合理设计方案、选择可行的结构形式,规划合理的设计方案,为科学、使用的建筑打下坚实的基础。
(二)建筑地基的结构设计优化
加强建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用,希望能够设计出更加符合以人为本的科学房屋结构。建筑物的地基是整体结构的关键部分,也是优化设计的关键部分,只有完成好地基的结构设计实现最优设计,才能保证后续的施工设计优化。根据其建筑物的整体规划、服务功能不同,地基的施工优化法法也不同,结合实际建筑特点,精确测量地形数据,在优化时首先考虑建筑物稳定性作为前提,再兼顾人文形态,其次还要兼顾工程的成本造价,从而优化出最佳的施工方案。
(三)节能指标的结构设计优化
建筑结构设计方法在房屋结构设计中的运用主要是为了提升房屋建筑的整体效益,满足人们的建筑需求,降低工程造价,实现观赏性和实用性的最佳平衡。选择节能指标较高的结构设计是比较明智的选择,一般的建筑结构形式分为三种,即框架结构、短肢剪力墙结构和框架与剪力墙相结合的结构。抗震效果最好的就是框架结构,选用的材料不是很多;柱截面较多的是第二种短肢剪力墙结构,但是这种结构会影响建筑物内部家具的选用和布局;即抗震效果好又不影响家具布局的就是第三种结构设计,综合适应性比较强。这三种方案结合成本因素进行考虑,各有优劣,这就需要建筑设计的优化方法根据实际情况决定最佳的设计方案。
结语:
将建筑结构优化方法应用于房屋结构设计中,能够实现提高建筑结构的经济性、降低工程总造价的目标。选择科学合理的建筑材料,将优化设计方法运用前期设计、建筑地基设计、节能指标选择等诸多环节,不仅能节约建筑工程成本,而且还能使建筑物实现美观性与功能性的统一,实现更好的经济和社会效益,更加符合科学发展观、可持续发展理念的要求。
参考文献:
关键词:房屋建筑;造价控制;设计阶段
随着社会的不断进步和经济的快速增长,我国的建筑业也迅猛发展起来了,房屋建筑的规模和数量不断加大,随之而来就是建筑行业内日益激烈的竞争问题。因此,目前倍受建筑施工单位和设计单位关注的焦点就是:怎样把资金的利用效率在最大程度上提高,并将没有必要的浪费降到最低,在建筑业快速发展的大背景加随之出现的造价控制这一新的理论, 能严格地把控好整个建筑施工过程中的各个环节,切实做好工程开支的预、结算工作,实现了建筑工程的资金合理、科学地使用和有效缩减了没有必要的资金浪费,保证了低成本构建出高品质房屋。
一、浅析房屋建筑设计中造价控制理论
应用造价控制理论的首要任务就是充分地认识和了解其内涵和实质:针对房屋设计的每一个环节采取科学、合理的方法进行价格控制的理论就是所谓的房屋建筑设计中的造价控制理论,具体来说就是包括在设计阶段分析各过程设计功能的技术经济;进行分析造价目标以及目标任务完成时需要花费的资金,同时,还包括了设计阶段的人员上的花费、对性价比进行的测评、对任务功能设计进行的分析等等诸多方面,简单地说实质就是动态的造价控制项目。当然房屋建筑设计中的造价控制是有很多内容所组成的,具有多样性的特点,比如说还处于方案的设计阶段就会产生选取地点的费用、所需的技术设备需要的费用;处在具体设计阶段时会产生施工图纸设计方面的花费;进行项目验收所产生的费用以及进行图纸修改设计产生出来的资金开销等。引入建筑设计造价控制理论,采用造价控制方法,既是工程的顺利进行并完工的重要保证,也是有效控制工程成本的新途径,同时,对于提升建筑单位的社会竞争力具有极其重要的意义。
二、影响房屋建筑设计中造价的因素
