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建筑结构的概念设计两篇

2014/02/10 阅读:

(一)

一、住宅建筑结构设计优化的方法

住宅建筑结构设计优化是要通过对拟建住宅进行模型的优化、计算方法的优化、并在计算和模拟的基础上制定有效的结构方案,再进行验证。

1.结构优化模型的建立在进行结构优化设计的过程中首要的问题是要根据实际的结构特性设定成为相关的结构设计参数,主要的有目标控制参数和约束控制参数。对于那些变化范围比较小的,且在结构的局部加强就能满足要求的部分参数,将其确定为预设参数,从而减少计算的工作量;对于目标函数,是要找到一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面的几何尺寸,目标是要让总造价最小。对于约束控制函数,包括前度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态的上下限约束条件等。参数的设计必须要与实际情况和规范相符。

2.结构优化设计的计算方法在结构优化设计计算方案的确定上,考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多且非线性,因此在计算过程中,一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解,可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后,在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后,对结构进行综合分析,最后确定最合理的结构优化设计方案。

二、住宅建筑结构设计优化的应用分析

建筑结构的优化设计要在保证建筑使用功能的条件下,利用结构优化设计技术达到提高结构安全度、降低工程造价、提高经济性的效果,也就是要贯穿建筑的整体设计、前期规划及抗震设计等阶段。

1.结构优化设计的前期参与建筑是相对长期的投资,常见的建筑使用年限均在50~100年间,这就要求结构能够保证在设计使用年限内,建筑能够保持基本的使用功能、良好的空间环境。因此,要在建筑方案设计初期就加入结构优化的考虑。这样可以有效避免出现结构不合理、工程造价高等问题。也就是说,在建筑方案的设计初期就加入结构的优化设计,是提高建筑利用率的有效方法。

2.结构的概念优化设计一幢建筑的完成,可以有不同的结构设计方案;另外,对于同一种结构布置方案,采用不同的结构荷载、材料和分析方法,参数的取值也是有较大区别的。这些是通过计算机无法实现的,需要结构设计人员作出合理的选择,根据工程实践经验来进行参数的确定。通过概念优化设计,可以预算建筑结构在各种外力荷载的作用下的内力分布,以及将所有不利的荷载集中加载时可能出现的破坏形式等,如建筑结构在地震荷载作用下的破坏情况等,得到预算结果后,就可以作为结构设计的有利参考资料,采取有效的结构方案,选用有利的建筑材料和构造形式,从而降低刚度不均匀、结构的不对称等对抗震不利的结构设计。因此,结构的概念优化设计在自然灾害发生时,显得尤为的重要。

三、结语

住宅是目前建设数量最多,建设频率最高的一种建筑,其结构的优化设计具有较为深远的意义。对于高层住宅迅速发展的今天,结构设计更突显其重要性。结构优化设计的目的是为了让建在设计年限内能够更好的发挥其作用而提出的。本文通过对建筑结构优化设计的内容和方法的剖析,指出了在实际应用中如何来利用结构优化设计。总之,结构优化设计是在坚持可持续发展观、充分利用有限资源的基础上提出的,是符合社会发展需要的有力举措。

作者:王媛单位:浙江省衢州规划设计院有限公司江山

(二)

1结构的设计过程

结构的设计过程一般包括方案设计、初步设计和施工图设计三个设计阶段。

1.1方案设计

方案设计,就是工程设计方案的产生。他是设计者在设计的初始阶段,从概念上,特别是从工程设计的整体方案上考虑,综合运用其设计经验、设计知识来确定合理的设计方案。方案设计时整个工程设计中的第一步,也是最关键的一步,对整个工程项目的功能和质量起着决定性作用,直接关系到工程项目的全集和设计的成败。方案设计是相对于计算设计而言的,在结构的方案设计过程中,方案设计比计算设计显得更为重要,这是由于风荷载、地震荷载及垂直荷载的共同作用,结构体系、地基土影响的复杂性以及结构计算模型与实际情况的差异等因素,是的计算设计很难有效的算出结构在上述荷载作用下的薄弱环节,因此在结构的方案设计阶段主要依靠设计师正确的结构概念进行设计,而不能完全依赖计算惊醒设计。

1.2初步设计

结构的初步设计是对方案的完整和深化,是在建筑及其相关专业所提供的条件下,综合考虑使用要求和各种约束条件,根据结构工程师的专业知识和经验提出可行的结构初步设计方案。初步设计主要包括以下几步:结构布置方案的确定;构件截面的初步确定;构件初始方案的分析;结构初始方案的评价;结构初始方案的选择;结构扩大初步设计。

1.3施工图设计

结构的施工图设计主要包括结构分析和施工图设计两个过程。结构分析是将结构进行科学地抽象、简化,以及形成结构的力学和数学模型,利用有效的结构分析方法和软件对结构进行力学分析和计算,得出结构的内力、变形、稳定性、动力特性等方面的信息,对结构初步设计阶段的结构方案做进一步的评价和校核。施工图设计是根据结构分析的结果,对结构构件和细部进行具体设计,进行配筋计算以及有关的构造设计,以及保证结构构件有足够的承载力和刚度,各结构构件间有可靠的联系,组成可靠的结构体系,最后给出可供实际施工的图纸。

2结构概念设计的原则

结构概念设计的目的是在初步设计前为所设计的工程项目设计一个概念性的总体方案,为后续的设计工作提供正确的思路,要做好结构概念设计需要掌握以下原则:

2.1全面考虑原则

结构概念设计时,要对所设计的各个方面做全面的考虑。结构方面指结构整体和关键部位受力的合理性,主要构件连接的牢固性,所选择结构体系的可靠性、经济性,以及材料在长期使用环境下的耐久性。施工方面指取材的方便与否,成型的可能,做法的合理

2.2减轻自重的原则

结构承受的荷载有两种,竖向荷载和水平荷载。竖向荷载的85%以上是建筑物自重,水平荷载中的地震作用与建筑物自重直接相关。减轻自重不接可以减轻结构承受的荷载而且可以降低建筑造价、加快建造速度、节约建筑材料、减少材料在生产运输方面的工作量

2.3合理受力原则

结构概念设计时,要正确运用力学原理来处理结构构件的受力分析问题。从受力和变形看,均匀受力优于集中受力,多跨连续优于单跨简支,刚性连接优于铰连接,空间作用优于平面作用,超净定的受力体系优于静定的受力体系,另外,传力简捷比传力曲折好,要避免不明确的受力状态。从受力和变形的分析看要尽可能利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性,既要分析各部分构件的直接受力状态,还要分析整体结构的受力状态,要抓住主要的受力状况和变形,忽略次要的受力状况和变形。

2.4优化选型原则

根据环境、建筑功能选择合适的结构体系,如框架结构、剪力墙结构、网架结构、壳体结构、悬索结构等。在满足使用要求的前提下优化结构布置,平立面要求规则、对称,具有良好的整体性,首相除规整外侧向刚度宜均匀变化,自上而下逐渐减小,避免突变

2.5空间作用原则

建筑物本身是一个空间结构,平时为了结构设计计算工作的简化,将它分解成各种平面受力状态进行量化分析,在结构概念设计时考虑建筑物内各部分结构的空间作用,实际上是还原到他本来的结构面貌。在概念设计时可利用或构成构件的空间关系,来加大刚度、减小内力。结构概念设计时掌握以上原则,就能为结构设计勾勒出正确的方向,从而做出安全、美观、经济的结构设计。

作者:康晓华单位:渤海船舶职业学院

建筑结构的概念设计两篇

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