¿Qué es el diseño de optimización de la estructura del edificio?

En esta etapa, con la mejora continua de la economía de mercado, el rendimiento económico de los edificios ha recibido cada vez más atención. Por lo tanto, nuestro objetivo incansable es utilizar la menor cantidad de materiales o el menor costo para construir edificios que cumplan con las especificaciones y requisitos de uso. Pero al mismo tiempo, ¿cómo garantizamos el desempeño de seguridad de los edificios? ¡De este modo se refleja el efecto de diseño óptimo de la estructura! El diseño de optimización estructural no se trata simplemente de reducir la cantidad de hormigón y barras de acero, sino de ajustar la relación proporcional entre la rigidez de cada componente, aprovechando al máximo las características de tensión de cada componente, dando pleno juego a sus respectivas resistencias y. Maximizando la estructura general excelente.

1. ¿Cuáles son los principios básicos del diseño óptimo de estructuras de edificación?

1. Principio funcional

La ingeniería de la construcción es el entorno de vida material básico de los seres humanos. El objetivo final de la optimización de la estructura del edificio es satisfacer las necesidades máximas de los seres humanos para la vida material. entorno Su diseño estructural El efecto determinará en gran medida la eficiencia general de la construcción del proyecto. Para optimizar el diseño de la estructura del edificio, además de cumplir con las funciones básicas, también es necesario mejorar desde las perspectivas de estética, coordinación y comodidad, para satisfacer los requisitos integrales del usuario para el proyecto desde un aspecto más amplio.

2. Principio de seguridad

Como entorno de vida básico para la supervivencia humana, la arquitectura está estrechamente relacionada con las personas. Por lo tanto, la gente siempre ha tenido requisitos relativamente altos para su construcción. En el contexto de un rápido desarrollo social y económico, es necesario optimizar los conceptos y métodos tradicionales de diseño de estructuras de edificios. Cabe señalar que, además de satisfacer las necesidades de uso básicas, el diseño estructural de los proyectos de construcción también debe cumplir con los requisitos de uso seguro, es decir, proporcionar un entorno de vida seguro para la producción y la vida normales, y mejorar los requisitos integrales para la construcción de estructuras de ingeniería. . Buscar ciegamente el diseño óptimo de las estructuras de los edificios e ignorar la seguridad de las fases de toma de decisiones, diseño y construcción no sólo no tendrá importancia práctica como edificio, sino que también traerá daños fatales a la producción y la vida humanas normales.

3. Principio de protección del medio ambiente

Los proyectos de construcción requieren muchos recursos Bajo el principio de desarrollo sostenible, además de garantizar requisitos funcionales a la hora de realizar el diseño estructural, también debemos hacer un. buen trabajo Optimización de la utilización de recursos. Es decir, elegimos materiales de construcción respetuosos con el medio ambiente y mejoramos el respeto al medio ambiente del diseño general de la estructura para implementar el desarrollo sostenible hasta el final. Para la selección de materiales de construcción, es necesario garantizar que puedan cumplir con los requisitos integrales de seguridad estructural, funcionalidad y protección ambiental. Para lograr la protección ambiental de la estructura interna principal, se deben procesar adecuadamente diversos materiales de desecho. y se aplica para mejorar la amplitud del efecto del diseño de la estructura de ingeniería y reducir el impacto en el medio ambiente [3].

4. Principio de economía

La economía se refiere a maximizar el ahorro de diversos recursos materiales a través del diseño optimizado de la estructura del edificio para lograr el objetivo de reducir los costos de construcción. Al optimizar el diseño de la estructura del edificio, también debemos analizar el costo del diseño, controlar el costo del diseño estructural y mejorar la asignación razonable de diversos recursos sobre la base del cumplimiento de las condiciones económicas del mercado. Es necesario realizar un análisis integral de los principios económicos y de protección ambiental, seleccionar materiales con bajo consumo de energía, minimizar el uso de diversos materiales y reducir los costos de entrada de materiales. Además, mediante un diseño razonable del interior de la estructura, se puede mejorar la eficiencia en la utilización del espacio y se puede obtener una solución de diseño más efectiva dentro de un rango de costos limitado.