(一)总平面设计对于造价的影响
总平面设计具体是指确定项目选址的方案、总的占地面积的数量、土地的利用情况等,其实就是平面配置总体上进行的设计,以及进行总图运输的设计。合理、科学的总平面设计能达到节约建筑用地,有效缩减工程总量的目的,并最终使建设的成本得以减少。
(二)建筑设计对于造价的影响
房屋建筑设计中的很多内容会对工程造价产生影响,比如平面的形状、楼层的数量多少、流通的空间大小、楼层高度设计等。因此,为了更好的控制工程造价,在房屋建筑设计阶段必须与项目实际情况相结合,来保证建筑设计阶段就能将建筑各个环节中的资金消耗控制到最低。
三、目前我国建筑设计现状及存在的问题
(一)估算指标存在不合理的现象
对于建筑单位来讲,尽快收回投资具有重要意义,因此,许多建设单位从土地拿到手之后,就希望能尽快开工,能够快速收回资金。这就造成了工程的前期出现市场的调研工作不到位,以及可行性研究在这一阶段的工作做得不够充分,最后导致项目整体定位不够准确,以及预估出来的费用指标也有较大的误差。所以经常存在设计概算超过了投资估算的现象,同时,也在一定程度上限制了设计单位的工作,最终使得工程的费用出现增加的现象。
(二)业主往往忽略了设计阶段
作为业主,他们对于工程设计阶段的认识和重视程度都不够,总是希望项目尽快地开工,这也在很大程度上造成了设计单位的时间被压缩,甚至还存在一些单位一边设计一边施工的现象。正因为如此,设计单位出图较为匆忙,显然对于设计方案就没有那么多时间去深入探讨和反复研究,最后导致设计上出现很多缺陷,图纸深度的欠缺,分析造价指标时不够严谨等各种各样的问题。
四、方案设计阶段造价控制的有效措施
(一)提高投资的估算度,明确费用的相关指标
建筑方案设计阶段对整个建筑工程来说具有重要的意义,它是在对整个项目进行总体上的全面规划,具体来说设计阶段对于项目的体量总量、绿化覆盖率以及容积率等这些大的项目指标起到了决定性的作用。因此,在进行建筑方案设计之前,业主在市场调研方面的工作应该落实到位,明确产品的定位,投资估算的确定上尽量做到精确,并做好具体的项目的费用摊派工作,例如确定出在土建工程、安装工程、室外的管网设施、园林景观等诸多项目的费用控制要求。这对指导设计单位进行方案设计具有重要意义。
(二)结合城市规划相进行设计
在进行方案设计时,设计单位对于项目规划条件必须进行充分的了解和把握,并清楚各个项目指标的具体要求,同时,一定要把建筑的类型与城市整体上的规划及配套结合起来,让该工程项目融合到所处的区域内,有利于后期销售目标的实现。
(三)充分考虑地质条件和周边环境
项目所在地的地质条件及周边环境是设计单位在进行设计时应该充分考虑到的两个因素。这对缩减今后拆迁工作的工作量,减少在拆迁方面的费用支出具有极其重要的意义。与此同时,对于整体方案的标高的设计,就可以充分地利用原始场地来进行,这在很大程度上让土方的开挖及回填量得以缩减。此外,设计时也需要考虑到项目所在地的环境因素以及常年气温,因为这些因素在确定建筑的总体高度、房屋的层高、保温材料、外立面的装饰等都会产生一定的影响。
(四)加强地质勘察的工作
方案设计进行之前,必须要让地质勘察的专业人士对工程所在地进行周密详细的地质勘察,准确确定地下的各个部分土质的具体分布情况。这样设计单位进行设计的时候就能够尽可能地把建筑物以及构筑物与不良的地质条件(如断层、软土地基、溶洞等)错开,这能在很大程度上缩减了在处理地基方面的费用,也能大大提升后期的房屋使用的安全性。
五、初步设计阶段的造价控制
