时间:2023-07-12 17:07:48
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇房屋设计分析,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
2013年底门至深圳铁路、西安至宝鸡高铁、西安至安埭铁路等新建铁路JF通运营,标志着我国铁路运营总里程突做10×10km,高铁突破1X10km,达到2004年1月闲务院审议许批准的《中长期铁路网规划》‘中进度和计划的要求。图1“十二五”铁路网规划图《铁路“五”发展规划》指出,到2015年,全国铁路营程达l2×10km定右,其中西部地区铁路5×10km,lu11所示预计2015年铁路旅客发送量将达40×10人、旅客转将达16000×10人km,货物发送量将达55×10t、货物周转量将达42900×10tkm。现阶段•1铁蹄总公机关没咒20个内设机构,下设l8个铁路J。、3个0业运输公司等氽业,现职工总数204.56×10人,个铁路职平均每1km有20.4人。广大的铁路职工,特别是负责线路维护和养护一线工作人,¨常I:作繁重;尤其在西部偏远地区,因为自然环境恶劣,铁路职1二的作q|活环境更加艰苦。而近10年来由于铁路跨越式发展,建设投入针对性较强,对铁路一线职工服务的乍活房麟建设有所缺失,一定程度上影响了该部分职工作的效率和极性。为确保全国铁路客运、货运等运输的安全、快速乖ij稳定,保障和改善铁路一线职工的工作生活条件就得,器必要。闲此,铁路总公司从2012年规划新建和改建铁路的时,订'ffx,J性的提出在铁路项目规划和建设驯,改簿干"挺商生活房配置,保障铁路一线职工生产、运营及维护工作。
2西部地区铁路生活房屋概况
2.1生活房屋现状
经调查西部既有铁路沿线中小车站统计:职工生活房屋(宿舍)通常为每1间住3~8人,绝大部分双层床设置.人均3~4m,住宿十分紧张。有些地区阂建设资金筹划不到位或其它原因及困难,需租用铁路沿线农村民房;职工食堂面积偏小或没有专设餐厨房间,且条件简陋;职工浴室或淋浴问普遍缺失。生活不便,自然环境差的地域,生活用水都需靠汽车或火车拉水解决,且无水冲式厕所。2.2在建、已建生活状况职工生活房屋(宿舍)多数配备到每间住2人,少部分地区每问住3~4人,房间内设置独立卫生问和盥洗设备,但不能按定员数100%配备房间;职工食堂或伙食团服务用房基本设置到位,有专职厨师或就餐服务人员,职工生活房屋(宿舍)内配备淋浴问或集中浴室。
3生产生活房屋主要设计标准
根据《铁路房屋建筑设计标准》(TB10011—2012)中所规定没计标准。3.1职工宿舍(1)职工宿舍内宜接人有线电视、互联网,并设置卫生间,卫生问内设置淋浴器、洗手盆等,并24h供应热水。(2)新建铁路的职工宿舍规模,应根据铁路所在地区自然条件和沿线城镇分布情况而定,并宜按职工人数的80%一100%配嚣床位数。(3)宿舍设计建筑面积指标应采用每1人17~19rn,并应按每间住2人设计。
3.2职工食堂
(1)根据最大当班人数240人为界限,人数以上(含240人)时可设置食堂,人数以下时可设置伙食团房屋。(2)食堂和伙食团规模包括餐厅、厨房及辅助用房。(3)餐厅座位数应按该单位的最大当班人数的50%就餐及二次进餐计算。
3.3职工浴室
车站卫生特征在1~4级范围内的铁路基层生产作业单位,应设职工浴室或淋浴间。
4西部铁路生活房屋设计分析
4.1条件差异
我国西部铁路分布区域的自然环境与地方经济情况差异较大,因此应对山区铁路、沙漠(戈壁)区铁路、冬季严寒区铁路与平原区域铁路、经济发达地区铁路的生产生活设施配备有一定的区分和区别。本次对比分析以西安铁路局为例,其主要管辖陕西省境内铁路。陕西省南北狭长,东西窄,由北向南可分为地理、气候截然不同的三大地区:陕北、关中、陕南。陕西省是中国典型跨越南北的省份之一,因此具有复杂多样的气候特点和地形地貌。(1)陕北黄土高原海拔800~1300m,其北部为风沙区,南部是丘陵沟壑区;其区域内主要铁路为包西铁路(该范围内水源较为匮乏或水质较差,交通不便)。(2)关中平原西起宝鸡,东至潼关,地势平坦,交通便利,气候温和,经济发达,是徐兰高铁、陇海铁路陕西段主要途径之地(该范围内城镇较为密集)。(3)陕南秦巴山地包括秦岭、巴山和汉江谷地,秦岭山脉在省境内东西长400—500km,南北宽约300km,海拔1500—2000m。区域内主要为西成高铁(在建)、宝成铁路、西康铁路(该范围内城镇较为分散,交通不便)。
4.2设计情况分析
(1)西安铁路局除关中平原陇海线陕西段,其余大部分铁路均处于北部黄土高原和南部秦巴山脉的山区中,公路交通极为不便,很多职工只能靠局内开行的通勤火车上下班,不到休假的时间基本就吃住在车站和工区,对生活房屋的需求较大。考虑到沿线地方经济条件较差,且自然环境较差,车站需配套较完善的生活设施条件,满足职工安心工作的基本需求,车站单身宿舍或间休室应按规范上限100%配置,同时配置餐饮和淋浴条件。
