论文部分内容阅读
摘要：建筑结构设计的优化就是利用最少的造价和有限的资源、空间，实现房屋安全、适用、经济、美观的综合最优化。本文简要阐述了建筑结构设计优化的方法及意义，结合实例简要探讨如何对建筑结构设计进行合理优化，并对建筑结构设计的优化提出了一些看法。
关键词：建筑；结构设计；优化
Abstract: Structural optimization design is to use the least cost and limited resources, space, optimization of implementation of housing security, application, economic, aesthetic. This paper describes the method and the significance of building structure design optimization, combined with examples to discuss briefly how to optimize the design of building structure, and puts forward some views to optimize the design of building structures.
Key words: building; structure design; optimization
中图分类号:TU2
一、建筑结构设计优化的方法及意义
1.建筑结构设计优化的方法
建筑结构设计优化的方法分为对分部结构设计的优化方法和对总体结构设计的优化方法。结构设计中建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对基础结构的设计进行优化；对上部结构的设计进行优化；对护围支撑结构进行优化以及对房屋总体设计结构及细节部分进行优化；最重要的是在房屋设计要求及设计规范内，在满足房屋功能及技术要求的前提下，合理降低工程造价，即对房屋的造价进行最优化设计。
2.建筑结构设计优化的意义
建筑结构设计优化的意义在于可以最大程度地充分利用资源与空间，高效利用材料与设备，使结构功能合理、协调，安全可靠。实现结构设计的“安全性、适用性、经济性、美观性”的最优化设计。
二、工程实例一
某商住小区A，地下为车库、商业及设备用房等，地上為24~32层的住宅，总建筑面积约175,328㎡，总造价7.01亿元人民币；地下1~2层；地上建筑高度不超过100m。笔者需要负责该项目总体协调和工程管理，需要在加快施工、节省成本和功能合理取得一个平衡。 1.关于地下室的优化和合理改进。
（1）由于该地地势平坦，所以尽量让地下室深挖浅埋，可以减少土方开挖和外运，压缩工期；可以减少基坑支护的成本和施工周期，减少抽水，也降低了基坑支护出问题的风险；可以让地下室底板承受的水压力相应减少，减低底板的防水成本和结构成本。采购无梁楼盖结构，与其它专业充分沟通后确定最终确定地下二层层高都是3.6m，底板厚度350mm、负一层楼板厚度200mm。相比其它项目节省了1.4~1.8m的埋深，但完全不牺牲地下室的净高。实践证明，这个地下室方案经济合理，即为发展商节省了成本，也为承建商缩短了土方开挖和外运的施工周期。
（2）通过精装修设计，优化户型、结构梁布置和设备留孔位置。在土建施工到地下室顶板后发现原设计的户型平面有些不够合理，有的卫生间太小、卧室过大，有的室外空调机板摆不下中央空调的室外机。对其进行合理优化，对户型平面图、卫生间沉箱位置和空调机位作调整，涉及到了建筑、结构、电和空调专业。
2.结合工程实际优化结构设计。取消部分的楼栋的转换层，主要针对还没完成桩基础施工的楼栋。剪力墙尽可能直接落地，建筑图的首层住户大堂以及地下车库的车道和车位，相应地做调整；从承台到坡屋顶，优化结构设计，在满足规范要求和强度、挠度要求的前提下，减少钢筋用量和水泥用量，整栋楼钢材材料费节省了11％；个别已经施工了桩基础的楼栋，经过优化使转换层的钢筋含量下降51％。
三、工程实例二
某商住小区B，地下为车库、商业及设备用房等，地上为18~25层的住宅，总建筑面积约210,000㎡，总造价10.5亿元人民币。
尽量根据现有标高，减少土方工程，以最低的成本做出最大的地下室空间。由于该地块处于山坡地，地块四周的高差达到20m，地块内原有一个低洼（鱼池），现场有大量的高差，所以根据实际测量所得准确的标高。根据测量得到的准确的标高，精细设计地下室，在多轮的方案讨论后，确定了局部2层地下室、局部2层地下室和局部1层地下室；即使在同一层，也允许有高差以适应实测的原有标高，比如在负二层，非机动车库的标高是比机动车库要高一些。这个地下室方案可以使承建商缩短了土方开挖和外运的施工周期，也为发展商节省了成本，而将来入住的业主将有充足的停车位。
2.通过施工招标，要求承建商做清水混凝土的结构，减少批荡层，节省批荡的成本，也增大使用高度，也迎合时代发展对环保绿化的要求。过往多年的工程经验告诉我们，柱子或剪力墙的的抹灰，其完成面导致柱子之间的净空尺寸减小了，不利于停车位的宽敞和舒适性。我们与承建商、材料供应商等多方一起做尝试：做施工样板。我们摸索出了决定因素在于：模板必须具有足够的刚度新模板和变形小的木方。事实证明虽然前期成本要高出20%左右，浇筑混凝土的工期拉长，但却省去了抹灰和装饰面层等成本和施工周期，减少了维保费用。