进入设计阶段的初期,必须要明确项目中各个具体的技术指标,比如楼层的层高、项目业态具体分布、人防面积具体数值、停车位数量的多少、外立面具体的效果等。
(一)加强与业主的沟通,了解其需求
初步设计阶段对整体的项目效果以及品质档次起到了决定性的作用。因此,在这个阶段设计单位应该加强与业主沟通和交流,在充分了解其设计需求的基础上进行下一步工作,并且要尽量去满足其合理的设计需求,避免后期的反复修改给设计人员增添工作量和产生一些没有必要的费用支付。
(二)外立面装饰材料的确定
建筑物的外立面装饰的效果好坏非常重要,是能否给人留下良好印象的一个极为关键的因素,可以说它能决定一个项目的档次的定位。但是外立面材料多种多样,价格差异也是非常之大,是影响工程造价的一个重要因素。因此,设计单位在进行设计的时候一定要以费用指标来为依据,来确定外立面采用的具体的装饰材料,最大限度地将其控制在预算范围内。
六、施工图设计阶段的造价控制
(一)加强确定地基基础的工作
地基基础部分在工程造价当中所占的比例较大,但是,许多设计单位在进行地基基础设计的时候,常常会采用自己较为熟悉的处理方式进行,最后的费用存在较大的差异。因此,业主应在这一个阶段应参与到设计当中,以具体的地址条件为依据,进行基础形式的确定,实现费用的合理化。
(二)提高图纸设计深度和准确度
建筑工程实施的重要依据就是设计图纸,设计图纸的准确度以及深度直接地影响着建筑施工的过程。因此,设计单位在设计阶段一定要进一步把设计图纸的准确度和深度提高,这样能够在很大程度上避免后期设计的重复修改以及对工程施工带来的不良影响,导致工程造价的增加。
七、设计阶段造价控制综合管理措施
(一)给于设计单位充足的时间
虽然整个建筑工程中设计阶段是耗费时间最短的,但是设计工作本身是一项创造性的工作,是非常繁琐和复杂的。必须使用大量的时间进行反反复复的细致思考和不断的推敲,才能让设计工作中的各个环节以及其中的细节达到最好的效果。因此,业主对此应该充分的理解,让设计单位有足够的时间对于自己的需求和设计的意图等去充分理解和领会,让他们在合理的设计时间内创造出更为优秀的作品,更好地完成设计工作。
(二)加强设计单位内部的审查工作
设计单位在该项目的设计图纸完成之后,首先是要在单位内部要组织进行相关的评审以及费用的预算,具体来说就是对项目造价的组成进行分析,若存在费用不合理或过高,就能及时地进行调整,同时,在这个过程中还能及时的发现图纸中存在的问题,进行及时的修正与进一步的完善,让设计出来的图纸更加符合业主的要求。
(三)制定相应的奖励措施
业主制定设计合同的时候,可以与设计单位明确奖励的措施。若是设计单位在已经确定的费用指标的指导下,符合相关规范、要求以及业主需求与意图的基础上能够节省出部分费用,业主方就把节省出来的费用按照一定的比例付给设计单位,作为奖励,这将会在很大程度上提高设计人员工作的主动性和积极性,并达到更好的造价控制效果。
八、结束语:
总之,随着建筑业的迅猛发展,房屋建筑的数量大量增加,建设单位为了增加自身的社会竞争力,一定要在保证工程质量的基础之上,尽量减少费用支出,把握好房屋设计各个环节甚至细节,把房屋造价控制理论和方法运用到房屋建筑实际,切实做好造价控制工作,有效降低工程成本。
参考文献:
[1]张波,于亮. 房屋建筑设计造价控制的理论方法及其应用研究[J]. 建筑与预算,2015,01:8-10.
[2]盛利. 价值工程在房屋建筑工程设计阶段造价控制中的应用研究[D].华南理工大学,2011.