(2)车站和段区所生活房屋设置在站段内或附近,其它工区人员就近修建集中生活房屋。方便职工工作和休息,并且可减少配属管路及其它设施的敷设。
(3)很多山区铁路车站及工区无正规进出道路,需利用村庄道路,车辆的频繁进出引起对社区道路的损坏,为此经常引起当地百姓的不满而阻止车辆进出,很多工区道路均为土路,下雨天无法出行,对应急抢修影响较大。应充分考虑通往工区办公和生活设施道路。
(4)新建铁路线的人员定编和机构设置依据规范,设计定员和铁路局生产实际需要配置定员有较大出入,造成生产生活房屋设施缺失较为多。从项目各设计阶段中,加强对定员及机构设置方面地分析及调研,参考铁路局各生产处的意见。
4.3生活房屋设计方案分析
假设铁路车站生产生活房屋总规模面积不变的情况下,可根据铁路沿线当地经济发达情况、自然条件、水源水质和交通等因素,区别考虑设计标准,以适应具体情况及满足职工生产生活条件。
4.3.1职工单身宿舍如上述各种环境和条件皆有利或大部分有利时,宿舍规模可依据规范规定的下限按定员80%配备。房间设置成标准问模式,宿舍内设置独立卫生间及淋浴设备,平均每问宿舍建筑面积含公摊约30m左右,房间平面布局如图2所示。如上述条件皆不利或大部分不利时,职工单身宿舍规模可依据规范规定的上限按定员100%配备,房间设置成普通问休室,楼内设集中卫生间、盥洗室及淋浴间,平均每问宿舍建筑面积含公摊约25m左右。房间平面布局如图3所示。根据上述分析,生活房屋设计方案对比分析如表1所示。
4.3.2食堂或伙食团食堂或伙食团尽可能与职工宿舍合建,充分利用房屋走廊和其它附属用房面积,节约建设投资;并且尽量布置在建筑物一层端部,减少对房屋生活区影响,平面布置如图4所示。
4.3.3总规划布置办公生产房屋和生活房屋总平面布置规划为生产区、办公区、生活区等相对区域,整个布局紧凑、规整,人员联系方便,缩短配套道路、管线等,节约土地资源,总图如图5所示。
5结束语
【关键词】 高层住宅;建筑结构;设计;优化
当前,高层建筑随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的,在土地资源日益趋紧的今天,高层建筑有利于节约用地、解决住房紧张、减少市政基础设施和美化城市空间环境。为了在日益激烈的设计市场竞争中求得生存与发展,为业主提供优质的设计产品,提高设计产品的经济性,已成为每一个设计单位努力追求的目标。
一、高层住宅结构设计现状
低层建筑和高层建筑横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的,但是建筑高度越高,竖向结构设计越难,这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高,就要求有较大的柱子或者墙来承受垂直压力负荷,这对建筑材料的要求比较高。另外,住宅越高,侧向力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多,而且侧向荷载产生的响应并不是线性的,而是随着高度增加而迅速增大,在现代高层住宅建筑物中,重要的问题是整体抗弯和抗变形,抗震等,高层建筑与低层建筑结构有着很大差异,需要考虑的因素也很多,例如共振,扭转,水平侧向位移等。所以,高层住宅结构设计比较困难,考虑因素复杂多变,影响因素很多所以在设计的时候,要从整体上进行把握,设计出实用性强的好方案。
二、高层住宅结构设计优化的原则
(一)满足经济性要求
住宅作为商品,开发商为有利可图,要求投入少,经济效益,购房者则要求房屋设计布局好,外观美,房价适中,质量上乘。因此,结构设计应根据房屋的建造地点、平立面体形、层数多少,在满足安全性、耐久性和舒适性要求的前提下采用经济合理的结构体系,在构件设计中应精打细算,严格执行规范构造要求,注意避免不必要的浪费。尤其在地基基础设计中更应该注意方案的经济比较,因为地基基础设计方案合理与否对房屋造价至关重要。
(二)满足安全性和耐久性要求
住宅实行商品化后,应成为广大住户的耐用消费品,使用寿命长是区别于其他消费品的最大特点。因此,结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本的要求。在结构体系的选择,材料的选用,都应该有利于抗风抗震,以及在使用寿命期间维修改造的可能性。
(三)满足舒适性要求
住宅建筑设计应该为住户起居的舒适性要求提供条件,例如,多种户型,灵活分隔室内空间,人居的热、光、声的环境等要求,为此结构设计应较好地配合建筑和机电专业, 尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感和采用隔音较差的分隔墙材料, 使室内简洁明快, 隔声较好,给居住者创造一个幽静舒适的环境。结构方案中还应考虑住户日后改变分隔空间的可能性,当采用剪力墙结构时,宜采用大开间布置。
