對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

1、<p>　　對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討</p><p>　　摘要:隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速增長，促進(jìn)了城市化進(jìn)程步伐，而建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)建筑本體功能與建筑投資成本的關(guān)鍵手段。隨著國家建立節(jié)約型社會(huì)理念的不斷深入，建筑的需求者與供應(yīng)者都對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是節(jié)約工程造價(jià)的一個(gè)重要手段， 同時(shí)也關(guān)系著建筑物的安全性以及投資效益最大化的實(shí)現(xiàn)。 </p>&l

2、t;p>　　關(guān)鍵詞:優(yōu)化設(shè)計(jì);建筑結(jié)構(gòu);方案 </p><p>　　Abstract: with the rapid growth of the economy, promoting the urbanization process pace and the building structure optimization design, is the realization of building onto

3、logy function and construction investment cost of the key method. Along with the national building economical society concept unceasingly thorough, building to connect to building structure and providers of optimization

4、design put forward higher request. Building structure optimization design of project cost is to save one of t</p><p>　　Keywords: optimization design; Building structure; scheme </p><p>　　中圖分類號：T

5、U318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的突出表現(xiàn)和最終目的， 是為了降低工程的造價(jià)， 這是比較狹義上的說法，但是在現(xiàn)實(shí)中對建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，主要指的是廣義的說法，在降低工程造價(jià)的同時(shí)，保證其建筑的安全性，在利益最大化和質(zhì)量保證中找到一個(gè)最優(yōu)的平衡點(diǎn)，這就是目前建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義所在

6、。 </p><p>　　1.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概述 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑工程的決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在建筑工程的決策階段，確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的總體目標(biāo)，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，確定每一個(gè)子系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局；在建筑工程的建設(shè)階段，以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為建設(shè)原則，組織建設(shè)

7、好每一個(gè)子系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。決策階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，3個(gè)階段互相驗(yàn)證、互為補(bǔ)充、缺一不可。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求:功能性建筑是人類的基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的終極目標(biāo)就是為了滿足人類對物質(zhì)生存環(huán)境的最大化需求。 </p><p>　　2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法 </p><p>　　賞心悅目的建筑是建筑的美觀與

8、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)追求適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理，成為實(shí)際意義上的"經(jīng)濟(jì)適用"房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在建筑工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和建筑工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)量方面。 </p><p>　　2.1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案 </p>

9、<p>　　在設(shè)計(jì)模型已經(jīng)優(yōu)化后，工程師可以在概念、經(jīng)驗(yàn)和估算的基礎(chǔ)上借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行可靠的分析計(jì)算，經(jīng)過多次計(jì)算比較和調(diào)整，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理和經(jīng)濟(jì)。在利用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，要注意以下問題：不能盲目的依賴計(jì)算機(jī)-對于輸入的幾何圖形，構(gòu)件尺寸、荷載數(shù)據(jù)等應(yīng)認(rèn)真核對、力求準(zhǔn)確無誤，對計(jì)算參數(shù)的選取要正確合理，注意實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型的差異。最后可以利用程序的工程量統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)形式的對比，以找出最優(yōu)方案。

10、</p><p>　　2.2進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。根據(jù)基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型和選擇的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，編制功能齊全、運(yùn)算速度快的綜合程序。 </p><p>　　2.3結(jié)果分析。對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　在執(zhí)行以上步驟的過程中，必須要全方位、多角度考慮方方面面的問題。這主要是因?yàn)榻ㄔO(shè)投資是一項(xiàng)耗資巨大的工程，涉及到的方面比較復(fù)雜，因此必

11、須進(jìn)行總法規(guī)和考慮，不能僅僅為了節(jié)約資金投入而忽視了設(shè)計(jì)的優(yōu)化作用。要正確處理技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的對立統(tǒng)一是控制投資的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)中既要反對片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約，忽視技術(shù)上的合理要求，使項(xiàng)目達(dá)不到功能的傾向，又要反對重視技術(shù)，輕經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)保守浪費(fèi)的現(xiàn)象。 </p><p>　　3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是市場經(jīng)濟(jì)條件下對資源配置提出的新要求。經(jīng)濟(jì)性是指通過

12、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化的節(jié)約各種材料資源，達(dá)到減少建設(shè)成本的目標(biāo)。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能科學(xué)合理的減少材料的使用量，節(jié)省建設(shè)材料使用成本。 </p><p>　　建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利于抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了

13、用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)

14、化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。 </p><p>　　4.工程概況及應(yīng)用實(shí)例 </p><p>　　麗翠苑住宅小區(qū)位于中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建筑面積約57674.79m2，由5層裙樓及32層塔樓組成，裙房平面尺寸為76.65m×63.62m，塔樓平面尺寸為37.65m×32.6m，將地下二層按規(guī)范要求的

15、嵌固構(gòu)造處理，使其作為上部的嵌固端，嵌固以下埋深7m，以上99.8m（結(jié)構(gòu)計(jì)算高度）。建筑總高度為106.8m（未包括出屋面的電梯，樓梯間的高度）。該結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則，在裙樓五層處進(jìn)行高位轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應(yīng)，主樓部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅考慮豎向荷載效應(yīng)，還要考慮水平地震作用及風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計(jì)使用

16、要求以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計(jì)要求，裙房結(jié)構(gòu)承重體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，主樓采用剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。本建筑結(jié)構(gòu)在主樓抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)中，剪力墻主要承擔(dān)水平作用，框架承擔(dān)少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀不規(guī)則，因樓梯、電梯間均設(shè)置在核心筒內(nèi)，為提高主樓結(jié)構(gòu)的抗扭能力，剪力墻結(jié)合樓電梯間在主樓范圍內(nèi)采取了加強(qiáng)處理，具體厚度根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。 在主樓剪力墻的布置中

17、，盡量按照下部轉(zhuǎn)換柱的所在位置來設(shè)置，以避免二次轉(zhuǎn)換及盡量減少需要轉(zhuǎn)換的剪力墻，經(jīng)過多輪的調(diào)整后，將原來方案中需要轉(zhuǎn)換的剪力墻減少了四條，使轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)大為減少，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，對經(jīng)濟(jì)性亦有提高。 </p><p><b>　　5.結(jié)束語 </b></p><p>　　綜上所述，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低工程造價(jià)是控制工程投資的一個(gè)有效途徑,而正確處理技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的對立

18、統(tǒng)一是控制投資的關(guān)鍵。對建筑工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)師們共同的目標(biāo)，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)比較科學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，不能片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約投資,而降低技術(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),又要反對重技術(shù)、輕經(jīng)濟(jì),設(shè)計(jì)保守浪費(fèi)的現(xiàn)象。 因?yàn)橛绊懝こ淘靸r(jià)和建筑質(zhì)量的因素有很多，所以在實(shí)際的建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個(gè)細(xì)節(jié)上都力求優(yōu)化， 只有這樣才能實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的，以更好的服務(wù)于我國建筑業(yè)的發(fā)展。 </p><

19、;p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)，2009(4). </p><p>　　2.張紅友.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少建筑投資成本[J]. 陜西建筑，2008(11). </p><p>　　3.高立人,方鄂華,錢稼茹.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2005. <