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诌议住宅建筑结构优化设计

 论文栏目:建筑结构论文     更新时间:2014-1-7 15:51:42   

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分院结构室

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