建筑结构优化措施范文
时间:2023-05-29 15:09:49
导语:如何才能写好一篇建筑结构优化措施,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
关键词: 建筑施工;结构设计;优化措施
Abstract: with the development of China's economy, building industry increasingly prosperous, the importance of building structure optimization design is more and more important. This paper expounds the structure optimization design steps, introduced the structure design of the basic requirements: durability, safety, comfort, economy, and discusses the construction of concrete scheme optimization design, so as to guide the practice.
Keywords: building construction; Structure design; Optimization measures
中图分类号:TB482.2 文献标识码:A 文章编号:
所谓结构优化设计,就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。如何做好结构优化:首先,要选择合理的结构方案,其决定了整个设计的好坏成败。因为对同一个建筑设计方案而言,结构设计不是唯一的,不同方案会使工程质量和工程造价产生很大差别。其次,进行正确的结构计算,一体化计算机结构设计程序的应用和完善,帮助结构工程师能越来越轻松的进行计算分析,使得结构设计更加经济和合理。再次,要提高材料的利用率,因为结构设计的目的就是花尽可能少的钱,做最安全适用建筑,这就要求结构设计时对材料选用要合理,利用要充分。还有,要正确合理的运用和理解、规范,其是我们设计中必须遵循的标准,是国家技术经济政策,科技水平以及工程实践经验的总结。
1.建筑结构设计的基本要求
(1) 满足耐久性和安全性要求。住宅实行商品化后,应为住户的耐用消费品,使用寿命长是区别其他消费品的最大特点。因此,结构耐久性和安全性是住宅结构设计最基本的要求 结构体系的选择以及材料的选用,都应有利于抗风抗震,以及使用寿命期间改造维修的可能性。
(2) 满足舒适性的要求。建筑设计应为住户起居舒适性的要求提供条件,例如,多种户型要灵活分隔室内的空间,人居的热光声的环境等要求,给居住的人创造一个舒适的环境。结构方案还应该考虑到住户在日后改变分隔的空间的可能性,当采用剪力墙结构的时候, 宜采用大开间的布置。
(3) 满足经济性的要求。结构设计时应根据房屋的建造地点层数多少、平立面体形, 在满足耐久性、安全性和舒适性要求的前提下采用经济又合理的结构体系,在构件设计中应该精打细算,要严格执行规范构造要求,注意避免不必要的铺张浪费。尤其是在地基基础设计中更要注意此方案的经济比较,因为地基基础的设计方案是否合理对房屋造价非常重要。
2. 建筑中的优化设计方案
(1) 房屋结构周期性折减系数。房屋框架结构和顶盖等结构设计中,因为填充墙体存在使结构实际表现刚度大于设计计算刚度,计算周期也会大于实际周期,所以当算出结构剪力偏小时,会使房屋的某些结构不安全,而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减,这样能达到很好的效果,但是对于房屋框架结构,计算的周期不宜折减或折减系数取小。
(2) 耐久性的优化设计。在之前大部分混凝土结构设计方案中,很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性,也就是保证房屋建成之后,在合理使用期限内,要能满足用户正常使用要求。但是很多的设计未能达到,造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中,由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤,引起房屋可靠度指数下降。 对一般高层混凝土结构设计来说,低造价和省材料设计都应为满意的结构设计,但随着人们生活水平的提高和在实际工程中, 有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时, 设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以混凝土结构优化为设计的主要目的时,就应依据设计所要面对的关键性问题,分清主次,选多目标或单目标来实施优化,达到满意效果。
3建筑结构抗震设计内容
建筑结构的抗震设计分为两大部分:计算设计和概念设计。以达到合理抗震设计的目的。
3.1 计算设计
建筑结构抗震计算包括两部分:地震作用计算和结构抗震验算。
3.1.1地震作用计算
地震作用曾称为地震荷载,包括水平地震作用、竖向地震作用和扭转地震作用,它与地震的性质和建筑结构的特性有关。地震作用计算的方法有:反应谱法、振型分解反应谱法和动力分析法(时程分析法),其中反应谱理论被广泛的运用于地震作用的计算。
(1)反应谱理论是一种拟静力方法,它是考虑了结构的动力特性(自震周期、震型和阻尼)所产生的共震效应,其计算过程是先用动力方法计算质点体系地震反应,建立反应谱和反应谱曲线,然后用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载,最后按静力方法进行结构计算设计。反应谱理论是依据弹性结构地震反应得到的,但如果遇到强烈地震结构进入弹塑性阶段时,则反应谱理论不能计算出构件进入弹塑性状态的内力、变形,也无法找出结构的薄弱位置,因此专家提出了延性这一概念,利用延性系数来概括结构超出弹性阶段的抗震能力,从而使反应谱由弹性变成塑性。
(2)反应谱法主要针对于单自由度的体系,若将反应谱理论和振型分解原理相结合,用于解决多自由度体系的地震反应计算,这就是振型分解反应谱法。其特点是能够全面考虑结构的动力特性,且根据结构的振型曲线确定地震作用的分布。利用振型分解反应谱法计算地震作用和作用效应时,对于不需计算扭转藕联计算的结构,某振型质点的水平地震作用标准值与相应的振型自震周期的地震影响系数、相应质点的水平相对位移、振型参与系数和重力荷载代表值有关。
(3)动力分析法(时程分析法)是以动力理论为基础的地震作用计算方法。所谓的动力理论,指的是在结构中输入与其地理条件相对应的地震加速度记录,得到结构在不同时刻的地震反应。动力分析法校正了采用反应谱法振型分解和组合求解结构内力和位移时的误差,能够较准确的反应结构震动的全过程;利用准确的结构和构件的恢复力特性曲线,可以计算结构在非弹性阶段每个时刻的地震反应(内力和变形),判断结构的屈服机制,确定结构的薄弱层和薄弱部位,以便采取适当的构造措施。
3.2 概念设计
在强烈地震作用下,只依赖结构计算设计满足结构的抗震要求是困难的,因为在结构计算的过程中,内力计算是基于弹性理论计算,而截面设计是基于塑性理论的计算方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态相差太远,为了弥补这一计算理论的缺陷,利用已发现的结构地震规律和对于结构总体。细部构造的良好的结构知识进行合理设计,即概念设计 概念设计的目的是正确解决总体方案、材料使用和细部构造,达到合理的抗震设计。
概念设计的基本原则如下:
3.2.1选择对抗震有利的场地、地基
在确定建筑场地时,尽量选择有利的地段,如开阔平坦的坚硬场地;避开对抗震不利地段,如软弱场地,易液化土,状态明显不均匀等地段;如果无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,如加强地基和上部结构的整体性和刚度、换填地基土层、采用桩基等。
3.2.2选择对抗震有利的建筑体型
建筑设计时,力求结构简单,如简单的平、立面图形是方形或圆形,只有结构简单才能使结构在地震作用下有直接和明确的传力途径,才能易于分析结构的内力和位移,找出结构薄弱部位。但实际工程中,建筑的平、立面出现凹角是经常的,而凹角位置容易造成应力集中或变形集中,应采取特别的加强措施。建筑平面和立面布置宜规则、对称,其刚度和质量分布宜均匀,防止地震时产生扭转破坏。
3.2.3选择合理的抗震结构体系
建筑抗震结构体系应符合的原则:具有多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏导致整个结构体系丧失抗震能力或者对重力荷载的承载能力;具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;具备必要的承载能力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力;具有合理的刚度和强度分布,避免在结构薄弱部位产生过大的应力集中或塑性变形集中。
3.2.4保证结构的延性抗震能力
结构的延性是指结构吸收地震能量后的变形能力,延性好的结构能吸收较多的地震能量,能经受住较大的变形。延性结构的设计原则是:强柱弱梁或强墙弱梁;强剪弱弯;强节点、强锚固;强压弱拉。
3.2.5处理好非结构构件
非结构构件主要指建筑非结构构件如女儿墙、围护墙、隔墙、幕墙和安装在建筑上的附属机械、电气设备,这些构件应与主体结构有可靠的连接或锚固,防止地震时倒塌伤人或者损坏重要设备。
3.2.6其他
抗震结构应合理选用材料,保证施工质量。在建筑设计时,宜选用高强、轻质材料,减轻结构自重,有利于减少结构对地基承载力的要求。施工时应严格按照材料特性、施工工序要求,避免施工过程中出现违规操作,造成材料的浪费、工程的返工。
结语:建筑结构设计将直接影响建筑物的安全、适用、经济和合理性,更是决定建筑工程质量优劣的关键,建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发, 建立一个宏观的、合理的结构设计理念, 合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则, 这样不仅满足设计各类需求,同时改善人类的居住环境。建筑施工的最终目的是在节约成本的同时,保证建筑的安全性,适用性以及舒适性,而优化设计也是长远的话题。
参考文献:
[1] 陈阳显.浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计[J].价值工程,2010( 27) : 89- 92.
