建筑结构优化设计

建筑结构优化设计（通用12篇）

建筑结构优化设计 篇1

对于当前现代化的建筑结构设计优化来讲, 应当采取全新的理念和政策思想, 对传统的方式进行改进, 而合理并且科学化的设计防范不仅可以使得设计的技术标准更加严格, 同时还可以全面的降低建筑的经济性损失, 降低造价, 并且为后续管理工作的增强奠定坚实的基础。但是整个建筑结构设计优化是一个相当复杂并且对专业性要求较高的工作, 应当加强系统性的问题分析研究, 并且加强构建思想和构建方案的分析, 旨在增强技术方案的选择, 并且对内部局部设计进行改良, 以促进整体设计水准的不断改进。在实践的工作当中, 应当重点的分析建筑结构设计优化理论, 同时加强对现实意义的研究, 建立起相应的模型, 进而使得优化的步骤和思想得以实现。

1 建筑结构设计优化理论分析

当对具体的研究项目问题进行分析之时, 不仅应当针对设计的可靠性和安全性进行研究, 同时还需要对基本的建筑使用功能进行考虑, 尽可能的实现建筑设计的美观性和结构性, 进而促进整个项目的优化。所以, 在实践的工作之中不仅需要运用相关数学方式和数学理念, 加强原则的分析, 同时还应当对各种不同的设计方案进行综合性的比较, 最终得出最佳的、最优秀的设计方式, 进而满足预期的设计目标。

根据上述的分析, 也可以从中发现建筑结构设计优化的基本理念和思想, 而房屋的结构设计是相关优化方案在实践当中的最佳体现, 主要的设计范围包含有房屋的熊结构、维护结构、房屋建筑的细节部位设计方案以及整个框架系统等, 在实践之中还需要充分的考虑到整个建筑的造型、布局方案、选型原则以及受力等方面的情况, 结合造价的基本原则, 结合施工当地的环境以及资源状况, 给予最佳的设计原则, 并且在确保了房屋建筑功能性的基础之上力求促进经济效益的优化, 实现方案的改良。为了全面的适应当前时代的建设和发展, 针对建筑的基本结构类型和选型还应当进行必要的革新与改良, 对于设计技术人员来讲, 应当在确保了建筑结构具有安全性的基础之上, 考虑新的结构形式, 而对于设计工作来讲, 应当尽可能的依照设计的基本原则以及刚度中心的差异等等, 结合整个建筑规则和对称性的要求, 使得设计的意图和中心思想得到充分的展现。最后, 还需要针对整个建筑的荷载力情况进行分析, 避免建筑在承受外部巨大压力的情况之下产生扭转效应。在充分的满足了建筑的功能性条件和要求的基础之上, 力求促进建筑的竖向设计更加标准、更加科学, 使得承重件可以上下贯通。而在结构性的设计方案当中, 为了尽可能的减少分析方面的难度和结构方面的差异性, 还应当考虑懂啊经济性方面的指标, 避免使用转换层的设计结构, 对竖向的刚度进行严格的要求, 避免整个建筑出现应力过度集中的现象。

2 建筑结构设计优化的现实意义综述

根据上文针对当前建筑结构设计优化的基本理论和设计方案进行综合性的分析, 可以对实践操作当中应当注重的几点原则和整个建筑结构设计优化的思想有着全面的了解。在相关工作当中要想实现对结构性的全面优化, 还应当充分的了解到方案和体系制度的重大意义, 在满足了整个建筑美观性和功能性的基础之上, 合理的降低造价、科学的对整个建筑进行控制和管理。对于建筑的业主方面来讲, 降低工程造价、减少项目的投资并且获取最大的利益是一个共同的追求, 所以, 还应当全面的对建筑结构的可靠性、科学性以及安全性进行分析, 实现对结构的全面优化。

结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现:运用设计优化的技术能够降低建筑的工程造价 (6~35%) 。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调, 并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数, 还能够实现对建筑结构设计的经济性与实用性。

3 建筑结构设计优化的基本步骤

通常在对设计变量进行选择时, 我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数 (损失的期望C2和结构的造价C1) 和约束控制相关参数 (结构的可靠度PS) 等;然而还有一些影响不是太大, 其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数, 我们可以用预定参数来表示, 这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。在进行结构设计优化的时候, 我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数, 使得工程造价最少。

对于房屋的结构的设计优化来说, 必须确保结构的可靠度, 来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定, 设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候, 确保每个约束条件都必须满足相关要求, 以实现最佳的设计。在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化, 例如, 在现浇的混凝土异形的板料, 其拐弯处容易开裂, 我们可以简化成矩形板, 然后再合理的选择钢筋, 在满足其结构的基本要求条件下, 达到既安全又经济的目的。

4 结束语

综上所述, 对于现代化的建筑设计来讲, 不仅需要确保其基本的使用价值和功能性, 同时针对外观的设计还应当具有一定的美观性, 以进一步的增强整个建筑结构和设计方案的价值。另外, 便于施工操作、安全、可靠、实用以及经济, 是当前城市建设对于建筑项目的基本要求, 在实践的项目当中还应当全面的对整个项目的水准进行优化, 以求对空间和相关资源的合理利用, 尽可能的增强建筑的可靠性和安全性, 增强结构的合理性。随着人们的生活水准不断提升, 对于建筑的安全性和实用性要求也在不断的提高, 所以还需要充分的运用现有资源, 使得设计的水准和效益得到不断的增强。针对房屋的经济性设计, 需要在确保了安全性与合理性的基础之上, 加强整个结构的设计美观性, 对方案进行不断的优化, 促进工作的改进。

参考文献

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[2]刘成义.论建筑业在工业经济发展中的应用[J].现代商业.2008 (09) .

[3]朱长森.结合我国给排水工程浅谈给排水节水新技术的应用[J].经营管理者.2010 (19) .

建筑结构优化设计 篇2

首要要对建筑结构设计的重新认知，要提高建筑结构设计的优化技术，在进行建筑结构设计时提高对建筑质量的要求并且结合建筑的美观等问题。具体的表现在：设计师在设计建筑结构方案时，要结合建筑参数，对工程的目标进行一个预测规划，这样可以实现建筑工程中的资源经济控制，有利于建筑结构设计的优化设计工作，更好的实现工程建筑的目标；建筑结构设计要根据建筑的设计来确定最终的方案，根据固有的建筑面积最大限度的设计出结构的合理限度性以及空间的利用率，减少工程造价成本；而且由于建筑本身承担的功能作用就是安全稳定持久耐用，以及美观性，所以在进行建筑结构设计时要考虑多方面的影响，包括建筑的整体功能，建筑的安全稳定，还有各种可以完善建筑的设计施工，在设计时综合对这些条件进行考虑设计，实现建筑结构设计优化的目的。

5建筑结构设计优化的应用方法分析

建筑结构设计优化是为了解决在建筑结构设计中经常出现的一系列问题，所以建筑结构设计在应用时要注重对结构设计技术优化的分析，建筑结构设计不是单一方案，是根据具体的建筑情况规划的多方案的结构方案，对于同一个建筑方案有着不同的建筑结构方法，这就使得在选择的过程中，不断地对比研究，重在完成高质量的同时减少资源的利用以及资金的节俭，最大限度的降低工程的造价，这就要求设计师在进行设计时，要具有较高的建筑结构设计经验和设计优化水平，科学合理地优化设计方案。同时在进行建筑结构设计时，也要注意结构应用技术优化的作用，在对设计师的培训选择中，注重对经验的要求，培养设计师的创造性，这样才能更好的进行设计的优化工作，实现建筑结构设计优化的技术与应用完美的结合。

建筑结构优化设计 篇3

【关键词】房屋建筑；结构设计；设计优化；研究分析

引言

针对建筑进行评价的指标比较多，同样的，针对建筑性能评价的指标也多种多样。一般的来讲合格的、高质量的建筑，外观应当是美观且大气，同时整个房屋建筑的基本结构完整、质量上乘，所使用的材料也相当考究。针对房屋结构设计的质量好坏、水平高低进行评价，对于整个建筑功能性的发挥以及整个建筑的后期使用均有着巨大的意义。所以，有必要针对房屋建筑的结构设计理念进行分析，对传统的设计理论进行优化和改良，以现代化的审美标准来提高房屋结构设计的水准，促进我国建筑事业和相关设计行业的不断发展。

