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房屋建筑结构设计优化技术综述

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2020-12-19 10:04 热度:

   建筑结构设计主要指在满足建筑各项功能要求的基础上,实现建筑各项数据优化,即在所有可选择的建筑结构设计方案中,选择一个相对更为优质的结构设计方案。建筑结构优化可以提升建筑质量,满足用户对建筑质量要求,同时通过结构优化设计,还可以在一定程度上节省建筑工程造价,促进工程整体效益提升。因此近些年建筑企业对建筑结构优化的重视程度越来越高。

房屋建筑结构设计优化技术综述

  1房屋建筑结构优化设计应用意义

  1.1提升房屋建筑工程整体效益

  房屋建筑工程整体效益受到多方面因素影响,其中质量与造价属于两个重要因素,通过房屋建筑结构优化设计可以有效提升房屋建筑结构质量与降低房屋建筑造价,实现房屋建筑工程整体效益提升。首先,房屋建筑优化设计便于施工人员提升房屋建筑工程整体建设质量。相关施工人员可以按照建筑优化设计方案进行施工,确保施工全程尽可能地与设计图纸一致,保证建筑工程质量。其次,通过优化设计,施工人员可以精细化计算具体建筑工程建设所需要的施工量等,通过调整施工量实现对房屋建筑成本管控[1]。相关施工企业可以根据施工要求与工程合同要求,尽可能地减少非必要建筑结构搭建,并针对每一处建筑结构细节位置进行优化,尽可能地减少各建筑结构具体所需施工量,帮助施工企业减少施工时间、施工劳动量、施工材料量等,在一定程度上降低工程造价。

  1.2优化整体建筑结构

  通过房屋建筑结构优化设计可以提升整体建筑结构质量,使得建筑结构兼具美丽外表与实用内在。一般房屋建筑主要功能为生活场所,其基本功能包括居住、使用等,同时房屋建筑作为重要建筑物,还需要具备一定审美性,需要符合大众审美,而要想确保房屋建筑对大众具有足够吸引力,就需要同时满足以上两点。但在实际的房屋建筑过程中,常常会偏重于其中一点,大多数情况建筑设计人员会放弃外形,选择确保建筑基本使用功能,在一定程度上降低了建筑综合效益。针对此种情况,设计人员可以通过优化结构设计的方式,找到建筑外形与内在的平衡点,提升建筑结构整体质量,全面满足用户需求,促进建筑行业良性发展。另外,通过建筑结构优化设计,可以进一步提升建筑结构稳定性与安全性。安全是大众选择房屋建筑首要考虑要素,设计人员通过建筑结构优化设计,进一步优化建筑结构各项参数,增强建筑稳定性与安全性,满足大众首要需求。

  2优化技术应用注意事项

  2.1充分运用现代化技术

  在房屋结构设计优化方面,相关人员要充分运用多种现代化先进技术,利用各项技术辅助建筑结构优化设计,促进高质量房屋打造。相关设计人员可以充分运用计算机、大数据、BIM等技术,提升建筑设计优化质量,例如,相关设计人员可以利用BIM技术,模拟建筑设计结构,更为直观地观察每一处建筑结构具体情况,并结合实际房屋建筑工程需求,对每一项建筑结构参数进行优化,提升建筑结构的整体质量。

  2.2加强对房屋结构前期设计重视程度

  房屋建筑企业应增加对前期房屋结构重视程度,组织相关人员参与到建筑结构设计之中,不断优化建筑结构,以有效控制房屋建筑质量与建筑成本等。首先,加强施工现场实际勘测。在建筑结构设计之前,需要对房屋建筑工程施工现场进行调查,全面掌握施工现场实际情况,并根据工程现场具体环境情况,对房屋结构进行设计,确保房屋建筑结构与实际施工环境相匹配,避免盲目设计导致后期建筑与实际现场环境匹配程度不够,甚至产生一系列质量问题。在设计前期,设计人员需要对施工现场地质、水文、风向、附近建筑、建筑面积、占地面积等情况进行全面记录,在设计过程中充分考虑这些影响要素[2]。其次,施工企业可以成立由设计人员、工程技术人员、管理人员、施工人员组成的建筑设计小组,从建筑施工、建筑设计、建筑管理等方面对建筑结构进行综合考量,促进建筑结构优化。

  2.3优化建筑结构内部结构

  房屋建筑结构根据建筑本身结构位置关系,可以分为建筑外结构与建筑内结构,建筑内结构即所有处于建筑内部的建筑结构。由于建筑内结构主要分布在建筑内部,大多数建筑设计人员往往会忽视内部结构设计优化,使得建筑结构优化质量提升空间受限。相关设计人员可以充分关注建筑结构内部设计的优化,从施工的每一个细节之处优化建筑,提升建筑结构优化质量。同时在内部结构设计优化方面,相关设计人员要充分考量不同设计方案所需要的施工量,尽可能地从多角度分析每一个参数优化设计,提高建筑结构优化设计质量[3]。