篇2
【关键词】框剪结构;优化设计;措施;内力分析
框剪结构是一种框架结构和剪力墙结构组成的结构体系。框剪结构在建筑设计中由于拥有较大的平面空间,其抗震性和整体性能都相对较为良好,因此在建筑中得到非常广泛的应用,适合用于很多大型高层公共建筑设计。目前来看,这种结构能够更好的发挥其应有的优势,并且为建筑提供了更好的设计方案,但是在实际设计当中,依然存在着种种问题,需要更好的解决。
1、基本概况
1.1结构承重体系设计
结构承重体系设计需要根据不同的环境来进行,在设计中,裙房部分要考虑荷载效应的发生,主楼的部分也要考虑竖向的荷载效应,同时对于水平地震作用下产生的荷载效应也要加以重视。因此裙房结构需要采用混凝土框架结构的形式,而主楼采用框架一剪力墙承重结构体系。
由于主楼的抗侧力构件是重要的部分,在设计中剪力墙要承担主要水平荷载,同时框架承担少部分水平荷载作用和大部分的竖向荷载作用。如果要提高主楼的抗扭能力,在设计中要加强剪力墙和楼梯主楼结构的相互位置,其中主要要注意建筑结构设计的变形限值,将其进行综合匹配,以刚度、承载力和延性来进行综合。
1.2建筑缝的处理设计
建筑缝的处理设计是通过主楼和裙房之间的连接部分来进行设计的。由于主楼和裙房有着本质的不同,两者连接处需要设计出防震缝和沉降缝。防震缝的设计是为了减少主楼和裙房之间出现较大的缝隙,从而增加裙房的防水难度,结构设计的过程中,也需要将主楼和裙房看做一个整体的设计方案来进行设计计算。而沉降缝的部分是主楼按照实际的需要,将主楼基础设计成桩基础,与此同时,裙房的基础设计成柱下条形基础,二者在调整彼此间的不均匀差,从而保证设计的合理性。这也是建筑缝最常见的处理设计方式。
2、结构优化设计策略
高层的建筑结构设计中,采用较多的方式是钢筋混凝土框架一剪力墙结构,这种体系的建立有效的提高了框架结构的灵活性,并且更好的提升了使用空间,使建筑更为优质。由于剪力墙结构的整体性相对较好,因此也保证了建筑结构的完好。在一定条件下,采用框架结构设计能有效的提高水平变形曲线能力。然而钢筋混凝土一剪结构具有多种效果,从力学的角度来进行分析的话,存在着一定的难度,进行设计优化设计也难以完成。因此,及时国内外很多的专家进行了多种实验,但框剪结构中依然存在着很多难以解决的问题,解决在这些问题,对于提高工程质量和科学的发展也有着重要的意义和积极的作用。
2.1框架结构的分部优化设计技术
钢筋砼框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构,其荷载效应不仅与外荷载大小有关,还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋砼框架结构的分部优化设计,即是在结构整体内力分析完成后,根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计,确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果,由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化,优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化,各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化,据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程,计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果,但通常能给出工程实用的满意结果。
钢筋砼框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为:
(1)初始选型:根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能,分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线,并考虑施工因素,归并框架梁、柱的类型,初选梁柱的几何尺寸;
(2)结构分析:按照结构的实际几何构造特征,计算结构所受竖向荷载及水平荷载,对钢筋砼结构进行空间内力分析。根据结构分析结果,将截面尺寸相同的构件的控制截面内力,根据其大小进行分类,并确定每一类构件的设计控制内力;
(3)截面优化设计:截面优化设计是对优化的结果进行控制的过程,设计过程中,保证其整体设计方案的准确性,提高设计质量是关键的步骤;
(4)可行性判断:对优化设计结果进行一次内力分析,检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求,则可按此方案进行配筋和构造处理,作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整,直到方案可用为止。
2.2框—剪结构的三阶段优化设计策略
框—剪结构的设计主要涉及三个方面的优化问题:一是结构最优设防水平的决策,二是框架与剪力墙结构协同工作,以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计,三是框架—剪力墙结构构件的优化设计问题。
高层框—剪结构在水平荷载作用下的协同工作问题,主要是水平荷载在框架和剪力墙结构之间的分配设计,因此剪力墙数量和位置的设计是关键问题。这里,我们将框)剪结构的优化设计过程分为三个阶段进行,对不同阶段的不同问题,采取不同的优化准则进行优化设计。
(1)第一阶段:最优设防水平Id的优化决策
以地震的危险性为前提,分析地区地震的相关强度,从而评测出相应的结构优化方案,在进行设计前,将相关的数据进行综合评测,从而把设计方案综合在内。
(2)第二阶段:剪力墙构件的优化设计
剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合,可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要为结构的自振周期和侧向位移,结构延性对结构的影响主要为保持承载力前提下的变形能力。因此,可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层间位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。
(3)第三阶段:框架结构的优化设计
框架结构的优化设计准则是一个结构准则,在一次整体分析完成之后,可按照前述方法对框)剪结构中的框架部分进行优化设计。
3、结论
综上所述,框剪结构存在着框架和剪力墙结构的特点,融合了二者之间的优势,其效果也得到了更好的互补,如果涉及合理的话,优势将会更为突出,对于建筑物整体性能的提高有着重要的作用。所以,我们在进行研究的过程中,要进行综合的考量,设计时要在整体的情况下进行结构的布置,从而分析出其中的优势和不足,以便更好的进行调整,使建筑的受力充分的均匀,这样不仅保证建筑质量,同时也有效的提高了经济效益,对于我国建筑业未来的发展也有着积极的促进作用。
参考文献
篇3
【关键词】建筑;剪力墙;结构优化
1 引言
随着近些年来中国经济的快速发展,建筑剪力墙是随着中国经济发展越来越受到重视以及越来越常用的一种建筑结构形式,而在一些建筑中,低层建筑也开始采用剪力墙结构,它和框架结构相互结合形成的框剪结构可以使得建筑内部结构更加丰富多彩,更具有建筑美感和表现力,因此在剪力墙的设计和建造中就更应该根据墙体的尺寸和受力情况进行探讨和分析,尤其是柱子与墙体之间的特点在不同的指标与比例中进行详细的设计。
1建筑剪力墙结构的布置
剪力墙结构的布置是一个具有专业技巧的工作,因此不是一个只有一种解决方式的工作,这就需要结构专业的技术工作者能够合理的布置剪力墙结构,提高建筑结构的经济效益,一般情况下,剪力墙和建筑在主轴上应该保持一致,但是对于不太规则或、超限的建筑形式上,应根据建筑平面设计剪力墙,不应该布置仅单向有墙的形式,内外墙应拉直处理,控制好数量,避免刚度过高和过低,而且要注意质量中心与刚度中心的重合,合理的调整剪力墙的距离能够提高布置的合理性,节约空间。
2结构设计要点
2.1控制配筋
构件的含钢量对于建筑的剪力墙设计有着重要的影响,因此必须重视,要实现建筑结构的设计的经济效益,应该保证钢材在一定范围内,过高和过低都不行,因此建筑剪力墙设计应根据国家规范来进行结构优化设计,保证经济效益。
2.2墙体设计的合理性
墙体设计应该保证水平和竖直作用力,验算应该将内力进行偏压进行承载力计算。尤其是针对剪力墙计算中,要尽量减少异形墙。由于剪力墙常常是布置在门窗洞口的边缘处,因此墙体的总厚度应该是剪力墙厚度和各个翼缘厚度的综合。剪力墙的种类应该根据高度和尺寸来设计,他们在受力的形式上接近柱子和板,很多柱子的厚度和墙体设计比值比较类似,他们常属于双向的受压,因此是异形柱。根据剪力墙配筋设计以及配筋在规范中的要求,要将墙底部进行加厚,而且高度不小于层高的1/16,如果端头没有翼墙和暗柱的时候,加厚的高度不能小于层高的1/12,而这么规定不适用于高层建筑的剪力墙结构,很多业主对于建筑室内空间的要求比较高,因此这样的情况采用概念设计,应该控制好墙体的轴线,满足墙体截面的条件。在结构上适当的增加暗柱,而在具体的设计中需要大量的水平布筋以及配筋数量,尤其是梁体结构等应该详细的进行增加。
2.3高宽比的确定
剪力墙的高度以及厚度是建筑剪力墙设计中的重中之重,所以在设计中就应该控制剪力墙的高厚比。
2.4 边缘结构的合理设计
通过很多次的实验已经表明,剪力墙的延比性不太好,相对于工字型和槽型的剪力墙的延性比要比较优秀,通过计算发现剪力墙截面的两端通过翼墙边缘设计能够提高墙体的延展性。还能够避免剪力墙出现水平剪切滑动,根据力学的原理,矩形的抗剪力主要是在端柱以及转角处,而规范中对边缘结构和构建的抗震措施清晰的规定,要进行受力和类型的分析计算,对墙和洞口的两边的加强边缘设定相应的代表值,在墙肢轴压比的界限以及加强部位分为约束边缘构件以及构造边缘构件两类。