3.根据园林设计的的高低差，推动设计公司调整地下室顶板标高，达到了地下室顶板设计最省、地下空间净高最大的效果，以刚好满足园林的完成面标高、树种的种植土厚度要求为准。根据园林的不同地方不同树种或者园建的需要，同时也考虑给排水的合理性，确定出不同的标高。高低不一的框架结构顶板承受的荷载最小，让出高度给地下室空间。
四、 关于建筑结构设计的优化
1.概念设计优化技术与房屋结构设计优化相结合
概念设计优化技术就是设计人员根据设计的一般规律和实践经验，对房屋建筑结构设计的多种方案进行分析并择优选择方案的过程。建筑物的结构布置，房屋细节部位的处理，载荷的确定及机电设备参数的选取等都需要设计人员进行概念设计。概念设计需要设计人员对方案进行全面的、综合的分析，从而选择出最佳方案。
2.构造结构设计优化模型。
设计优化模型的构造一般分为三步进行。第一步是选择合适的设计参数变量。一般在前期控制好对建筑结构影响较大的参数变，如基本风压确定下的场地粗燥度是B类还是C类，场地土类型是II类还是III类，这样可以有效简化设计工作和减少计算量。第二步是确定目标，在满足设计要求及规范的条件下，使房屋设计的造价最小。如甲方明确要求不做超限审查，在目标明确之后，则需考虑如何巧妙地去满足抗震规范的各个指标需要巧妙去平衡和满足。第三步是确定约束条件。约束条件包括各个方面，比如支座的约束条件、应力约束条件、强度约束条件等，如嵌固端的选择，在地下室底板还是地下室顶板。
4.通过结果分析，结合实际由优化模型推出最佳的优化设计方案。建筑结构设计的优化应综合考虑工程实际情况，以期达到安全、经济与实用的综合最优化。
五、结束语
结构设计中建筑结构设计的优化需要全方位、多角度地考虑各种因素，一定要对整个结构体系的承载能力、抗震性能、内力传递、刚度、侧移要求等掌握透彻，才能实现结构设计安全性、适用性、合理性、经济性的整体最优实现。这几个方面是矛盾统一的关系，结构设计的优化就是找到其最佳组合方式。结构设计人员应综合考虑待建结构的使用功能要求、建筑物所处地区的抗震设防要求、以及场地地质条件、造价要求等，努力实现用最低的造价实现最大的经济效益的优化目标。
参考文献：
[1] 饶远文. 结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J], 价值工程.2009.
[2] 邹俊. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J], 应用技术, 2010.
[3] 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.
[4] 蒋启平. 工程结构优化设计的新方法[J].工业建筑， 2008： 15-16.
关键词：建筑；结构设计；优化
Abstract: Structural optimization design is to use the least cost and limited resources, space, optimization of implementation of housing security, application, economic, aesthetic. This paper describes the method and the significance of building structure design optimization, combined with examples to discuss briefly how to optimize the design of building structure, and puts forward some views to optimize the design of building structures.
Key words: building; structure design; optimization
中图分类号:TU2
一、建筑结构设计优化的方法及意义
1.建筑结构设计优化的方法
建筑结构设计优化的方法分为对分部结构设计的优化方法和对总体结构设计的优化方法。结构设计中建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对基础结构的设计进行优化；对上部结构的设计进行优化；对护围支撑结构进行优化以及对房屋总体设计结构及细节部分进行优化；最重要的是在房屋设计要求及设计规范内，在满足房屋功能及技术要求的前提下，合理降低工程造价，即对房屋的造价进行最优化设计。
2.建筑结构设计优化的意义
建筑结构设计优化的意义在于可以最大程度地充分利用资源与空间，高效利用材料与设备，使结构功能合理、协调，安全可靠。实现结构设计的“安全性、适用性、经济性、美观性”的最优化设计。
二、工程实例一
某商住小区A，地下为车库、商业及设备用房等，地上為24~32层的住宅，总建筑面积约175,328㎡，总造价7.01亿元人民币；地下1~2层；地上建筑高度不超过100m。笔者需要负责该项目总体协调和工程管理，需要在加快施工、节省成本和功能合理取得一个平衡。 1.关于地下室的优化和合理改进。