关键词:建筑结构设计、优化方法、房屋结构设计、应用
中图分类号:TU2文献标识码: A 文章编号:
1 结构设计优化方法的理论体现
在从事项目设计过程中,不仅要考虑其美观实用,还要讲究安全可靠。也就是在突出其适用的同时,还要紧紧抓住美观这个环节,这就是结构的优化。这种优化的方法,站在建筑理论的角度,这种设计优化,分为项目分部结构和项目总体结构的优化等两个方面。而项目总体优化包括了系统方案的设计、围护结构方案以及结构的细部设计等。其中,也包括了选型、整体的结构布置、受力和造价分析等。因此,在项目施工过程中,要本着一切从实际出发为原则,结合现场实际情况,以效益为第一原则进行设计优化。
作为项目建筑师,必须在保证安全的前提下,进行设计优化。并且,对于一些新的模式以及结构,要敢于尝试。在设计时,建筑师,既要满足自己的设计意图,平面部分要对称、规则外,还要尽可能地缩小中心度的差异;纵向部分,要满足其使用功能,承重的部件要上下均匀贯通,尽可能减少设计上以及结构上的困难,纵向的刚度要循序渐进,避免应力过于集中。
2 建筑结构设计优化方法的应用及实践价值
2.1 结构设计优化方法的应用
结构设计优化,分为项目分部结构和项目总体结构的优化等两个方面。其中,分部结构优化包括了基础方案的优化、房盖系统的优化、围护部分的优化以及细部设计的优化等。以上部分也包含了造型、受力以及造价的分析等。并且在规范设计以及满足其使用功能的基础上,结合现场施工情况,争取最大化的经济效益。
2.2 结构设计优化方法的实践价值
本文经过研究与实地考察得出,作为建筑不仅要满足其长远的经济需求,在建筑投资上,也要尽可能减少支出,并且在建筑的结构以及安全性和合理性上,做出长远的规划。按实际来说,采用结构设计优化的的项目,不仅可以大大降低工程的造价,一般比原有预计可降低15%到30%。[1]可以依据合理的材料及性能,让建筑在各个结构层面与空间内,达到统一协调和安全的目的。同时,依据优化方案,还可以对整体建筑进行决策等。因此,工程结构的优化技术,是我们实现既经济又安全,既美观又实用的唯一途径。
3 房屋建筑结构设计与经济性的关系
在用地方面,很讲究用地面积。一般来说,用多少地皮和房屋的设计结构有着很大的关系,特别是对于高层建筑而言,其总的建筑面积可以被算作是各层的面积之和。由于层数的增多,其间距也必须加大,必须按照一定的比例,进行递增。
③由于层数的关系,对建筑面积的影响也很大,但影响的程度也根据结构的不同而不同。随着房屋层数结构的增加,对于接触的载荷量要求增大,出于安全的考虑,在其承重的结构方面,墙的厚度,柱和梁的粗细等,随着层数的增加,在承载等级以及抗震方面,都会相应提高。这就会令房屋的造价提升。
③由于层数增高,在各个方面的投资都要相应增加,在其结构的设计以及经济性上,不仅要注重安全,也要设计合理。比如,层高需要增加的基础抗震能力以及承载能力,相应水卫以及电气管线的增加等。房屋层面的高度,决定了材料、能源等的费用,这些都会造价产生影响。[2]
4 结构设计优化方法
任何一项工程要做到美观实用,是设计以及建筑的完美结合。首先在设计上要求安全适用,在施工过程中,要经济美观,同时,在建筑过程中,便于施工。而这种结构优化设计,不仅从技术层面解决了建筑中遇到的难题,也提高了结构设计的方法。使房屋达到了真正意义上的经济适用。在建筑结构设计的优化上,主要体现分部的设计优化和工程结构中整体的优化。
4.1 结构优化设计模型
有关于结构设计上的优化方法,主要从在各种影响因素中,找出主要的变量参数,并以此建立函数模型,结合科学的方法,得出最优的答案。其模型的建立主要遵循以下步骤:一是对主要变量的选择。在通常环境下,对变量的选择,都是基于影响较大的因素。对工程中涉及到的所有参数,按照其重要性划分出各个等级,先进性预定参数的制定,那些影响力小的都划到预定参数中,以便减少编程中的工作量。二是确定其目标函数。运用函数计算,找出符合条件的答案。按照条件来确定最优方案。对于房屋结构设计优化中,在约束条件的选择上,包含了很多的内容,比如要考虑应力的影响、裂缝宽度、尺寸和一级强度等,在正常条件下,极限状态到最后的终极状态,其弹性的约束力以及约束条件等,都要符合工程项目的设计以及施工的整体要求。