1.房屋建筑结构设计优化理论分析

房屋的结构设计，专业性较强，并且还有极强的系统化和理论化的特征。一般的而言设计人员在进行房屋结构设计之时，需要考虑多项指标，不仅需要对美学指标、建筑使用功能的价值指标进行分析，同时还需要结合设计的实际情况和经济指标。建筑的功能性价值，指的是能够为人们所提供的最为基础的使用价值，诸如保暖、遮风挡雨、抵御外界的温度变化等等，而建筑的美学性指标，则主要侧重于整个房屋建筑结构设计的美观性和外观的整体性，保证各个细节的搭配合理、房屋的设计形式协调大气，能够给人以美的享受。所以，对于设计人员而言，结构设计是一项非常复杂的工作。也正是在上述四项理念的指引之下，设计人员需要从众多的设计方案当中选取最为科学、最为合适的设计方案，实现设计的项目目标。

房屋建筑的结构设计优化理论，主要的优化对象是房屋建筑的设计结构和设计的模式理念等，鼓励技术人员采用先进的设计工艺、科学的设计观念，保证最佳的设计效果。同时现代建筑的内部结构一般都很复杂，要想将各种复杂的部件有机的、完美的整合在一起，难度较高。具体一点来讲，建筑的结构设计优化方案需要将房屋的外围设计、房顶的设计、房屋细节部位的设计等等进行综合研究，同时需要很好的考虑到整个建筑结构的布局形式、整体设计的样式、建筑局部受力情况、价格指标等等，注重结构设计的社会效益、为企业带来的经济效益和对周边的环境效益。在保障了整体建筑结构稳定的前提基础之上，设计工作人员需要力求设计方案创新、大胆，设计思想超前，敢于在实践当中渗入的探索和改良，对基本的房屋结构设计优化方案进行不断的分析，结合其他工作人员的意见，不断的寻求设计上的突破。

对于房屋建筑来讲，平面结构应当平整且简洁美观，可以很好的反映和体现出建筑的对称性，尽可能的减少房屋刚性结构标准以及房屋平面建设施工质量之间存在的差异，另外，还需要考虑到房屋建筑局部部位承受的力量，确保房屋可以在承受巨大压力之时不至于出现结构扭曲的情况。在充分的分析并且满足居住人员的基本要求基础上，设计者还应当对建筑的承重结构进行细致的设计，采用贯通竖直的设计形式来增强房屋在侧向以及竖向方向之上的承受能力。最后，还需要考虑到房屋建筑的材料要求，保证设计方案符合经济要求。

2.房屋建筑结构设计的重要性

对于现代化的房屋建筑，结构设计优化重要性不言而喻。高质量的设计方案，可以使得房屋的实际使用价值大大提高，同时可以实现建筑的美学价值和经济价值升值，进一步的节省建筑原材料的损耗，有效的保护了周边的环境，为居住者创建了一个优美和温馨的家园。现代化的建筑项目讲究的是整体效益和综合效益，如何在建筑结构设计当中尽可能的节省开支、减少材料损耗，在确保了美观耐用、扎实稳定的基础上，全面满足不同层次、不同类型客户的功能需求，将是所有建筑企业所共同追求的。与传统的建筑结构设计方案和理念不同的是，现代化的建筑结构设计可以使得房屋建设成本进一步降低，对现有的材料进行充分利用，对布局形式和平面设计进行优化，并且对房屋内部各个不同的组成单元、组成部分进行巧妙的设计和重新组合，可以使得各个独立的部分各自之间紧密的衔接起来，发挥出共同的作用。同时，在对局部结构设计进行优化的同时，还可以使得建筑的安全性达到全新的标准。所以，房屋结构设计优化对于现代化的建筑企业来讲，必不可少、势在必行。

3.房屋建筑结构设计的优化方案

针对房屋建筑结构设计进行优化和调整，一方面需要对设计结构模型进行模拟分析，同时，还需要决定计算方式，根据事前分析的结果，选取最优秀、最适合的设计程序，保证设计质量。

3.1房屋结构模型的设计

首先需要设计出一个基本的、初步的结构模型。第一个阶段是选择变量，在一般情况之下一些常用的数据指标，诸如预期建设生产的损失参数、结构设计的目标参数、房屋的价格参数以及房屋建筑的结构可靠性参数等等，是重要的变量指标，同时也是房屋结构设计当中需要重点考虑的环节。设计人员应当采用考虑因素比较少的并且变化幅度较小的指标作为主要的衡量参考指标，这样整个房屋结构设计优化的难度就会大大降低、工作强度也会随之降低，设计者也就可以更加准确的找寻出最佳的设计方案。第二个阶段是确定相关的设计函数，设计者应当在大量的函数和指标当中确定得出与房屋的钢筋尺寸以及横截面积最为相应的一组函数指标，并且对各个组别的函数性质进行分析，力求降低工程成本。最后一个阶段是针对结构设计的条件进行衡量，由于房屋建筑自身的特点，对于耐用性和结构稳定性要求严格，所以设计者需要对房屋整体构架的稳定性、房屋尺寸、结构刚性、局部受力限制、房屋结构墙体的缝隙限制、结构变形限制、整体构架的体系规格系数、单元零件的规格指标、结构确定程度以及构件的可塑性等等进行分析。在实践之中还应当结合建筑的具体情况，分析、比较目标和约束条件，保证结构设计可以得到优化、可以符合相关需求。

3.2选择最优程序及统计分析

设计者在完成了上述模拟设计的工作之后，需要根据实际条件选择最佳的计算方式，选择最优设计程序，力求保证程序可以有最为齐全的用途、最为完善的功能、最为高效的运转效率等。最后，则需要对上述分析的结论进行统计和研究，认真的衡量、慎重的比对，从不同的角度思考问题，不可忽视人事利益、经济利益、施工材料成本以及各个施工技术之间的联系，站在综合平衡的角度之上，在节省了成本的同时，不可以忽视技术的改进，避免片面的追求经济效益，而忽视了技术创新方面的各项工作。

4.结束语

综上所述，房屋建筑的结构设计是一项专业性要求较高的工作，需要有严格的技术保障。最终的决策会受到多方面因素的影响，而在实践当中，美观性、舒适性、实惠性、耐用性和安全性是最为基本的设计原则，也是最为重要的设计指标，设计人员应当结合现有资源，合理的对结构设计方案进行优化，提升建筑效益。

参考文献

[1]李明.浅析建筑中结构设计优化以及建筑电气设计[J].现代工业，2012（6）

[2]王刚.建筑结构设计优化中节能措施的应用探讨[J].科技资讯，2012.2

建筑结构优化设计 篇4

1 建筑结构优化设计概述

优化设计, 实质上就是基于最优化理论, 选取计算机, 按照设计需要实现的性能目标, 构建目标函数, 在合理条件下制定最佳设计方案。建筑结构优化设计, 是智商就是在满足一系列规范条件的基础上, 确保建筑结构一系列指标 (刚度、重量、造价等) 实现最佳化的一种设计方案。优化建筑结构一般分为两种情况, 一种是在最开始设计的时候就以优化为主的去做建筑设计工作, 还有一个情况就是建筑设计图纸已经做出来了, 想做优化设计节省开发成本。这两种情况最终的目的都是节省开发成本, 优化设计的内容就是在符合国家建筑设计法规的前提下, 对设计中会产生的浪费进行优化设计。

2 建筑结构抗震设计的优化

建筑结构抗震设计优化过程中, 应当对多道抗震防线进行设置。就目前来看, 我国自然灾害发生率呈现逐年上涨的趋势, 如泥石流、洪水以及地震等, 因此对于建筑材料的抗土性、抗水性以及抗震性提出了更高的要求, 在建筑结构优化设计的各个阶段中, 应当充分考虑材料的价格、质量、品质以及环境适应程度, 以最小代价实现建筑结构的最大化功能。抗震结构体系, 主要由多个分体系共同组成, 同时由多个延性较好的结构构件协同工作。因为地震灾害发生之后, 经常会伴有多次余震, 抗震结构体系应当重视屈服区的建立, 还要确保耗能构件具有较强的刚度与延性, 在此基础上保证建筑结构可耗散、吸收大量地震能量, 进一步提升建筑结构的抗震性能, 防止地震发生时建筑结构出现破损、坍塌等不良状况。除此之外, 还应当对建筑结构构件的强弱关系进行合理处理, 保证建筑结构的稳定性、抗震性以及延性。

