论建筑结构优化设计探究

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1、论建筑结构优化设计探究　　[摘要]:本文分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势,研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题,并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。[关键词]:高层建筑;结构设计;优化设计中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：0前言高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是城市和工商业发展的结果,而建筑技术的进步,轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的应用,又为高层建筑的发展提供了物质和技术基础。1高层建筑结构的发展趋势8第一,钢筋混凝土材料重新得到重视。与钢结构相比,钢筋

2、混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高温、耐火、维护方便等优点。此外,即使是在美、日等钢铁工业发达的国家,钢筋混凝土造价还是低于钢结构。我国的高层建筑中,绝大部分为钢筋混凝土现浇结构,只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成熟,而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材料技术的不断发展,也为钢筋混凝土材料的重新崛起提供了条件。第二,组合结构的高层建筑发展迅速。采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑,不但具有优异的静、动力工作性能,而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下,可

3、以取代钢筋混凝土结构和钢结构,科技含量也较高,对环境污染也较少,已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中,并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。在强震国家日本,组合结构高层建筑发展迅速,钢筋混凝土组合柱应用广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态,能提高承载力,从而可节约钢材。而香港的中国银行采用巨形组合柱的建筑设计方法,获得了十分可观的经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进,组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。8第三,新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架—剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。根

4、据筒体的不同组成方式,分为框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体,在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件,它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并具有很好的抗扭刚度。因此,该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而20世纪80年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广泛的应用。第四,智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生,在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素

5、各自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合,以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素,即结构、系统、服务和管理,以及它们之间的内在联系,以最优化的设计,提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统:设备管理自动化系统、通讯网络系统、办公自动化系统,并以此应用现代4C技术构成智能建筑结构与系统,结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。2工程优化设计理论的发展8第一,工程设计软科学的发展。实际上,人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。

6、硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素;软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的,不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析,具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应的一种手段,是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中,更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作,所以,工程设计应该是硬科学和软科学的结合,这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期,有许多重大的问题需要进行科学的决策,包括工程项目的可行性论证、工程项目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些

7、前期的决策工作,其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。第二,工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后,就需要考虑工程建设的总体布局及规划,这也是一个重大的决策,直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项目的功能时,可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。第三,工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化,只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时,各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化,

8、才能真正收到优化的效果。