5. Principios para mejorar el confort del edificio

Un buen edificio debe abarcar desde la arquitectura, la estructura, la decoración hasta el suministro y drenaje de agua, climatización, aire acondicionado, gas, instalación eléctrica, etc. La combinación de diseño optimizado de cada especialidad es un diseño optimizado general. Si solo una especialidad está bien diseñada, no se puede llamar un buen edificio, y el diseño estructural no es una excepción. En la mayor medida, los requisitos funcionales y de apariencia del diseño del edificio, la altura del espacio interno y la fachada del edificio, después de su puesta en uso, hacen que los usuarios se sientan cómodos en el trabajo y la vida, lo que hace que el edificio sea realmente un buen edificio que todos elogian. arquitectura El punto de partida y el punto final del diseño de optimización estructural.

Por lo tanto, el diseño óptimo de la estructura del edificio debe incluir la optimización del sistema estructural, la cientificidad de la ruta de transmisión de fuerza, la racionalidad de la disposición de los componentes, la selección correcta de componentes y materiales, etc.; posible mejorar la comodidad del edificio después de su puesta en uso. Un principio básico importante para el diseño óptimo de las estructuras de los edificios.

6. Se deben adoptar diferentes factores de seguridad para diferentes componentes

El efecto restrictivo de las losas de piso de hormigón armado coladas in situ puede mejorar en gran medida la capacidad de carga de las vigas del piso. Aproximadamente 1,5 veces. Sin embargo, el software de cálculo estructural nacional actual no puede reflejar con precisión el efecto de restricción de las losas de piso coladas in situ. Por lo tanto, si el diseño estructural se realiza de acuerdo con los resultados del cálculo mecánico, el factor de seguridad de la viga de piso colada in situ será mucho mayor.

Por otro lado, a partir de la investigación de causas de accidentes y análisis de proyectos que han colapsado, podemos saber que existen muy pocos ejemplos de proyectos que causan daños estructurales por problemas con el piso o las vigas del piso, a menos que se trate de una falla estructural, el cálculo en sí es incorrecto, a partir de muchos ejemplos de ingeniería de investigación de daños sísmicos también se puede saber que la razón principal del colapso de un edificio bajo la acción de la fuerza del terremoto se debe principalmente a la primera destrucción de los componentes verticales, como por ejemplo. como muros y columnas.

En el trabajo de diseño estructural real, si no se considera la capacidad de carga real de los componentes y se adopta el mismo factor de seguridad para todos los componentes, la estructura del edificio no será razonable en términos de seguridad y economía. . Por lo tanto, en el diseño estructural, se debe adoptar un factor de seguridad mayor para los componentes independientes, estructuras estáticamente determinadas y componentes verticales, mientras que los factores de seguridad de las losas y vigas del piso se pueden reducir adecuadamente. Este tratamiento no solo puede reducir el costo del proyecto. pero también puede mejorar la seguridad general de la estructura.

2. ¿Cuáles son las funciones del diseño optimizado de la estructura del edificio?

1. Reducir el costo total

En el diseño de optimización estructural, en comparación con los edificios residenciales de varios pisos y los edificios residenciales de gran altura, cuanto más pisos, aumenta el área total de construcción. y el área de construcción de la unidad ocupa Cuanto menor sea el área del terreno, lo que ahorra costos de terreno. Sin embargo, a medida que aumenta el número de pisos del edificio, la altura total del edificio también aumentará y la distancia entre los edificios también aumentará. la cantidad de terreno ocupado no será equivalente al número de pisos del edificio. El número aumenta en la misma proporción. Para la parte de cimentación, aunque también se usa para cada capa, a medida que aumenta el número de capas, la carga transmitida a la cimentación aumentará. Necesitamos aumentar la cimentación, de modo que se reduzca el costo por unidad de área, pero hay. sin techo El efecto de la cobertura es tan obvio.

2. Mejorar la economía de las estructuras de construcción

El costo de construcción de los edificios de gran altura se ha convertido en un factor importante que debe tenerse en cuenta, y los costos estructurales correspondientes están estrictamente controlados. Para garantizar la calidad del edificio, un diseñador utiliza modelos de cálculo razonables, parámetros de cálculo, cargas de diseño, medidas estructurales e indicadores de cálculo razonables. Esta es una forma importante de lograr un contenido de acero económico y razonable. Esto debe combinarse cuidadosamente. con especificaciones y condiciones de ingeniería específicas Seleccionar y utilizar razonablemente los resultados del cálculo para diseñar basándose en especificaciones y conceptos estructurales, y utilizar cálculos manuales para revisar cuando sea necesario. El autor ahora compara y explica los resultados del cálculo estructural de un determinado proyecto de edificio de gran altura bajo dos condiciones.