  3优化技术在建筑结构设计中的应用

  根据建筑结构不同,可以将建筑分为框架结构与砌体结构两种不同类型,不同类型建筑在结构优化上存在一定差异。下文将分别以框架结构与砌体结构的实际案例,分析建筑结构优化设计在建筑结构设计中的应用。

  3.1框架建筑结构设计优化应用——以B工程建筑项目为例

  3.1.1工程概况B工程建筑项目为多层框架结构,该工程建筑面积为3754.00m2,楼层高4层,楼高12.00m,要求设防烈度为7度,框架等级为3级,场地类别II类,地震(基本)加速度0.10g,设计使用年限50年。该建筑所处施工场地基本雪压为0.35kN/m2,基本风压为0.35kN/m2,采用钢筋混凝土框架建筑结构。建筑结构设计上需要遵循《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2015)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)等标准。3.1.2建筑结构设计优化该建筑工程为框架钢混结构,设计人员在结构优化设计上可选择优化方式较多,设计人员可以从以下几个方面进行该建筑结构优化设计。(1)优化基础设计人员对该工程施工现场进行勘察,并记录具体数据,该工程地基承载力为110kPa,持力层为处于第二层的粉质黏土,相对稳定性比较强。根据一般地基结构造价为总体建筑造价的10%~20%,在此种情况下对建筑基础结构设计优化对于降低工程造价具有很重要意义。根据该工程实际情况,设计人员对基础埋深进行修正,并适当优化基础结构所需材料,进一步优化建筑结构设计。(2)优化框架梁框架梁属于该建筑主要构成部分,通过框架梁的优化可以提升框架结构质量,降低框架结构造价。在框架梁优化上严格遵照相应设计标准,并在设计标准基础上对框架梁进行进一步优化。根据该工程实际情况与相应国家标准,设计框架梁的截面宽度至少为220mm,框架梁高跨比为1/11,最低配筋率为1.52%。(3)优化框架柱在优化上选择轴压比与双偏压等计算方式进行检测,之所以选择轴压比进行检测,是因为框架结构受力是双向的,且扭转效应对框架结构受力影响较为复杂,在建筑抗震设计中对框架结构抗震要求相对较为严格,所以选择轴压比、双偏压等检测方法对框架柱进行优化设计检测。轴压比是框架柱尺寸(截面)重要影响因素,在其设计优化上不可扣得太紧,要确保轴压比不可以太贴近限值,以保证通过轴压比调整真正实现“强柱弱梁”的设计效果[4]。该工程设计过程中采用的框架柱距离为8.00m左右,初步设计的框架柱的尺寸为500mm×400mm与500mm×500mm两种,经过轴压比计算各项指标均符合该建筑实际需求,同时对框架柱采用了双偏压计算方法,依旧符合相应工程质量需求。但出于进一步优化建筑结构考虑,将两种尺寸改为450mm×400mm与500mm×450mm,并对两种尺寸进行了双偏压计算检测与轴压比计算检测,发现450mm×400mm与500mm×450mm尺寸也符合工程质量要求。通过框架柱优化设计,将原本含钢量20.35降低到18.04,优化效果较好。3.1.3优化效果分析该建筑工程设计人员针对优化之前与优化之后的钢筋量具体情况进行比对分析,发现优化之后在钢筋量减少了12.91%,大大节省了该工程施工成本。由此不难看出在建筑结构优化上,设计人员可以从基础、框架梁、框架柱优化等方面进行优化设计,确保建筑工程质量同时降低工程造价。