三、高层住宅结构优化设计方法
(一)增加抗弯结构体系的有效宽度
增加抗弯结构体系的有效宽度,以调整结构的抗侧刚度。这样做,是非常直接的,也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂,从而减小抗倾覆力。从材料力学的基本知识可以知道,同样面积、抗倾覆力同结构宽度的关系不同形状,可以获得不同的其几何特征。例如:相等面积的条件下,工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面,而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理,不难理解加大宽度以后,整个结构的抗侧刚度得到很大提高。在其他条件不变的前提下,侧移将按宽度增加的三次方的比例减小。当然,必须考虑“剪力滞后”的不利影响,结构体系中竖向构件的水平连接应具有足够的刚性,才能真正达到上述效果。
(二)对剪力墙的设计要加强
剪力墙的设计关键是连梁设计。联肢墙是连梁把各墙肢进行联结组成,增大了约束墙肢的刚度。连梁刚度被增大导致结构地震作用同时增大,也增大了连梁与墙肢的分配内力,这种情况下只能把构件配筋量增大,这样的设计结果明显在很大程度上浪费了材料。所以,高层住宅结构在设计的时候,不应该把具有大刚度的窗下墙当作连梁,而是要把连梁设计分为截面和小刚度的弱连梁。当然,满足了结构的刚度和变形的要求后,就要从经济的角度和抗力以及变形方面进行综合的考虑,合理进行抗侧力构件的布置。结构抗侧力的刚度随着剪力墙的数量增多而增大,但是相应的结构位移随之减小,抗侧力刚度变大的同时结构地震力也随之增大,非常不利于结构造价的控制。所以,剪力墙应该遵循周边分散、均匀等原则进行合理的布置,对水平位移的限值进行规范化,尽最大程度的把剪力墙的数量降到最低。
(三)限制结构的抗扭刚度不能太弱
高层建筑混凝土结构技术规程435条规定:结构扭转为主的第一自振周期 Tt与平动为主的第一自振周期T1之比, A级高度高层建筑不应大于 0、9。扭转耦联振动的主方向, 可通过计算振型方向因子来判断, 在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中, 当转动方向因子大于0、5时, 则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时,宜调整抗侧力结构的布置, 增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下, 减小某些 (中部 ) 竖向构件刚度, 增大平动周期, 加大端部竖向构件抗扭刚度,减小扭转周期。
(四)设置多道设防体系
目前,世界工程抗震的主要思想基本上是一致的小震不坏,中震可修,大震不倒。由于地震作用具有不确定性,防止在罕遇烈度时建筑物发生倒塌,多道抗震防线概念对于实现这一目标是有效的,从而可以保障人民生命的安全。原则上讲,应优先选择不负担或者负担重力荷载很少的竖向支承构件,或者选择轴压比较小的抗震墙、实腹筒体之类的构件作为第一道防线,不宜选用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件,可以利用赘余杆件来增加多抗震防线。
进行图纸的设计时,应该按抗震设防进行分类,抗震等级要依照具体的建筑高度、结构类型以国家颁布的《抗震规范》为标准进行确定。在建筑中可以不考虑地震震力的振型数据耦联扭转的计算;当振型数据>3时,要以3的整数倍进行计算,但是数据必须小于建筑物的层数;当建筑物的层数低于2层时,振型数可以采用建筑物的层数。但是在房屋结构不规则时,就要对扭耦联转进行考虑,高层住宅建筑的振型数不能低于8,建筑结构的层数多、刚度系数大,就应该多要振型数,才能达到更好的抗震效果。
四、结束语
高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价,带来可观的经济效益,不仅能让建筑物安全实用,又能使其经济美观,舒适。所以进行结构优化设计至关重要,实际设计中,要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法,实现住宅结构设计既安全又经济。
参考文献:
[1] 刘利峰,钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J] 科技资讯,2010(20)
[2] 云传锋,高层住宅建筑结构设计优化[J] 中国城市经济,2011
【关键词】建筑结构;房屋结构;成本优化;设计规划
