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建筑结构优化设计和特点
结构优化设计是指在给定约束条件下,按某种目标,如重量最轻、
成本最低、刚度最大等,求出最好的设计方案,曾称为结构最佳设计
或结构最优设计,相对于“结构分析”而言,又称“结构综合”;如以
结构的重量最小为目标,则称为最小重量设计。当前,很多建筑项目
由于投资大,建设周期长,所以有效进行结构优化设计,能够相应的
减少投资金额,建筑结构优化设计,是实现建筑本体功能与建筑投资
成本的关键性手段。
现阶段,随着市场经济的不断完善,建筑物的经济性能越来越受
到重视。所以,用最少的材料或者最少的造价来建造出满足规范和使
用要求的建筑物,是我们不懈的追求。但同时,我们要如何来保障建
筑物的安全性能呢所以,结构的优化设计作用就体现出来了!结构优
化设计并不是简简单单的减少混凝土和钢筋的用量,而是要通过调整
各构件刚度之间的比例关系,充分利用各构件的受力特点,发挥它们
各自的长处,使整体结构达到最优。
一、建筑结构优化设计基本原则有哪些
1、功能性原则
建筑工程作为人类基础物质生存环境,建筑结构优化的终极目标
就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求,其结构设计效果将
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会在很大程度上决定工程建设综合效率。对建筑结构进行优化设计,
除了要满足基础功能外,还需要从美观性、协调性、舒适性等角度进
行完善,从更大的方面来满足用户对工程综合性要求。
2、安全性原则
建筑作为人类生存的基础生存环境,与人们存在密切的联系。因
此,一直以来人们对其建设要求都比较高。在社会经济快速发展背景
下,必须要对传统建筑结构设计理念与方式进行优化。其中应注意,
建筑工程结构设计除了要满足基本使用需求外,还需要满足安全使用
要求,即为正常生产生活提供安全的居住环境,提高工程结构建设的
综合要求。一味追求建筑结构的优化设计,忽略决策阶段、设计阶段、
建设阶段的安全性,其作为建筑不但没有任何实际意义,反而会给人
类正常生产和生活带来致命的危害。
3、环保性原则
建筑工程建设所需资源众多,而在持续发展理下,在进行结构设
计时除了要保证功能要求外,还应做好对资源利用的优化。即选择环
保施工材料,并提高结构整体布局的环保性,将持续发展贯彻到底。
对于建筑资源材料的选择上,要保证其能够满足结构安全性、功能性
与环保性综合要求,并且在实现主体内部结构环保基础上,做好各项
废旧材料的处理与应用,提高工程结构综合设计效果,降低对环境的
2
影响[3]。
4、经济性原则
经济性是指通过建筑结构的优化设计,最大化的节约各种材料资
源,达到减少建设成本的目标。对建筑结构进行优化设计时,还应从
设计成本上进行分析,控制好结构设计造价,在满足市场经济条件基
础上提高对各项资源的合理配置。需要将经济性原则与环保性原则进
行综合分析,选择能耗低类材料,并最大程度上减少各项材料的利用,
降低材料投入成本。另外,通过对结构内部的合理设计,提高对空间
的利用效率,在有限的成本范围内,获得更有效的设计方案。
5、提高建筑舒适度原则
一个好的建筑物,应该是从建筑、结构、装饰装修到给排水、暖
通、空调、燃气、电气安装等各专业的优化设计组合,是整体优化设
计,如果仅仅是某个专业设计得好,是不可能被称作是一个好建筑的,
结构设计也不能例外的;建筑结构设计要能最大程度地满足建筑平面
布置、内部空间高度和建筑立面等使用功能和外形观感的要求,投入
使用后,使用户在工作和生活中感到很舒适,使建筑真正成为人人赞
美的好建筑,这才是建筑结构优化设计的出发点和落脚点。因此,建
筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件
布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容;应该把尽可能提高
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建筑投入使用后的舒适度作为建筑结构优化设计的一条重要基本原
则。
6、不同构件采用不同安全系数原则
现浇钢筋混凝土楼板的约束作用,可以在很大程度上提高楼盖梁
的承载能力,最高时可提高约1.5倍。而现行国内结构计算软件却不
能准确反映现浇楼板的这种约束作用。因此,按力学计算结果进行结
构设计的话,对现浇楼盖梁而言,它的安全系数就偏高了许多。
另一方
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