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房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用

2015-10-31 02:44:32李穎芬
建材與裝飾 2015年20期
關(guān)鍵詞:房屋結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李穎芬

(鶴山市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東江門 529700)

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用

李穎芬

(鶴山市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東江門529700)

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,建筑業(yè)也不斷發(fā)展。對(duì)于現(xiàn)代建筑而言,只有合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,由于人們生活水平的日益增長(zhǎng),對(duì)建筑的外觀要求也越來(lái)越高,這給建筑業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。本文主要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,進(jìn)行了相關(guān)研究,根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段的建筑發(fā)展和社會(huì)國(guó)情,分析了房屋結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題,并提出了相關(guān)建議和具體的應(yīng)對(duì)措施。

建筑結(jié)構(gòu);優(yōu)化方法;房屋結(jié)構(gòu)

由于強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)背景,使得建筑行業(yè)在技術(shù)上面臨著巨大考驗(yàn),特別是優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,其好壞直接影響建筑物的質(zhì)量[1]。此外,采用優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可以提高資源利用率,降低開(kāi)發(fā)商的投資成本,減少浪費(fèi),節(jié)約資源,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此,在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要采用優(yōu)化方法來(lái)滿足建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及觀賞性。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用意義

近年來(lái),房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)一直在不斷完善,為了迎合市場(chǎng)需要,只有通過(guò)采取優(yōu)化方法才能在取得利益的同時(shí),達(dá)到成本控制[2]。①建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,可以有效提升房屋質(zhì)量,使房屋的外觀更具有觀賞價(jià)值。②通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以合理配置資源,節(jié)約成本,提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí),通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為建筑施工過(guò)程提供了科學(xué)的施工方法,保證了房屋設(shè)計(jì)的合理性??傊ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義重大。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

2.1在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意前期參與

目前,很多建筑師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都忽視前期方案的參與,使得建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到很大影響,尤其是在合理性和可行性方面都有很大偏差,從而影響建筑的整體質(zhì)量[3]。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期參與對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有著重大意義,不僅保證了建筑質(zhì)量,還降低了施工難度,減少了成本投資,為整個(gè)房屋設(shè)計(jì)都打下了良好基礎(chǔ)。

2.2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

一般來(lái)說(shuō),為了避免一些突發(fā)事件的影響,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,都應(yīng)采取概念設(shè)計(jì)的方法,減少計(jì)算誤差,確保設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度。在采用概念設(shè)計(jì)時(shí),需要將數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù),要求設(shè)計(jì)人員結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,取得理想的設(shè)計(jì)效果。

2.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大,因此,在對(duì)地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí),要根據(jù)施工條件和地質(zhì)情況來(lái)決定優(yōu)化方案。為了減少資源浪費(fèi),避免充分工程,可以采取設(shè)定多種方案,通過(guò)多方面的比較,最后決定最適合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[4]。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的具體應(yīng)用步驟

3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

主要通過(guò)三個(gè)步驟完成:①選擇設(shè)計(jì)變量。通常情況下,都會(huì)把對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生主要作用的參數(shù)選為設(shè)計(jì)變量,其他對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響不大或只是針對(duì)局部設(shè)計(jì)的參數(shù)作為預(yù)訂參數(shù),這樣的做法可以有效提高設(shè)計(jì)的效率,減少工作量;②確定目標(biāo)函數(shù)。選用一組滿足預(yù)定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率,達(dá)到減少成本的作用[5];③確定約束條件。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,主要包括尺寸約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束和結(jié)構(gòu)體系約束等。要達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì),必須比較房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際的約束條件與目標(biāo)約束條件,從而保證各約束條件都符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.2確定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法

由于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作,在優(yōu)化方面,需要考慮復(fù)雜的多變量和多約束非線性等問(wèn)題,在計(jì)算過(guò)程中,通常是將有約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題求解。一般都利用復(fù)合形法、拉氏乘子法和Powell法等優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

3.3程序設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)方面,不僅要考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法,還要編制功能齊全、運(yùn)算速度快的綜合程序。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類型

房屋結(jié)構(gòu)形式的選擇對(duì)于建設(shè)模式有著重大影響,一般都是采用以下三種結(jié)構(gòu):

4.1.1短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

所謂短肢剪力墻結(jié)構(gòu),就是以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托,主要運(yùn)用在高層建筑。這種結(jié)構(gòu)在抗震功能和配筋率上明顯高于普通剪力墻,由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋使用數(shù)量不多,所以在應(yīng)用時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)考慮。