随着人们生活品质的不断提高,对建筑结构设计的要求也日渐高涨。建筑结构在设计优化时尚有不少问题需考虑,针对此,该文通过论述优化设计的要求,介绍一些建筑结构优化设计的改进思路和对策。
1房屋结构整体设计优化概述
房屋建具有很强的系统性,各种结构的优化设计也往往需要涉及多方面内容,从宏观的角度来看,对于房屋建筑结构的设计优化可以大致分为整体结构和局部结构两种,其中,整体结构设计主要包括以下内容:(1)对房屋建筑的基本结构进行优化;(2)对房屋建筑的顶部结构进行优化;(3)对房屋建筑总体维护、细节架构等系列问题进行优化;
在明确房屋建筑结构设计的优化的目的基础上,工作人员应充分利用有限的空间资源,有效控制资金损耗,加强提高建筑材料和器械的使用效率,让房屋建筑更加安全可靠。根据以往的统计数据,通过房屋建筑设计优化之后,工程损耗可以降低5%~30%左右,因此,在房屋结构设计当中,对建筑结构设计的优化无疑具有非常显著的社会与经济效益,只有采取积极主动的优化态度,才能让房屋建筑可以更加的经济、实用,使现有资源的使用效益实现最大化转变。
2 住宅建筑结构设计优化的作用
建筑结构设计过程中,首先需要解决的问题就是建筑结构如何满足效益的长远化,在这个问题得到有效解决的基础上,再对建筑结构设计的合理性与经济性做到尽可能的优化。与传统建筑结构设计理念相比,当前所采用的建筑结构设计方法在建筑结构设计中的有效应用,能够有效降低工程成本,一般能达到10%到35%的效果。其次建筑结构设计优化方法的应用,还能够做到对建筑材料有效性与利用率的最大程度发挥,能够让建筑物的各个空间与整体能够达到相互协调的效果,并能够满足质量安全管理规定的要求。另外,建筑结构设计优化方案的应用,还能够对建筑物的原先设计起到完善的作用。所以,建筑结构优化方法对建筑结构设计起到重要的作用。
4 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。
5 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。
6 住宅建筑结构优化技术的应用需注意的问题
6.1 房屋建筑机构优化技术的应用需注意到前期的参与
房屋建筑前期的设计方案直接影响建筑项目的成本,但是很多前期方案确定中却不包括结构优化设计技术,以致相关的设计人员在进行房屋建筑结构设计时,常常忽略建筑结构的和理性和可行性,这样不但增加了机构设计的难度,而且使房屋建筑结构的设计成本也相应增加。因此,设计人员在前期设计时要充分的融入优化设计方案,节约建筑成本。
6.2 设计人员要注重细部优化
设计人员在注重整体设计的同时,还要加强对结构基本构建的精细设计。如尽量划分矩形板块的现浇板设计,增加现浇板的受力程度和避免出现拐角裂缝。随着计算机技术和优化设计理论的相互结合,优化设计已经从工程实践问题逐渐向数学问题过渡,因此,工程设计人员还要加强自身基于计算机技术的优化设计分析,使自身的设计更为合理和科学。
7 结语
结构优化设计是一个全面、综合的课题,需要周密的部署并且严格的实施结构优化设计的首要任务是在实现建筑工程的基础上,保证建筑的舒适度好的结构设计能够给企业带来可观的经济效益,而结构安全更是生命恢关的大事我国规范明确规定,在进行结构设计时要避免薄弱环节,确保结构设计中计算出的理论值与实际相符合,并确保建筑材料的安全可靠结构优化设计过程非常复杂,因此要选取最优的方案根据具体的工程结合设计经验对工程进行合理的分析,确保工程的安全和经济效益结构优化设计能够加快设计进度,节省工程造价,全面提高工程的质量与安全因此,必须加强人们对于建筑结构优化设计的重视不断提高建
筑的使用价值,最大限度的增加结构优化设计的时效性。
参考文献
[1]孙大伟,陶志军.浅析建筑结构中的优化设计与应用[J].科技创新与应用,2012(23).
[2]鄢皓,李卫华.试谈结构设计优化技术在房屋结构设计[J].佳木斯教育学院学报,2012(4).
关键词:高层住宅建筑结构设计
Abstract: this paper introduces the structure of the high-rise residential buildings design principle, analyzes the high-rise building structure optimization design status, emphatically summarized the high-rise residential building structure optimization design method.
Keywords: high-rise residential building design
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
