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房屋建筑结构设计是指将建筑及各相关专业所要表达的内容通过结构语言予以体现的过程,结构方案、结构计算以及施工图设计是房屋建筑结构设计的重要内容。结构方案是指房屋建筑的主要结构形式,具体包括建筑物的重要性、工程所在地的抗震设施烈度、相关地质勘测资料以及场地类型等等。结构计算,是指在掌握房屋建筑结构形式数据资料的基础上,针对房屋建筑结构开展的计算活动,包括结构内力、荷载以及构建试算和计算等等,最终目的在于用科学的计算方法保证房屋建筑结构稳定性和安全性。施工图设计则是根据计算结果来确定房屋建筑构建的具体布局,然后明确施工构造及施工措施。
2结构设计与概念设计的关系
在建筑结构设计过程中,现行结构设计与理论之间存在一定的差异,特别是结构设计的不可计算性,导致结构设计需要更多地注重概念设计。概念设计就是以个人实际经验为基础,基于宏观的角度对建筑结构实施的定性设计。但是,概念设计不是凭空落成的,需要考察实地情况,包括气候环境、地质情况、自然风貌等,根据所获得信息给予的灵感和理性认知,拟定关于一个建筑物的初步想法;这个想法不同于精确的测量计算,除了灵感和理性认知还要基于工程师丰富的实地工程经验。概念设计更加注重设计结果,而结构设计则是一种逆向的推导过程,在概念设计的基础上,通过对力学、构造学等理论知识,配合相关的数据原理而推导出房屋建筑结构布置。综合而言,建筑结构造价水平的高低以及建筑的施工进度是由概念设计所决定的,如果房屋建筑的概念设计不合理,就可能增加建筑造价,延误工期。概念设计体现的是一种先进的设计思想。受技术水平和计算理论等因素的限制,房屋建筑结构设计结果往往与建筑实际存在较大差异,而为更好地弥补这些误差可能导致的问题,必须要借助概念设计来增强结构设计的科学性和合理性。可以说,概念设计和结构设计之间是一种相辅相成的关系,结构设计对于现代房屋建筑工作的开展显然具有非常重要的意义,而概念设计则起到对结构设计补充和优化的作用。优秀的概念设计往往有着较为可靠的经济预估,因此也有较高的可行性,同时还可以避免复杂的运算劳动,减少结构设计风险,确保房屋建筑结构设计的整体水平。
3结构设计的主要措施
3.1科学选择建筑场地
建筑场地的选择对房屋建筑结构设计结果有很大影响。房屋建筑场地应该选择抗震性较好的地方,这能有效地减少外力对房屋建筑结构的影响。如果要在地震区进行建设,就必须要充分考虑结构破坏因素,根据结构体系方案以及设计的经济性和合理性来确定结构体系,以充分保证建筑结构的匀质性。房屋建筑场地发生地震事故时,由于地震会持续一定的时间,因此,必须在房屋结构上设计多道抗震防线,确保房屋建筑结构的整体系数能够有效地满足抗震需求,增强建筑整体的抗震能力。
3.2合理选择结构材料
在选择结构材料时,设计人员要充分结合自身的设计经验,借鉴和参考已建建筑经验,选择承重能力较强的施工建设材料,以防因计算结果不精确而影响建筑建设质量。建筑结构设计人员要合理分析和评价施工图纸,深入探讨施工图纸中可能存在的数据问题,并以此来作为结构材料选择依据,确保结构设计的科学性和合理性。如在钢筋、混凝土的选择上,一定要根据国家标准选择适合强度的施工材料,一般箍筋与混凝土强度等级不能低于C20,直径10mm的纵筋,强度等级不得低于C25,这样才能够充分满足强度等级设计要求。其他结构材料的选择也应该严格遵循国家标准,而不能够单纯地依据计算结果来判断。
3.3注意结构受力的合理性
合理选择房屋建筑结构材料将显著提高建筑结构的整体强度,降低结构构件对建筑受力的影响,确保房屋建筑结构设计满足实际的建筑需求。通过建筑结构设计能够获取相对全面的计算结果,反映出建筑结构的受力情况。但是,通过计算机以及理论推导所获取的实际数据往往存在一定误差,并且容易出现与现实建设需求不符的情况。这样的情况下,就必须要适当采取概念设计来提升建筑结构设计的可靠性。
3.4注重施工现场的规划管理