3 建筑结构优化设计的基本理念

建筑已经成为现代城市建设中必不可少的一个重要部分, 建筑结构优化设计的目标主要是为了满足人们在建筑性能方面提出的要求。现代建筑的功能已经不再局限于实用性, 还包括协调性、美观性、经济性以及舒适性等一系列元素。

现阶段, 我国大多数建筑工程在建设施工过程中, 经常出现建筑材料资源不足状况, 而建筑结构优化设计能够在很大程度上降低建筑原材料的使用量, 减少建筑工程建设资金成本。建筑结构设计的环保性也是人们当下所提出的重要要求, 就环保性而言, 建筑结构设计过程中, 首先应当考虑建筑使用者的健康, 在建筑结构设计中应当选取先进的环保材料及技术, 确保建筑材料的环保、无污染, 在具体设计中所采用的材料中一定不能有不良化学成分的出现, 为住户提供一个良好的居住环境。一定要采用防噪音干扰及防辐射的建筑材料, 确保建筑具有较好的环保性和舒适性。在建筑资源的材料选用方面, 最大可能的选择节能环保型材料, 最大限度地降低建筑施工能源消耗, 节约资源, 综合考虑建筑项目施工成本、使用功能、施工要求等方面的要求, 确保建筑能耗降低。

4 建筑结构设计优化的必要性

为了实现建筑结构优化设计, 建筑结构设计人员应当在确保结构稳定的基础上, 分析建筑结构整体概念, 选取科学、合理的优化设计方法, 实现工程造价的合理控制, 实现建筑结构设计经济最大化。与建筑结构传统设计理念、方法相比较而言, 先进的建筑结构设计理念、方法能够通过建筑结构优化设计进一步提升建筑资金周转率, 扩大建筑企业的经济效益, 降低企业的资金成本投入, 有利于建筑企业经济效益最大化。但是, 建筑工程实际设计中, 优化设计的落实容易受到诸多因素的制约;一方面, 大多数施工企业过于重视建筑工程的施工进度, 忽略了建筑资金成本的管理, 导致工程造价控制不合理, 还有一些建筑结构设计人员的责任意识淡薄, 缺乏清晰的建设结构设计概念, 经常发生计算偏差状况, 导致建筑结构设计不合理。另一方面, 由于建筑工程的任务重、时间紧, 设计师没有时间和能力进行设计优化的要求。随着建筑企业规模的不断扩大, 其内部管理范围更加复杂, 因此建筑企业应当将建筑结构优化设计等多种核心业务交由专业性人才负责, 只有这样才能够进一步提升建筑企业在市场中的核心竞争力, 建筑结构设计的优化, 可以达到节约材料、保护环境的目的, 符合国家“低碳、节能、环保”的理念, 利国利民, 更利于企业。为此, 为了满足人们对建筑结构优化设计的要求, 必须提高设计人员在在实际工作中对优化设计的认识和重视, 只有通过技术和经济效益的有效结合, 才能达到创造更大的社会效益的目的。

5 结束语

目前, 我国社会经济发展水平逐渐提升, 人们对于住宅性能提出了更高的要求, 科技进步和建筑材料推陈出新让建筑更富活力, 在建筑结构设计优化中更有空间。建筑结构优化设计, 能够在很大程度上控制建筑工程资金成本的合理使用, 还能够进一步满足建筑使用者对于建筑性能提出的要求, 确保建筑结构的安全性、合理性, 实现建筑工程经济效益最大化。

摘要：现阶段, 我国社会经济发展呈现良好的发展, 建筑工程项目的数量呈现逐渐增加的趋势, 规模也在不断扩大, 而且建筑呈现多样化, 但各类建筑所出现的相应问题, 近些年也渐渐进入人们的视野, 我国的建筑行业发展走向也受到了一定的影响, 我们该如何合理的优化设计建筑结构, 另一方面要求建筑结构的安全性和实用性, 是目前所面临的重大问题。本文就优化设计方法及优化结构问题两个方面, 展开了对高层建筑进行了研究分析。

关键词：建筑结构,优化设计的基本概念,优化设计的意义

参考文献

[1]邵伟, 惠秋景, 胡进.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].住宅与房地产, 2015, (No.40722) :77.

建筑结构设计优化工作总结 篇5

本工程位于山东淄博，地下一层车库，地上一二层营业、办公，三至十八层住宅，框架—剪力墙结构，平板式筏形基础。工程抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，地震基本加速度值为0.10g，剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为三级，设计使用年限为50年，地基基础设计等级为甲级。

本工程设计方案原为剪力墙结构，并已通过了建设行政主管部门的审查。考虑到下部楼层为营业和办公，在咨询过程中首先探讨采用框架—剪力墙结构的可行性和优点，配合设计单位对结构方案进行了调整，由剪力墙结构改为框架剪力墙结构，并合理的而布置剪力墙和框架柱，优化了地基基础的设计方法，通过多次的设计计算、分析比较、合理调整来满足规范规程的而要求，保证结构的安全性和经济性。

在结构施工图设计过程中，多次与结构设计人员交流沟通，统一了设计的做法和上机计算数据，事先控制保证了结构的施工图设计沿着安全、合理、经济的思路进行，使最终的结构施工图成果文件差错少、质量优、经济性好。

施工图绘制完成后，对结构设计的成果进行了审核，并提出了审核意见。配合设计方对施工图审查咨询中心的审核意见进行了修改，对部分审查意见与审查专家进行了沟通说明，修改后的施工图交付建设单位。

设计咨询工作和精益求精的结构设计保证了结构设计的技术质量和经济质量，达到了使营业、办公空间布置的方便合理，地下车位的增加，合理的混凝土用量，较低的用钢量等多方面效益。通过结构设计的咨询优化，给投资方带来了很好的效益，使投资方非常满意。

该工程现已进行了图纸交底与会审，并已开工建设。

建筑结构优化设计 篇6

关键词 结构优化设计；应用

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0125-01

1 结构设计优化的意义和方法

随着国内建筑业的发展，人们对建筑的美观实用性的要求越来越高，就需要对建筑结构的设计进行优化，房层设计的优化不仅能达到建筑物本身的美观，还能节约空间。对房屋建筑总造价也能达到比较突出的节约效果。这是每一位业主所希望达到的效果。在现阶段建筑业市场竞争比较激烈，要满足一栋建筑的长远收益，就必需对这栋建筑使用结构优化设计方案，保证科学合理地实现更大化的市场收益。

1.1 利用结构优化设计可以降低总造价

结构优化设计与传统结构设计相比，合理的利用设计优化方案可以使整栋建筑的总造价节省20%-30%。优化设计方案可以使每项建筑材料的性能发恢到优良标准，使它们之间更好的协调。可以有效的提高建设规范上面所规定的安全系数。最终做到舒适的安全的环保和节约用地的效果。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、经济和安全”目标的有效途径。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。

1.2 对房屋建筑进行优化设计可以提高建筑物的经济性

随着我国建筑物的高度增加，墙住体积和建筑本身的重量同时会增加，所承载的力相应增加，水电管理线设备也会增加和增长；和建筑物高度相反的是，层低可以带来节约，对防震也有利，建筑楼层高度减小了，建筑物之间就没有互相折挡日照日照距离就自然减小了。同时也节约了用地。增强了建筑的使用性和经济性能。

1.3 结构设计优化方法

房屋结构设计优化是人们追求经济、安全、美观和方便施工几种结为一体的产物。房屋设计优化方法不但要满足于整栋建筑的安全建设、和达到美观大方的效果。其真实的意义就是人们所普遍的称呼“经济适用房”，从建筑设计上分析优化的方法。它主要表现在一栋完美建筑物的优化设计量方面。我们把房屋工程优化设计分几个部分来设计：