4.2 结构优化计算方案
由于在房屋设计以及结构优化中,涉及的变量较多,约束的条件也很多,因此,对于这个非线性问题,要求我们在做这个方案过程中,要能以繁化简,把有约束条件化为无约束条件,在此基础上进行各种的计算。在这方面,常用到符合型法、以及Powell法等。[3]我们只要在完成计算方案的基础上,进行编程就会得到最终的优化答案。
5 结构设计优化技术的实践应用
房屋结构设计的优化,由于其涉及面广,目前来说,应用比较广泛。利用这种优化的方式,在不改变房屋各种性能的条件下,起到了降低成本的作用。这种房屋结构设计优化方法,在项目整体设计中,都可以得到广泛的应用。也可以作为前提的设计,也可以用于旧房屋的改造等各种项目的各种环节。但是,在实际的应用中,也有几点需要注意:
5.1 结构设计优化应注意前期参与
由于项目的设计方案,都会影响总的投资金额。在前提方案中,这种影响尤甚。但是,由于前期方案在设计的过程中,对其结构的可行性以及合理性,考虑的并不全面。但其设计的结果,却可以直接影响到下一步对结构的设计,这在很大程度上,增加了结构设计的难度。因而增加了项目的总体投资。假设在方案拟定的初期,就加进来结构的优化设计,作为结构设计者,就可以根据建筑的不同类别,来拟定合理科学的结构,出具完备的设计方案,从而形成一个良好的开始。
5.2 概念设计结合细部结构设计优化
在结构设计优化中,对于一些概念性的设计,由于缺乏具体的量化指标,就如抗震以及防裂度等,由于其参数的不确定,在进行计算的过程中,就会出现与现实不符的情况。因此,面对这样的问题,就需要采取概念设计,用以往的数据作参考,把人的灵活性以及智能充分发挥出来,达到最优化的结果。
作为设计者,在对宏观进行把握的同时,也不要忽略细部的设计。比如异形板的裂缝现象。在钢筋的选择上,也要充分考虑到它们的极限抗拉力等因素,在满足其塑性的基础上,选择适合建筑施工用的钢材。比如,因考虑到现浇板的受力,作为设计者在冷轧带肋钢和一级钢进行选择的过程中,就要选择冷轧带肋钢。在房屋内里的设计,也要满足其最基本的要求,这样,才能既经济又安全。[4]
5.3 下部地基基础结构设计优化
在地基基础的设计上,首先要对方案进行选择。如果是桩地基,就需要根据施工现场的地理环境来选择类型,以便节省造价。在桩端的持力层,由于影响着灌注的桩长,因此,需要因地制宜选择适合的方案。
6 结构设计优化的现实意义
(1)优化设计,对于高层建筑以及多层建筑,多层相对于高层来说,在造价上以及占地面积上都有所降低。比如,屋盖部分,一栋楼仅需要一个,和层数没有关系。对于基础,虽说是公用的,会因为层数的增加会因为承受力的加重而增加投资,但是,相对于整体造价,远没有房屋整体效果那么明显。
(2)降低层数,不但可以节省物料,其抗震性能也会大大增强。此外,在对房屋平面形状进行设计时,选择圆形或者接近于方形的设计,其的周长也会相应减少,在其基础以及表面装修上,都会相应减少。而同时,其受力性及其经济性上,也会明显增加。
7 结束语
建筑物不但是实用而且还要坚固美观,这就需要建筑师发挥其长处,进行优化设计,让实用性与艺术性达到完美的结合。既要保证其质量,又要节省成本,这就需要完成设计结构的优化。在其设计上,既要美观又要兼顾,在其对称性上,也要避免发生扭转。纵向的设计要保持贯通,在其结构及其设计上,避免重复以及僵化,做到艺术性与实用性的完美统一。
参考文献:
[1]裘继飞.浅谈建筑结构设计[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2010年05期.
[2]饶远文.结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程.2010年09期.
