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工程优化设计-工程优化设计关键点

2022-11-18 08:30:02

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        工程优化设计:工程优化设计关键点,影响工程优化设计的基本因素

        影响工程优化设计的因素很多,贯穿整个设计和策划的全过程,在建筑项目投资前,我们要对项目的结构类型、建筑物的经济高度、高宽比、结构延性等众多情况进行分析研究,使建筑成本优化在最科学、最合理的范围。

        (一)结构类型的选择

        选取不同的建筑结构类型,对工程造价有较大的差别。结构工程师应充分考虑项目的结构类型的可行性,通过对比找出最适合的建筑结构设计类型。例如:结构规范里对A级高层建筑抗震等级的按高度划分要求体现,建筑高度大于60m且小于80m,若选择剪力墙结构,抗震等级及构造措施只需满足四级要求。

        (二)建筑物的经济高度

        建筑高度不仅影响到结构类型的选择,还直接影响建筑结构成本、土建成本、设备及运营成本。对于一般中档住宅来讲,上部结构的层高每减少100mm,成本可减少30~40元/m2,地下室还会更高些。同时对结构梁高的控制,对各设备专业每层的管线布置间接起到成本的协调和优化,另外个别部位还可以采用变截面梁或在梁中预埋套管等措施来保证楼层净高的要求。

        (三)高宽比的经济学分析

        近年来,随着城市化的高速发展,高层建筑如雨后春笋般涌现出来。为了提高土地的利用率,获取较高的经济效益,高宽比超限的高层建筑也越来越多。建筑高宽比是建筑物的总高度H和倾覆方向支承体系的总宽度b之比。建筑高宽比越大,主体结构抗倾覆力矩也越大,安全所需抗侧力构件(剪力墙)便越长,由此便会增加结构成本,因为同等面积情况下,高宽比越大的外墙长度越长。控制高宽比成为了结构优化设计的显著环节。一般说来,建筑物的造价P和高宽比H/b成正比例关系,在外力相同的情况下,由于抵抗倾覆力矩有效宽度的降低,柱所承担的荷载与高宽比成正比例关系,即框架柱所承担的荷载随着结构高宽比的增大而增加,因此,造价也会相应的提高。

        (四)平立面设计的影响

        建筑物平面形状越简单,用钢量就少。每层面积相同或相近时,外墙长度越大的建筑其用钢量就越大,平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少,而且可以衡量结构抗震性能的優劣。

        (五)结构延性对造价的影响

        目前,结构抗震设计的基本原则是:“小震不坏,中震可修,大震不倒”。如果把建筑物设计成在强烈地地震作用下仍呈弹性的反应,那么建筑物的造价将是十分昂贵的。因此这就需要提到结构延性问题,延性是指构件和结构屈服后,在承载能力不降低或基本不降低的情况下,具有足够塑性变形能力的一种性能。如果合理选用抗侧力机构,将各种结构构件做成延性,使之刚度不太大,在遇到地震作用时,结构就不易出现突然破坏,这种情形所带来的价值是显而易见的。反之,如果结构延性不好,则必须有足够大的承载力抵抗地震,这样会多用材料。因此,对于地震发生概率极少的抗震结构,延性结构是一种经济的设计对策。此外,延性可以使超静定结构的内力得以充分重分布,形成塑性铰区,从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计,使配筋合理,节约钢筋用量,取得较好的经济效果。

        (六)高强钢筋和高性能混凝土的应用

        采用高强钢筋如HRB400钢筋比HRB335钢筋贵约2.9%,强度提高20%。因此,设计中使用HRB400钢筋代替传统的HRB235钢筋和HRB335钢筋作为受力钢筋(吊钩除外)可有效降低工程的钢筋用量,从而降低工程成本,并且新规范有明确的要求使用。

        而整个建筑物混凝土造价与混凝土价格成正比,而与混凝土强度成反比。混凝土标号每增加一级,单价提高约5~8%;对由轴压比控制的墙柱,提高标号可以显著减少墙柱的尺寸,提高建筑利用率,应优先选用高标号混凝土;对梁来说,标号高低对梁的承载力无显著影响,应选用低标号混凝土;对板来说,则应越低越好。因此,不能一味追求使用高性能混凝土,必须综合考虑项目规模、构造物成本、材料运输及单价、材料质量及供给等,避免出现质量问题、经济损失以及其他不必要的影响。

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