1）是基础部分对基础部分设计优化。2）屋顶整套系统的设计优化。3）外围结构方案的设计优化设计。4）结构内部空间进行设计优化。别外除了可以对以上四方面优化设计外，还可以对建筑物的外观和造型合理布置及造价方面进行细化分析。在工程进入场地施工中，我们应该遵重科学从实际出发的原则，结合每一个建筑工程实际性况来脚踏实地的进行结构优化设计。在进行房屋建筑进行设计优化时，应该做到先了解设计的意图，尽量把建筑的平面图布置好，缩小刚度和质量两者的差异。这样做可以适应减少应力比较集中的现象。

2 房屋建筑结构设计优化技术和实践

对建筑物的每一种结构设计优化方法都应该去用于实践之中，有些单位和个人只是对建筑物设计优化进行假想，并没有把设计优化方案用于工程实践中。造成资源的浪费。如何更好的利用房屋结构优化的设计方法，在不会改变房屋的适用性能和安全性的前提下以降低工程总造价为目的。房屋结构的设计优化方案应用于项目的整体设计和前期设计及旧房改造等多个环节的设计，房屋建筑结构优化在发挥着巨大的经济效益。除此之外，我们在按照房屋结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，我们应该注意以下几方面的问题。

2.1 房屋的结构设计优化应注意前期参与

根据作者以往经验认为，每项建设工程都是因为前期方案的确定直接影响整个建筑的總投资，我们现在对房屋结构设计进行优化主要存在的问题是，前期定方案时结构设计师不参与。如果在确定方案前期建筑师对结构的合理性和项目的可行性进行考虑，就不会对结构设计造成影响，某些方案可能不会增加结构设计的难度，所以一定要在方案前期让设计师们都能参与进来。那么我们可以对所有不同类别的建筑去选择合理的结构形式，选择合理的设计方案，并获得方案前期设计优化的一个良好的开始。

2.2 建筑房屋的概念设计

房屋概念设计就是提出和运用，也可以说概念设计就是一个假设，就是没有根据数值进行真实性况的来设计。比如说，对地震的级别进行防震设计，地震是一个随时可发生的可以是不确定性的，就是因为地震是没有规律确定性，所以我们计算出来就会出现比较大的务差。在设计时我们就要采取一种概念设计，再把算出来的数值当作参考。

2.3 对地基基础结构设计优化

对地基基础的结构设计优化笔者认为首先我们要选择合适的设计优化方案，如果是建筑物的桩基础，我们就要根据本工地的地质条件及工地周围的建筑环境来优化设计，做到必免浪费尽量的节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，我们应该进行多个方案设计，几种方案在一起比较，从中选择最合适可行的设计优化方案。

3 设计优化在现代房屋结构设计中的应用

3.1 可以分为直觉优化和概念设计优化两种技术

这两种优化技术与建筑结构设计对同一个案例，可以分许多不一样的设计布置，既然确定了结构布置的建筑物，就必需在同一种荷载情况下，但同一种荷载情况也可能存在不同分析和方案；在设计参数和荷载的取值也不是惟一的；建筑物内部细部式工程下理也不是相同的。出现这么多的问题既使是用计算机也不可能全部解决的。设计人员必需根据经验去判断，而判断只能根据以往结构设计的规律指导下进行。需要以往经验和实践进行判断，这面是我们所说的概念设计。因此，概念设计是设计者们对多种备选方案进行选择的过程中。

3.2 概念设计处理的实际建筑设计问题

对概念设计的认识和处理问题方式是多方面的。但是，可以确定的是希望通过概念设计，对建筑结构能够承受的住外力的破坏。也可以这么说，利用概念设计能把建筑所承受破坏的程度降到最低，做到尽量保护。因而，如何对建筑物可能受到或者将来受到外力因素破坏的影响是概念设计的主要内容。这几种因素最不明确的就是地震带来的破坏性，地震作用一旦发生，对建筑物的杀伤非常大。就需要我们的房屋建筑结构设计师们未雨绸缪，做到时刻预防和准备。从设计计算和施工构造所有方面都要采取一些防震设施，既量避免不利于抗震的做法，做到刚度均匀对称是减小地震在结构中搞震性能的重要方法，概念设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；抗震设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想必需把他用到房屋建设的重要指导思想。

参考文献

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[2]马臣杰,张良平,范重.浅析优化技术在深圳京基金融中心中的应用[J].建筑结构,2009,4.

[3]卢亦焱,黄银,唐红.浅谈房屋加层外框架结构方案的优化设计[J].哈尔滨工业大学学报,2009,4.

工业建筑结构的设计优化 篇7

一、设计基本原则

1. 设计材料选用原则

针对不同建筑强度要求选择不同型号的钢板, 如受力构件选择Q235-B、平台板选择Q235-A、吊车梁选择Q345-C等。选择的钢材要通过国家相关的质量检测体系认证, 确保质量可靠。在一些特殊要求的工程中要选用特种钢材, 如高炉炉壳选择BB503、转炉平台选择铸铁板等。

在钢板型号确定后, 按照钢板的型号配置对应的焊条。如受力构件Q235-B选用E4315焊条, 受力构件对焊接要求等级为一级, 必须有足够的焊接牢固度才能承担起结构受力主体的重任, 没有特殊要求的结构可以选择E4301型焊条。依据相同原则, 助焊剂和焊锡丝也应该视具体情况分别对应选用。

螺栓和螺母也有性能等级之分, 同样要求符合相关规定。

混凝土的垫层与基层应分别采用C10和C25型混凝土, 结构受力较大的则应选用C30至C50。此外, 还有高温耐热性和防水性混凝土可供不同条件要求选用。

除了上述材料的选用外, 还应该注意钢结构的防锈涂装。避免结构生锈, 影响建筑的刚度和强度。

2. 设计基本要求

在对钢结构应力和变形的控制中, 有一些要求:钢梁应力≥强度设计值乘以90%;钢柱应力≥强度设计值乘以95%;钢构件变形=变形容许值乘以100%。

在钢筋混凝土中, 结构配筋要求为:框架梁配筋率在1.2%~1.7%之间;框架柱配筋率在0.7%~1.1%之间;独立基础配筋率大于等于0.15%;单桩单柱承台0.1%。结构设计要围绕安全性强、经济合理度高、工程质量高这三方面, 并要依照国家规程, 遵守国家规定来执行。

二、建筑结构优化方法

1. 结构优化模型和方案

建筑工程可以在基础结构方案、屋盖系统方案及围护结构方案三方面对建筑模型进行优化。在选型、受力分析和造价分析相关联的实施过程中, 围绕综合目标进行优化, 确保刚度达到质量要求, 并控制载荷扭转力小于规定数值。通过选择参数、建立函数、约束条件确定的方法来对建筑工程进行结构优化, 过程中设计的多个变量和约束条件属于非线性优化。方案完成后, 编制对应的运算就可以实现对结果的最终优化。

2. 建筑结构优化注意点

(1) 要注意前期方案的参与

目前, 大部分建筑师并不参与前期方案结构设计, 对结构合理性和可行性考虑欠妥, 给后期设计人为的提高了难度, 这就提高了工程的总投资额。在前期就引入结构优化的理念不仅能从全局角度更合理的考虑工程的分布, 更能够节省投资, 在工程开端有效的进行控制。

(2) 根据不同建筑工程所在的地质条件和土壤成分选择合适的地基基础结构来设计优化方案。

(3) 注意细部结构设计的把握。

如浇筑的异形板拐角容易产生裂缝, 可以划分为矩形板来避免。在钢筋的选择方面, 注意极限抗拉力和塑性的要求等。

三、工业建筑设计优化举例

1. 电厂煤斗

煤斗属于大型设备, 具有体积大、高度高的特点, 会产生水平地震作用。对其支承构件造成的附加弯矩、扭矩等内力, 则需要相应的计算补偿其附加内力。具体做法为:在设备重心位置增加设置支承结构, 降低附加内力;在支承梁杆轴心垂直的方向增设梁结构, 使支承梁的扭矩转成为作用于梁上的弯矩。而梁的抗弯能力是非常强的, 从而使危险转移;支承结构抗扭配筋加强, 楼板强度加强。

