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摘 要:对于一个建设单位来说,工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。降低成本、增加利润,是每一个房地产企业所关注的目标之一。进行投资控制的关键在于决策和设计阶段,而在项目作出投资决策后,其关键就在于设计。建筑结构的造价在建筑工程的总造价中占有较大的比例,结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。结构设计的目的是在保证建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下,以最经济的手段来实现建筑的预期效果。建筑在经济上合理与否,取决于设计的合理和优化。
关键词:决策设计;建筑建构;优化设计
中图分类号;TU-8 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2010)1020102-01
所谓结构优化设计,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,结构设计是创造结构方案的过程,传统的结构设计是设计者按设计要求和设计者的实践经验,参考类似工程,通过判断创造结构方案,然后进行力学分析或按规范要求作安全校核,再修改设计。这一过程繁复,且往往只能创造出可行方案,而找不到一条安全、经济、合理的最优设计方案。传统的建筑结构设计方法,是先根据经验通过判断给出或假定一个设计方案和做法,用工程力学方法进行结构分析,以检验是否满足规范规定的强度、刚度、稳定、尺寸等方面的要求,如符合要求的即为可用方案,或者经过对少数几个方案和方法进行比较而得出可用方案。而结构优化设计是在很多个,甚至无限多个可用方案和做法中找出最优的方案,即材料最省、造价最低、或某些指标最佳的方案和做法,这样的工程结构设计便由“分析与校核”发展为“综合与优选”。这对提高工程结构的经济效益和功能方面具有重大的实际意义。“综合与优选”实质上也就是建筑结构的优化设计。
一些结构设计人员在从事结构工程设计时,自觉或不自觉的认为:基础越大、柱子越粗、剪力墙越厚、梁越大、板越厚,结构就越安全。其实这是一种片面的、不正确的认识和做法。当主楼和裙房高低层间连为一体,无谓的加大裙房基础的尺寸,会使裙房的沉降减小,从而加大了高低层间的沉降差,反而导致结构不安全,梁越大,越不易保证“强柱弱梁”设计原则的实现,导致地震时柱先于梁破坏,使结构倒塌,这也是四川汶川大地震时,框架结构倒塌的主要设计原因,楼板越厚,楼盖自重越大,将使梁、柱、剪力墙等竖向构件和基础的安全度下降。柱、剪力墙适当增大断面,对提高结构安全度可能是有利的,但应该看他们的位置,柱、剪力墙布置的位置有时比加大断面更重要,更有效率,次要位置的柱、剪力墙加大截面,带来的结果往往是增加了结构自重,对提高结构安全度意义不大。从结构抗震角度考虑,材料用量越多,结构自重越大,地震力也越大,如果增加的材料没有用到必要的地方,那么将导致结构抗震性能的降低,因此,结构设计正确的思路和方法是,结构材料要用到必要的位置,发挥材料更高的效率,用量要合适,不加分析判断,不论构件的性质和位置,片面增大材料用量,不能保证就提高了结构安全度。在结构设计时,仅靠增大材料用量来保证或提高结构安全的做法,不是一个好的结构工程师应该考虑和采取的,结构概念不清的工程师,在结构计算完成、绘图时,往往会采取再人为的加大一下结构构件的截面、增大一下配筋量的方法,来使自己放心、保证结构安全,此时应注意,并非增大了材料用量,结构就一定更安全。
现阶段多数工程的结构设计需要进行优化,地产公司事务繁多,工作量大,人力资源有限,单靠地产公司对设计把关是不现实的;而设计单位的设计项目多,设计人员繁忙,项目要求的设计周期短,设计人员中年轻缺经验者不少,在设计过程中很难花较多精力进行项目的经济方面的分析,成本意识较弱,因此一般的结构设计并未做到精细合理,有进行优化的空间与余地。同时,优化设计有利于减少工程事故,改正不合理内容,消除安全隐患。