（1）由于该地地势平坦，所以尽量让地下室深挖浅埋，可以减少土方开挖和外运，压缩工期；可以减少基坑支护的成本和施工周期，减少抽水，也降低了基坑支护出问题的风险；可以让地下室底板承受的水压力相应减少，减低底板的防水成本和结构成本。采购无梁楼盖结构，与其它专业充分沟通后确定最终确定地下二层层高都是3.6m，底板厚度350mm、负一层楼板厚度200mm。相比其它项目节省了1.4~1.8m的埋深，但完全不牺牲地下室的净高。实践证明，这个地下室方案经济合理，即为发展商节省了成本，也为承建商缩短了土方开挖和外运的施工周期。
（2）通过精装修设计，优化户型、结构梁布置和设备留孔位置。在土建施工到地下室顶板后发现原设计的户型平面有些不够合理，有的卫生间太小、卧室过大，有的室外空调机板摆不下中央空调的室外机。对其进行合理优化，对户型平面图、卫生间沉箱位置和空调机位作调整，涉及到了建筑、结构、电和空调专业。
2.结合工程实际优化结构设计。取消部分的楼栋的转换层，主要针对还没完成桩基础施工的楼栋。剪力墙尽可能直接落地，建筑图的首层住户大堂以及地下车库的车道和车位，相应地做调整；从承台到坡屋顶，优化结构设计，在满足规范要求和强度、挠度要求的前提下，减少钢筋用量和水泥用量，整栋楼钢材材料费节省了11％；个别已经施工了桩基础的楼栋，经过优化使转换层的钢筋含量下降51％。
三、工程实例二
某商住小区B，地下为车库、商业及设备用房等，地上为18~25层的住宅，总建筑面积约210,000㎡，总造价10.5亿元人民币。
尽量根据现有标高，减少土方工程，以最低的成本做出最大的地下室空间。由于该地块处于山坡地，地块四周的高差达到20m，地块内原有一个低洼（鱼池），现场有大量的高差，所以根据实际测量所得准确的标高。根据测量得到的准确的标高，精细设计地下室，在多轮的方案讨论后，确定了局部2层地下室、局部2层地下室和局部1层地下室；即使在同一层，也允许有高差以适应实测的原有标高，比如在负二层，非机动车库的标高是比机动车库要高一些。这个地下室方案可以使承建商缩短了土方开挖和外运的施工周期，也为发展商节省了成本，而将来入住的业主将有充足的停车位。
2.通过施工招标，要求承建商做清水混凝土的结构，减少批荡层，节省批荡的成本，也增大使用高度，也迎合时代发展对环保绿化的要求。过往多年的工程经验告诉我们，柱子或剪力墙的的抹灰，其完成面导致柱子之间的净空尺寸减小了，不利于停车位的宽敞和舒适性。我们与承建商、材料供应商等多方一起做尝试：做施工样板。我们摸索出了决定因素在于：模板必须具有足够的刚度新模板和变形小的木方。事实证明虽然前期成本要高出20%左右，浇筑混凝土的工期拉长，但却省去了抹灰和装饰面层等成本和施工周期，减少了维保费用。
3.根据园林设计的的高低差，推动设计公司调整地下室顶板标高，达到了地下室顶板设计最省、地下空间净高最大的效果，以刚好满足园林的完成面标高、树种的种植土厚度要求为准。根据园林的不同地方不同树种或者园建的需要，同时也考虑给排水的合理性，确定出不同的标高。高低不一的框架结构顶板承受的荷载最小，让出高度给地下室空间。
四、 关于建筑结构设计的优化
1.概念设计优化技术与房屋结构设计优化相结合
概念设计优化技术就是设计人员根据设计的一般规律和实践经验，对房屋建筑结构设计的多种方案进行分析并择优选择方案的过程。建筑物的结构布置，房屋细节部位的处理，载荷的确定及机电设备参数的选取等都需要设计人员进行概念设计。概念设计需要设计人员对方案进行全面的、综合的分析，从而选择出最佳方案。
2.构造结构设计优化模型。
设计优化模型的构造一般分为三步进行。第一步是选择合适的设计参数变量。一般在前期控制好对建筑结构影响较大的参数变，如基本风压确定下的场地粗燥度是B类还是C类，场地土类型是II类还是III类，这样可以有效简化设计工作和减少计算量。第二步是确定目标，在满足设计要求及规范的条件下，使房屋设计的造价最小。如甲方明确要求不做超限审查，在目标明确之后，则需考虑如何巧妙地去满足抗震规范的各个指标需要巧妙去平衡和满足。第三步是确定约束条件。约束条件包括各个方面，比如支座的约束条件、应力约束条件、强度约束条件等，如嵌固端的选择，在地下室底板还是地下室顶板。
4.通过结果分析，结合实际由优化模型推出最佳的优化设计方案。建筑结构设计的优化应综合考虑工程实际情况，以期达到安全、经济与实用的综合最优化。
五、结束语
结构设计中建筑结构设计的优化需要全方位、多角度地考虑各种因素，一定要对整个结构体系的承载能力、抗震性能、内力传递、刚度、侧移要求等掌握透彻，才能实现结构设计安全性、适用性、合理性、经济性的整体最优实现。这几个方面是矛盾统一的关系，结构设计的优化就是找到其最佳组合方式。结构设计人员应综合考虑待建结构的使用功能要求、建筑物所处地区的抗震设防要求、以及场地地质条件、造价要求等，努力实现用最低的造价实现最大的经济效益的优化目标。
参考文献：
[1] 饶远文. 结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J], 价值工程.2009.
[2] 邹俊. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J], 应用技术, 2010.
[3] 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.
[4] 蒋启平. 工程结构优化设计的新方法[J].工业建筑， 2008： 15-16.