  3.2砌体结构建筑结构设计优化应用——以B办公楼工程项目为例

  3.2.1工程概况B办公楼工程项目为镇办公楼,初步拟建框架结构,但出于节省造价考量,选择使用砌体结构。该建筑面积为2400.00m2,楼层为4层,楼高12.00m,要求设防烈度7度、场地类别Ⅱ类,地震(基本)加速度0.15g,设计使用年限50年。该建筑所处施工场地实际情况基本雪压为0.35kN/m2,基本风压为0.35kN/m2,上部采用砖混结构,基础形式为条形基础。建筑结构需要遵循《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《砌体结构设计规范》(GB50003-2011)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016)等标准。3.2.2建筑结构设计优化该工程建筑结构主要为砌体结构,其主要工程材料为钢筋与砖等。施工企业针对建筑结构情况对工程量进行统计,其中初步设计施工钢筋量为30.95kg/m2,属于同类建筑中钢筋量相对比较高的,也说明该工程具有一定优化余地,进行钢筋用量优化,可以大大节省工程造价。建筑设计人员根据建筑结构具体情况,设计如下建筑结构优化方案。(1)地基结构优化地基承载着整个建筑重力,因此在设计中地基必须要稳固。同时地基也属于整个工程造价相对比较高的部分,设计人员根据工程实际情况在确保建筑结构质量基础上对地基进行优化设计,以降低建筑工程造价。该办公楼工程主要为钢筋混凝土条形基础,基础高度设置为1.80m,设计人员对该工程施工现场进行实地勘查,特征值(地基承载力)为120,承载地基受力层主要为第二层粉土层,考虑到该土层较为稳定,承载地基比较理想,因此在1.80m基础高度基础上进行适当优化,原本在1.80m基础高度情况下,实际埋深为1.35m(h=0.45~1.8),考虑到该办公楼只有4层,填埋1.35m略深,因此建立数据模型对地基基础进行优化,最终优化设计到地基基础为1.60m,实际埋深1.15m。(2)优化构造柱这里所述构造柱主要指在房屋的适当位置,设置圈梁连接的各种柱子,这种柱子结构设计可以增强房屋安全性与稳定性,该柱子被称为构造柱。该建筑由构造柱组成,这些构造柱主要为钢筋混凝土架构,按照构造柱具体情况进行配筋。一般构造柱主要具有抗剪、抗震等作用,并非承担竖向荷载,在施工中需要先砌墙再进行构造柱浇筑,大多构造柱设置在休息平台处、横墙和纵墙的交界处、转角处(墙)等,另外构造柱还应当设置在5m长墙中间。该办公楼建筑构造柱主要设置在墙体中部,且与圈梁形成封闭连接状。设计人员优化之后构造柱设置为电梯间四角、楼梯斜梯段所对应的墙体、转角(外墙四角对应)等,去除一些非必要位置的构造柱,降低构造柱所用钢筋量。(3)优化梁、板该办公楼建筑主要采用现浇筋混梁、板等结构。现浇板、梁可以分隔楼层,还具有隔热等作用,可以有效增强房屋抗震性及整体性[5]。在该工程建筑结构设计上可以充分优化梁、板,从梁与板厚度、配筋等方面入手进行分析。设计人员在梁与板厚度优化上,可以根据办公楼具体情况暂定一个梁与板厚度,之后利用BIM技术设计相应模型,将设计厚度与建筑结构具体参数代入BIM模型之中,选择最为适合梁与板的厚度。根据该工程3.3m开间房间设计120mm板厚,之后利用模型进行模拟计算,最终得出100mm板厚也可以满足建筑结构具体要求,故最终确定该建筑结构板梁厚度为100mm。在配筋方面,原本建筑结构设计中,板梁之中所用钢筋为,钢筋主要布置板梁之中,承载垂直、内侧方向力等,根据建筑质量要求等建立BIM模型,对钢筋进行优化,最终发现的钢筋即可以满足该工程质量标准要求,故最终在板梁钢筋选择上使用钢筋。3.2.3优化效果分析该办公楼设计人员针对优化之前与优化之后的钢筋量具体情况进行比对分析,发现优化之后在钢筋量上用钢量每平米减少了4.359kg,大大节省了该工程施工成本。由此不难看出在建筑结构优化上,设计人员可以从地基结构优化、构造柱优化、梁与板优化等方面进行优化设计,确保建筑工程质量同时降低工程造价。

  4结语

  综上所述,房屋建筑结构设计中优化技术种类较多,在具体优化方面相关设计人员需要结合工程具体情况,进行房屋建筑实地勘查,制定初步建筑结构设计方案,并在优化上充分利用多种技术,尽可能地保障工程质量的同时,达到结构优化目的[6]。房屋建筑设计人员可以根据房屋建筑结构不同,适当制定相应建筑结构优化设计方案,全面提升优化质量,促进建筑工程综合效益提升[7]。

  参考文献

  [1]赵洛亭.房屋建筑结构设计中优化技术的应用探讨[J].绿色环保建材,2018,137(07):96-99.

  [2]王硕.浅析房屋建筑结构设计中优化技术[J].智能城市,2018,4(05):38.

  [3]孙亚林.房屋建筑装配式混凝土结构设计及建造工艺分析[J].混凝土,2018(04):121-124.

  [4]张晋元,刘朝阳,王永伟.钢筋混凝土框架剪力墙+支撑结构在公共建筑中的优化设计[J].结构工程师,2018,34(04):14-20.

  [5]梁道轩,侯胜利,王晓寒,等.宁波东部新城某主塔楼结构设计中参数化建模技术的应用[J].建筑结构,2018,48(18):30-35.

  [6]甘桂其,聂凤玲.房屋建筑结构设计中优化技术的应用探讨[J].现代企业教育,2015(02):496.

  [7]崔艳.房屋建筑结构设计中优化技术的应用探讨[J].山东工业技术,2017(21):107.

  《房屋建筑结构设计优化技术综述》来源:《城市建筑》,作者:何辉 吴海 刘致君

文章标题:房屋建筑结构设计优化技术综述

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