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試析結構設計優(yōu)化技術在房屋結構設計中的應用
結構設計優(yōu)化方法和技術的應用具體體現(xiàn)在房屋工程結構總體的優(yōu)化設計和房屋工程分部結構的優(yōu)化設計兩方面，下面是小編搜集整理的一篇探究結構設計優(yōu)化技術應用的論文范文，歡迎閱讀查看。
【摘 要】建筑結構的造價在建筑工程中占有較大的比例，結構設計優(yōu)化技術的應用可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。建筑設計部門和設計人員應嚴格遵守“經(jīng)濟、適用、合理”的設計原則，精心設計，應用現(xiàn)代化科技手段，選擇合理的建筑結構設計方案，實現(xiàn)降低建筑工程造價并取得最大經(jīng)濟效益的目的。
【關鍵詞】結構設計;建筑結構;優(yōu)化技術
一、結構設計優(yōu)化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協(xié)調(diào)密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優(yōu)化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結構安全、經(jīng)濟、合理，成為實際意義上的"經(jīng)濟適用"房。從建筑上分析結構設計優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結構的優(yōu)化設計和房屋工程結構總體的優(yōu)化設計量方面。
房屋工程分部結構優(yōu)化設計包括：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發(fā)的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結構優(yōu)化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應力集中現(xiàn)象。
二、建筑結構設計優(yōu)化方法的應用及實踐價值
1、結構設計優(yōu)化方法的應用
結構設計優(yōu)化方法和技術的應用具體體現(xiàn)在房屋工程結構總體的優(yōu)化設計和房屋工程分部結構的優(yōu)化設計兩方面。其中房屋工程分部結構的優(yōu)化設計包括：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包含選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，并應在滿足設計規(guī)范和使用要求的前提下，結合具體工程的實際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟效益的目標進行結構優(yōu)化設計。
2、結構設計優(yōu)化方法的實踐價值
筆者認為，在滿足建筑結構長遠效益的前提下，應盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設計相比，采用設計優(yōu)化技術可以使建筑工程造價降低5%～30%。優(yōu)化技術的實現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結構內(nèi)部各單元得到最好的協(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計進行合理的決策，優(yōu)化技術是實現(xiàn)建筑設計的“適用、安全和經(jīng)濟”目標的有效途徑。
三、民用建筑結構設計與經(jīng)濟性的關系
1、結構設計與用地的關系
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，單位建筑面積所分攤的房屋占地面積就越少。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。
2、結構設計與造價的關系
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構卻是不同的。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數(shù)增加而明顯下降。基礎部分，各層共用基礎，隨著層數(shù)增加，基礎結構的荷載加大，必須加大基礎的承載力，雖然基礎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。承重結構，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強承載能力和抗震能力，這些分部結構的單位建筑造價將有所提高。
3、高層住宅結構設計與經(jīng)濟性的關系
住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結構的自重，會增加基礎和柱的承載力，并使水衛(wèi)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。
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、基礎、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。考慮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。
四、結構設計優(yōu)化技術在建筑結構設計中的應用
1、直覺優(yōu)化(概念設計優(yōu)化)技術與建筑結構設計
對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計;確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法;分析過程中設計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規(guī)律指導下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。
2、概念設計處理的實際建筑設計問題
概念設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計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼耍治鋈绾螒督ㄖ锟赡茉庥龅母鞣N不確定因素成為概念設計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構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盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產(chǎn)生不利影響的重要手段。
五、結語
建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構師在保證安全性的前提下，當然應該敢于挑戰(zhàn)新的結構形式，使建筑師的意圖得以實現(xiàn)。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規(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。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通;能不使用轉(zhuǎn)換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應力集中;豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應力集中現(xiàn)象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。
參考文獻
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