3. ¿A qué cuestiones se debe prestar atención en el diseño de optimización de las estructuras de los edificios?

El diseño de optimización del diseño estructural se aplica a todas las partes del diseño, como el diseño preliminar de nuevos proyectos, el diseño de planos de construcción y la renovación de edificios antiguos, y los diversos beneficios son muy considerables. En el proceso de practicar el modelo y seguir el método de optimización del diseño estructural, se debe prestar atención a los siguientes aspectos:

(1) Participación temprana en el diseño. La inversión total en construcción se ve directamente afectada por la etapa inicial del plan, por lo que la mayoría de los problemas existentes son que el diseño estructural no está involucrado en la etapa inicial del plan. La mayoría de los arquitectos no consideran la viabilidad y racionalidad de la estructura al diseñar el. plan y el diseño arquitectónico final. Los resultados afectan directamente el diseño estructural. Algunas soluciones pueden aumentar la dificultad del diseño estructural y aumentar la inversión total en la construcción. Si el diseño de optimización estructural puede participar en la etapa inicial del plan, entonces podemos elegir formas estructurales razonables y planes de diseño razonables para diferentes categorías de edificios y tener un buen comienzo.

(2) Diseño de la estructura de cimentación. La optimización del diseño estructural de la cimentación consiste en seleccionar primero la solución más adecuada. Si se trata de una cimentación de pilotes, el tipo de cimentación de pilotes debe seleccionarse de acuerdo con las condiciones específicas del sitio de construcción para ahorrar costos y reducir desperdicios innecesarios.

La capa de soporte en el extremo del pilote tiene un mayor impacto en la selección de pilotes colados in situ y se deben hacer comparaciones para determinar la solución más adecuada.

(3) Optimización del diseño de estructura detallada. El diseño conceptual se utiliza en situaciones en las que no existe una cuantificación numérica específica durante el proceso de diseño, los diseñadores deben utilizar de manera flexible métodos de optimización del diseño estructural para lograr los mejores resultados. De acuerdo con la comprensión macroscópica, el proceso de diseño también debe prestar atención a la optimización del diseño estructural detallado. Por ejemplo, las placas de formas especiales en losas fundidas in situ son propensas a agrietarse en las esquinas y se deben agregar nervaduras radiales. dividido en losas rectangulares. Al diseñar la fachada, los paneles en voladizo y los refuerzos de la fachada solo necesitan cumplir con los requisitos estructurales de las regulaciones para lograr propósitos tanto económicos como de seguridad.

4. ¿Cuáles son los métodos de diseño de optimización para estructuras de construcción?

1. Algoritmo paralelo

El factor principal de la estructura de un edificio de gran altura es la resistencia de la estructura a las fuerzas horizontales. Por lo tanto, el desempeño del movimiento antilateral se ha convertido en un factor clave en el diseño estructural de edificios de gran altura y es un estándar para medir la seguridad y estabilidad de las estructuras de los edificios.

En las estructuras de construcción, entre los materiales estructurales por unidad de área de la estructura del edificio, la cantidad de materiales estructurales utilizados para soportar la carga de gravedad tiene una relación lineal aproximadamente proporcional con el número de pisos de la casa. Además, la cantidad de materiales estructurales utilizados para el techo de la estructura de un edificio es casi constante y no cambia con el número de capas de la estructura; sin embargo, la cantidad de materiales utilizados para los componentes estructurales como paredes y columnas aumenta linealmente; proporción con el número de capas del edificio; mientras que para el lado de resistencia, la cantidad de materiales estructurales utilizados en la dirección de movimiento aumenta con la relación cuadrática del número de capas estructurales del edificio.

2. Método de optimización de la confiabilidad

Al seleccionar estructuras de edificios de gran altura en áreas de desastre sin terremotos, se debe dar prioridad a los sistemas estructurales con mejor resistencia al viento, es decir, viento A. Sistema de estructura de construcción con un pequeño coeficiente de compresión. Por ejemplo, las estructuras de construcción cuyas formas estructurales cambian en una forma curva y aerodinámica son redondas, ovaladas, etc., o los sistemas en forma de cono truncado cuyas estructuras disminuyen gradualmente de abajo hacia arriba tienen un coeficiente de forma de presión del viento más pequeño, lo que favorece una buena resistencia al viento. Además, al disponer la estructura en planta, es adecuado seleccionar un tipo de sistema estructural con forma plana uniforme y simétrica y distribución de rigidez estructural, que pueda reducir en gran medida el impacto de la deformación estructural y la fuerza interna causada por el efecto de torsión bajo la carga del viento. .

