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1.不规则建筑布局引起的规则结构效应原理建筑形状和平面布置规则的结构,由于受力简单,造价相对较低。但由于不同功能的需要,建筑的造型和平面布局是多种多样的,不能因为结构要求而对建筑师的创作提出不合理的要求。在满足不同功能的前提下,建筑物的不规则形状和平面布局,通过调整结构墙、柱的布置和墙肢的长度,可以产生规则结构的效果,也可以使建筑结构达到结构经济、使用安全的预定目标。
当然,从理论上讲,任何建筑形状都有一个相对规律的结构受力方案,因为当建筑形状确定后,整个建筑的形心和质心(重心)也就确定了。只要结构设计者使结构的荷载中心和刚度中心尽可能接近甚至重合,建筑结构基本上就具备了稳定和规则的条件。而且,建筑面积越大,内部可以分隔的空间越多,结构布置越有规律,建筑结构的整体稳定性和安全性也会得到保证。
从力学的角度来看,结构的荷载传递路径应该简单直接。在空间关系复杂的结构部分,设计中经常会出现多次转换的结构构件,就像转换层一样,会导致造价的增加和失稳带来的安全问题。结构的传力方式多种多样,其支撑构件也可以根据传力的需要,按照科学合理的方案进行更换。所以可以说没有固定的结构布置,没有固定的传力方式。但如果设计者采用最直接简单的传力方式,可以省去中间传递的很多结构构件,这样也可以减少结构的安全隐患,使结构受力更明确,节省材料,其造价自然也会更低。
结构优化设计单位-结构优化设计费用-结构优化设计联系方式-结构优化设计七大基本原则。
2尽可能提高建筑物投入使用后的舒适度的原则所谓好的建筑,应该是建筑、结构、装修、给排水、暖通、空调、燃气、电气安装等各专业的优化设计组合。这是一个整体优化设计。如果只有一个专业设计得好,那就不能称之为好建筑,结构设计也不例外。建筑结构设计应最大限度地满足建筑布局、内部空间高度、建筑立面等功能和外观的要求。投入使用后,用户在工作和生活中会感到舒适,该建筑将真正成为人人称赞的好建筑。这是建筑结构优化设计的出发点和归宿。
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因此,建筑结构的优化设计应包括结构体系的优化、传力方式的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选择的正确性等。我们应该把提高建筑物投入使用后的舒适性作为建筑结构优化设计的一个重要的基本原则。
3建筑结构整体安全度原则我国早已颁布实施的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定,抗震设计的标准是:“小震不坏,中震可修,大震不倒”,也就是说整个建筑结构的各个构件要共同达到目标。如果一个工程99%的构件在大地震作用下不会被破坏,1%的构件即使在小地震作用下也会被破坏,导致整栋建筑倒塌,那么,这个工程还能说是结构安全吗?因此,泰达建科认为,结构优化设计应充分考虑整个建筑的各个组成部分,并具有可靠的承载能力,以保证整个结构安全度的可靠性,确保实现结构设计规范规定的设计标准,达到建筑结构安全、经济、耐用的总体目标。这是结构设计中应坚持的建筑结构整体安全度原则。
4.特殊情况下重点加强,确保结构整体安全的原则。
构件位于建筑物的不同部位,其受力状态和应力大小不同。结构设计人员在设计时应有不同的计算和处理方案,应逐一正确求解,而不是按照规范条文和计算机软件机械处理。如高层建筑转换层结构构件的墙、梁、柱偏心时,应对相关构件采取特殊的结构加强措施;但当复杂建筑的剪力墙开洞较多时,暗柱要按错洞特别加强。工字形剪力墙两端应采用截面较大的暗柱进行特殊加固;应重视框架柱的延性设计;异形柱的长肢端部应加强;静态结构构件应增加其安全储备;在竖向地震力和风荷载作用下,应增加悬臂梁和板构件的强度和稳定性设计。非受力结构构件应加强连接结构,以增强建筑结构的整体稳定性;受水土流失影响的构件应充分考虑水土流失对构件的影响,以便采取相应的对策;对于无后浇带的超长结构和高低悬殊结构,应采取特殊措施处理,确保结构整体安全。
5不同构件采用不同安全系数的结构优化设计原则大量的结构试验证明,由于现浇钢筋混凝土楼板的约束,可以大大提高楼板梁的承载力,最高可提高1.5倍左右。然而,目前国内的结构计算软件并不能准确反映现浇楼板的这种约束效应。一方面,如果按照力学计算结果进行结构设计,现浇楼板的安全系数会高很多。另一方面,从对坍塌工程事故原因的调查分析可以得知,因楼板或楼板梁的问题而导致结构破坏的工程实例是极少数,除非结构计算本身有误。从许多震害调查的工程实例中也可以知道,建筑物在地震力作用下倒塌的主要原因是墙、柱等竖向构件首先破坏。为了保证建筑的整体安全,结构工程师往往不顾构件的实际承载能力,给所有构件相同的安全系数,这是结构设计不合理的重要原因。因此,我们认为在结构设计中,对于独立构件、静定结构和竖向构件应采用较大的安全系数,而楼板和楼板梁的安全系数可适当降低。这种处理不仅可以降低工程造价,还可以提高结构的综合安全性。
6注意实际结构与计算模型不同的原则。
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一般来说,计算机可以根据输入的程序进行计算,但不能做分析。如果结构工程师想依靠计算机来分析结构,会给结构留下更多的隐患。在目前的应用软件中,墙板构件是通过假设实现的,但在一定的结构布局下不满足假设条件,这样的计算机结果容易出现问题。所以除了整机手动调整,很多手工计算的局部组件也有同样的问题。可以看出,实际结构的受力状态与计算模型不同,设计时要特别注意。
7降低结构成本的原则结构优化设计的最终目的是使设计的结构不仅各构件受力均衡,技术应用科学合理,而且整体安全可靠,各构件都能发挥最大作用,使设计的建筑结构最终达到受力均衡、坚固耐用、经济合理、安全可靠的目标。由于结构设计的主要任务是在满足建筑使用功能的前提下,保证建筑投入使用后的安全性和舒适性,使其具有更强的生命力,而结构造价在建筑产品中占有很大的比重,所以经过深思熟虑的优化设计能为建筑产品带来可观的经济效益,这也是一切事业的基本出发点和归宿。结构工程师在优化建筑结构设计时,一定要注意把降低结构成本作为一个重要的基本原则,决不能掉以轻心。