现代建筑结构优化设计问题

【摘 要】当前,建筑师对建筑物的艺术性和实用性要求越来越高,作为建筑设计人员,如何在保证建筑物质量性的前提下优化建筑结构设计,让建筑师的设计意图得到充分实现,逐渐成为一个热门的话题.结构设计人员应该选择科学的建筑结构设计方案,实现建筑工程经济效益的最大化.本文就现代建筑结构优化设计问题展开分析,结合笔者的实际工作经验,并提出了几点相应的设计方法.

【关 键 词】现代建筑；结构设计；优化设计

很多人谈到建筑的结构优化设计,都认为优化结构设计只需要简单的进行受力计算就可以让结构构件达到最优功能,其实这种认识是片面的.任何一个建筑自结构设计方案提出之后,就已经存在开始优化的问题了,加之在建筑的各个设计过程中都需要设计人员进行优化设计,才能够达到建筑结构的最终优化效果.因此现代建筑的结构优化设计应该涵盖了建筑工程的每个方面,设计人员必须认识到建筑结构优化设计的重要性,科学合理的制定建筑结构优化设计方法,这样才能够有效提高建筑的经济效益和功能利用率.

一、现代建筑结构优化设计的意义

建筑结构设计人员只有在保证结构安全的前提条件下,对现代建筑结构进行综合理性的分析,并运用科学的结构优化设计方法来进行设计,这样才能够达到建筑结构优化设计的需求,让建筑工程造价得以有效控制,让投资方获取更多的经济利益.根据以往的结构优化设计数据来看,建筑工程进行优化设计之后相比于以往的工程设计可以减少5%到30%的工程造价.但是实际上制约优化设计工作进行的因素还是有很多,诸如工程设计进度让设计人员没有时间对结构进行优化设计,加之现在很多傻瓜式的工程设计软件让很多新的设计人员对结构优化设计的理解越来越不充分,限制了他们工作能力的进步,不能进行科学的优化设计,很多结构设计人员在对建筑结构进行优化设计时常常无暇顾及到结构的整体方案设计,无法考虑到总体的造价控制.因此只有加强设计人员对建筑结构优化设计的把握度,提高优化设计方案的科学性和合理性,才能够最大限度的降低工程造价,让技术与经济效益充分结合,创造出更多的社会效益.

二、现代建筑结构优化设计的方法

(一)制定科学的结构优化设计方案

科学合理的设计方案能够在很大程度上决定结构设计成败,建筑设计虽然相同,但结构设计方案却不一样,不同的结构设计方案也会让工程造价和质量也会有很多区别,因此要制定科学的结构优化设计方案.在选择方案时应该按照一定的原则处理好各个构件和结构的关系,发挥出建筑的整体结构与构件之间的最佳受力状态,最大限度的保证建筑整体结构的安全可靠,让建筑的外力作用中心、质量重心与结构平面布置的抗侧力刚度中心接近或重合,尽量减少由于外力作用造成的结构扭转,如果结构平面进行不规则布置,那么会由于抵抗结构扭转造成材料使用量的增加,这样不仅会增加造价成本,还会积累不安全因素,因此在进行结构优化设计时必须积极与建筑师进行协调沟通,制定科学的建筑结构设计方案.

(二)做好剪力墙的结构设计

在剪力墙的结构设计中,其核心部分是连梁的设计.连梁通过连接各个墙肢形成联肢墙,这样就让墙肢的约束条件无形的增加了,而连梁剐度的增大又会增加结构的地震作用,这样就需要增加构件的配筋量来保证连梁与墙肢的内力分配平衡,这样进行设计通常会造成建筑材料的浪费,因此设计人员在进行建筑结构设计时通常会把连梁设计为弱连梁而不是用窗下墙作为连梁.另外,应该从多方面综合考虑,对抗侧力构件进行科学布置.剪力墙设计越多,结构位移就越小,抗侧力刚度就会增加,但是我们已经知道,抗侧力刚度的增加会让结构地震力随之增加,因此在设计剪力墙时,应该遵循对称、分散等原则,按照有关规范控制剪力墙的数量.

(三)建筑结构形式的合理选用

根据现代建筑的类别和实现功能的不同我们可以对建筑的结构形式进行不同的选择.一是砌体结构的设计方面,砖砌体的功能是承重和抗侧移,它的平面设计布置没有硬性的要求,虽然如此但是还是要注意不能有受力大的突兀结构形式,门窗的洞宽度最好不要超过2.1米,纵向的墙体一般不少于3道,通过对这些方面的控制可以让构造柱的配筋适当减少.二是底部框架剪力的设计方面,底部框架剪力墙的结构设计对建筑平面的要求非常严格,设计时应当将承重墙放在框架梁之上,对于放在次梁上的墙体,要加大次梁和主梁的配筋,将该处的楼板厚度适当加厚.

(四)加强细节部位的优化设计

现代建筑结构设计中,不仅要关注建筑整体设计,还必须对结构局部细部构件精心设计.例如在对现浇板进行设计时要努力把异形板划为矩形,通过这种设计方式不仅可以减少拐角裂缝,还能够让现浇板合理受力.又如,柱构件采用高强度混凝土可以有效减少底部截面,而对于水平构件来说就可以将混凝土的标号适量的减少,这样既可以达到受力要求,又可以节约成本.另外,现代计算机技术的发展与结构优化设计逐渐结合在一起,很多仿真的结构优化设计软件得以广泛运用,设计人员可以通过计算机建立分析模型,在计算机上对建筑结构进行优先设计,达到结构设计优化的目的.在对建筑的具体结构设计工作中,建筑结构优化设计已经从工程问题变为数学问题,基于这一原因,设计人员提高对计算机优化分析的能力也是非常重要的.

三、结语

现代建筑结构优化设计的前提是建筑功能的实现,要保证建筑的舒适度和生命力.建筑的结构设计在建筑工程项目中的作用非常重要,它不仅能够带来很大的经济效益,还对建筑的质量安全起到了保障作用.我们在进行建筑的结构设计时,必须严格按照国家的相关规定,保证理论计算和实际情况相一致,尽量避免设计中的薄弱环节,做到让所有构件的可靠度相一致.现代建筑结构优化设计是一种科学有效的设计方法,也是一项复杂的过程,相比于传统的建筑结构设计,它更能节省工程造价,提高工程设计进度.要做好结构优化设计工作,要求广大设计人员不仅要熟悉结构设计知识,还要掌握相应的数学和程序计算知识,通过对现代建筑的结构优化设计能够实现建筑的经济适用和美观舒适的功能,它也是衡量一名建筑结构设计人员专业能力的重要标准.