3剪力墙结构优化设计
3.1最小剪力系数的确定
短肢剪力墙是保证地震倾覆力矩第一振动模式为低于40%的基础上减少剪力墙的数量,提高剪力墙的系数,减低造价,提高经济效益。
3.2层高和楼层最大位移的确定
按照我们国家现行的设计规范的要求,建筑设计应该重点的考虑减小扭曲以及变形的状态,在增加结构刚度是不能片面的考虑层间位移,应该综合的考虑整体的情况,但是现行的大多数的建筑设计仅仅考虑了层间位移,而没有关注剪重比,在较大的情况下,应该减少相应的结构刚度,减少地震作用,也可以达到较好的效果。
3.3 侧向高度以及扭转刚度的调整
建筑的结构设计在这方面是主要考虑提高建筑平面的规则性,减少扭转力以及带来的影响,同时偶然偏离力也应该考虑进去,通过对众多的地震灾害情况进行分析从而得出结论,由于建筑结构的不规则而引发的房屋破坏情况是最为严重的,因此在设计中应该保证建筑结构的抗扭曲能力,避免因为不规则引发房屋的倒塌情况。因此在具体的设计中应该尽量的保证建筑平面的合理,以及结构竖向的构件的合理布置,提高建筑的侧向刚度。
4 建筑剪力墙结构的优化设计
本文的探讨结合实际的案例进行进一步的分析,本文的案例建筑属于十八层的高层建筑,每层的高度是2.9米,总高度是52,5米,建筑面积是6500米,该工程工程抗震设防烈度为八度,基本地震加速度是0.2g,设计地震分组是第二组,建筑抗震设防类别为标准设防类,建筑场地类别为Ⅱ类.特征周期为0.40S。二级剪力墙,混凝土的等级是C30-C35,钢筋的参数的是梁采用HRB400;板采用HPB300,直径大于12时用HRB400;墙采用HRB400。
图中的方案一是建筑工程中剪力墙结构布置图的原先设计方案,采用纯剪力墙的结构,底部加强部位是250mm宽,其上是200mm,通过分析SATWE 计算结果发现该结构设计剪力墙利用率较低,底层墙肢轴压比在0.35~0.40 之间,结构位移比较好,控制在1.2 以内,结构周期以及位移的角相对较小,针对该工程的结构和形式的特点,分析其主要是存在的问题,针对其结构布置以及墙肢的长度进行了适度的调整,调整之后的布置图是图中的方案二。
5 结束语
随着中国经济的不断发展,以及随着我国十以来,中国经济与社会环境开始出现了整体向好的调整,以及中国经济进入新常态,很多过去那些不经济、无效率的经济与建设的状况急需尽快的得到解决。本文就是再这样的大背景之下来进行写作的。但是由于笔者的能力有限,本文在写的时候经历和能力以及精力都是不足的,因此,本文只能作为一个抛砖引玉的文章希望后来的学者和从业者能够从中体会到一些有意义的观点来发展建筑结构专业的技术水平,希望能够在未来达到世界先进的建筑设计与建造的国家的行列。
参考文献
[1]秦艳,焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导,2011(27):33.
篇4
对于建筑结构设计工作来说,其重要性也就决定着提升其设计水平和设计效果的必要性,而为了最大程度上提升其设计的效果,针对具体的建筑结构设计工作进行必要的优化是必不可少的,这种建筑结构设计工作的优化已经成为当前建筑结构设计过程中极为关键的一环,其在建筑结构设计中所发挥的作用是至关重要的。具体来说,建筑结构设计优化主要分为两个层次上的优化和完善,一方面是针对整个建筑结构整体设计效果进行优化,这是首要优化前提,也是确保其最终建筑结构设计水平的关键所在,必须要作为建筑结构设计优化的一个重要内容进行把关和控制;另一方面则是应该针对建筑结构设计的一些细节内容进行必要的优化和完善,这是建筑结构设计优化工作最为复杂,也是最为困难的一个方面,因为其相应的优化内容比较多,需要注意的要点内容也比较多,进而就会给相应的设计工作人员带来较大的优化设计难度,一旦任何一个方面存在缺陷或者遗漏的话,都必然会造成较大的不良影响。而从建筑结构设计优化的具体内容上来看,只要是建筑结构设计的目标和任务,都应该作为其优化的重要内容,比如基础结构、屋顶结构、楼板结构、砌体结构等,都应该进行详细全面地优化,而针对建筑结构设计的要求来说,在具体的优化过程中,还应该针对其安全性、经济性、美观性等关键指标进行充分地优化设计,最大程度上提升其设计的价值。
二、优化建筑结构设计的措施
1.详细分析建筑结构设计的整体效果
针对建筑结构设计进行优化应该首先从整体入手,把握好建筑结构设计的整体效果,详细分析其整体效果是否符合相应的结构设计要求,尤其是对于一些比较关键的指标来说,这种整体效果的分析更是极为关键的一个方面,比如对于建筑结构的安全性和稳定性来说,就需要从这种整体结构上入手,只有保障其整体结构在较大程度上具备较好的稳定性,才能够符合相应的设计需求,因此,必须要针对其建筑结构设计的整体效果进行全面细致地分析,了解其各个方面所表现出来的性能是否符合相应的要求,在此过程中,还可以充分运用概念设计理念进行优化,进而提升其建筑结构设计的整体效果,这种概念结构设计理念的应用对于抗震性能得设计优化来说更是具备着极强的效果和应用价值。
2.优化建筑结构材料的选择
对于具体的建筑结构设计工作来说,其相应的建筑结构材料选择是比较重要的一个方面,因此,针对这种建筑结构材料的选择进行相应的优化也就显得极为必要,一般来说,在当前建筑结构设计过程中,常用的材料主要就是钢材料、混凝土材料、砖体材料以及其他的一些辅助施工材料,而对于建筑结构影响比较重要的就是对于主体结构材料的选择,即在建筑结构的构件中,采用何种材料进行施工建设,当然,这种施工材料的选择必须要结合具体的建筑结构类型及其相应的功能特点进行恰当的选取,比如对于一些大规模的工业厂房结构来说,其比较适合的就是选择钢材料来构建相应的钢结构,相对于混凝土结构以及砖材料的使用来说,钢结构在这种工业厂房中是最为适用的。
3.优化基础结构的设计
在整个的建筑结构设计过程中,基础结构必然是极为关键的一个组成部分,而对于相应的优化过程来说,也应该把这种基础结构的优化设计作为一个核心任务来执行。具体来说,这种基础结构的优化设计主要应该涉及到以下几点内容:(1)结合建筑工程项目施工现场的一些实际地质状况以及地下水位状况来分析其具体的基础结构设计内容是否具备着较强的适应性和可行性,尽可能地提升基础结构设计结果的可靠性,避免和当地地质基础出现冲突。(2)针对基础结构的类型进行充分分析,进而在最大程度上提升其基础结构类型的可靠性,尤其是对于该类型使用的稳定性和强度进行准确的预估,判断其是否能够满足建筑工程项目的基本需求,进而较好地保障其应有价值的呈现。(3)针对基础结构设计的具体施工方案进行详细的分析审查,尤其是对于这些设计方案的可行性进行全面分析,确保其能够在后续的施工中顺利执行。
4.优化结构形式的选择
建筑结构形式的选择必然也是整个建筑结构设计中极为关键的一个方面,选择一个恰当的建筑结构形式能够在较大程度上保障其稳定性和承载力状况符合相应的要求,进而最大程度上提升建筑结构的安全性。一般来说,在当前的建筑结构设计中,其基本形式的选择和建筑物的高度存在着较为密切的关系,根据其相应的高度来选择最为恰当的结构形式才能够达到最为理想的效果。一般来说,当前比较常用的建筑结构形式就是框架结构形式,对于这种框架结构的使用来说,有时候还需要构建一些承重剪力墙来促使其更好地分担一些作用力,提升其整体结构的稳定性。
5.充分考虑建筑结构设计指标
针对建筑结构设计进行优化,还应该重点针对其相应的设计指标进行全面审查和对比,确保其最终的建筑结构设计结果符合各个方面的设计指标,尤其是对于经济性方面的指标来说,更是应该加强控制和优化,避免其建筑结构的设计结果较大程度上超出了原有的预算值,影响其后续的使用,而随着当前建筑结构设计的不断发展,对于美观性指标进行相应的优化也已经成为了极为重要的一个方面。
三、结语
篇5
关键词:抗震概念设计基本原则 优化准则 构造措施
Abstract: construction engineering structure seismic technology developing direction and trend of performance is based on the seismic design of base isolation, suppressing and earthquake-reduction and the structure control. These development trend from concept to implementation method mutual connection, and will be in construction engineering structure seismic performance bring big change and influence. And in the design of the building structure, the earthquake concept design is in many uncertain factors, in many irregular architecture design, commonly used is also the most effective design concept. Therefore, this requires engineering and technical personnel in building structural design process, we must make good use of the optimization of the anti-seismic concept design rules and the structure of the corresponding measures to ensure the rationality of the design of engineering and safety.