2. 磨煤机隔振

火电厂的发电离不开将煤炭作为燃料, 磨煤机是重要的设备工具。振动程度较大会干扰其他设备的正常运行, 尤其是配电装置和发电机组所在的控制室。为了解决这些外界干扰问题, 弹性支承系统应运而生。该系统隔振能力较好, 使用弹簧隔振器来消除振动的影响效果明显。通过实际证明, 磨煤机基础采用弹簧隔振系统后, 与常规块式基础相比具有许多优势。

(1) 采用弹簧隔振系统后, 磨煤机基础台座的体积或重量大约只有常规基础块的一半。因而减小了占地空间, 有利于工艺布置。

(2) 采用弹簧隔振系统后, 减小了磨煤机产生的振动, 减小了磨煤机对周围厂房及工作人员的振动影响。不会有明显的振动传递到主厂房上。基础的隔振效率可达到90%以上, 并可降低噪声。另外, 由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏和由于振动而造成的火力发电厂的运行事故也可以避免。

(3) 由于磨煤机基础台座与锅炉房厂房结构分离, 磨煤机基础的施工相对独立, 并有很大的灵活性。磨煤机基础的施工可以交叉进行, 可以缩短施工周期。

(4) 简化磨煤机的调平, 其基础沉降可以通过弹簧隔振器得到调平。

(5) 采用弹簧隔振系统后, 磨煤机本身所受的动荷载很小, 降低了磨煤机的磨损, 使磨煤机的运行可靠性提高。同时还可以延长磨煤机的使用寿命, 延长磨煤机的大修周期。

(6) 与常规基础相比, 采用弹簧隔振系统后, 磨煤机基础的振动具有可控性。采用弹簧隔振基础后, 传到基础下面的荷载较小, 因而可以减少地基基础的处理费用。

3. 吊车水平载荷

很多工厂的生产都需要吊车运送沉重的货物, 吊车载荷分为水平和竖直两个方向。SAP2 000在结构分析中能够将吊车的水平载荷以等效静载荷的形式施加在排架柱上, 竖直载荷则通过移动静载荷方式施加。具体步骤为:纵向水平载荷的标准值确立;横向水平载荷的标准值确立;吊车水平载荷施加;吊车竖向载荷施加;吊车载荷输入。SAP2 000中的桥梁模块能够对吊车载荷结构进行整体优化, 减少数据计算人员的工作量。提高工作效率, 完成优化的设计需要。

四、结语

综上所述, 工业建设的结构设计是一项复杂的工作, 需要综合考虑各个方面的问题。从原材料的选用、设计的基本要求、设计方案的优化等方面, 结合工业建筑的结构特点。不断的优化设计方案, 做出更加经济且合理的设计。

参考文献

[1]姚大园.建筑结构设计优化方法及应用[J].江西建材, 2012.

[2]于胤.浅析工业建筑结构设计体会[J].中国城市经济, 2011.

[3]魏保敏.工业建筑结构设计体会[J].山西建筑, 2011.

高层建筑结构优化设计探究 篇8

关键词：高层建筑,结构优化设计,结构设计优化

引言

结构优化设计是将优化理论与结构设计相结合,通过建立目标函数和确定约束关系,再对目标函数进行优化,并求出最优设计方案的方法。它不同于传统设计方法,后者是先假定结构体系、材料强度等级、构件截面尺寸及布置方式,然后进行内力分析,验算构件的强度和变形,如结果不满足要求,则调整假定条件再行验算,直至运算结果达到要求为止。传统设计方法对设计人员的专业知识和实践经验依赖性很强,不同的设计人员在同一时间或同一设计人员在不同时间,做同样的设计会产生不同的结果。由于试算次数有限,得到的结果一般不会是最优的,只能算作一种可行方案。结构优化设计也不同于结构设计优化,后者是对传统设计方案进行完善,以获得更好设计结果,这其实是一种后优化方法,很大程度上是基于以往的设计经验和成功案例。高层建筑结构受力复杂,动用的材料和资源数量庞大,如果仅满足于方案可行,则可能造成较大的浪费和资源消耗,造价也会较高,而采用结构优化设计方法能创造巨大的效益。但目前优化设计偏重理论研究,在实践应用中面临不少难题,如构件截面尺寸为离散变量、结构优化设计软件缺乏、优化理论难于应用等,实际工程应用主要是结合了优化概念的方法或是后优化方法。

1 结构优化设计原理与实现方法

1.1 基本原理

结构优化设计包含设计变量、目标函数和约束条件3个要素。设计变量是指设计中待确定的参数,如几何参数中的构件截面面积、惯性矩等,材料参数中的弹性模量、强度等。目标函数即设计变量的函数,一般为造价最小、质量最轻、地震作用最弱等。约束条件是求取目标函数过程中的限制条件,如几何约束、强度约束、变形约束、裂缝宽度约束、构造约束等,它们主要来自规范的要求以及建筑设计、材料运输、施工安装等限制条件。结构优化设计用数学表达[1]如下:

求设计变量:

使目标函数:

满足约束条件:

式(1)～(3)中,X是设计变量,F(x)是目标函数,gi(X)是不等式约束,hj(X)是等式约束,n是设计变量的维数,T表示矩阵转置,m、k分别为不等式约束和等式约束的个数。

1.2 实现方法

对于建筑结构来说,由于可供选择的设计变量非常多,甚至已超出当前能够解决的范围,所谓最优解其实不过是相对最优解而已。目前,结构优化问题可归结为尺寸优化、形状优化和拓扑优化三个层次。尺寸优化是在结构几何形状、拓扑和材料已知情况下,求解满足约束条件的构件最优截面,这个层次相对容易实现,称为低层次优化。形状优化是结构几何形状的优化,拓扑优化是通过改变结构的拓扑,使结构性质最佳,也就是选择最优的结构体系、结构布局、结构柱网和结构类型,这两个方面如能得到优化,其效益远超尺寸优化,然而其计算量非常大,现在的研究也还不够深入,所以称为高层次优化。从数学的角度来说,优化方程的求解主要采用准则法、规划法和智能算法。准则法是根据工程经验和物理、力学概念所建立的约束条件,这被称为最优准则,例如以满应力为准则称为满应力准则法,其他还有等强度设计法、分部优化法等。规划法是将结构优化问题描述为数学规划问题,并采用数学规划的一些方法求解,如线性规划法、非线性规划法、几何规划法、动态规划法等。智能算法是采用遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法、蒙特卡洛搜索算法等,这一类方法是目前解决复杂问题很有希望的一种方法,就像围棋被认为计算机很难通过运算战胜人类的智力游戏,但不久前谷歌阿尔法人工智能就击败了人类顶尖高手李世石,说明智能算法有望解决形状优化和拓扑优化这类非常复杂的问题。目前,通用结构设计软件如SATWE没有上述的优化设计功能,国外大型结构设计软件如ANSYS虽有优化模块,但其约束条件还不能与我国现行结构规范接轨,所以开展结构优化设计要对SATWE这类软件进行二次开发,要求结构工程师同时拥有结构设计经验、优化理论基础和计算机编程能力,这也是结构优化设计目前较难开展的一个重要原因。

2 高层建筑结构优化设计与应用

2.1 结构优化的主要因素与设计流程

结构优化可以分为整体优化和局部优化。整体优化因素包括结构体系、建筑体型、平面布局、建筑高度、竖向高宽比等,局部优化因素包括材料选择、细节设计等。结构优化设计可按以下流程展开:分析和研究建筑设计方案→基础、结构、楼盖体系及材料选择→结构平面布置→组装、导荷承载力验算→结构承载力验算→满足即导出变形验算计算值,不满足返回重新布置结构平面→检验变形参数计算值→满足统计工程量和造价,不满足返回重新布置结构平面→检查是否满足评价体系经济指标→满足确定设计方案,不满足返回重新选择基础、结构、楼盖体系及材料。下面以结构体系为例说明。

高层建筑结构类型分为框架结构、剪力墙结构、筒体结构、巨形结构,每个大类还可再细分,例如框架结构还可再细分为矩形柱框架结构、异形柱框架结构,剪力墙结构下面也可再细分为框架-剪力墙结构、异形柱框架-剪力墙结构、框支剪力墙结构等。影响结构体系选择的因素包括功能适应性、受力合理性、经济有效性、施工方便性、抗震减灾能力、美观效果等。结构体系的优化可利用遗传神经网络法初选结构形式,再利用模糊综合评价法对已定结构形式进行评判[2]。