4.1.2框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)具有布局靈活性強(qiáng)和造價(jià)成本低的優(yōu)點(diǎn),由于柱截面較大,形成的柱角凸出部位會(huì)影響屋內(nèi)美觀,所以不建議采用。

4.1.3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)就是結(jié)合以上兩種的功能,即在框架結(jié)構(gòu)中進(jìn)行剪力墻的布置,在布置過(guò)程中要注意合理性,該結(jié)構(gòu)具有適用能力強(qiáng)和抗側(cè)力較好的優(yōu)點(diǎn),而且可以靈活抵擋各種變形。

4.2細(xì)部?jī)?yōu)化

4.2.1抗震縫的處理

由于抗震縫以往的標(biāo)準(zhǔn)不能避免碰撞,因此,要增大抗震縫的間距,保證房屋結(jié)構(gòu)的安全性。

4.2.2懸挑梁的設(shè)計(jì)

當(dāng)出挑長(zhǎng)度較短時(shí)與挑板不同時(shí),挑梁的自重占總荷載的比例較小,懸挑梁作成變截面難以減輕自重,且施工難度較大,因此,適合做成等截面。但是對(duì)于外露的大挑梁可結(jié)合實(shí)際情況做成變截面,增加建筑美感。

4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息優(yōu)化技術(shù)

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程比較繁瑣,不能采用單一的方法,需要借助優(yōu)化軟件來(lái)提高工作效率。可以采用TBCAD系統(tǒng),該系統(tǒng)的優(yōu)化處理通過(guò)兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行,包括材料的分配調(diào)整和構(gòu)件強(qiáng)度。其中,對(duì)材料的分配調(diào)整時(shí),為了達(dá)到側(cè)向剛度的要求,使用最少的混凝土,系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)間段的目標(biāo)函數(shù)是混凝土的使用量,而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計(jì)的變量。其次,對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的優(yōu)化是通過(guò)對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整,在達(dá)到構(gòu)件的強(qiáng)度要求的同時(shí),還降低了結(jié)構(gòu)的造價(jià)。

4.4材料的優(yōu)化選擇

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳效果就是用最少的成本做出高質(zhì)量的建筑,這就要求重視對(duì)材料的優(yōu)化選擇。在選擇過(guò)程中,要控制好鋼筋與混凝土強(qiáng)度的配比,充分發(fā)揮材料的優(yōu)化作用。

5 案例分析

5.1工程概況

以某房屋建筑為例,從各方面分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法,房屋的具體信息詳見(jiàn)表1,建筑框架結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

表1 某房屋建筑的基本信息

圖1 某房屋建筑框架結(jié)構(gòu)平面圖

5.2房屋結(jié)構(gòu)體系的選擇

由于該房屋結(jié)構(gòu)主要考慮的是框排架結(jié)構(gòu),因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),采用的是單向鋼架(橫向)結(jié)合支撐(縱向)的體系。在設(shè)計(jì)主框架結(jié)構(gòu)時(shí),以等截面的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)夾層梁和屋面梁。

5.3夾層樓面次梁的設(shè)計(jì)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,以平面結(jié)構(gòu)模型為框架模型。對(duì)于夾層樓面次梁的設(shè)計(jì),主要分兩個(gè)步驟:①夾層處按照空間建模,樓面梁按照非組合梁計(jì)算;②磁療采用鉸接連接,設(shè)計(jì)參數(shù)都要控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5.4墻梁的設(shè)計(jì)

為了減少成本,節(jié)省鋼量,在墻梁設(shè)計(jì)時(shí),可以采取減薄鋼板厚度的方法來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求。

5.5系桿支撐系統(tǒng)的設(shè)置

該工程的柱頂采用的是圓管作為系桿,吊車梁標(biāo)高處采用的是吊車梁作為系桿,這樣的設(shè)計(jì)可以明顯減少柱平面外的計(jì)算長(zhǎng)度,降低難度。系桿支撐系統(tǒng)的設(shè)置還要根據(jù)變化適時(shí)調(diào)整支撐截面。

6 結(jié)束語(yǔ)

鑒于人們的審美意識(shí)逐漸增強(qiáng),建筑物不僅要具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn),還要具有觀賞價(jià)值,滿足市場(chǎng)需求。通過(guò)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以有效提高建筑物的美觀程度,值得廣泛應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

[1]劉清華.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2014(6).

[2]景毅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析[J].科技資訊,2014(27):36.

[3]王也.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居,2013(9):81~82.

[4]王小引.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].江西建材,2015(5):24.

[5]王勝飛,王永標(biāo).房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014(33):142.

TU318

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1673-0038(2015)20-0003-02

2015-4-2

李穎芬(1987-),女,助理工程師,本科,主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

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