在房屋建筑施工过程中,存在较多不确定因素,这就需要设计人员加强对施工现场的规划和全程把控,以降低不确定因素对结构设计的影响,使施工作业活动能够按照房屋建筑结构设计结果有条不紊地开展。由于房屋建筑结构设计依赖于计算机和理论数据,这些计算的结果与现实是存在一定差距的。因此,设计人员不但需要对结构设计予以高度关注,更需要凭借自身的经验和设计技术,做好施工单位、监理单位的协调和交流活动,提出建设风险,保证设计方案的顺利落实。
4结构设计与概念设计协同工作的应用
在建筑结构设计中,协同工作的定义是将建筑工程中的每个构件的性能和作用充分到极致,并实现与其他部件的相互配合。在协同工作中,要求与各个产品零部件的使用寿命相似,并且具有相同的荷载,正确处理基础结构与上部结构之间的关系,确保两者之间形成一个有机的整体。下面以地基基础中结构设计与概念设计协同工作的应用为例进行说明。传统的建筑设计流程用到的算法往往是将上部建筑、基础、地基分别视作独立的单位,测量和设计都独立进行,但并不意味着,某一单元出现的问题不会影响到其他的结构单元,经过实践检验,这种流程有着不可忽视的缺陷。地基基础往往对上层建筑造成很大影响,若地基产生沉降现象,则地面建筑大多会开裂、错位、甚至崩塌;同时,如果地面结构的建筑层数不符合规范,超过地基、基础承重,则也会给地基带来变形的危险。因此,在地基基础的概念设计当中,要更多地考虑到将地基基础和上部结构结合在一起分析,这样才能减少地基变形带来的负面影响。
5结语
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:房屋建筑;结构设计;常见问题
随着社会的发展,人们的生活水平也在不断提高,对于房屋建筑这一类生活场所或者工作场所的要求也越来越高,不仅要实用性强,而且必须做到外形美观,这就要求在建筑工程施工之前,必须根据建设要求做好结构设计工作[1]。设计是房屋建筑的灵魂,首先你需要通过结构的设计来保证建筑的实用性和安全性,其实设计原理以及用料必须要符合房屋建造的力学结构,综合考虑地形地貌等因素,其工作内容相对复杂。目前,在我们进行建筑结构设计进行贯彻落实的过程中,经常会出现的问题是由于对建筑结构的实施工作不够重视造成不同程度的建筑失误。当然,对建筑结构的不重视造成的种种问题也强化了人们对建筑结构的重视,保障建筑工程的质量成为建筑领域越来越重视。为避免建筑结构设计中存在较多的疏漏,使得建筑投入使用后出现较大的问题,从房屋建筑结构设计的优化角度考虑,本文对“房屋建筑结构设计中常见问题”进行分析意义重大。
1房屋建筑结构设计中的常见问题分析
1.1建筑结构的实施工作不够重视
对于建筑结构的实施工作不够重视,是导致不同程度的建筑失误主要原因,首先相关工作流程不规范,所花费的资金资源也比较少,其设计工作仍处于闭门造车的阶段。房屋建筑结构设计涉及到的信息比较多,设计师需要综合考虑各方面的因素,比如建筑所在地的外界环境条件、开发商与居民的需求,而且还应该充分了解目前市面上常用的一些建筑原材料性能,根据这些因素,做到荣抽规划,合理布局,以准确的数据来支持整个设计方案,确保其科学合理性。部分设计人员在进行结构设计时,都很难做到这一点,没有足够的信息,没有扎实的理论知识,没有与时俱进的设计思想,在这一环节缺乏对市场行情的把握,导致了设计方案的不合理,建造出来的房屋建筑很难达到预期的效果。
1.2房屋地基设计中的问题
房屋地基设计必须要与当地的地形衔接恰当,而目前我国的房屋建筑普遍存在着地基设计不合理的问题,与实际的地形存在着较大的差异,给实际施工带来了较大的难题,而且地基的稳定性也比较差,会影响到整个建筑物的稳固性。多数设计师都是根据地质勘测人员准备好的地形资料来进行结构设计工作的,难免会存在一定的误差,忽略很多细节性的问题。所以最好还是需要设计师亲自到现场进行考察,整体把握当地的地形条件,对一些可能会影响到地基设计的问题进行重点勘察,对工程进行多方面的全面分析,做到合理设计[2]。
1.3房屋建筑结构搭配不合理
房屋建筑结构设计的重点在于结构的搭配,这关系到整体建筑的外观与强度。一般情况下,房屋建筑需要做到层层设计,但是实际上很多建筑其建筑结构都是一样的,没有考虑到不同区域受力的变化。此外,一般高层建筑需要在底层设置抗震结构,并且与建筑上面的抗震墙对齐,而很多时候建筑的最底层都作为停车场,是一个空旷的空间。在实际设计过程中,经常出现负载计算时取值错误的问题,没有根据建筑的具体情况来选择合理的取值,盲目地遵从了以往的建筑结构设计经验。
2房屋建筑结构设计需明确的内容及其原则探究
结合上述分析认识到,我国房屋建筑结构设计中存在的问题有比较多,但是整体上来说都是与建筑公司对该模块的重视程度、设计人员的专业性以及施工人员的专业度有关,要想提高建筑质量,就必须重视起结构的设计,加大投资力度,提高对建筑结构的实施工作的重视,加强结构设计图纸的审核,并且确保施工人员严格按照设计图完成建设工作。此外,还有必要明确房屋建筑结构设计的内容以及原则。涉及的具体内容及其原则如下。
2.1房屋建筑结构设计的基本内容
在房屋建筑的结构设计环节,一般设计师需要提供不同的结构设计图,包括:(1)结构平面图,这是最基本的图纸,近年来地震频发,在不同地区房屋的抗震性要求是不一样的,房屋结构的设计必须符合当地建筑的设计要求,对于地震频发地带,设计师需要进行截面抗震验算。设计师在结构设计时,需要充分考虑不同组成构件的受力,设计完后应用专业的软件进行建模,找出设计图中存在的问题,反复修改验证,直到符合建筑的设计要求;(2)屋顶结构图,这种设计图一般是建筑是坡屋面时需要用到,通常包含梁板式和折板式两种结构,二者应用的条件截然相反,梁板式适用于板跨度较大,且屋面坡度及屋脊线转折相对复杂的坡屋面,而折板式适用于一些建筑平面较为规整,且屋面坡地较小,屋脊转折较为简单的坡屋面,具体是用剖面示意图以及大样详图的方式来表现,让施工人员能够明白其空间结构设想;(3)大样详图,一般是在准确的建筑详图上直接绘制出来的,需要确保建筑外形不变,保证标高和外形尺寸的准确,尽可能地提高建筑结构的合理性,并且直观形象,能够让施工人员看懂,且实际可行[3]。
2.2房屋建筑结构设计需遵循的原则
房屋建筑的结构设计是一项非常严谨的工作,要求比较严格,对于设计师的建筑专业素质考验比较大,必须拥有扎实的理论基础知识以及创新活跃的思维,才能够胜任这一工作。在设计过程中,你首先要收集足够多的资料,包括地形地貌信息、房地产开发商的房屋建筑理念以及市场需求等,然后在保证建筑质量的基础上,让其外形更为美观。总的来说,房屋建筑的结构设计就是力学与美学在建筑工程中的完美结合[4]。我国对于房屋建筑的结构设计有较为严格的要求,目前很多房屋建筑出现质量问题都是因为在结构设计的阶段没有按照设计原则执行。具体来说,房屋建筑设计应遵循以下原则:(1)设计师应该明确每个建筑组成构建的承重要求及用途,在明确建筑结构及原材料对于整体质量的影响,在设计环节就应该根据自己的设计图纸来选择合适的建筑原材料,与相关建筑材料采购人员沟通;(2)明确不同建筑结构其力学效应的变化,对于不同建筑类型,或者谁组成构件,都有明确的力学要求,比如说轴压比的考虑,比如说承重柱截面高度的设计,这些都是有严格的要求的,需要具体情况具体分析;(3)结构设计的刚柔调和,一般来说,建筑结构太软,其刚度不够,能承受的外力作用比较小,易变形,而建筑结构国语刚硬,则弹性效果比较差,能够承受较强的外力但是易破损,设计师应该综合考虑这两点,根据建筑的外力分析结构设计出合理的结构。
3结语
近年来,地震等破坏力加强的自然灾害频发,使得人们对于房屋建筑的质量要求越来越高,在进行房屋设计时,不仅要考虑其外观及空间的利用,还要充分考虑墙体、梁柱等的受力能力,从力学角度上考虑结构设计的合理性,按照我国房屋建筑结构设计的标准执行。目前来看,在我们进行建筑结构设计中往往对于房屋建筑结构的实施工作不够重视,大部分施工企业都不注重结构设计这一块,在画设计图时,没有按照要求充分考虑地形因素以及建筑的力学结构,设计方案投入使用前也没用较为严格的审核程序,设计质量得不到有效保障。总而言之,针对房屋建筑结构设计问题,需采取有效解决方法,进一步优化房屋建筑结构设计,从而为建筑业的发展奠定夯实的基础。
作者:陈雪桐 单位:新疆建筑科学研究院
参考文献:
[1]霍北灵.浅谈房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].中国新技术新产品,2015(02):123.
[2]蒋玉胜.房屋建筑结构设计中常见问题及对策之初探[J].山东工业技术,2014(21):108.
关键词:房屋建筑;房屋结构;设计
前言:
现今社会已经步入知识经济的时代,人们的生活水平也不同程度的得到提高,房屋建筑设计技术也随之而得到发展。人们生活水平的提高,也对我们建筑技术提出了更高的要求,在我们不断钻研和完善房屋建筑结构设计技术的时候也会遇到许多不同的问题,房屋建筑结构设计技术可以说是在问题的解决过程中得到进步的。下面就实践中遇到的问题和应对策略在下文中展开论述。
1 房屋建筑结构设计的基本方法
房屋建筑结构设计是房屋建筑的基础,建筑工人都是根据这些设计图纸进行施工的,因此设计人员对此必须要有严谨认真的态度,从而做到对设计图纸的规范而合理的要求。大致上,我们可以把房屋建筑结构设计的方法分为5种。
1.1 绘制结构平面图
在绘制这类平面图时,对于是否需要输入结构软件,进行楼体建模,关键取决于建筑物所在地抗震设防烈度的大小。若抗震设防烈度值为6时,那么根据有关规范,是可以不进行界面抗震验算的,但设计仍必须符合有关的抗震措施要求。当然,如果设计的时间允许,最好还是可以建模,因为软件有一个优点,就是可以进行荷载导算。如果抗震设防烈度为7度以上,那么建模就是必须的。
1.2 绘制屋顶结构图
绘制建筑屋顶结构图,是便于施工人员更好地理解和把握建筑的方法。因为当建筑物呈现不同的形状时,其结构的处理方法也不同,主要有梁板式与折板式两种。对于建筑平面不规整,板跨度较大、屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡面采用梁板式较好;相反,则适宜采用折板式。结构设计者必须对空间概念有一定的把握,争取理解建筑图纸的设计意图,才能设计出有利于施工的图纸,提高工程的质量。
1.3 绘制大样详图
大样详图可以建立在准确无误的建筑详图基础之上,也可以利用以前的详图来进行局部改制。这一阶段需要设计者在保持建筑外形不变的前提下尽量使结构合理和施工方便。标高和外形尺寸也一定要和建筑专业协调一致。
1.4 绘制楼梯图纸
楼梯图纸的绘制中,要注意梯板和梯梁的位置处理。要注意控制梯板的挠度,梯梁的梁下净高度要满足建筑的要求,局部不合适应该采用折板楼梯,使用这段楼梯的时候应该要注意其钢筋在内折角处要断开并且分别锚,以防止局部的应力集中。此外,还要注意一下楼梯下的净空、梯板宽度以及首段梯板可能沉降的问题等。
1.5 绘制基础图纸
混凝土的标号选择,必须要符合结构耐久性的要求;基础配筋也应该满足最小配筋率的要求;条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。基底面积不能重复使用,注意调整其宽度。
2 建筑结构设计的类型与基本内容
2.1建筑结构的类型
建筑物有各种不同的使用功能要求,因此有许多类型及分类方法。根据建筑物的用途,可以分为工业建筑与民用建筑。根据建筑物的层数,可以分为单层、多层、高层和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料可以分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式,可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构等。
2.2建筑结构设计的基本内容:
2.2.1结构设计的程序。建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计结构分析构件设计绘施工图。
2.2.2建筑物结构设计的要求。为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,必须遵循以下要求:(1) 计算。内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算;(2)结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合;(3)抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。
3 应对策略
3.1 对于房屋建筑结构设计中,最主要最核心的就是设计人员,因此要提高房屋建筑结构设计的水平,设计人员首当其冲。相关设计人员对于国家现行的设计规范、规则以及技术标准等有相当程度的了解和把握,并且不断提高自身专业水平和道德素质修养。在经济高速发展的今天,不可避免的有那么一部分设计人员为了追求高效益、赶进度而忽视了质量的要求,在设计过程中不断地出现或有意放纵错、漏、碰、缺等问题。为此,应该要加强对于房屋建筑结构设计专业人员的对我国该行业里相关法规的学习,并且严格落实设计人员的考核工作,从图纸上把好技术关。
3.2 在工程实施的过程中,相关的设计人员一定要进行定时定量的实地考察,设计人员所设计的建筑方案必须要满足当地的实际建筑条件,采用先进准确的科学技术来设计房屋建筑的框架结构,设计时应注意避免采用不规则的结构设计。如果遇到特殊要求或者特殊条件,不得已采取不规则结构设计时,也应该要尽量使该设计符合建筑物结构的实际受力要求,并且通过构建建筑模型进行受力分析,也相对应地采取有效的手段加强抗震设防的力度,保证工程的安全性。
3.3 尽管现代高速发展的经济社会对于高层建筑结构有着迫切的追求,但是企业不能随波逐流,盲目地去追求高的经济利益,而忽视建筑设计的安全和质量。在房屋建筑设计的实际操作时,要遵循实事求是、具体问题具体分析的原则,而不应为了企业个人的利益,而设计建造一些危险建筑,罔顾人民群众的生命财产安全。在设计现行比较热门的异形柱结构时,更要格外注意对于房屋高度的计算,要使得所设计的建筑尽可能地保持规则性和注意保证房屋的抗震性能。
3.4 在设计房屋的框架结构时,要明白结构是影响房屋抗震性的主要因素之一,若在设计时,单纯地考虑建筑物纵向框架结构的设计和发展,将会致使实际操作中出现建筑物梁的支座负筋、跨中纵筋和箍筋的配筋值均不足等的现象出现,故此,设计人员在设计图纸时要注意把握建筑纵向横向的框架结构的协调性,不应过分注重某一方面的发展,而使得建筑的平衡和安全性出现隐患。
3.5 建筑施工的过程中,采用国家规定的符合标准的建筑材料也是保证建筑设计安全的一项重要指标,避免因为建筑用材的问题而出现豆腐渣工程,使得工程的经济利益受损,人民的生命财产受害。
【关键词】建筑行业;房屋建筑;结构设计;优化技术
社会经济的发展,促进了人们生活水平的提高,对住房的质量要求也越来越高,在房屋建筑结构设计中,既要考虑安全、合理和可行性,也要兼顾舒适和经济性要求,因此,建筑行业对房屋建筑结构优化技术展开了研究,期望推动优化技术的发展,进而服务于房屋建筑结构设计,因此,本文分析结构优化技术运用在房屋建筑结构设计中的意义,并探析优化设计的步骤,最后阐述优化设计技术的应用,以供相关人士参考。
1 优化设计技术应用在房屋建筑结构设计中的意义
在房屋建筑结构设计中,运用优化设计技术,对降低工程造价具有重要的意义。与传统的房屋结构设计相比较,采用优化设计技术的工程造价可以有效降低6%-35%,优化设计技术选用最合理的方法利用建筑材料,很好的协调建筑内部的各个单元,通过优化技术的运用,可以实现安全性、经济性的目标;增强建筑的经济性能,降低层高,节省材料,节约建筑用地,增强受力性能;运用优化设计技术不仅可以为建筑的安全提供保障,还为项目的效益提高作出贡献。例如:房屋容积率方面的结构设计,可通过增加层高,缩小栋距的方法,增加经济效益;房屋建筑结构设计中,应用结构优化设计技术,不仅使房屋建筑的外形美观、精巧,还最大限度的降低工程造价,节约成本,达到经济、安全及适用的目的。.