Keywords: anti-seismic concept design basic principles optimal criteria structural measures
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
地震是危害最大的自然灾害之一。它是一种随机的震动,具有难于把握的复杂性和不确定性,就目前的预测地震技术,还不能准确的预测到建筑物所遭遇地震的特性和参数。建筑工程在抗震设计时,在结构分析方面,由于不能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,同时也存在着诸多的不确定性。因此,建筑工程抗震问题必须立足于“概念设计”,而不能完全依赖“计算设计”来解决。
一、建筑结构设计中抗震概念设计
建筑结构设计包括理论设计和概念设计两种。其中,理论设计是指结构工程师根据计算理论和规范,在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下,对结构进行计算分析,得出数据式的结果,然后利用结果进行设计。而概念设计则是指设计人员从结构的宏观整体出发,用结构系统的观点,着眼于结构整体反应,正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题,力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。在建筑设计的方案阶段,从总体出发,采用概念设计的方法,能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差,但概念清楚、定性准确、手算简单快捷,能很快选择出最佳方案,具有较好的经济、可靠性,同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据是否可行的主要依据。
结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥消能减震的作用,并避免结构出现敏感的薄弱部位。地震能量的聚散,如果只集中在某些薄弱部位,势必会导致建筑结构的过早被破坏。因此,目前各种抗震设计方法的前提之一就是假定整个结构能发挥消能减震的作用。在此前提下才能以常见的小地震作用进行结构计算、构件截面设计并辅以相应的构造措施,必要时采用弹性时程分析法进行补充计算,以达到罕遇大震作用下结构也不会倒塌的目的。不论是现行的《建筑抗震设计规范》还是《高层建筑混凝土结构技术规程》,都明确指出在各种建筑结构的抗震设计尤其是高层建筑混凝土结构的抗震设计中,抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用,因此新规范(规程)均在相关条文中强调了建筑与结构概念设计的重要性,并要求建筑师和结构工程师在高层建筑设计中应特别重视建筑结构设计中的概念设计。
二、抗震概念设计的基本原则及优化准则
建筑结构概念设计的基本原则有以下几个方面
(一)建筑结构的规则性和匀称性。
建筑抗震设计规范要求,“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面布置宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面应采用规则的平面布置,对A、B 级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心;均匀规则的平面布置,既可以使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,又能使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则。同时,又有利于防止薄弱的抗侧力构件过早出现破坏或倒塌的现象,使地震作用能在各抗侧力构件之间重新分布,增加结构的赘余度数量,发挥整个结构消能减震的作用。
(二)建筑结构的刚度和抗震能力。
水平地震的作用是双向的,结构布置应使结构能够抵抗任意方向的地震作用。一般情况下,可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用的效应,也要注意控制结构变形的增大。建筑结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。现今的抗震设计计算中并不考虑地震地面运动的扭转分量,因而在概念设计中一定要注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
建筑结构的整体性原则
在建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力构件,而且要求这些构件能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力构件布置不均匀或布置复杂或抗侧构件水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使抗侧力构件能协同工作。
(四)建筑结构抗震概念设计的优化准则
结构抗震概念设计的优化准则,即“四强四弱”。“强柱弱梁”是指节点处柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力;“强剪弱弯”是防止构件剪切的破坏,要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力;“强节点弱杆件”是防止节点的破坏先于构件;对于杆件截面而言,“强压弱拉”是为避免杆件在弯曲时发生受压混凝土破裂的脆性破坏,使受拉区钢筋的承载力低于受压区混凝土受压承载力。
三、抗震概念设计的构造措施
建筑结构抗震概念设计的构造措施有两个方面:一是调整或限制构件的荷载效应,二是强制规定必要的结构抗震措施。具体说来,抗震概念设计的构造措施就是设置构造柱、圈梁和与框架柱及抗震墙相关的截面尺寸、轴压比、配筋率、箍筋的要求等。比如,多层砖砌体房屋的抗震构造措施主要是构造柱、圈梁等,而在高层建筑的抗震设计中,竖向抗侧力构件(如框架柱、抗震墙)的布置及与其相关的抗震措施。具体的构造措施要求如下:
(1)构造柱应该设置在墙体的两端或墙体的交接部位。它主要不是承担竖向荷载的,而是抗击剪力,抗震等横向荷载的。近年来为了提高砌体结构的承载能力或稳定性,而又不增大截面尺寸,墙中的构造体长按需要设置在墙体的中间部位,圈梁的设置必须是封闭状态。
(2)圈梁的设置应该在装配式钢筋混凝土楼、屋盖或木楼、屋盖的砖房中,并且圈梁最好与预制板在同一标高或紧靠板底,圈梁应闭合,遇有洞口应上下搭接。
(3)一般情况下,抗震墙布置在竖向荷载较大处,平面形状变化处以及楼梯间和电梯间。纵横向抗震墙,宜合并布置为L形、T形、工字形,使纵横墙互为翼缘,从而提高其强度和刚度。抗震墙的间距不应过大,以防止楼板在自身平面内变形过大。抗震墙之间楼(屋)盖的长宽比应符合规范的规定。抗震墙的配筋率,抗震等级为一、二、三级应≥0.25%,四级应≥0.2%。钢筋直径≥8mm,同时≤墙厚/10,间距应≤300mm。结构设计规范中对框架柱和抗震墙的截面尺寸、轴压比、配筋率、箍筋等的规定是非常重要的抗震构造措施。
以上几项只是简单列举了设计规范中结构抗震构造措施中的部分内容,作为工程设计人员应该严格按照现行的设计规范中的相关规定进行建筑工程的抗震设计。
总之,作为土木工程技术人员在高层建筑的研究和工程设计中,应该从整体宏观的观点出发,把概念设计更好地运用整个设计过程中,综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容,从而创作出更加安全、适用、经济美观的建筑。
参考文献:
[1].建筑抗震设计规范(GB50011-2010)
[2].陈龙洪.谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰.2010.02
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【关键字】:电力建筑;结构;优化设计;对策
中图分类号:F407.61 文献标识码:A 文章编号:
随着社会经济的发展,我国的电力建筑工程建设也得到了快速的发展,在电力建筑工程项目中,实现建筑功能和投资控制的一体化是工程建设的主要目标,而在建筑工程投资中,建筑结构的造价占据着较大的比重,建筑结构的造价的控制关键在于设计阶段,同时,随着我国节能环保观念的提出和深化,人们对建筑环保性的要求也更高,电力建筑优化设计成为社会发展的必然要求。通过电力建筑结构的优化设计不仅能够提高建筑安全可靠性,降低工程造价,提高经济效益,还能满足环境保护的要求,实现社会、经济、环境效益的统一。
一、电力建筑结构优化设计原则
电力建筑建构优化即是将其合理化、科学化,优化设计是一种集多种学科和现论设计于一体的现代设计方法,电力建筑是一个长期性、复杂性的系统工程,将优化设计应用于电力建筑结构设计中,寻求最优结构方案,是提高建筑经济性能和安全性能的有效措施和方法,在电力建筑结构优化设计中应当遵循功能性、安全性、环保性和经济性的原则。
1、功能性
建筑的功能是建筑价值最直接的体现,建筑是为人类服务的,对其进行优化设计的最中目的是提高其功能,满足人们对建筑价值最大化的需求。变电站、发电厂等电力建筑最基本的功能是为建筑内继电保护、电气设备等内部设施提供安全的运行环境,保障供电的安全可靠,在进行结构优化设计时,应当首先考虑到电力建筑功能性的要求。
2、安全性
建筑的安全性对建筑来说同样十分重要,一座不具有安全性的建筑,不仅不能实现其功能,还会给人类生命财产带来威胁,比起房屋建筑、办公建筑等其他建筑,电力建筑由于其自身的特殊性,对安全性的要求也更高,因此,在电力建筑结构的优化设计中,须着重考虑到建筑结构的安全性。
3、环保性