当前,高层建筑随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的, 在土地资源日益趋紧的今天, 高层建筑有利于节约用地、解决住房紧张、减少市政基础设施和美化城市空间环境。为了在日益激烈的设计市场竞争中求得生存与发展, 为业主提供优质的设计产品, 提高设计产品的经济性, 已成为每一个设计单位努力追求的目标。
一、高层住宅建筑结构设计的原则
1、 满足经济性要求。住宅作为商品, 开发商为有利可图, 要求投入少, 经济效益好,购房者则要求房屋设计布局好, 外观美, 房价适中, 质量上乘。因此, 结构设计应根据房屋的建造地点、平立面体形、层数多少, 在满足安全性、耐久性和舒适性要求的前提下采用经济合理的结构体系, 在构件设计中应精打细算, 严格执行规范构造要求, 注意避免不必要的浪费。尤其在地基基础设计中更应该注意方案的经济比较,因为地基基础设计方案合理与否对房屋造价至关重要。
2、 满足安全性和耐久性要求。住宅实行商品化后, 应成为广大住户的耐用消费品, 使用寿命长是区别于其他消费品的最大特点。因此, 结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本的要求。在结构体系的选择, 材料的选用,都应该有利于抗风抗震, 以及在使用寿命期间维修改造的可能性。
3、满足舒适性要求。住宅建筑设计应该为住户起居的舒适性要求提供条件, 例如, 多种户型, 灵活分隔室内空间, 人居的热、光、声的环境等要求, 为此结构设计应较好地配合建筑和机电专业, 尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感和采用隔音较差的分隔墙材料, 使室内简洁明快, 隔声较好,给居住者创造一个幽静舒适的环境。结构方案中还应考虑住户日后改变分隔空间的可能性, 当采用剪力墙结构时, 宜采用大开间布置。
二、 高层建筑结构优化设计现状分析
1、只重视结构尺寸的优化,即在给定结构的几何形状、 拓扑和材料的情况下,求出满足约束条件的最优构件截面,而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明,形状优化比尺寸优化更有意义。 单纯的尺寸优化无法接近最优的结果,因此,也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为,结构设计只要结构方案和布置合理, 上部结构又有比较成熟的计算机软件进行分析计算,构件截面只要通过计算结果满足规范即可, 认为上部结构相对下部结构,即地基基础部分,特别是软土地基的意义不大,因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。
2、优化的目标还不能完全符合工程的需要。 由于实际结构问题往往十分复杂,存在设计变量多、 约束条件多、 受建筑功能限制较大等难点, 多种因素甚至不确定性因素使得目函数在建立后只能得到相对最优解。,目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件, 而应用现有的各种计算机分析软件进行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果的,因此,无论是机时,还是设计进度,都较难允许实施这种优化方法。 很多高层建筑设计项目,结构方案和布置还是比较合理的, 其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸,但是计算分析后还存在某些薄弱环节,为了改善这种受力状况,增大构件截面却未能得到明显改善,反而增加了材料耗量。
三、高层住宅建筑结构优化设计方法
1、限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定: 在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移, A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1、2倍, 不应大于该楼层平均值的 1、5倍。抗震设计的 A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载,受力明确, 传力直接, 力争均匀对称, 减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时, 应使结构均匀分布, 令荷载合力作用线通过结构刚度中心, 以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时, 通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。高层剪力墙结构住宅中剪力墙影响刚度, 而剪力墙为矩形截面, 惯性矩为 I Z = bh3 /12 , b为墙厚,h为墙长。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大, 哪部分结构刚度小, 增大刚度对结构有利, 还是减小刚度对结构有利, 通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称, 满足高层建筑混凝土结构技术规程435条对最大水平位移和层间位移的要求。