2.2 结构优化设计的实用方法

案例[3]为1剪力墙高层建筑,地上27层,地下2层,总建筑面积约2.9万m2。原设计方案较为保守,与规范要求相比,结构整体层间位移角偏小,所以存在优化空间。优化主要针对原方案边缘构件范围和全楼抗侧刚度偏大这两点,即在《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ3-2010)规定允许范围内适当减小边缘构件范围,以及调整剪力墙X、Y向抗侧刚度,如将“一”字形剪力墙调整为“T”或“L”形剪力墙,在大片剪力墙上开洞,以减少墙肢长度。经过计算自振周期Ti/T1由原设计的0.716提高到0.724;最大层间位移角X向地震增大21.70%,Y向地震增大1.69%,X风向增大19.44%,Y风向增大6.19%;楼层最大剪力X向地震减小6.36%,Y向地震减小1.95%,X风向与Y风向没有明显变化。可见,优化后全楼抗侧刚度降低,周期变长,结构延性与耗能能力提高,增强了抵抗地震的能力。而经济方面,混凝土用量和钢筋用量分别减少1.90%、9.43%,造价也下降6.46%。该案例为后优化法,实际工程中的结构优化设计大概都属这种情况。笔者作为结构设计和负责人,在2012年揭阳一榕东新城项目、2013年惠州大亚湾-升景园项目、2014年惠州明发-高榜新城等商业、住宅项目中,均将优化的理念与操作应用到实际设计过程或后期的再优化工作中,在保证结构安全可靠性的同时,取得了比较可观的经济效益。

3 结语

结构优化设计的本质是协调结构安全与经济之间的矛盾,用最少的材料和最低的造价造出满足规范要求和使用需求的建筑。然而结构优化理论与工程应用严重脱节,基于优化理论的结构设计难以在实际工程中推广,而工程应用单位采用的优化方法不符合最优化原则,而要弥合两者的裂痕需要研究人员和设计人员共同努力推动。

参考文献

[1]朱杰江.建筑结构优化与应用[M].北京:北京大学出版社,2011.

[2]徐芳,罗兆奇,赵昕.高层建筑结构抗侧力与竖向承重体系优化设计[J].建筑结构,2013,43(S1):249-252.

建筑结构优化设计策略探析 篇9

关键词：建筑结构,优化设计,策略

当前,我国社会经济不断发展进步, 人们生活水平日渐提高,人们对建筑结构提出了更高层次的要求。不但要求建筑结构具有较高的使用价值,还要求建筑结构具有一定的美观性。众所周知, 在对建筑结构进行设计的过程中,最为基本的是保证建筑结构的安全性与质量, 随后才考虑建筑结构的美观性与经济性。 但在当前的建筑结构设计中,由于受到设计观念、设计方案等因素的影响,建筑结构的设计中还有一些不足的地方存在,难以真正提高建筑物的使用与审美价值。因此,需要不断对建筑结构的设计进行优化,进一步提高建筑结构设计的合理性,进而提高建筑物综合效益。

1建筑结构优化设计要点分析

1.1做好设计前期准备工作

在对建筑结构进行设计之前,设计人员往往会得到相关建筑图纸。此时, 不能盲目展开建模计算工资,而应该对该建筑结构进行全面地分析。1积极与建筑设计人员沟通、交流,充分了解建筑物的功能、平面布局、层高等方面的具体情况。2在建模之前,对建筑物抗震等级要求、场地类别、梁板荷载等有一个具体地了解,并了解梁板柱截面的选择是否与建筑物的平面、立体坡面相符合,以保证建模工作的准确、顺利开展[1]。3在建模过程中,需要明确每一个参数的意义,不得随意对参数进行修改,若要进行修改,需要以相关建筑行业的相关规范为依据。

1.2调整、修改电算结构

在进行建筑结构设计过程中,往往需要应用到计算机软件。在电算结束之后,建筑结构设计人员需要对电算结果进行核对,并给以相应地调整及修改。 1明确主梁、次梁、井字梁之间的受力关系是否准确,适当将次梁放小;2尽量建筑所用钢筋的种类减少,将极差控制在同一水平上;3明确梁下的净高是否与建筑物的使用要求相符合,如不符合,则需进行一定调整;4明确柱跟、 柱顶、变截面处的标高与建筑物各层结构平面图是否相符;5明确柱主筋是否与计算结果一致,主筋之间的距离是否有相关规定相符合;6明确建筑结构各构件的编号是否齐全、正确。

1.3注重基础设计

在建筑工程的造价中,基础工程造价所占比例较高,设计、选用的基础形式与地基处理方式直接关系到工程的整体造价。因此,在建筑结构设计的优化中,需要以结构的类型及工程现场具体情况为依据,选择恰当的基础类型。选择好建筑结构基础类型后,对地基的处理方式进行确定,并进行计算,保证基础配筋高于最小配筋率要求,条基交叉处的基底面积不得重复利用[2]。另外, 如果局部墙体出现荷载过大的情况,则要对整个基础的宽度进行调整,以保证建筑结构的稳定性。

2建筑结构优化设计具体措施

2.1优化设计方案

一方面,在对建筑物的基本构件进行挑选时,应该在把握建筑物整体性能的基础上进行,选择能够同时满足建筑物需求与工程成本的构件,以提高建筑物性能,降低建筑成本。另外,在建筑物的建设中,如果建构件之间的组成过于复杂,则会导致估算结果与工程实际情况之间的误差增大,影响建筑结构设计的科学性,埋下安全隐患。因此,需要对建筑结构构件进行简化,尽量将构件的数量减少,以保证建筑结构的可行性与安全性。另一方面,从整体上把握建筑物布局,对整体与局部之间的联系进行考虑,保证建筑物整体布局的合理性。

2.2优化结构分析方法

在对建筑物结构进行设计时,往往会涉及到较多的计算程序。而对建筑结构设计进行优化的过程,实际上就是一个对多个变量与设计条件进行反复计算的过程。因此,建筑结构设计人员在演算各类数据时,应该对附加约束条件进行转化,使之成为没有约束条件的问题, 以求得更加准确的计算结果[3]。另外, 在对建筑结构设计进行优化的过程中, 有多种计算方法,设计人员不可单一应用一种,而应该应用两种以上方法进行计算,并对计算结果进行对比分析,不断对结果进行优化,以保证建筑结构优化设计计算的严谨性。

2.3优化统计结果

对设计方案进行优化计算后,建筑结构设计人员应该对计算所得结果与结论进行深入分析,明确各设计方案的相似性与差异性。在综合性衡量的基础上, 选择出一种最为合理、可行的设计方案。 与此同时,在对结论进行分析的过程中, 建筑结构设计人员应该注重细节性的问题,及时发现其中不合理的地方,并予以改进,从整体提高建筑结构设计的科学性[4]。此外,建筑结构人员应该对工程经济效益与施工技术质量之间的关系进行妥善处理,不能盲目节约工程成本, 忽视技术的提升与管理,为建筑结构整体质量提供保障。

2.4优化建筑材料设计

在优化建筑结构设计时,设计人员应该兼顾建筑结构的实用性与安全性。 因此,在设计过程中,设计人员应该以建筑结构的具体情况为依据,给出建筑材料选择方面的可行性建议。选择的建筑材料应该与相关建筑工程标准相符合, 对建筑材料质量进行严格控制。建筑材料不但具有抗压、防裂、防水等方面的功能,而且应该具有环保性,进而保证建筑工程的经济效益与社会效益。

3结束语

对于现代化建筑结构的设计而言, 不但需要保证建筑物的使用价值与基础功能,而且需要保证建筑物外观的美观性。由此可见,人们对建筑结构设计的要求日渐提高。相关建筑结构设计人员应该从整体上对整个建筑项目进行分析, 在充分考虑人们各种需求的基础上,不断对建筑结构的设计进行优化,设计出更加科学、合理的建筑结构方案,在保证建筑结构使用价值与功能的基础上,增强建筑结构的安全性、美观性与经济性。

参考文献

[1]冯涛.土木工程建筑结构设计中的问题与策略探讨[J].住宅与房地产,2016,(9):64.

[2]宋颜培.建筑结构主体设计现存问题与解决建议分析[J].信息化建设,2015,(12):152.