关键词:房屋建筑;设计原则;方法
中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
建筑是凝固的艺术,随着我国国民经济的高速增长,带动了建筑业的快速、持续的发展。同时,随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求。房屋建筑结构设计质量的好坏,直接关系到建设使用者的生命与财产安全,高质量的建筑结构设计能够赢得广大人民群众的一致好评,能够帮助企业树立良好的社会信誉和品牌形象。因此,房屋建筑的结构设计是至关重要的,设计人员一定要严格遵守相关设计规范和标准,坚持正确的设计原则和方法,尤其是对于房屋建筑物的关键部位要给予重点关注,确保建筑结构设计工作的水平和质量,为房屋建筑工程项目的顺利开展和高质量施工奠定良好的基础。
1 房屋建筑结构设计原则
房屋建筑结构设计的最根本目标就是要保证房屋建设项目的实用性和安全性,更好的满足建筑用户对建筑物的各项需求。如果无法保证建筑的结构设计水平,轻则会影响到建筑物的使用寿命,严重的甚至会引发不同程度的建筑安全事故,造成不必要的生命财产损失或经济纠纷。建筑结构设计人员在实际工作中,一定严格遵循以下几点:
1.1 善于把握建筑结构设计的重点和难点,做到“抓大放小”,增强设计工作的针对性,对于房屋建筑的关键部位,如基础、屋顶、楼梯等,一定要投入充足的时间和精力,确保建筑物关键环节的设计质量。
1.2 要通过多项设计举措,确保房屋建筑结构设计的安全性。安全是建筑结构设计过程中需要考虑的第一要素,只有在设计环节构建多条安全防线,才能更好的保证建筑用户的人身安全和财产安全。
1.3 房屋结构设计要坚持“打通关节、保持平衡”的原则。这主要是为了使建筑长期处于原始的静态下,因为当建筑物内部力量不均衡时,建筑物构建之间的静态平衡也将被打破,这时建筑物的整体结构和稳定性就会发生变化,建筑结构设计人员在设计过程中一定要考虑到这种情况,通过有效的设计措施和方法,避免建筑物构件相聚后导致的静态失衡。
1.4 房屋建筑结构设计还要坚持“刚柔相济”的原则,这有助于建筑物综合职能的实现和发挥。如果房屋建筑结构刚性太强的话,那么变形能力就越差,当一个强大的摧残力(如地震)在一瞬间袭击时,房屋建筑需要承受的应力相当的大,首先房屋建筑结构局部破坏,最后整体全部毁灭;而太柔的房屋建筑结构虽然具有很好的形变能力,可以很好地削减外力,但容易造成形变过大而无法使用甚至全体倾覆。对于一个房屋建筑结构体系而言,刚度和柔性要保持适中的比例,这需要具体问题具体分析,需要综合考虑各种因素,如当地的地质、水文、气候等因素。
2 房屋建筑结构设计的基本方法
2.1 结构平面图的设计
设计人员在进行结构平面的设计与制作时,首先要做的就是对房屋建筑的施工环境和地质环境进行考察,增强结构平面图设计的针对性和合理性。当房屋建筑位于抗震设防烈度在七度以及以上区域时,建筑结构设计人员必须通过计算机的结构软件进行建模计算。而当抗震设防烈度低于七度时,结构设计人员可以在遵守基本抗震规范的基础上,不进行建筑截面的抗震验算。因此,这时建筑设计人员可以不通过计算机结构软件进行建模计算,而是采取直接设计的方式,这有助于提高房屋建筑结构设计的效率。但是,设计人员必须对房屋建筑结构的局部受压情况和整体受压情况进行综合考虑,确保结构平面图的设计效果和设计质量。
2.2 楼梯结构设计
房屋建筑设计人员在进行楼梯结构设计时,要注意以下几个问题:(1)对于楼梯在个别位置上的不适,可以使用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中;(2)楼梯高度的设计必须符合房屋建筑的基本要求,并保持各个楼层在位置上的一致性;(3)要确保建筑楼梯设计的扰度;(4)要避免首段梯板基础的沉降,必要时可以增加梯梁的设计,提高首段梯板基础的应力;(5)要重视梁下的净空要求和楼梯梯板的宽度。
2.3 屋顶结构图的设计
当房屋建筑的屋顶结构是坡面时,主要使用折板式和梁板式两种结构处理方法。其中,在房屋建筑的屋脊线和坡度相对简单、板跨度较小、建筑平面比较规整的情况下,一般使用折板式,相反的情况下一般采用梁板式,两种结构设计方法都是偏心受拉构件结构,要注意板配筋的处理方式和板厚的设计厚度。同时,为了便于建筑施工人员对结构图的准确理解,结构设计人员必须要有足够的结构设计意识和空间概念,对房屋建筑的整体功能和设计需求有一个整体上的把握,注重同建筑施工人员的沟通与协调。例如,在设计梁板的折角时,钢筋的布置应有大样示意图;坡屋面板的平面画法,应尽量采用大样详图和剖面示意图相结合 的方式。
2.4 基础结构设计