2、限制结构的抗扭刚度不能太弱。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定: 结构扭转为主的第一自振周期 Tt与平动为主的第一自振周期 T1之比, A级高度高层建筑不应大于 0、9。扭转耦联振动的主方向, 可通过计算振型方向因子来判断, 在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中, 当转动方向因子大于0、5时, 则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时, 宜调整抗侧力结构的布置, 增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下, 减小某些 (中部 ) 竖向构件刚度, 增大平动周期, 加大端部竖向构件抗扭刚度, 减小扭转周期。
3、高层建筑的基础形式应选用整体性好, 能满足地基承载力和层建筑容许变形的要求, 并能调节不均匀沉降, 达到安全实用和经济合理的目的。以下讨论平板式筏基和梁板式筏基经济合理的问题。平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土, 施工工期短等优点。住宅一般开间小, 即剪力墙间距小, 并且剪力墙刚度大,所以剪力墙完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的 JCCAD软件, 用有限元法对不同基础形式进行基础计算, 发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多, 但梁板式筏基却有基础梁的配筋、混凝土用量和基础梁支模等情况。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用, 计算时超筋。于是还要再增大梁的断面。从综合经济效益分析, 对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。
4、高层建筑平面凹入较深时构造处理。高层建筑平面不规则, 容易发生震害, 在不妨碍建筑使用的原则下可以采取以下措施: 设置拉 梁或拉板 (板厚为 250mm ~300mm ) , 拉梁拉板内配置受拉钢筋。满足梁板最小配筋率要求。
5、高层住宅转角窗处的构造处理。角部墙体开洞, 与角部墙体不开洞的剪力墙结构相比, 结构整体效应影响颇大, 结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异, 角部墙体开洞的剪力墙结构其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显, 特别是洞口处的连梁, 需配置抗扭钢筋, 转角处楼板宜局部加厚, 配筋宜适当加大, 在转角处板内设置连接两侧墙体的暗梁。
6、不规则楼板的计算。在居住建筑中由于平面使用功能的需要, 常出现不规则楼板, 以往处理方法在缺口设梁,这样影响建筑的美感。现在设计中改设暗梁, 梁适当加宽。楼板的承载力潜力较大, 计算时可按一般梁计算。通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程
总之,结构设计没有绝对最佳的标准模式, 只有通过不断地探索、比较,去寻求相对的最优。因此我们每一个结构工程师应不断地追求尽善尽美的设计思想, 不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计, 用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。
参考文献:
[1] 刘利峰. 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J]. 科技资讯, 2010,(20) .
[2] 陈颖. 高层建筑结构优化设计分析[J]. 工程建设与设计, 2010,(08) .
[3] 张启照. 建筑结构优化设计探讨[J]. 福建建材, 2010,(02) .