浅谈结构优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用

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  摘要:随着科学技术的发展和市场经济的进步,人们对于不同商品的需求量也不尽相同,造成了市场上经常会出现供不应求或者供大于求的局面。在建筑行业中,这种现象主要体现在建筑耗费的成本日益增加,工程利润不断降低。工程施工企业工作中,只有通过不断降低建筑在结构设计中的成本,才能够获得最大的经济效益。就这一角度出发,优化结构设计、降低结构成本已成为工程企业研究和探索的焦点话题,也是整个工程质量得以保障的核心环节。本文就结构优化设计要点入手分析,阐述了其在房屋结构的具体应用要点,探索了其应用意义。
  关键词:结构设计;建筑设计;房屋结构;优化设计
  自从改革开放以来,我国市场经济体制日益完善,建筑市场竞争也越来越激烈,这就使得建筑行业施工成本日益攀升。在这种设备背景下,建筑工程施工人员利用结构优化技术的方法来对建筑结构进行设计,对资源进行合理配置已成为提高建筑经济效益的主要手段,也是现代化建筑工程中备受人们关注和重视的工作环节。这种结构优化技术的应用一方面为房屋结构建设指明了发展新方向,也为现代化社会发展提供了充足的能源保障。
  一、结构优化设计概述
  随着我国建筑事业的不断发展,越来越多的高层建筑拔地而起,为建筑行业发展指明了新方向的同时也为房屋结构设计工作开展提出了艰巨挑战。截至目前的建筑工程项目中,工作人员如何有效的提高房屋结构的可靠性、经济性已成为一个世界性话题,也是建筑业内人士研究的重点话题。另外,随着建筑市场的发展和建筑材料的不断涌现,更多的新兴建筑材料被应用在房屋结构设计中,起到越来越重要的作用,同时也造成了传统的房屋结构设计方法的滞后和落伍,无法满足目前时代发展需要,这就需要我们在工作中进行优化,从而发挥出应有的设计目标。
  1、结构优化设计
  所谓的结构优化设计是指工程结构在满足相关约束条件的基础上,按照预定的目标求出最优化的设计方案和设计策略,以实现最大经济效益。在一个建筑结构设计工作中,其主要的工作环节大致可以分为假设、分析、核对、重新设计几个方面。其中能够重新设计的主要目的在于选择出一个科学、经济、合理的方案,但是它在应用中只是一个分析的环节。
  2、结构优化设计构成
  房屋结构优化设计是一个综合化、系统化的工作环节,其在工作中包含有建筑结构数学模型的优化设计、变量优化设计、目标函数设计和约束条件分析等环节。
  二、建筑结构优化的主要方法
  在目前的建筑工程项目中,机构设计有优化的方法与应用结构优化的方法是相互依存和促进的发展关系。随着近年来房屋工程建设力度的加大,建筑工程施工项目越来越受到人们的关注与重视,尤其是在工程项目中,我们对于建筑工程施工结构方面的优化通常还是从两个方面进行的,其中房屋工程的部分优化模式包括对结构设计方案的优化、房屋屋盖系统方案的优化、维护结构方案的优化以及结构细部优化等等。在目前施工项目中,我们最为常见的优化体系和优化措施主要有以下几种。
  1、保障设计工作的美观性
  赏心悦目在目前的建筑工程项目中越来越受到人们的关注,这也是建筑结构美观性得以保证的关键环节。在这种建筑工程环节中,建筑设计、建筑结构设计以及建筑作用设计都是一种全面系统优化的结果。在这种结构条件下,结构设计通常都是以追求实用、经济、美观和便于施工为主要目的的结构模式。因此在设计中通常也都是从这几个方面入手去分析与完善的。这种设计模式的主要意义在于以经济方式的发展和前进为基础,从而在工作中实现了房屋结构的系统化、全面化发展模式。
  2、模型设计优化
  在房屋结构设计优化工作中,通常情况下在设计中对要遵循一切从实际出发的优化与设计原则,并且在工程项目中我们需要布置一套系统化的管理模式,同时还需要根据我们目前存在的相关情况和工作模式进行系统化的管理与总结,从而使得工程环节中的设计意图和设计宗旨都能够达到最佳标准和要求。在目前的建筑工程结构设计优化工作中,对于建筑结构设计影响最大的设计模式和变动方式都是以函数确立为主的工作模式,在工作中通常都是运用科学、有序的管理模式和管理技术来进行分析,并且要根据结构的整体性、全面性优化手段来系统深入的进行总结和完善。
  三、结构设计优化技术的实践应用
  在目前的工程结构设计过程中,除了在工作中需要考虑到设计对象的基本使用功能和安全、可靠性之外,还需要考虑到在设计工作中将设计对象做的尽善尽美,这也是工程和结构优化设计工作中最值得我们关注和重视的话题。用科学的话语来描述就是在工作中利用确定的数学方法将所有可能涉及到工程环节的方案进行稽核,搜索出其中能够满足预定目标且最令人满意的设计方案。
  (1)结构设计优化应注意前期参与
  因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资,而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与,建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性,但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响,某些方案可能会增加结构设计的难度,并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期,结构优化设计就能参与进来,那么我们就能针对不同的建筑类别,选择合理的结构形式,合理的设计方案,获得一个良好的开端。
  (2)概念設计结合细部结构设计优化
  概念设计应用于没有具体数值量化的情况,例如地震设防烈度,因为它的不确定性,计算式难免与现实有较大的差异,在进行设计的时候就要采用概念设计的方法,把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法,达到最佳的效果。
  四、结构设计优化的现实意义
  (1)结构优化设计降低总造价
  进行结构优化设计中,多层住宅和高层住宅相比较,层数越多,总建筑面积增大,单位建筑面积占用的土地面积就越小,节约了用地成本,但建筑层数的增多,建筑总高度也会加大,楼与楼之间的间距也要加大,这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。另如屋盖部分,一栋楼只有一个屋盖,并不会因为层数的增加而有所改变,它的成本下降会比较明显。
  2)进行结构设计优化提高建筑结构经济性
  建筑的层高增加,由于墙体面积和柱体积增加,结构的自重会增加,基础和柱的承载力相应增加,水卫和电气的管线会加长;相反降低层高,可节省材料,有利用抗震,同时建筑的总高度减小,两建筑之间的日照距离就会减小,间接的节约了用地。
  五、结束语
  与传统的结构设计相比,采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。优化方法的技术性实现,可以最合理的利用材料性能,使建筑结构内部各单元得到最好的协调,不仅可以实现建筑美观、实用,而且在造价方面也有较大的节省,达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。
  参考文献
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