作为房屋建筑的基础,其设计的重要性不言而喻,设计人员在对建筑施工环境进行充分调研、选择合理结构基础的同时,还需要做好以下几点:(1)要根据房屋建筑结构使用寿命和结构耐力的各种要求,选择合理的混凝土标号;(2)在建筑基础的配筋设计环节,要合理控制基础的配筋率;(3)在设计条基交接部位的钢筋设置时,建筑结构设计工作人员要注重标准图和详图的选用,确保建筑施工人员能够更好的理解设计意图;(4)不能反复利用条基交叉处的基底面积,并严格控制建筑基础的宽度,尤其是在房屋局部墙体中有较大荷载时,同样需要对基础的宽度进行调整;(5)在对建筑基础的构造柱进行设计时,要确保其定位的准确性和合理性。
2.5 大样详图的绘制
在对建筑详图进行准确绘制的前提下,大样详图的绘制可以以建筑详图为参考依据,也可以以前期的详图为基础进行完善。其中,建筑结构设计人员不容忽视的问题是,一定要确保建筑结构在整体和局部上的受力合理性以及建筑施工的方便性,确保后期建筑施工工作的顺利开展。同时,对外形尺寸和标高的绘制,也要确保其与建筑专业在协调上的一致性。
2.6 抗震结构设计
对一般多层砌体住宅结构,应优先采用纵横墙共同承重或横墙承重的结构体系:纵横墙的布置要做到均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续。而对应钢筋砼多、高层结构住宅,则需要注意以下两点:(1)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;(2)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。
3 总结
随着我国社会经济的发展,城镇化战略的贯彻与实施,房屋建筑建设与结构设计的数量和规模还将进一步扩大,作为决定企业经济效益和建筑物整体质量的关键环节,建筑结构设计人员一定严格遵守结构设计的相关原则、法规和标准,坚持正确的建筑设计方法,对于在建筑结构中出现的问题和难点,有及时采取有针对性的整改措施和应对策略,确保房屋建筑工程项目的正常运转,促进房屋建筑工程经济效益和社会效益的顺利实现。
参考文献
[1]孙玲玲, 闫金环. 浅谈房屋建筑结构设计要点[J]. 科技促进发展(应用版), 2011,(04)
[2]邢贵龙. 建筑结构概念设计的优化措施分析[J]. 中国新技术新产品, 2011,(01)
【关键词】结构设计;建筑结构;优化技术;应用
中图分类号:TB482文献标识码: A
一、结构设计优化方法
依据设计的要求,把力学概念与结构优化设计进行有机结合,让参与计算的量部分可以以变量部分出现,进而形成结构设计优化方案域,运用数学手段,在域中找到可以满足要求的结构优化最佳设计方案。由此可见,结构优化设计不仅可以提高整体设计水量及设计质量,还可缩短设计周期,从而降低整体工程造价,提高经济及社会效益。房屋工程分部结构优化设计包括: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,在实施过程中,不仅要按照一切从实际出发的原则,更应该结合具体工程的实际情况,围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在满足设计要求后,在进行结构设计时应该尽量缩小刚度、质量中心的差异使平面布置规则,水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。为降低应力集中,竖直方向上应避开使用转换层。
结构优化设计的本质以力学理论和数学规划理论为理论基础,以计算机技术为工具,对建筑结构涉及到的各个变量进行寻找优化决策的先进的设计方法,其本质就是求极值问题。(1)优化数学模型。建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤,基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。例如,在优化模型中,数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数,这样才能求得最优解。(2)优化数学算法和优化迭代控制。对于建立的优化数学模型,虽然可用的优化算法有多种,但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。所以,快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。(3)结构分析方法。绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解,而是采用数值法的方法。数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程,而每次优化迭代都需要进行结构分析。实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型,然后采用适当的优化算法进行求解。这其中选择计算简便且正确率高的优化算法显得尤为重要。