随着节能环保理念的不断深入,人们对建筑的要求也越来越高,除了要求其具备功能性和安全性的基本性能外,还要求建筑具有一定的生态性、环保性,电力建筑的节能环保性主要是在保证建筑安全性和功能性的基础上,通过选用节能环保的材料、合理布置构件来实现的。
4、经济性
提高建筑的经济效益,实现投资效益的最大化是投资的主要目标,对电力建筑进行结构优化设计最直接的目的也即是控制建筑结构工程造价,降低建筑建设成本,提高建筑的性价比,因而电力建筑的经济性也是电力建筑结构优化设计中必须要考虑的因素之一。
二、电力建筑结构优化设计对策
1、正确计算建筑结构
电力建筑一般都建立在远离市区的郊区,独栋的建筑较多,建筑所在的环境较为恶劣,对结构的安全可靠性要求也更高,因此,在进行建筑结构优化设计时,相关的设计人员应当首先对建筑所在的环境有一定的了解,通过实地勘察等掌握电力建筑所在地的气候、地质、地形等基本情况,选择正确合理的计算参数对建筑结构进行计算,以保证结构的稳固。
目前建筑结构的计算分析一般是借助计算机和相关的计算软件来进行的,计算机技术极大地方便了建筑结构的设计分析,但由于受到软件本身可能存在的缺陷以及设计人员操作过程中的不规范等因素的影响,设计出现错误的现象也时有发生,因此在进行结构优化设计时,不能盲目的依赖计算机技术,而应该充分地了解和掌握相关的基本理论、软件的应用范围等,选择合理正确的计算模型,同时对输入的数据等进行核对,还需注意到实际的结构与计算模型之间的差别,以保证抗震计算、混凝土受力计算等结构计算的准确。
2、合理布置建筑构件
电力建筑的结构构件主要有柱、梁、墙、楼板等,在进行结构优化设计时,应当对构件进行合理的配置,合理布置柱墙之间的间距;根据建筑结构的特点选择合理的梁与柱墙之间的连接方式;由于电力建筑多为底层建筑,可以通过布置常规梁来降低工程造价,提高经济性;在保证建筑安全性的前提下,一般不对楼板进行加厚,以免增加结构的重量和建材费用。
3、提高建筑材料利用率
目前的电力建筑结构通常使用的是钢筋混凝土结构,钢筋混凝土是当前主要使用的建筑材料,也是具有较好性能的建筑结构材料,通过合理的配置能够利用钢筋混凝土结构的抗拉和抗压强度提高结构构件的强度、刚性和延展性等性能,如结构中以受压为主的柱子可选用高标号混凝土,来减小构件截面,增加电力建筑的使用空间,以满足放置变电设备的要求,合理地设计混凝土的配比,充分地发挥出钢筋混凝土材料的性能,提高建筑材料的利用率,降低工程造价。
另外由于电力建筑需要竖向布置电缆,局部须开较多的电缆槽,同时受温度、雨雪的影响大,建筑易出产生裂缝,不仅影响到建筑的外观,随着时间的推移,还可能使钢筋缺乏混凝土的保护发生锈蚀,导致结构不稳定,严重时还可能造成建筑的坍塌,造成较大的损失,因此,在进行电力建筑结构优化设计时,还应当考虑到这一问题,根据建筑所在地的环境、建筑的具体要求等合理设计结构、配置混凝土,在建筑结构设计阶段做好质量控制,以避免由于建筑设计失误而影响建筑施工,造成经济损失。
三、结语:
电力建筑结构优化设计是一个复杂系统的工程,其涉及到的知识内容等范围比较广,在进行优化设计时,设计人员应当遵循安全性、功能性、环保性和经济性的原则,通过对电力建筑结构、构件、材料等的合理设计来满足电力建筑的要求,同时要遵循相关的建筑设计规范要求,选择最优的设计方案,以保证电力建筑的安全可靠,实现电力建筑工程建设的经济适用、节能环保的目标。
参考文献:
[1]杨雅婷,刘敏.浅析建筑结构优化设计方面的问题[J].科技视野,2012,(28).
[2]杨土生.谈工程造价与建筑结构优化设计之间的关系[J].山西建筑,2012,(21).
[3]周传俭.浅析建筑结构优化设计原理及方案选取[J].建材与装饰:中旬,2012,(10).
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关键词:结构设计;优化技术;房屋建筑;经济性
在我国社会经济水平不断提高的背景下,人们对房屋建筑的要求越来越高,如何在激烈的市场竞争中获取更大的份额,是每一个建筑企业必须思考的问题,只有将房屋结构优化技术合理运用在房屋建筑中,增加房屋美观等价值,更好地满足人们多层次的建筑需求,才能更好地促进企业发展。现代房屋设计理念不仅注重建筑本身的实用性,也要求房屋具有经济性、安全性、美观性等多方面的价值。这种新型理念在很大程度上提升了房屋本身的稳定性,在优化建筑结构设计的基础上,合理配置建筑工程的人力、物力资源,保障建筑质量的前提下,节省工程原材料,为企业赢取更大经济收益。
1房屋建筑结构设计中运用优化技术的重要性
房屋建筑结构设计优化对设计者要求较高,需要其具备丰富的工程经验、深厚理论基础,能够灵活运用设计规范实质内涵,并结合科学的结构分析方式,对房屋建筑的内外部结构进行调整、改善,从而提升房屋建筑的质量。在房屋建筑中加入合理的结构设计优化技术,能有效保障房屋的实用功能、美观功能。基于建筑公司的角度,结构优化设计可以科学控制工程成本,以最少的投资换取最大经济效益[1]。与传统房屋建筑相比,结构优化技术能够很好地稳定房屋内部结构,扩大房屋内部使用空间,在达到国家房屋建筑安全系数的同时,满足人们对建筑舒适性的要求。要想优化房屋的结构,施工人员一定要将保障建筑质量安全作为前提与基础,细致分析设计方案中的各个细节,并采用较为先进的设计理念与技术,控制好工程造价。从相关的数据反映情况来看,与没有经过设计优化的建筑相比较而言,对房屋结构进行设计优化之后,经费可以缩减8%-22%。然而,在实际的操作过程中,因为被多方面的条件限制住了,要真正地施展起来,需面临非常多的困难,而且也无法将其优越性充分地发挥出来。在优化房屋建筑结构设计的时候,可以将建材的性能与机械设备的性能充分地发挥出来,这样,与之前的建筑结构设计相比较而言,则更加具有优势。而且,优化建筑结构的设计之后,工程造价的资金投入便能得到有效地降低,从而让企业能够赢得更高的经济效益。
2房屋建筑结构设计中运用优化技术的具体途径
房屋建筑结构设计不是单纯的“节约成本”,而是设计者在运用高科技产品的基础上,对房屋结构体系布置进行优化,从而增强房屋结构的安全性、稳定性,延长房屋的居住年限。
2.1确定合理的房屋设计方案
确定房屋结构优化设计方案前,必须先结合现代化房屋建筑要求,实地考察房屋建筑选址,根据其地质条件、气候条件等因素[2],确定具体结构优化设计。综合考虑房屋建筑的采光间距、地基基础、楼层高度等方面[3],合理降低工程总预算。同时,需要仔细验证结构优化设计的合理性,收集房屋建筑周边环境参数,借用计算机软件技术,建立模拟的房屋三维立体模型[4],并融入进环境参数中,协调经济效益和生态效益,当发现结构设计的问题时,应及时予以改正,提高设计方案的可靠性。房屋建筑结构优化设计工程量较大,需要经过一系列复杂的计算过程,因此,设计师必须努力克服工程约束条件,减少计算过程的人为误差,并通过建立多个模型,根据施工现场情况,以功能完善、用途多的设计程序为基础,确定最终的计算方案。
2.2优化房屋建筑防震设计
建筑房屋的目的是为了让人们更安全、舒适的入住,因此,在设计房屋结构优化时,应做好针对的防震设计,需要注意的是,防震设计属于房屋建筑结构优化的重要组成部分,直接影响着房屋的质量,设计者在优化结构时,应充分考虑建筑外界环境因素,特别是工程区域自然灾害[5],地震属于我国常发的地质灾害,在很大程度上威胁着人们的生命财产安全,为保障房屋建筑的防震功能,应预留充足防震安全设施空间,合理设置房屋上部的剪力墙,在抗震抗压要求较高的工程区域,应注意剪力墙面积,不宜过大。在横向刚性的工程结构中,随着结构分布状态的改变,地震内力的分布状态也会随之改变,结构层出现较大变化,在结构的垂直方向容易出现薄弱层,对房屋结构造成不利影响;由于受到各种条件的限制,很难对主体地震进行准确的分析,有时容易选择不合理的地震分析模型,无法准确估计地震危害,并做出应对措施。根据我国建筑规范,通常认为处理填充墙对工程结构侧向刚度贡献是一种减少振动自然周期的行为。
2.3结构优化贯彻于房屋建筑过程
结构优化技术主要目的是扩大房屋建筑内部使用空间,增强建筑使用价值的同时,节省工程各项开支,因此必须将结构优化设计贯彻在整合房屋建筑过程,协调建筑结构与优化技术的关系,将房屋排水系统与结构优化有机统一,在房屋施工前期,应预留恰当的排水位置,并根据建筑内部空间布置,优化排水管的安装,使其不破坏建筑的整体美感,避免排水管暴露在外的情况。设计房屋现浇板时,可以选择矩形板,增加房屋受力面积,防止其拐角处出现裂缝等问题。购进先进的原材料,如使用冷轧带肋型钢筋,在合理减少箍筋数量的同时,增强建筑防震性能。
3应用优化结构设计技术需注意的问题
3.1协调房屋后期功能与结构优化技术的关系
使用结构优化技术时,应充分考虑到房屋后期使用功能,确保人们能够舒心的入住,因此,在确定结构优化设计方案时,需要结合房屋的实际环境,如在施工前,应做好工程区域的噪音勘测工作,购进合理的隔音材料。建筑单位不能一味的节省工程开支,从而降低工程质量,这不仅达不到结构优化的目的,甚至会给企业带来严重经济损失。
3.2注意房屋建筑细节优化
注重房屋建筑细节优化,结合现代化计算机技术,将结构优化与先进软件相连,更科学的得出相关数据,确保设计的准确性。如在优化房屋内部结构时,应考虑到住户实际情况,结合住户需求,加入相应的优化设计,增加房屋建筑的特色,更好地提高房屋建筑的实用性。
4结语
综上所述,在房屋建筑结构中合理运用优化设计,有利于建设更安全、实用、美观的房屋建筑,在运用过程中,必须立足于房屋实际情况,综合考虑工程造价、外界环境等方面的因素,科学的将优化技术融入房屋结构,更好地保障房屋建筑本身功能。随着人们生活质量的提升,越来越关注到房屋建筑的内部空间结构,因此,应不断加大对优化技术的研究力度,引进先进设计理念,结合人们多层次需求,创新房屋建筑的结构设计,控制好建筑过程的工程支出,协调经济效益和社会效益之间的关系,建设兼具使用价值和经济价值于一身的房屋。
作者:潘丽彬 单位:山西省城乡规划设计研究院工程设计中心
参考文献:
[1]汪忠昌,付相波.房屋建筑工程项目管理的困境溯源及优化路径[J].建筑工程技术与设计,2015(20):1585.