[3]王璇,王磊.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].工业设计,2015,(5):73-74.

浅析建筑结构的优化设计 篇10

同一个建筑物往往有不同的选择方案, 不同的方案设计则会使工程的总体造价, 工程工期, 工程质量有很大区别。在很大程度上, 建筑物机构设计的成败甚至说一个项目的好坏由建筑物结构的优化所决定。换而言之, 结构优化设计是否合理至关重要。在建筑结构优化上设计人员应正确理解并运用好相关规范要求, 充分了解建筑物特点, 利用好地理优势和建筑资源, 详细比对建筑方案选择最优方案, 严格把控选择建筑材料, 把建筑结构优化落在实处细处, 打造精品建筑工程。

1 合理的结构方案

作为建筑工程, 其具有系统性和耗能性的特点。建筑结构优化中应合理借助有效的设计技术工艺手段, 采用新材料, 新工艺, 新技术, 尽可能少的减少能源消耗提高能源利用率的同时利用好建筑周围的资源能源, 建筑结构优化过程中考虑各种资源利用对建筑结构的影响, 达到建筑结构的最优。

首先在结构方案上的选择应要用整体的概念取代局部的概念。在充分考虑到建筑物结构的整体性的前提下, 在建筑内部空间中完成结构总体布局的方案构思设计。处理好构件与结构, 结构与空间, 空间与建筑属性之间的关系, 充分考虑结构的整体性和结构构件的最佳受力状态, 设计时使结构具备所应有的承载力, 并充分发挥结构与构件的物理刚度和其本身所在建筑结构内具有的延展性, 抗力性, 优化性。使建筑物的结构优化中做到受力与传力途径明确、过程简单, 从而达到整体结构安全可靠并与建筑的协调一致的效果。其次, 在充分考虑到结构的平面布置构件的抗侧力刚度中心与建筑物本身外力受力中心是否接近重合的前提下进行建筑结构设计。以此避免构件在受外力作用下结构的扭转效应, 当结构体产生扭转效应时建筑物综合结构扭转效应所需要增加设计的材料用量是相当巨大, 扭转效应也给建筑结构设计优化带来了不规则的设计影响及不确定外力因素。

2 结构的形态优化

建筑结构设计过程中往往会因为考虑建筑物的立平面布局造型和内部空间布置而影响建筑结构, 造成建筑结构的空虚不合理和空间结构的不搭配与浪费。在常见的结构形态中, 平面形态较规则、凹凸态较少的建筑结构用材用钢量就少。在层面面积相同或者相近但外墙长度不一的建筑物结构中, 其建筑外墙的长度越大, 则其用钢量越多。在建筑物结构中决定用钢量多少的是平面形态是否规则。平面的规则程度也是衡量建筑物结构抗震性能的重要依据。而在超长建筑结构中由于需要考虑混凝土的收缩性与温度应力所以需要充分考虑荷载应力对超长结构体的影响, 考虑设计的单位用钢量也较大。为了保证结构的整体稳定并控制结构的侧向位移, 在进行构建高层建筑结构中高宽比大的结构时, 应充分考虑, 设计较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度。

3 结构体构件影响

在构件位置的选择中, 若抗侧力构件所在位置能产生较大的抗扭刚度, 使该构件所在建筑结构部位中的抗扭效应小, 从而使得构建结构的整体用材量减少。反之, 结构用材量增多。在柱段构造配筋用材中考虑柱段构件受力特点主筋配比则可按最小或略高的配筋率选择主筋配比规格。结构顶层边柱或大跨度边柱中由于其受力特点是大偏心受压, 其主筋配筋量由内力计算控制并且其受力都较大, 为了降低配筋率节省用料用材, 科采用改变为柱竖向形态的方法。

4 建筑结构布局

建筑的抗震墙布局结构设计中按照其加强部位和非加强部分为约束边缘构件和构造边缘构件配。约束边缘构件由于受约束力的影响所以其构件本身耗材高低构造边缘构件因此在结构设计中严格控制区分抗震墙布局中的约束边缘构件与构造边缘构件。以达到合理用材用料不浪费不损耗的构件优化目的。抗震墙布局如能合理地布置、准确的计算受力实际的取值, 就可以控制抗震墙主、箍筋和水平分布在墙段中的筋的配筋率等, 时期按照规定中的最小配筋率进行配置。建筑结构体中梁的布置在不影响使用或建筑空间观感时, 梁宽宜略为放大, 用材布置成单排主筋梁截面高度不太大时, 则可以节省用材。若悬臂梁呈较大的跨度, 则其不论承受的是均布荷载还是梁端集中荷载, 都会造成结构弯矩内力的大幅度下降, 建筑结构优化中需注意悬臂梁结构的弯矩内力变化, 在梁承受集中荷载处要配置附加横向钢筋。

5 资源的优化

在建筑结构优化中应综合考虑各种资源的影响, 已节能环保为目的降低建筑耗能。在建筑结构设计中合理开发土地, 合理布置设计地下地上建筑结构布局, 发挥土地的价值, 采用新材型料, 新技术减少建筑的耗能增加建筑构件的利用率, 达到对建筑结构的优化设计。水资源利用上减低废水雨水的收集和再次利用, 废水的净化, 设置循环水等利用方式。结构设计中合理采用先进的节水工艺利用排水沟、集水池等措施收集雨污水达到对水资源的再次利用。结构设计中对施工现场的绿化, 喷洒路面, 现场的搅拌用水, 养护用水, 车辆进出场冲洗等用水设施结构采用现场收集的雨水。

6 建筑用材的优化

建筑的各个结构构件在力学受力上都附有相应的承载目的, 所以合适的结构材料构件是建筑结构优化的基础。目前钢筋混凝土是主要的结构材料, 建筑用材时应合理的配置主要结构材料使其具有的高强度, 高刚度, 高韧性与高延展性的材料特征充分发挥。在主体的结构构件中、柱、墙承担的大多为竖向荷载受竖向力较对, 结构设计利用标号标号高的的混凝土构件可有效减少柱截面积达到节约用料, 减轻构件重量、增加建筑体的空间率。总体结构中梁板为受弯构件受剪应力作用, 构件设计时采用高强度钢筋降低剪力作用的同时减少的钢材用量。

7 结束语

在建筑结构优化设计时合理把握关键部位、主要结构建筑物构件中的结构设计优化, 充分了解建筑设计目的, 详细分析出建筑结构中的各种受力作用点, 建筑结构受力关系, 在对建筑结构设计特点详细分析计算的基础上进行建筑物的结构优化。

参考文献

[1]傅学怡.整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究[J].建筑结构, 2005 (05) .

[2]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计.2004.

[3]GB 5001022002, 混凝土结构设计规范.2002.

建筑结构优化设计 篇11

【关键词】建筑结构 设计优化 北疆地区

随着我国人口的密度不断增加，土地也出现了紧缺的现象。随着土地价格的增长，建设单位在进行施工的过程中需要严格的控制其建设的成本，这也导致建筑行业之间的竞争力也越来越激烈，而优化房屋结构设计是建设单位逐渐实现高回报的有效途径。除此之外，随着国民经济开展宏观调控，国家要求建筑设计单位进一步响应国家的四节一环保要求，在保证建筑外形美观合理的情况下，提高建筑的使用舒适度。优化建筑设计结构，是每个建筑设计单位均需要面临的问题之一，它是建筑企业实现与时俱进的重要体现。

一、对房屋结构进行优化的重要性

在对房屋结构进行设计的过程中，良好的结构方案还可以最大程度上减少建设单位的资本投入，为企业带来更多的经济效益良好经营模式。因此，合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建建设单位开发建筑物的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、建筑材料使用的基础上，实现建筑物的高质量和长期使用。与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计优化模式可以降低建筑成本。其采用的设计优化措施可以有效地实现建筑施工中各个资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且协调好房间的布局，使得这些布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑物安全性能的前提下能够充分的体现出其创新性。