二、民用建筑结构设计和经济性的关系
第一点,结构设计和用地之间的关系。在多层或者高层的民用建筑中,我们常说的总建筑的面积具体讲是每层的建筑面积之和,如果层数越多,那么单位建筑的面积分摊的占地面积相应的就会越小。然而随着层数日益变多,总体住宅高度也会不断上升,随之屋子间的距离也相应的变大。通过这一阐述我们了解到,用地节约的多少并不会根据建筑楼层增加而按一定的约数变高。
第二点,结构设计和造价之间的关系。一般建筑的楼层会在一定程度上影响到单位建筑的面积,但对每部分的结构来讲,具体的影响程度是不一样的。在屋盖的区域,无论有多少层,都统一使用统一相同的房屋盖。它跟层数增加无关,所以对屋盖的资金投入也不会加大。因此,屋盖处的单位面积资金投入会根据层数的不断上升而表现出很明显的降低。在建筑的基础处,每层都共同使用一个基础,因此随着层数不断增加,相应的基础结构承受的荷重就会增加,因此我们必须要增加基本的荷载力。基础地区的单位开销虽然会根据层数的增加而呈现出降低的意思,但是这种意思并不像屋盖那样如此明显。一些承重体,比如墙、梁或者柱等,会随着层数的不断增加而不断地增加荷载能力以及抗震能力等,相应的这些分部的单位房屋造价会有一定的提升。
第三点,高层住宅结构设计与经济性的关系。一般而言,住宅层数高矮将本质的影响住宅开销,其根本原因乃是伴随层高不断上升,墙体面积和柱体积也会慢慢上升,而且会加大结构自重,进而还会增加柱以及基础承受荷载力,于是让电气以及水卫的管线同比例变长。如果将层高降低,那么可以有效地节省材料物资,而且还可以节约能源等,对于抗震非常有利,能最大程度的节约金钱输出。另一方面,减少层高不但可以降低房屋的高矮,有效地缩小建筑和建筑间日照的距离,所以降低层高也在一定程度上对于节约土地资源有很大的作用。
三、结构设计优化技术应用实践
结构方案的建立过程即工程结构设计。伴随急速更新发展的计算机硬、软件产业,凭借计算机、力学、数学一系列方法,将结构设计做到最优化技术推广。结构优化设计及传统结构设计其设计原则和过程是相同的,不同之处在于传统设计缺少安全、经济性作为衡量准则。最优设计则是在安全、经济准则基础之上,利用计算机作为辅助技术,非常便利地实现了分析计算、设计、出效果图等整套程序的自动化,大大提升了设计整体效果及质量。为了达到降低工程造价之目地,在不更改使用性能的基础之上,就要对结构进行最优化设计。由此可见结构设计优化技术的应用已经是较为宽广的课题之一。它不仅应用于项目的前期、整体、抗震设计,在旧房改造期间的各个环境均有广泛应用。结构设计优化技术在应用实践中应注意的问题如下:
1前期方案设计期间将结构设计优化参与其中
建筑方案设计前期如有一个优秀的、合理的设计方案,并参与结构设计优化,就会争取到非常优秀的开端。但目前在前期设计方案中结构设计优化参与其中的并不多,如果能对建筑类别有所针对,并进行合理选择结构设计优化方案,将降低建筑的总投资成本,因此在建筑方案设计初期应注意建筑方案的结构优化设计,考虑结构的合理及可行性。
2概念设计结合细部结构设计优化
概念设计主要作用于无具体数值量化现象,比如无确定性的地震设防烈度,现实难免与计算式存在区别,那么设计时应采取概念设计方法,使数值成为辅助及参考根据。为达到最佳优化设计效果,设计人员应该灵活运用结构设计优化方案。与宏观把握相对应的,设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化,比如现浇板中的异形板拐角方向容易出现的裂缝,可归结为矩形板。钢筋选择时应注意:I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多,但是他们的极限抗拉力相差却相当大,所以在塑性满足要求的情况下,现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候,外立面上的悬挑板及配筋,应在满足基本规范要求之上,以达到安全、经济之目的。
3结构设计优化―――下部地基基础
桩基础类型的选择,要依据现场地质条选择最为合适的结构设计优化方案,以降低工程总造价为目的。例如对灌注桩桩长的选择影响较大的桩端持力层的选择,要多进行比较,最终确定最为合适的方案。
总之,建筑是凝固的艺术,好的建筑师总希望可以通过建筑来合理的表达本身设计意图,希望拥有艺术性以及实用性能的美妙融合。建筑结构设计师们应严格遵“安全、经济、合理”的设计理念,努力探索更合理的结构设计方案,保证建筑工程取得良好的经济效益和质量效益。
参考文献: