建筑结构优化设计分析韩同信

发表时间:2020/7/1   来源:《城镇建设》2020年3月第8期   作者:韩同信
[导读] 建筑工程结构设计工作需要从多个方面进行统筹考虑
        摘要:建筑工程结构设计工作需要从多个方面进行统筹考虑。总的来说,结构设计在整个建筑工程设计中应做到:早参与早介入,多分析多比较,重事实保落地,抓大不放小。具体的结构设计优化过程,可采用从主体结构方案选型、基础设计方案选型、结构设计细节优化等反面着手。以保证结构设计的安全、适用、经济、合理。从建筑方案设计阶段即参与其中,有利于结构方案的合理选型,避免后续设计过程中因结构方案难以实现或成本过高,导致对建筑方案的颠覆性调整。
        关键词:建筑结构;优化设计;措施
        1建筑结构优化设计的意义
        1.1提高整体建筑的安全稳定性
        建筑工程设计的基本目标之一是保证建筑的安全与稳定,因此在进行结构设计时必须将安全性放在首位,通过优化设计不仅可提高建筑结构的安全性,还能提高整体建设质量,将合理的材料用在合适的位置,提现建筑的效能,延长建筑整体的使用寿命。可通过优化设计及时发现原来设计方案中存在的缺陷并进行改正,此外还要通过合理的受力计算与分析及时发现受力不合理的地方并加以处理。
        1.2改善房屋建筑的功能
        为提升整体建筑结构的质量,使房屋建筑协调统一,且更具有实用性和外观的美观性,必须做好设计阶段的方案设计。通过设计优化及时改进方案中的不足之处并加以完善,可有效改善房屋建筑的功能,使打造出来的建筑更符合宜居的特点。如住宅中通过合理地布置剪力墙与梁,可以方便住户后期改造,实现设计和使用很好的结合。
        1.3提高建筑的经济性
        通过建筑结构优化设计,一方面可以提升整体建筑的性能,另一方面还能降低工程造价。因此在设计阶段进行合理的优化设计,可为建筑企业获得更多的经济效益,提升建筑的经济性。譬如可以通过含钢量和混凝土含量指标的测算,来控制建筑结构造价。
        2建筑结构设计优化的原则
        建筑结构的设计包括建筑结构本身,也包括建筑经济效益、居住舒适度和对建筑空间的利用等。因此,在建筑结构设计时需要严格遵守以下原则:第一,在建筑结构优化设计时应根据建筑不同的功能需求,对墙柱布局以及墙肢长短等进行调节,从而使建筑结构符合经济结构与安全使用的要求。第二,在建筑结构优化设计时必须要满足建筑居住舒适度的要求,具体可以从建筑结构、装饰装修、电气安装等进行整体优化设计。第三,需保证整体建筑结构的安全性,使最终满足建筑结构安全耐用的目标。第四在保证整体建筑结构安全稳定的基础上还要考虑结构造价的问题,尽量在满足建筑整体性能的基础上考虑建筑的经济性。
        3房屋结构设计的主体内容
        在房屋结构设计过程中,必须充分了解建筑结构设计的主体内容。通常情况下,房屋结构设计可以采取如下几点策略:在保证建筑功能性、安全性与美观性的基础上,全面分析建筑结构设计环节可能遇到的重难点问题,选择最佳设计方案,最终达到完善房屋结构设计的最终目的。另外,对同一建筑,不同的结构形式,如框架结构,框架剪力墙结构,剪力墙结构,框架核心筒结构等的比选,将直接影响了建筑的实用性、美观性、安全性及经济性,为此,就应在实现建筑美观实用性最大化的条件下,保证结构经济性最大化。
        4建筑结构设计优化方法在实践中的应用
        4.1地基基础工程优化设计
        地基是整个房屋建筑结构的承载部分。完善优化地基结构设计,既能够加强整体结构的安全稳固性,又能在一定程度上压缩工程造价。俗话说“万丈高楼平地起”,只有保证地基基础的稳固性,才能保证建筑的整体安全性,才能有效延长建筑物的使用寿命。地基基础工程的造价约占房屋建筑总工程造价的30%。由此可见,优化地基基础工程设计至关重要。通常来说,岩土勘察报告内容主要包括施工场区地质结构条件、地下水文环境条件以及气候环境条件。设计人员会根据岩土勘察报告,进一步明确地基基础工程形式。