[2]吴振波.房建施工中的防渗漏施工技术及优化措施[J].江西建材,2015(21):70-70.
[3]周汉杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居,2014(3):117-117.
篇8
关键词:房屋建筑;结构;设计优化
中图分类号: S611 文献标识码: A
前言:
进入21世纪以来,随着物质生活水平的不断提高,人们的生活理念发生了巨大的变化。作为人们工作生活的场所,房屋建筑的结构设计也成为人们关心的话题。在现代消费观念的影响下,房屋不再仅仅是供人居住办公,遮风挡雨的场所,同时还被赋予了满足人们审美观念的新功能。当前,除了最基本使用功能外,建筑正在被开发出越来越多的新用途,同时也是人们实现审美追求,提高生活格调重要途径。建筑设计师在设计房屋时,不仅要考虑房屋的使用功能,更要从美学角度考虑更多的内容。只有二者协调统一,完美结合,同时满足使用者在使用功能和审美要求上的双重要求,才能成为受人青睐的建筑佳品。房屋建筑的结构设计包含的内容非常广泛,其根本目标是实现功能完善、质量可靠、符合人们审美情趣的设计方案。要达到这个目标,需要持之以恒的长期学习和实践,需要汲取其它优秀设计方案的菁华,取长补短,融会贯通,不断优化设计方案,充分利用空间资源,最大程度地满足房屋使用者的实际需要。
一、建筑结构设计优化方法理论
在对工程项目的结构进行设计的时候,不仅要对设计对象基础性的是用功能进行合理有效的考虑,还要对设计对象的美观程度进行有效的考虑。这也是工程结构优化的问题所在,简而言之就是使用科学的方法和语言把所有可能设计的方案进行集中,从而找到能够满足设计目标又能让人满意的设计方案。
对结构设计优化方案从理论上进行分析,主要体现在房屋设计的工程上面,其中包括房屋工程结构总体优化设计和房屋结构工程局部优化设计两个方面。对房屋整体结构优化设计又包括房顶系统的设计方案优化以及结构细部设计的优化设计方案。建筑师在保证设计安全的前提之后,就应该要对房屋设计勇敢的去创新和挑战,从而设计出独特美观的房屋设计。但是在创新的时候应该要注意尽量规则、对称,使质量中心和刚度中心尽可能的缩小,从而使得建筑的荷载能力进一步的提高。在竖向的设计方面应该注意尽可能的不用要使用转换层,从而减少结构分析和设计困难,可以大程度的减少建造经济,而且还能够增加荷载强度。
二、对建筑结构进行优化的重要性
在房屋结构的设计中,采用合理的建筑结构优化方案,不仅能够实现建筑物的实际使用价值,还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。此外,好的结构方案还可以最大程度上减少建设单位的资本投入,为企业带来更多的经济效益,还可以保护建筑施工现场的生态环境,实现经济利益与环保相结合的良好经营模式。因此,合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建筑物的综合效益。建设单位开发建筑物的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、建筑材料使用的基础上,实现建筑物的高质量和长期使用。况且建筑物只有在保证良好质量的基础上实现其美观、耐用、新颖等特点,才能够满足不同人群的需要,为企业带来更多的经济利益。与传统的建筑结构设计方案相比,建筑结构设计优化模式可以降低建筑成本。其采用的设计优化措施可以有效地实现建筑施工中各个资源的合理配置,以及各项建筑材料的充分利用,并且协调好房间的布局,使得这些布局能够有效的结合,共同发挥其使用功能。合理的利用建筑结构优化技术,在确保建筑物安全性能的前提下能够充分的体现出其创新性。此外,这种技术还能够帮助设计人员选择最为合理的设计方式。
三、建筑结构优化技术的经济意义
使用优化建筑结构的方法,能够使房屋在整体结构上更加科学、合理。在实际的房屋施工建设中,房屋的层数对房屋的成本造价产生了直接的影响。在一般情况下建筑物的单位面积造价会随着层数的增加而降低,但是在超过一定的层数之后(即超限建筑物),房屋单位面积的造价反而会增加。因为随着建筑物楼层的增高,房屋中的承重墙和柱等结构将会受到更多的荷载,房屋的稳定性也将受到一定的影响。为了确保建筑结构的稳定性,增强建筑物的抗震性能以满足现行规范的要求,结构形式将会发生大的变化,从而房屋的单位面积造价也会进一步增加。想要在相同的用地面积内,达到理想的房屋设计效果,提高建设单位的经济效益,就需要合理的控制建筑物的层数,并且确保房屋良好的设计效果。使用建筑结构优化技术不仅能够实现对房屋结构的优化,还能够在有限的用地面积内实现最大化的利用效果,促进对建筑用地的合理使用。
四、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用
将建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中,不仅能够降低工程投入成本,同样可以做到使房屋结构设计达到最优配置,体现巨大的经济效益与社会效应。通常来说,建筑结构设计优化方法一般应用于房屋结构设计的前期设计环节、结构内部抗震设计、旧房屋的整体改造等方面。
(1)前期设计环节
房屋结构的前期设计环节是影响房屋经济性设计的重要方面,它会对项目的总投资资金造成影响。当前,在房屋设计方面存在的普遍的问题便是在前期环节并没有将建筑结构优化设计的方法应用其中,在设计前期并没有考虑到结构设计的科学性与合理性,甚至部分情况下,会对房屋结构设计造成负面影响。因此,必须在前期设计环节将建筑结构优化设计方法应用其中,选择较为合理、可行的结构形式,策划合理的设计方案,在设计初始时期保障设计的合理性,为整体设计创造较好的开端。
(2)上部结构的优化设计
想要对房屋建筑上部结构进行模型建立及优化,首先应合理布设剪力墙。保证剪力墙的质量均匀,使对称楼层的平面刚度中心点同楼层的结构重心相重合,从而削减地震、风力等外部荷载作用的扭转影响。假如房屋类型允许,尽可能应用大开间的剪力墙构造,同时增加剪力墙的墙肢长,这样,不但可以缩减墙肢的数量,同时还能够在保证刚度符合标准的基础上降低混凝土使用数量。另外,因为剪力墙中的暗柱一般应用钢筋建材,如果应用大开间的剪力墙构造能够缩减钢筋的使用该数量。然而,假如建筑所在地区的地质情况较差,而建筑对抗震性能的要求较高,那么,就不应采用大开间的剪力墙构造。
(3)房屋基础地基优化设计
房屋地基作为其结构设计的关键,为达到优化设计的目的,首先需要确保其地基结构设计的最优规划。随着建筑行业的飞速发展,房屋地基设计也正根据其建筑成品的功能、具体形态不同,其对地基的具体标准要求也存在着强弱差异,基于房屋基础地基设计更需要从其实际情况出发,设定好地基实际勘测计划,在结构优化设计时,秉承节省工程造价的原则,若地基设计主要以地桩为基础,则需要根据实际受力情况,对不同材质的地桩进行考察,选择最佳的设计方案。
(4)抗震概念设计
在房屋结构设计中,建筑结构设计优化方法主要应用于无具体数据参数指标的抗震设计情况。将抗震设防烈度作为设计案例,正是由于其发生具有较大的不确定性,实际计算情况通常会与预定设计情况产生差异,因此需要采取结构优化设计中的概念设计方案。将以往的数据作为辅助考察依据,在具体设计过程中,将建筑结构优化设计方法灵活运用于设计中,以期达到最佳设计值。另外,在保障宏观设计满足要求的同时还需要注重结构细节的设计。将房屋结构设计细节中现浇板的选用作为具体设计要求,若其异形板在拐角末端较易产生断裂情况,设计时则需要考虑钢筋选择的范围,在投入成本相当的情况下,选用极限拉力较强、能够满足塑性要求的钢筋材料。若现行规划的现浇板所选用的材质是在受力方面有较强功能的,此时为保障塑性要求,则可选择冷轧带肋式的钢筋材料。保障在内部结构设计时,现浇板外部里面的配置钢筋材料能够满足结构优化的具体条件,不仅能够为建筑安全设计提供保障,同样也可以达到经济性控制的目的。
(5)对统计结论进行分析
设计人员在进行了各种计算之后,要对统计结果进行认真的分析,并且找出各个设计方案中不同点和相同点,并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候,要注意不要遗漏一些细节问题。房屋的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目,它不仅涉及到建设单位的利益,也涉及到了房屋使用者的利益,设计人员在把握细节的基础上,要注意从宏观上把握住当事人的利益,这样才能够有效的节约建设成本,进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候,设计人员不仅要避免追求片面的利益,还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。