2 优化技术的应用步骤
①选择设计变量:将对设计起到主要影响的因素作为设计变量,诸如结构造价、损失期望等目标控制参数、结构可靠度等约束控制参数,对于设计影响不大,只需要进行局部考虑的因素设为预定参数,有利于减少设计、计算等工作量,确定目标函数,实现总费用最小的目标。②确定约束条件:约束条件有尺寸、结构强度、应力、裂缝宽度等,在进行房屋建筑结构优化设计时,要确保各个约束条件都符合相关规范要求,以实现最佳设计目标。③设计优化计算方案:对于房屋结构设计而言,是非常复杂的,涉及到很多多变量,在进行计算时,将有约束优化问题转为无约束优化问题后,进行求解,利用复合形法、powell法等进行优化设计计算。④设计程序:根据可靠度优化设计模型及优化计算法,编制出运算快、功能全的综合程序。⑤分析结果,确定最佳方案。执行以上所述步骤,综合考虑各个方面,不能为了降低投资而忽视设计优化的作用,正确处理经济和技术的对立统一关系,设计过程中,不能过分强调节约,忽视技术问题,也不能过分强调技术,轻视经济性的要求。因此,房屋建筑结构优化设计是一项比较复杂的综合性决策问题,往往存在对立面,满足经济、适用、安全、美观及便于施工等原则,这五个原则之间也互相矛盾,所以需要进行研究、探索,实现用最少的投资,获得最大的效益目标,满足设计要求。
3 优化设计技术在房屋建筑结构设计上的应用
以某住宅建筑为例,该建筑一共36层,地下一层,采用钢结构框架剪力墙形式,综合各方面进行考虑,决定采用结构优化设计技术,对传统的结构设计进行改革,辅助手段是计算机,对每个施工阶段和施工环节进行优化,经过优化设计后的方案,节省了大量的造价,降低了资金投入,提高了经济效益。
3.1 整体、局部优化
对一个房屋建筑项目而言,具备层次性、复杂性特点,其中,层次性一般包括设计、结构及安装体系,每个体系都包含多个下属体系,只有将各个下属体系进行合理的优化,冲破各个布局的横向关联,叠加工程;对于建筑材料、零部件的选取、购买及结构类型的选取等具有一定的复杂性,因此,只有从整体和局部分别优化,才能切实实现真正意义上的优化。
3.2 重视前期规划
设计人员要参与到前期规划中去,对工程的实际情况进行全面的了解,有针对性的对建筑结构进行规划和选择,制定一个行之有效的设计方案,为后续施工提供参考和依据。设计人员要重视前期的规划,结合工程实际,并依据自身经验,进行优化设计。采用的结构布局不同,产生的效果就不同,在房屋建筑结构设计时,要将细部结构优化同概念设计进行有机的融合,贯穿于整个设计过程,对缺乏相应数值的细部进行有效的处理,采用概念设计法,将数值作为一种参考,对结构设计细节进行有效把握,提高设计的效果。分阶段优化,该工程在限定的使用期限内,对每个环节都设定了多个方案,所以,在设计时,对每个阶段的方案都进行了优化,确保了工程质量,有利于增加经济效益。
3.3 对桩基础及上部结构进行优化
桩基础:对于房屋建筑而言,桩基础有两种类型,其中,灌注桩在施工中的质量不好控制,操作比较复杂,若沉降符合相应标准,则进行预制桩施工。为了避免土壤对桩身的摩擦,应选取长度较大的预制桩。
上部结构:对该工程上部结构建立了模型,并进行相应的优化,将剪力墙进行合理的布置,确保质量均匀,将楼层刚度中心点重合于同楼层的结构重心,减少外部荷载作用对建筑结构扭转影响。剪力墙中的暗柱施工应采用钢筋建材,这时可采用大开间的剪力墙构造,减少钢筋的使用数量。
3.4 协调优化设计
为了实现造型美观、结构合理的目标,在设计时,结构要和整体平面紧密配合。布设柱和墙的过程中,应遵循房建平面功能,尽量保持一致,每个房间的开间和进深要保持统一,墙和柱不允许出现错位现象,每层的截面和高度要保持一致,不允许出现较大误差;设计楼梯时,应力应集中在转角区域,承重构件必须是高强度建材,选择材质较轻的建筑构件,降低自重,整体设计要保证刚心、重心等交叠,防止扭转出现。电梯房存在很多孔洞,需进行预埋的构件较多,因此,要对电梯房的强度进行单独的计算,确保设计合理和施工安全。该建筑的给排水专用空间要涉及大量机械设备,荷载强度较大,因此,可以将水泵设置在地下室区域。由于给排水空间的管道多,粗细情况不尽相同,在设计时,预留孔径深度及尺寸均要符合标准要求,加固楼板的穿孔位置。尽量避免管道贯穿梁柱,若有贯穿的现象,就要进行加固处理,并及时维护,使管道布设同管道体系相协调。
4 结语
结构优化设计技术对于房屋建筑结构设计而言,具有至关重要的作用,随着生活水平的提高,人们对建筑质量的要求也越来越高,要想满足人们的需求,就要将优化设计技术引入到房屋建筑结构设计中来。本文对优化设计技术在房屋结构设计中的意义进行了阐述,并分析了优化设计技术的应用步骤,最后探究优化设计技术在结构设计中的应用,不仅降低了工程造价,提高效益,还满足建筑对安全性及适用性的需求,促进了结构优化设计的发展。
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