        以某高层住宅楼工程项目为例。该工程地上部分共20层,建筑单位要求设计单位根据岩土勘察报告确定竖向构件轴力和选定基础类型。设计单位预定了如下三种基础形式:PHC预应力管桩、机械钻孔灌注桩、平板式筏板基础。由工程预算人员进行经济分析,且充分考虑施工难度、施工周期等关键要素。最后,选定PHC预应力管桩,旨在缩短工期,压缩工程造价。
        4.2在建筑地下部分结构优化中的应用
        房屋建筑结构设计优化进程中,地下部分设计至关重要,对整体结构的混凝土量和钢筋量都影响较大。地下室部分一般设计情况比较复杂,地下部分的造价受地下室层数、是否为人防地下室、地下室顶板覆土厚度、是否考虑消防车荷载和地下水位等因素影响,设计主材用量差异比较大,因此,建筑地下部分结构优化只能是在保证安全可靠性的前提下,尽量减少不利因素。降低地下室层高,减少地下室层数,可以有效减少土方开挖量,降低成本;合理布置地下室柱网跨度和主次梁的布置方式,尽量把上部结构的嵌固部位放到地下室顶板,优化结构设计的合理性,减少主材用量;人防地下室顶板采用塑性计算方式,计算裂缝挠度时不考虑人防和消防车荷载,都是通过计算参数细节的调整,达到安全性和经济性同时满足。
        4.3在建筑地上部分结构优化中的应用
        剪力墙结构是住宅项目中使用最多的承重结构,因此在房屋建筑结构设计优化的过程中,应科学合理的优化剪力墙结构,实现剪力墙的合理布置。剪力墙的布置原则应为:简单、规则、两方向刚度不宜过大;上下连续,避免突变;门窗洞口宜上下对齐。此外,为降低房屋建筑施工成本,应尽量减少混凝土用量,在结构设计优化中可采取大开间剪力墙结构,以增加建筑结构内部的使用空间,更好的满足建筑空间的使用要求。
        值得一提的是,近几年推广的装配整体式剪力墙结构采用工业化生产方式,相比较传统生产方式,在标准化一体化设计、信息化技术协同设计、设计施工一体化、构件生产工厂化、装修与主体结构一体化等方面有着无法替代的优势,对建筑结构优化有划时代的意义,使得整个项目得到效益的最大化。装配式建筑在推行的前期,肯定会遇到种种阻力和技术难题,可能一开始并不能达到节约成本的效果,但是随着设计水平和施工技术水平日渐成熟,装配式建筑必将会展现出自己在建筑结构优化设计中的重要性。
        4.4在建筑结构抗震性能优化设计中的应用
        建筑抗震设计是结构设计优化的重点,也是提升建筑设计质量、使用功能的基本需求。因此在建筑抗震设计中,一定要在设计理念和思想上得到充分的重视,加强对抗震设计的合理科学研究,并提升房屋建筑结构抗震设计及其使用性能的稳定性,需重点注意的是,在抗震结构设计优化中,应做到简约化、高效化、均匀对称性。对于抗震性能高的建筑结构来说,首先要具备一定的使用规则,尽量减少凸角结构设计,避免抗震结构设计的复杂化。建筑结构平面布置不规则的情况下,由于地震的作用会导致产生一定程度的扭矩效应,因此要注意偏离结构刚心远端抗震墙或框架柱承载力的验算。
        结束语:总而言之,建筑结构设计优化是结构设计过程中必不可少的步骤。结构设计优化并不是死抠钢筋混凝土,而是让结构设计更符合实际的客观条件和受力特性,更为合理,更加美观。所有的结构设计优化不应以牺牲安全性为条件,而应以保证结构安全为基础。在此基础之上,大胆创新,细致分析,不断精进,通过结构设计优化实现结构设计的核心价值。
        参考文献:
        [1]沈倩,周江.现代建筑房屋结构优化设计应用[J].绿色环保建材,2019(04):84+86.
        [2]任志青.房屋建筑工程结构优化设计探究[J].河南建材,2019(01):146-148.
        [3]徐峰.房屋建筑结构设计中建筑结构优化设计方法的应用探讨[J].门窗,2015(03):117-118.
        [4]沈汝伟.对建筑结构优化设计的探讨[J].煤炭技术,2011,30(04):242-244.
        [5]陈家模,陈玲霞,苗丽.建筑结构优化设计研究[J].工程建设与设计,2008(07):44-47.
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