(6)设计优化的范围
在对建筑进行结构优化设计的过程当中,要求相关的设计人员应该严格的遵守相应的结构设计规范,不仅仅能够对设计规范中的条例进行充分的了解,还要借个工程周边环境的实际对建筑进行合理的结构设计优化。与此同时还应该对结构设计规范中的不足之处做出有效的改变,比如:安全性比较差、要求过于宽松等等,设计人员应该对当地的实际情况适当的相结合,从而在实际的情况下保证建筑设计优化的效果。
五、结束语
总而言之,将建筑结构优化方法应用于房屋结构设计中,可以有效的达到降低工程总造价、提高建筑结构的经济性的目的。在保障房屋安全和使用质量的前提下,设计人员可以通过合理的结构设计,使得房屋结构在整体上达到安全、舒适和经济的目的。除去对房屋实用性及安全性的要求外,同时能够从整体上节省房屋工程建造成本,实现良好的经济、社会效益,较好地迎合了当前科学发展观、可持续发展理念的要求。
参考文献:
[1]马玉强.结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用[J].价值工程,2013,(24):89-90.
[2]辛海虹.结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程,2010,29(27):121.
[3]冷新义.试析结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用[J].门窗,2013(05).
篇9
关键词:钢筋混凝土建筑;结构;优化设计
中图分类号: S611 文献标识码: A
结构优化设计是通过合理的结构布置,科学的计算论证,采取一定的措施来达到合理节约工程造价的一种设计方法。文章主要以优化结构方案及其构造措施入手,结合某钢筋混凝土框架剪力墙结构优化工程,对钢筋混凝土框架-剪力墙结构优化设计相关要点进行了阐述。
1 优化结构方案
结构方案是结构设计的关键,在设计中贯彻国家的技术经济政策,采取正确的结构方案,是保证工程质量,提高工程效益的有力保障。
1) 结构工程师与建筑师商讨,共同确定最优建筑方案。首先在建筑工程的设计阶段,结构工程师凭借自身的专业知识,拥有的对结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力,用概念设计的方法明确结构总体系同分体系之间的最佳受力特征分析,达到使建筑平面结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合,可以有效减少建筑扭转的影响,此外建筑立面要尽可能避免刚度突变和结构不连续,体型要规则、均匀,建筑物总高度满足适用最大高度的规范要求。
2) 力使结构受力与传力途径简洁、明确,传力途径过于复杂会出现多次转换的结构构件,这不仅会增加造价,还容易引起计算错误而埋下安全隐患。而简单、直接的传力途径,可以减少中间传递的结构构件,减少结构的安全风险,结构受力明确,经济实惠。
3) 结构工程师在建筑设计中要尤其注意规范,规程中有关结构概念设计的各项规定,虽然正确的结构计算是设计的重要基础,但设计中不能仅仅依赖于计算,还必须非常重视概念设计。
2 合理的构造措施
构造措施作为计算假定的保证或作为计算中忽略某个因素或某项内容的补充,与结构计算相似。按构造要求设计时,一般只需满足规范的最低要求。如梁箍筋加密的问题,梁的一侧是框架柱,另一侧是梁及梁的一侧垂直搭在剪力墙上,而另一侧搭在梁上,这种梁仅仅是作为支撑楼板用的普通梁,不像框架梁那样耗能,因此不需要箍筋加密,应在位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载区域设置附加横向钢筋,并优先设置附加箍筋,此外当次梁放在主梁上面及梁上起柱时,主梁不必设置附加横向钢筋。当剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时,只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级而不需提高整体的抗震等级,分布筋、拉结筋、架立筋等起辅助作用的钢筋等级为一级或二级。
3.建筑结构设计的施工方面
为满足结构承载力的需求,当在结构设计中柱与梁板选择不同强度等级的混凝土时,施工规范规定柱的施工缝宜留设在梁底标高以下20mm~30mm处,其原则是施工缝宜留在结构受力小且便于施工的位置。施工时,为方便柱身混凝土的下料与振捣,在梁内钢筋未绑扎之前进行浇注。按施工规范的要求,当梁柱的混凝土强度等级不同时,节点处应按“强柱弱梁”的原则。在实际施工中,施工班组制定合理的节点保证措施,监理人员加强对浇注质量的监管和提高整体结构的抗震性能十分重要。
4.建筑结构的基础设计方面
在建筑的基础设计中,要综合考虑建筑场地的地质情况以及水位、使用功能、上部结构类型、施工条件和相邻建筑的相互影响,以保证建筑物满足规范要求的沉降量或倾斜值等,。另外还要注意相邻地下建筑物及各类地下设施的位置,以保证施工的安全。
5 结构优化实例
某钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成,A楼高74.2m,20层,B楼高88.3m,30层,地下两层为停车库和设备用房,房屋平面布置为不规则形状,总建筑面积约5.4万m2。
5.1设计优化的原则
通过大量计算和经验分析,在满足现行结构设计规范及规定的前提下,遵循保证结构的安全性及合理的刚度,对通过对可减小的结构构件进行有效的核减等措施来进行设计优化。
5.2结构优化设计
高层框架剪力墙结构体系中,重点是是水平荷载作用下,框架和剪力墙内力分配设计问题,其中剪力墙的数量及设计位置是关键。
5.3钢筋混凝土框架结构的优化设计
结构优化是一个渐进的寻优过程。首先对结构整体内力进行分析,然后根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计,计算出满足荷载效应要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果,在此基础上导致原结构的几何特征和荷载特征的变化,优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化,各控制截面的控制内力也发生相应变化,根据这些变化进行下一步的优化设计。
5.4框架-剪力墙结构的优化设计
框架结构优化设计的原则究其根本就是结构优化的原则,利用一次完成的结构件,优化各个构件,可以节约投资并使结构受力更加合理。
5.5基础优化设计
(1) 依据地质勘查资料,分别设计主楼和裙楼的基础,主楼采用筏板基础,裙楼采用独立基础,基础底板要按照经验和计算结果设置。例如在地下室基础的设计工作中,初步设计中地下室基础计划全部采用筏板基础,经审核计算,为达到节约钢筋、混凝土的目的提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法,这种方案可以有效保证结构的安全,施工简便。因此对纯地下室基础采用独立基础加抗浮锚杆、底板方式设计。
(2) 对地下室有防水要求的基础底板,裂缝宽度控制在0.2mm左右;地下室顶板及外墙,荷载取值要准确、可根据实际情况选用荷载。
(3) 作为塔楼的嵌固端,地下室的顶板不宜太薄,根据覆土薄厚情况,采用十字梁井字梁。
5.5楼板优化设计
根据楼板要预埋管道的要求,楼板较薄时施工容易造成裂缝,因此楼板设计时采用弹性假定而非塑性假定来计算楼板厚度及配筋的折减,最小配筋率取0.2和0.45ft/fy中较大值相同板厚时混凝土强度等级低、钢筋强度大时,最小配筋率低,故优先采用三级筋,板中抗裂钢筋最小配筋率为0.1%,不用或少用大跨厚板。
5.6优化设计效果
高层建筑的结构优化问题是一个非常复杂的工程难题,同时结构优化具有巨大的经济效益,因此研究和开发应用钢筋混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。为验证设计优化的有效性,分析结构设计的初步方案,根据工程所在地的市场价格推算本工程的优化节约了钢筋65t,节约资金约32万元。
6.结语
