浅谈建筑结构优化设计

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浅谈建筑结构优化设计

作者：孙 振

来源：《硅谷》2010年第20期

摘 要:对于一个建设单位来说,工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。降低成本、增加利润,是每一个房地产企业所关注的目标之一。进行投资控制的关键在于决策和设计阶段,而在项目作出投资决策后,其关键就在于设计。建筑结构的造价在建筑工程的总造价中占有较大的比例,结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。结构设计的目的是在保证建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下,以最经济的手段来实现建筑的预期效果。建筑在经济上合理与否,取决于设计的合理和优化。 关键词:决策设计;建筑建构;优化设计

中图分类号;TU-8 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2010)1020102-01

所谓结构优化设计,是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法,结构设计是创造结构方案的过程,传统的结构设计是设计者按设计要求和设计者的实践经验,参考类似工程,通过判断创造结构方案,然后进行力学分析或按规范要求作安全校核,再修改设计。这一过程繁复,且往往只能创造出可行方案,而找不到一条安全、经济、合理的最优设计方案。传统的建筑结构设计方法,是先根据经验通过判断给出或假定一个设计方案和做法,用工程力学方法进行结构分析,以检验是否满足规范规定的强度、刚度、稳定、尺寸等方面的要求,如符合要求的即为可用方案,或者经过对少数几个方案和方法进行比较而得出可用方案。而结构优化设计是在很多个,甚至无限多个可用方案和做法中找出最优的方案,即材料最省、造价最低、或某些指标最佳的方案和做法,这样的工程结构设计便由“分析与校核”发展为“综合与优选”。这对提高工程结构的经济效益和功能方面具有重大的实际意义。“综合与优选”实质上也就是建筑结构的优化设计。

一些结构设计人员在从事结构工程设计时,自觉或不自觉的认为:基础越大、柱子越粗、剪力墙越厚、梁越大、板越厚,结构就越安全。其实这是一种片面的、不正确的认识和做法。当主楼和裙房高低层间连为一体,无谓的加大裙房基础的尺寸,会使裙房的沉降减小,从而加大了高低层间的沉降差,反而导致结构不安全,梁越大,越不易保证“强柱弱梁”设计原则的实现,导致地震时柱先于梁破坏,使结构倒塌,这也是四川汶川大地震时,框架结构倒塌的主要设计原因,楼板越厚,楼盖自重越大,将使梁、柱、剪力墙等竖向构件和基础的安全度下降。柱、剪力墙适当增大断面,对提高结构安全度可能是有利的,但应该看他们的位置,柱、剪力墙布置的位置有时比加大断面更重要,更有效率,次要位置的柱、剪力墙加大截面,带来的结果往往是增加了结构自重,对提高结构安全度意义不大。从结构抗震角度考虑,材料用量越多,结构自重越大,地震力也越大,如果增加的材料没有用到必要的地方,那么将导致结构抗震性能的降低,因此,结构设计正确的思路和方

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