建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

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  【摘要】建筑结构设计的优化方法随着建筑设计的研究发展已经取得了长远的进步,本文重点对建筑结构设计的优化方法进行了详细的分析,并在此基础上分析了该方法在结构设计过程中的应用,供相关设计人员参考。
  【关键词】结构设计;优化方法;房屋
  一、前言
  目前,虽然房屋结构设计已经较为科学化,但是依然存在着若干问题,因此有必要对目前存在的房屋结构设计进行优化,以此来改进房屋在施工和使用过程中存在的问题,以提高房屋的稳定性。
  二、建筑结构优化设计的要求
  1、体现绿色设计内涵,满足环保理念
  近年来,国家对于每一个行业都提出了可持续发展的要求,因此在行业发展的过程中,节能也是其中非常重要的方面。在建筑结构设计的优化环节,可采用节能的原材料,从建筑的整体框架中进行着手,最为典型的措施包括排水硬件设备的优化以及门窗材料的环保优化等。因此通过对建筑结构进行优化,可以在满足建筑的基本功能的需求上减少建筑的能源消耗,以及降低建筑的“二次污染”导致的危害。
  2、控制结构优化设计的经济性
  如今,随着节约型经济发展的提出,建筑结构在设计的过程中,质量和经济是紧密结合在一起的。在建筑结构优化的过程中,一方面需要考虑建筑的质量以及安全性,另外一方面也需要考虑到建筑的成本,而优化设计也需要以技术为基础,不能忽略最根本的因素。
  3、将各种安全要素考虑周全
  建筑结构在优化设计时,一个最起码的要求便是安全性。对结构的功能、经济等方面在进行建筑结构优化的过程中,安全性是最为重要的组成成分。目前很多设计人员在考虑建筑的功能以及经济方面的问题时,并没有考虑到建筑的安全性能,这样的设计无疑是顾此失彼,甚至违背了建筑最为根本的设计原则。
  4、满足结构优化设计的功能需求
  从建筑的本质而言,建筑设计的目的是为客户提供最为优质的生活以及娱乐条件。随着社会经济的快速发展以及人们消费水平的提高,建筑的功能也出现了新的变化,所以从现代建筑的设计来讲,美观和实用性是优化方面非常重要的因素,但是这些因素都是基于结构设计的优化。
  三、房屋建筑结构设计优化的具体方法
  1、地基是建筑结构的基础
  地基对建筑物的稳定性起着决定性的作用。在进行建筑结构的地基设计时,要因地制宜,具体情况具体分析。对建筑结构地基的设计的优化首先是要选择合理的优化方案,如果是基础较深,那么就需要对拟建工程施工现场的地质情况进行全面仔细的勘察,然后再综合其他现场场地的各种因素进行基础选型及埋深等设计。
  2、砌体结构的设计优化
  砖砌体在房屋建筑结构中主要担负着抵抗侧向位移和承重的作用,它的布置方式较为多变,但是在跃层结构或受力过大的结构中并不适宜。通常应该对其进行以下方面的优化:优化平立面结构,保证建筑形体的规则性,抗侧力构件平面布置宜规则对称,侧向刚度沿竖向宜均匀变化。纵向抗震墙体在建筑整体中,必须保证有三条以上,合理规划门窗的开口规格,一般要将宽度控制在2m或2m以下,这样的设计有利于增加建筑结构的稳固性。
  3、建筑底部剪力墙的设计优化
  处于房屋建筑底部位置的框架剪力墙因为具有竖直方向抵抗侧力部件的不连续性,所以就增加了受力出现不平衡的因素,因此增加了对建筑平面的设计要求。在设计中,应该尽最大可能将承重墙放置于框架梁之上,如果受到具体条件限制而只能放置于次梁时,就必须要将主梁与框架梁的钢筋配置适度增大,使放置承重墙的楼板厚度增加。同时,在设计中需要楼板错层时,必须要慎重,而且是在选用质量较轻的板层填充材料时才可以进行这样的设计。
  4、剪力墙的设计优化
  对剪力墙进行优化设计,其中连梁是最为重要的环节。如果将连梁的刚度增加,就一会产生增加建筑结构地震作用的情况,同时也就造成了连梁与墙肢的内部受力分配大幅度增加,这种情况下就应该将此处构件的钢筋配置适度增加,从而使建筑材料避免不必要的浪费。所以,在进行房屋建筑结构的设计时,不应该选择将大刚度窗下墙当做连梁的设计。应该选择的设计方式是把连梁设计成刚度与截面较小的弱连梁,并且在达到结构的刚度与变形程度要求的条件下,进行经济与变形能力等多方面思考,对构件进行合理的布置。一般来说,剪力墙设计越多,建筑结构也就具有更大的抗侧力,从而减少建筑结构的位移,却导致了地震力的增大。基于以上的考虑,进行剪力墙的设计时必须要掌握对称、分散和均匀的基本理念,以水平位移限度为准来控制剪力墙的数目。
  5、房屋建筑结构细部设计优化
  进行建筑结构的设计优化,不但要关注整体设计,也应该对各个细部结构部件的设计给予重视,比如进行现浇板的设计时,为了达到去除拐角裂缝与结构受力均匀的目的就需要将异形板划分为矩形板。对于建筑结构底部的框架抗震墙的钢筋配置通常较大,如果在材料选用上使用冷轧带肋钢筋则能够适当减少钢筋配置,从而更加便于施工和达到控制工程造价的目的。在有关设计技术优化方面,也可以增加对现代化高科技的利用。如今计算机仿真优化设计形式已经在建筑工程设计行业得到了广泛的运用,基于计算机软件对设计思路进行模型化的分析,更加直观而准确。因此人工设计配合计算机的运用进行房屋建筑工程的设计优化应该得到更加有力的推广。
  四、建筑结构优化在房屋结构设计中的实际运用
  1、整体优化和局部优化。项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性来看,其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等,每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时,设计人员应对各个下属系统进行优化,将各个布局间的横向关联冲破,叠加工程;以复杂性看来,其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以,对于任一房屋建筑来讲,就应从整体进行优化,方可实现真正的设计优化。
  2、 优化和分阶段优化。优化和分阶段优化是设计过程中的一个非常重要的方面,由于设计师从多个方面共同着手,因此在优化的过程中可以针对每一个方案进行优化,设计人员按照各个阶段的特征进行方案的挑选,从而实现对整个工程的寿命优化,既保证了施工的质量,也增加了企业的经济效益。
  3、桩基础优化。桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。在房屋建设的过程中,在进行灌注桩的施工中,由于灌注较难控制,而且施工的操作较为复杂,因此在设计的过程中需要有多方面的考虑。应利用预制桩进行施工。由于施工中桩基的不断深入,而其中的摩擦也在不断的增大,所以,应尽量选取长度较大的预制桩。
  4、对上部结构进行优化。想要对房屋建筑上部结构进行模型建立及优化,首先应合理布设剪力墙。保证剪力墙的质量均匀,使对称楼层的平面刚度中心点同楼层的结构重心相重合,从而削减地震、风力等外部荷载作用的扭转影响。假如房屋类型允许,尽可能应用大开间的剪力墙构造,同时增加剪力墙的墙肢长,这样,不但可以缩减墙肢的数量,同时还能够在保证刚度符合标准的基础上降低混凝土使用数量。
  五、结束语
  综上所述,本文重点对房屋结构优化的具体措施进行了详细的分析,在此基础上针对建筑结构的优化细节进行了探索,最后针对民用建筑的结构设计提出了相应的优化措施,目的是提高建筑设计的科学性。
  参考文献
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