文章从钢筋混凝土结构优化设计应用出发,总结出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑优化设计方法,符合当前建筑结构设计发展的需要,具有一定的现实应用意义。建筑结构的优化设计是一个科学系统的设计过程,针对每一项工程设计,应当根据其建筑特点,使结构各个构件受力均衡,同时要求技术应用合理、结构整体安全可靠,充分发挥每个构件的最大作用。只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的,以便更好地服务于我国建筑业的发展。
参考文献
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篇10
关键词:房屋建筑;结构设计;优化技术;经济
中图分类号:TU318 文献标识码: A
一、房屋建筑领域结构设计优化的重要性
我国的发展现状表明,房屋建筑在以后的日子里将会以高层或是超高层为主。如何减少资金的投入而且还得保证结构的设计符合百姓的要求成为相关人士以及建筑企业重视的事情。
如果相关企业要想对房屋建筑的结构设计进行优化,设计方应该在保证质量合格的前提下,对设计方案进行系统化分析,应用先进的技术理念与设计观念对工程建筑进行总体的管理,从而合理地控制建筑工程的造价问题。事实表明,如果设计者能将施工的技术与经济效益做到紧密相连,规划出科学的设计方案,就可以保证建筑企业获得最大的经济收益。
因此,对建筑结构设计的科学优化能够更加全面地发挥机械设备以及建筑材料的性能,与以往的设计相比较会更具有优势。而且进行合理优化时能够降低相应的造价投入,为企业的整体获取更大化的利益。同时对结构进行优化还能将房屋结构的层次进行系统性的结合,加强房屋质量的提高,更大程度地保证居民的居住安全。由此看来,对建筑结构进行相应的优化是提高居民居住安全、为企业创造最大利益的重要方式之一。
二、房屋建筑结构设计与经济的关系
(一)房屋建筑结构的层数与用地面积之间的关系
如果只是对某一个建筑物进行分析,建筑结构随着层数的增加其所用地面积是越来越少,但实际的情况却是,当房屋筑结构层数增加时,建筑物高度也是随之上升的,相邻建筑物之间的间距就会增大,因此建筑物单位总建筑面积所使用土地面积就也是增加了。实际上建筑物的所需的总的用地面积与建筑物的层数并不存在着必然的关系的,所以在我们应用结构设计优化技术时,就要协调好建筑物用地面积与建筑物层数之间的关系。
(二)房屋建筑结构的体型设计与经济之间的关系
在建筑物的总面积是相同的前提下,平面形状为方形的或是圆形的它的周长就越长,并且前期所消耗的墙体面积越少,那么后期所需要装修投入就也会越低。并且通过对比分析,我们发现平面形状为方形的建筑物或是圆形的建筑物的内部构件的结构都很稳固,并且受力状况也更加稳定,所以在进行结构设计时,房屋建筑的平面形状建议选择方形的或是圆形的。
(三)房屋建筑结构设计与建筑设备之间的经济关系
在建造房屋建筑时是需要很多电气设备材料以及给水排水管道的,随着建筑的楼层数越来越多,所需要的给水排水管道就会越来越多,并且需要的电气设备材料也就越多,那么整个工程的造价成本肯定就会大幅度的提高。
三、建筑结构优化在房屋建设应用上的具体步骤
(一)创建建筑结构的优化模型
1、合理化、科学化选择设计的变量
在选择相应的变量的时候,我们主要是将影响建筑本身结构的主要参数作为变量。例如严格控制目标的相关参数值(建筑损失的期望值 c2、建筑结构造价值 c1)、建筑约束控制的相关参数值(建筑结构的相对可靠度 ps)等。对于一些影响并不是太大的、变化范围很小或者由局部性相关要素就能满足设计要求的一部分参数,我们一般是通过预定式参数进行表示,这样一来就能减少我们相应的设计数量与计算数量,还可以相应的减少编程的工作量,进而提升工作效率。
2、确定相应的目标函数
对建筑结构进行优化设计时,必须找到一组符合预定条件的相应尺寸的钢筋截面面积,以及已经失效的概率函数,这样能使建筑工程的整体造价达到最少。
3、科学化的确定约束条件
对于结构的优化设计,我们要保证结构整体的可靠性,科学化地确定与优化设计方面息息相关的约束条件。而约束条件主要指的是建筑裂缝的宽度约束、建筑本身的强度约束、尺寸大小的约束、构件的相关约束、结构体系相关约束等约束条件。在设计结构之时,要对目标性质的约束条件与实际性质的约束条件进行科学化的比较与分析,要保证每一个相关的约束条件都满足整个建筑工程的要求,实现效果最佳化的设计。
(二)科学设定优化设计的相关方案
依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化通常都具有很多约束条件,有时会遇到非线性的相关优化问题。所以在相应的计算中,会进行相应的转换,将有约束的优化转化成无约束的优化,而相关的计算、方式有拉式乘子法、powell 法等。
(三)设计相关应用程序
依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化基本模型,以及在设计时运用的相应的计算方式,为了可以更好地实现其效果,能够将这些编纂成一个运算速度较快而且功能全面的综合性、科学性的应用程序。这样能使整个优化设计更加全面地、有效率地进行实施。
(四)综合结果分析
在得出一定的计算结果之后要对其进行一个必要性的分析和比较,然后再折中选择一个效果最佳的设计方案。在分析的过程中,我们务必要全面考虑相关的问题,而且对相应的问题要多角度分析。这一步在整个建筑结构优化设计中是至关重要的,选择一个合理的设计方案能够保证房屋建筑整体的美观感、安全性以及实用合理性,同时还能影响工程整体施工的资金投入。进行建筑结构的相关优化,我们要确定一点,不能只强调相应的经济节约而忽略对建筑技术的要求;同样也不能仅仅强调技术的要求而忽略经济节约的要求,单一的考虑永远是不正确的,而且都是对建筑整体影响较为巨大的。所以,在进行分析时,要同时考虑二者的科学化配置,只有这样才能达到预期的目标。
四、房屋建筑结构应用优化设计技术的措施
(一)房屋结构工程师要积极主动参前期工程规划
房屋建筑结构工程师要积极主动参前期工程规划是实施结构优化技术的重点内容。因为,在在实际施工中,房屋建筑结构工程建筑师难以把握对结构体系的受力的正确分析,相关房屋建筑结构工程师要积极主动地参与前期方案设计,帮助建筑师构思与逐步创新,使整个建筑的优化功能能够全部体现出来。
(二)房屋建筑结构优化设计要将概念设计结合细部结构进行设计优化
概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法,是通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。但是概念设计应用于没有具体数值量化的状况时,计算式不可避免与实际出现较大的差异,譬如在地震设防烈度就没与不确定性,计算式与实际差别较大,因此,房屋建筑结构在优化设计中,通过采用概念设计的方法,将数值作为辅助和参考的依据,同时设计人员在设计过程中还需灵活运用结构设计优化的方法。在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。同时在设计的过程中,注重优化细部的结构设计,譬如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝,可划分为矩形板。在选择钢筋型号时,充分考虑其极限抗拉力等。
(三)房屋结构优化设计要充分考虑下部地基基础结构设计
地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一,地基基础虽然埋置在地下,属于隐蔽工程,但其重要性不言而喻,建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。因此,房屋建筑结构中的地基基础的结构设计优化必须选择合适的方案,譬如属于桩基础,就要依据现场地质条件,综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计,选择桩基类型,最大程度的节省造价。
结语
总之,房屋结构设计中优化技术是复杂的系统工程,不但需要相关结构设计工程师正确地使用结构分析软件、选择最佳结构体系,同时,要大力挖掘基础设计内在潜力,充分运用科学的方法与手段,大力降低工程建设造价,让房屋结构优化贯穿整个设计过程,从而体现出结构优化的价值,让房屋结构设计功能不但更加适人们居住与生活,同时,大力提高其安全度与抗震性能。
参考文献
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[2]卢亦焱,黄银觯唐红.房屋加层外框架结构方案的优化设计[J].哈尔滨工业大学学报,2009.4.
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