结构优化设计是把力学概念和优化技术有机地结合,根据设计要求,使参与计算的量部分以变量出现,形成全部可能的结构设计方案域,利用数学手段在域中找出满足预定要求的不仅可行而且最好的设计方案。实践证明,结构优化设计能缩短设计周期、提高设计质量和水平,取得显著的经济效益和社会效益。结构设计是建立结构方案的过程,随着计算机软硬件的飞速发展,借助于计算机,利用数学、力学等方法对工程结构进行最优化设计得到了广泛的应用。结构优化设计与传统结构设计均遵循相似的设计原则和设计过程。所不同的是传统设计缺乏安全性和经济性等衡量的标准;而最优设计是在明确结构的经济性与安全性等指标下,结合计算机辅助设计,很方便地实现分析计算、设计、出图等全过程的自动化,提高了设计效率和质量。
结构设计优化的工作重心和重点是利用过硬的技术和经验,对成本进行审核和监控,通过技术措施和对结构方案的经济技术比较以得到一个合理的方案,并在设计过程中通过对计算(荷载、计算参数、计算结果等)以及构造等方面的把控而得到一个安全、经济、合理的设计成果。
优化设计追求的是安全、经济和美观的统一,在优化设计实践中,我们并未掌握比人高深的结构设计理论,也并没有突破性的分析,对设计精益求精的责任感和成本控制意识,使我们能静心细致对待结构设计,进行多方案的对比分析,找到其中安全、经济、美现的平衡点。在优化过程中,我们采取办法减小构件截面,减薄板厚,采用较矮的梁高,合理地增大楼层净高,减少剪力墙等,都受到了业主的欢迎,这些做法减少了混凝土用量,减轻了结构自重,合理的减低了结构剛度,减小了地震力,优化的结果不是牺牲了安全度而是提高了结构安全度。
结构专业的优化设计,不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的,而是以结构理论为基础,以工程经验为前提,以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导,以先进的结构分析方法为手段,对设计进行深入调整、改善与提高,对成本进行审核和监控,是对结构设计再加工的过程。“优化”工作是以原设计为基础,在充分尊重原设计的基础上,着眼于结构体系和结构布置的合理性和高新技术的应用,同时,“优化”的过程也是发现差错、纠正不足的过程,通过优化降低不安全因素,从而保证项目的技术质量和经济质量,结构设计优化是精益求精的过程,将会带来合理的设计、带来经济技术效益。
在建筑领域应用优化设计,不仅可行而且十分符合节约能源,保护环境的可持续发展观。结构优化设计作为一种基于计算机的快速自动设计过程,可以在满足规范等约束条件下得优化的设计方案,降低成本造价,提高结构性能,增大使用空间,缩短施工工期,是设计者追求的终极目标……在建筑领域应用和推广结构优化设计更有着不同寻常的意义,对设计单位、开发商、百姓都是好消息,它是惠及百姓的环保设计理念,具有前瞻性,会带来多赢。
关键词:决策设计;建筑建构;优化设计
中图分类号;TU-8 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2010)1020102-01
所谓结构优化设计,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,结构设计是创造结构方案的过程,传统的结构设计是设计者按设计要求和设计者的实践经验,参考类似工程,通过判断创造结构方案,然后进行力学分析或按规范要求作安全校核,再修改设计。这一过程繁复,且往往只能创造出可行方案,而找不到一条安全、经济、合理的最优设计方案。传统的建筑结构设计方法,是先根据经验通过判断给出或假定一个设计方案和做法,用工程力学方法进行结构分析,以检验是否满足规范规定的强度、刚度、稳定、尺寸等方面的要求,如符合要求的即为可用方案,或者经过对少数几个方案和方法进行比较而得出可用方案。而结构优化设计是在很多个,甚至无限多个可用方案和做法中找出最优的方案,即材料最省、造价最低、或某些指标最佳的方案和做法,这样的工程结构设计便由“分析与校核”发展为“综合与优选”。这对提高工程结构的经济效益和功能方面具有重大的实际意义。“综合与优选”实质上也就是建筑结构的优化设计。