二、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

（一）结构优化模型

对于房屋结构整体优化的设计方法来说，可以分为以下几个步骤进行。首先，必须要选择合适的设计变量。一般情况下，把设计要求的主要影响的因素看作是设计变量，例如对于目标控制参数等。而对于设计的要求来说，变化的范围波动不大或者是根据结构要求或者局部性的设计来考虑，就可以满足设计的要求的参数来确定作为预定的参数，这样就可以有效的减少设计、计算和编制程序的工作量。再者就是必须要确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小。最后，必须要有约束的条件。房屋建筑结构的设计优化的约束条件，其中主要包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。

（二）基础局部和整体优化

筏板基础的特点是基础整体性好，利于抵抗地基不均匀沉降；另外，在地下水位较高的地区可以有效地抵抗地下水浮力；缺点是含钢量非常大，造价很高。但新疆地区特别是北疆地区的地基大多是砾石地基，地基承载力大，基床系数大多在40000以上，地基刚度非常大。过去新疆地区特别是北疆地区的小高层住宅往往千篇一律地采用筏板基础，但北疆地区的地基刚度往往很大而且不存在地下水的影响，故完全可以采用条形基础。小高层采用条形基础的案例已经在乌鲁木齐莱茵庄园等住宅小区大量应用且竣工，已经有比较成熟的经验。所以在地基承载力、地基刚度很大况且没有地下水影响的情况下采用筏板基础实无必要。

（三）概念设计优化

房屋结构设计优化的方法多种多样，每一种方法有其适用性，要根据不同的建筑设计效果和建筑环境来决定。在选择合理的优化方案过程中要对房屋建筑工程的实际情况进行了解和分析，保证优化方式的适用性和经济性。概念设计是结构优化中常用到的一种方法，可以通过设计人员的经验来选择灵活的设计方案。对于已经确定结构布置的房屋，会在考虑相同荷载作用的情况下选择不同的分析方法。房屋建筑的设计选用的设计参数指标、选择用的建筑材料和荷载标准值得去法等都有很大的不确定性，在实际工程过程中，会出现与现实不符合的情况。这些因素的影响性可以通过设计人员来判定。经验丰富的房屋建筑设计人员，可以根据自身的经验和以往的数据作为参考，对房屋建筑的情况进行全面综合的考虑，然后做出合理正确的判断。房屋建筑结构中概念优化设计的关键点是设计人员的理论知识和实践知识，理论知识和实践知识越丰富的设计人员越能够实现对房屋结构的优化设计。房屋概念优化设计的关键在于设计人员的经验积累，经验越丰富的设计人员，就越能实现房屋建筑结构的优化设计。

（四）建筑主体优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。另外，剪力墙里的暗柱是拿一般性钢材铸造而成，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，减少相应的成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得构造过大的剪力墙。

三、结束语

通过上文中的分析可以看出，随着社会和时代的不断发展和进步，在时代飞速发展的今天，企业在发展的过程中也面临着激烈的市场竞争，要想在激烈的市场中获得更好的发展，除了要保证建筑工程结构设计的质量和安全之外，还必须要结合经济型的原则，最大限度的扩大建筑工程的经济效益。针对于这种情况来说，那么必须要将结构设计优化技术应用到房屋结构设计的过程中。相关的人员必须要不断的努力，全面提升人员的自身技能和综合的素质，不断的总结设计的经验，为后期建筑设计奠定良好的经验。

参考文献：

[1]周汉杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014，01：117.

探讨工业建筑结构的设计优化 篇12

在煤仓间零米层通常都会摆放一定量的磨煤机, 这是发电厂必备的辅助设备, 倘若所使用的隔振设施不足就会有很大的振动, 容易触发事故, 影响到电站其他设备, 甚至有可能中断电站运行。由于传统的设计没有考虑到动力因素, 因此所使用的磨煤机的自身重量往往会是其基础块重量的1/5～1/2, 这样会增加隔振难度。因此, 可以采用弹性支承隔振的方法来增加隔振效果, 弹性支承隔振系统中要求使用的基础块要小很多, 而且在减少基础块质量的同时, 还能确定系统的正常稳定。可以使用加装圆柱螺旋压缩弹簧隔振器的方法来实现, 其中粘滞阻尼器与设备运行速度成正比时会产生很强的阻尼, 因此隔振效率高达九成。

以湖南某电厂为例, 介绍弹簧隔振技术对磨煤机基础的优化处理。该磨煤机基础弹簧隔振系统主要由基础台座、阻尼器以及弹簧隔振器三部分构成。通过业主提供的磨煤机设备的相关数据确定基础台座的厚度以及隔振原件的布局。磨煤机弹簧隔振基础则需要根据磨煤机制造商提供的有关资料进行动力计算, 以使磨煤机弹簧隔振基础安全运行得到保证。磨煤机的基础块借助弹簧隔振方法与传统的隔振方法相比, 具有很多的优点:磨煤机使用弹簧隔振方法的基础台座重量只有传统隔振法中基础块的一半, 可以节约大量的空间, 使得工艺布局更加合理。磨煤机使用弹簧隔振方法的基础振动具备可调控性, 因此荷载在传递过程中会大幅度减小, 处理地基基础的费用也会大大降低。磨煤机振动减弱, 对周围厂房和设备的影响也会大大降低, 这样由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏以及由于振动而造成的运行事故也会得以减少或得到避免。

磨煤机使用弹簧隔振方法后, 其自身动荷载变小, 因此可以大大降低磨煤机基础的磨损率, 提高磨煤机的运行稳定性, 同时还能够有效地提高磨煤机的使用效率, 使磨煤机的大修周期得以延长。

2 借助SAP2000系统优化处理吊车荷载

通常工业厂房会配置吊车荷载, 主要包括水平荷载和纵向荷载两种, 以满足车间生产需要, 吊车的水平荷载是根据SAP2000系统对结构进行分析后, 利用规范的等效静荷载将其拖加到排架柱的相应位置上;另一种竖向荷载则是采用SAP2000系统对桥梁模块分析后, 采用静荷载移动的方式进行施加。其吊车梁平面布置如下图1所示:

2.1 借助SAP2000系统优化处理吊车水平荷载

首先, 定义吊车的水平荷载以及纵向荷载的标准值, 可以按照吊车单边轨道上所有刹车轮的最大轮压值总和的十分之一定义为吊车纵向水平的标准荷载值。由于刹车轮接触轨道的点就是纵向荷载的作用点, 因此两个作用点的方向相同, 也就是H纵=0.1n Pmax, 注:Pmax为吊车的最大轮压值, 通常厂家会有说明, n表示吊车单边的刹车轮数量。然后定义吊车水平荷载的标准值, 可以取值水平小车重量和吊车的额定起重量之和的百分比。也就是H横= (Q+G1) ×g×a%, 注:Q为吊车的额定起质量, G1为水平小车的质量, a%为不同吊车类型的规范取值, g为重力加速度。最后, 施加吊车水平荷载。主要按照规范等效静荷载的方式将其施加到排架柱的相应位置上。

2.2 SAP2000系统优化处理吊车竖向荷载

首先, 确定Pmax、Pmin值。Pmax根据生产厂家提供的相关资料确定, 而Pmin则根据以下公式进行确定:Pmin= (G+Q) ×g/n-Pmax, 其中G指吊车总质量;Q指吊车额定起质量;n指吊车每边的轮数, 对于有8个轮的吊车, 则n=4;g指重力加速度。其次, 施加吊车竖向荷载。主要通过SAP2000系统的桥梁模块, 以移动静荷载的方式将吊车竖向荷载施加到主厂房中。最后, 输入吊车荷载。根据吊车有关资料知Pmax=380kN, G=95t, Q=80t, G1=28t, n=4, 可得:

吊车的纵向刹车力度:

吊车的横下刹车力度:

吊车水平荷载可按照SAP2000系统规范等效静荷载的方式, 将其施加到排架柱的相应位置上, 竖向荷载可根据SAP2000系统的桥梁模块, 采用静荷载移动方式予以施加, 吊车梁在CL (A) 工况与CL (B) 工况的计算剪力结果与实际情况基本相符合。由此可见, 借助SAP2000系统对吊车荷载进行优化处理, 既可方便地将吊车竖向移动荷载输入进去, 又可将吊车荷载合理地纳入结构总体计算中, 使辅助手算工作量大大得到有效地减少, 进而达到优化工业建筑结构设计的目的。

参考文献

[1]SAP2000中文版使用指南 (第二版) [M].北京:人民交通出版社, 2011.