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建筑工程结构设计优化
【摘 要】受城市化进程的影响,我国建筑工程数量逐年递增,在大规模的建筑工程建设的背后,也同时消耗了巨大的能源、建材和人力等资源.这些消耗有的是必要的,但也不可否认存在不必要的浪费,这些浪费原因多样化,更多的则是出自缺乏经验和相关知识,毕竟在建设实践中,我们还需要面对着诸多未知领域.本文仅就建筑结构设计中存在的部分问题、以及优化的重要性,管理措施等进行浅析.
【关键词】建筑工程；建筑结构；设计优化
【中图分类号】TU318
【文献标识码】A
1、结构设计优化的重要性
（1）降低成本：随着社会的不断发展,人们的生活质量和水平日益提高,对建筑环境与建筑功能提出了更高的要求,越发注重建筑的美观性、舒适性与经济性.随着建筑的造型越来越新颖、功能越来越多样化、智能化,超高、超大跨等复杂建筑结构越来越多,所带来的影响是建筑结构设计安全性要求越高；结构体系更加复杂；施工难度不断增大；建材、能源、人力等消耗巨大.例如：国家体育场（鸟巢）建设过程中,在保持“鸟巢”建筑风格不变的情况下,中方设计师对原设计方案的结构布局、构件截面形式、材料利用率等问题进行了较大幅度的调整与优化.原设计方案中的可开启屋顶被取消,屋顶开口扩大,并通过对钢结构的设计优化,大大减少了用钢量,在保证建筑安全的前提下,以最经济的手段实现了降低工程成本的目的.
（2）结构更安全合理：优化房屋建筑结构设计,以全面发挥建筑使用性能为主,在结构设计理念中融入艺术学、审美学等理论,对建设目标与建筑性能全面考虑,在确保建筑结构设计安全稳定的前提下,制订完善的设计优化方案,在结构设计中采用合理的结构方案、体系、计算模型、构件,进行优化设计.
（3）缩短施工周期,利于节能环保：与以前模式中建筑结构优化设计对比,现代的优化设计方法,应合理配置各项建筑资源,提高各项资源利用效率,通过结构优化,化繁就简,降低施工难度同时也缩短了施工周期,相对减少了建筑施工期间对环境、大气的污染.例如目前比较普遍采用的装配式结构形式,因此,在建筑结构领域开展优化设计,也符合节约能源、保护环境和可持续发展的国家策略.
2、结构设计存在问题
2.1 建筑结构整体稳定性
如今,大部分建筑工程以高层建筑居多.然而,高层建筑在施工过程中,往往容易受到外界因素的影响,对建筑结构稳定性较易产生干扰.因此,建筑结构设计的稳定性及抗震性能便显得尤为重要,是设计人员必须考虑的因素之一.设计人员不仅需要考虑建筑物的宽度,还需要考虑建筑物基础的埋置深度.例如,由于基础的埋深不合理,一旦该地区发生地震,便会导致建筑物出现滑移的问题,甚至发生建筑物倾覆的事故,对居民财产安全及生命安全构成威胁.
2.2 结构设计安全问题
建筑结构设计安全是结构设计的重要环节,也是保证人们生命财产安全的重要防线.在结构设计中,随意加大构件截面或增加用钢量,并不一定会增加安全性,反而可能存在安全隐患.强柱弱梁的概念设计就是为了在地震作用下,塑性铰不优先出现于柱端,保证框架柱不会优先破坏,如果随意增加梁截面及钢筋,造成梁的刚度很大,在地震作用下,塑性铰就会优先出现于柱端,造成结构的整体破坏,甚至倒塌.因此结构设计安全必须引起重视.
3、建筑结构设计优化措施
3.1 管理制度方面
政府主管部门首先要进行优化设计工作的推行,通过行政手段保证优化工作的实施,加大设计市场的管理制度,完善相应法律、规范设计市场.引入设计监理这种方法是十分有必要的,通过设计监理的方式可以管理设计单位自己随心所欲的局面,通过严格准确的控制对项目设计进行监管,使工程更加经济和合理.完善公平竞争的设计市场,普及符合条件的项目设计招标.通过价值工程等方法对建筑设计方案进行选择.
3.2 使用价值工程分析法
通过价值工程分析法可以降低生产成本和使用成本,它重点是可以对工程设计功能进行分析,满足使用者的需求.多方协作后,借鉴之前的成功经验,改善更合理的设计方案,在团队集体的努力下,提高产品价值的可行性方案.根据工程的实际情况不只是追求提高功能性,而且是降低成本提高经济效益的有效方法,采取最佳的结构设计方案,价值工程是一个成熟的管理办法,而且在许多国家都到广泛的应用.
3.3 建筑基础设计
基础设计作为建筑结构设计的重中之重,其合理性不仅关乎于结构安全,也关乎于工程造价.通常一个建筑的基础造价是比较高的,典型的占20% 左右,一个合理、可行的基础方案可以节省很多建材及人力,作为结构设计人员,应该做到更合理的选用基础形式,在保证安全的前提下,避免造成不必要的浪费.
案例分析：
山东威海某工程,两幢高层,一幢为酒店22 层（层高3.5 米,主体结构屋顶标高88 米）,一幢为公寓27 层（层高3.0 米,主体结构屋顶标高为94.5 米）以及裙房5 层,经计算,公寓单柱轴力标准值接近30000KN,酒店单柱标准值接近22000KN,原设计采用长螺旋钻孔灌注桩,初步设计直径为800mm,桩长约18 米左右,单桩承载力特征值仅有2150KN 左右,公寓楼一根柱下需要15 跟桩左右,无法布桩,由于桩分布范围较大,筏板变形较大,配筋也较多,不经济.考虑到桩下部提供侧摩阻力的各层土以砾砂为主,而端部则为强风化岩,通过后注浆能够有效加强这些土体以达到提高承载力的效果,故提出了使用钻孔灌注桩加后注浆的方案,单桩承载力特征值预估值为4000KN（实际测试为5500KN）.通过优化设计,桩数由原来的2052 根减少至1039 根(756 根),工程总造价节省了约261.9 万元（654.9 万元）,本工程采用后注浆工艺是成功的,也取得了很明显的经济效益,因此结构设计优化是每一个结构工程师的必修课,认真对待每一个工程,采取多方案、多形式的比较,选取最合理的方案,给甲方一个满意的交代,对自身也是一个提高,只有这样,才能促使我们设计人员不断进步,不至于被淘汰.
结语：
建筑结构设计是建筑工程中重要的工作环节之一,不仅决定了项目工程整体质量,同时也决定了建筑结构外观.故而,设计人员在设计工作中,应先确保工程项目的安全性,尽可能延长建筑物的使用寿命.在这一前提下,尽量压缩企业的投资成本,不仅保障人们的生命安全与财产安全,同时为企业创造丰富的经济收益.
结构设计论文范文结:
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