一些结构设计人员在从事结构工程设计时,自觉或不自觉的认为:基础越大、柱子越粗、剪力墙越厚、梁越大、板越厚,结构就越安全。其实这是一种片面的、不正确的认识和做法。当主楼和裙房高低层间连为一体,无谓的加大裙房基础的尺寸,会使裙房的沉降减小,从而加大了高低层间的沉降差,反而导致结构不安全,梁越大,越不易保证“强柱弱梁”设计原则的实现,导致地震时柱先于梁破坏,使结构倒塌,这也是四川汶川大地震时,框架结构倒塌的主要设计原因,楼板越厚,楼盖自重越大,将使梁、柱、剪力墙等竖向构件和基础的安全度下降。柱、剪力墙适当增大断面,对提高结构安全度可能是有利的,但应该看他们的位置,柱、剪力墙布置的位置有时比加大断面更重要,更有效率,次要位置的柱、剪力墙加大截面,带来的结果往往是增加了结构自重,对提高结构安全度意义不大。从结构抗震角度考虑,材料用量越多,结构自重越大,地震力也越大,如果增加的材料没有用到必要的地方,那么将导致结构抗震性能的降低,因此,结构设计正确的思路和方法是,结构材料要用到必要的位置,发挥材料更高的效率,用量要合适,不加分析判断,不论构件的性质和位置,片面增大材料用量,不能保证就提高了结构安全度。在结构设计时,仅靠增大材料用量来保证或提高结构安全的做法,不是一个好的结构工程师应该考虑和采取的,结构概念不清的工程师,在结构计算完成、绘图时,往往会采取再人为的加大一下结构构件的截面、增大一下配筋量的方法,来使自己放心、保证结构安全,此时应注意,并非增大了材料用量,结构就一定更安全。
现阶段多数工程的结构设计需要进行优化,地产公司事务繁多,工作量大,人力资源有限,单靠地产公司对设计把关是不现实的;而设计单位的设计项目多,设计人员繁忙,项目要求的设计周期短,设计人员中年轻缺经验者不少,在设计过程中很难花较多精力进行项目的经济方面的分析,成本意识较弱,因此一般的结构设计并未做到精细合理,有进行优化的空间与余地。同时,优化设计有利于减少工程事故,改正不合理内容,消除安全隐患。
结构优化设计是把力学概念和优化技术有机地结合,根据设计要求,使参与计算的量部分以变量出现,形成全部可能的结构设计方案域,利用数学手段在域中找出满足预定要求的不仅可行而且最好的设计方案。实践证明,结构优化设计能缩短设计周期、提高设计质量和水平,取得显著的经济效益和社会效益。结构设计是建立结构方案的过程,随着计算机软硬件的飞速发展,借助于计算机,利用数学、力学等方法对工程结构进行最优化设计得到了广泛的应用。结构优化设计与传统结构设计均遵循相似的设计原则和设计过程。所不同的是传统设计缺乏安全性和经济性等衡量的标准;而最优设计是在明确结构的经济性与安全性等指标下,结合计算机辅助设计,很方便地实现分析计算、设计、出图等全过程的自动化,提高了设计效率和质量。
结构设计优化的工作重心和重点是利用过硬的技术和经验,对成本进行审核和监控,通过技术措施和对结构方案的经济技术比较以得到一个合理的方案,并在设计过程中通过对计算(荷载、计算参数、计算结果等)以及构造等方面的把控而得到一个安全、经济、合理的设计成果。
优化设计追求的是安全、经济和美观的统一,在优化设计实践中,我们并未掌握比人高深的结构设计理论,也并没有突破性的分析,对设计精益求精的责任感和成本控制意识,使我们能静心细致对待结构设计,进行多方案的对比分析,找到其中安全、经济、美现的平衡点。在优化过程中,我们采取办法减小构件截面,减薄板厚,采用较矮的梁高,合理地增大楼层净高,减少剪力墙等,都受到了业主的欢迎,这些做法减少了混凝土用量,减轻了结构自重,合理的减低了结构剛度,减小了地震力,优化的结果不是牺牲了安全度而是提高了结构安全度。
结构专业的优化设计,不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的,而是以结构理论为基础,以工程经验为前提,以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导,以先进的结构分析方法为手段,对设计进行深入调整、改善与提高,对成本进行审核和监控,是对结构设计再加工的过程。“优化”工作是以原设计为基础,在充分尊重原设计的基础上,着眼于结构体系和结构布置的合理性和高新技术的应用,同时,“优化”的过程也是发现差错、纠正不足的过程,通过优化降低不安全因素,从而保证项目的技术质量和经济质量,结构设计优化是精益求精的过程,将会带来合理的设计、带来经济技术效益。
在建筑领域应用优化设计,不仅可行而且十分符合节约能源,保护环境的可持续发展观。结构优化设计作为一种基于计算机的快速自动设计过程,可以在满足规范等约束条件下得优化的设计方案,降低成本造价,提高结构性能,增大使用空间,缩短施工工期,是设计者追求的终极目标……在建筑领域应用和推广结构优化设计更有着不同寻常的意义,对设计单位、开发商、百姓都是好消息,它是惠及百姓的环保设计理念,具有前瞻性,会带来多赢。