3. Método de optimización del sistema de rascacielos

Debido al diferente rendimiento de los edificios, tienen diferentes requisitos de espacio interno. Al mismo tiempo, como las estructuras de los edificios de gran altura utilizan diferentes funciones, su diseño también cambia. Generalmente, los planos de distribución de espacios pequeños son adecuados para residencias y habitaciones de hotel; los espacios grandes y pequeños son adecuados para edificios de oficinas; los planos de distribución de espacios grandes son adecuados para centros comerciales, restaurantes, salas de exposiciones y edificios de fábricas; son adecuados para diseños de espacios grandes. Requiere un gran espacio sin columnas dentro de la estructura. Dado que diferentes sistemas estructurales pueden proporcionar diferentes tamaños de espacio interno, en la etapa de diseño de la estructura del edificio, primero se debe seleccionar el tipo de estructura apropiado en función de la función de uso de la estructura del edificio.

5. ¿Cuáles son las medidas de diseño de optimización para las estructuras de la edificación?

1. Diseño de muros de corte reforzados

La investigación experimental sobre pilares de muros de corte también muestra que si la relación de compresión axial excede un cierto valor, es difícil convertirse en un muro de corte dúctil. Los factores que afectan la ductilidad o la capacidad de deformación posterior a la fluencia de los miembros de flexión por compresión incluyen: tamaño de la sección, grado de resistencia del concreto, refuerzo longitudinal, relación de compresión axial, cantidad de estribo, etc. Los factores principales son la relación de compresión axial y el valor característico de el estribo. El muro de patas conjuntas está formado por miembros de pared conectados mediante vigas de conexión, aumentando así las limitaciones de los miembros de pared. El aumento de la rigidez de las vigas de acoplamiento aumentará inevitablemente el efecto sísmico de la estructura, por lo que las fuerzas internas distribuidas entre las vigas de acoplamiento y los miembros del muro también aumentarán en consecuencia. En este momento, se debe aumentar la cantidad de refuerzo de los componentes. Este resultado de diseño inevitablemente causará material de desperdicio.

2. Preste atención a la optimización de los detalles

(1) Mientras se centra en el diseño general, también se debe fortalecer el diseño fino de los componentes locales de la estructura. Por ejemplo, en el diseño de losas coladas in situ, intente dividir las losas de formas especiales en losas rectangulares, para lograr el propósito de una tensión razonable y evitar la aparición de grietas en las esquinas.

(2) La cantidad de estribos de la viga del marco inferior del muro sísmico del marco inferior es generalmente mayor. En este momento, si se utilizan barras de acero nervadas laminadas en frío como estribos, el número de patas de estribos o. Los estribos se pueden reducir de diámetro, para reducir el coste y facilitar la construcción.

Además, para reducir la sección inferior, utilizar hormigón de alta resistencia es una buena opción para los componentes de la columna, pero el hormigón para componentes horizontales puede reducir adecuadamente el número de marcas de hormigón, cumplir con los requisitos de tensión y también ahorrar costos.

(3) Con la combinación de tecnología informática y teoría del diseño de optimización estructural, mediante el uso de software de análisis informático para establecer un modelo de análisis para un diseño óptimo y el uso de métodos eficientes de cálculo de optimización informática, se establecen los requisitos objetivos para el diseño estructural. y finalmente se logra el propósito de optimización del diseño estructural. En el proceso de diseño de optimización específico, el diseño de optimización en realidad se ha transformado de un problema de ingeniería a un problema matemático.

3. Aplicación de métodos de optimización del diseño estructural

La aplicación de métodos y tecnologías de optimización del diseño estructural se materializa en el diseño de optimización de la estructura general del proyecto de vivienda y el diseño de optimización de la estructura parcial del proyecto de vivienda. Entre ellos, el diseño óptimo de la subestructura del proyecto de vivienda incluye: el diseño óptimo del plano de estructura básica, el diseño óptimo del plano del sistema de techo, el diseño optimizado del plano de estructura envolvente y el diseño optimizado del detalle estructural. diseño. El diseño optimizado de los aspectos anteriores también incluye la selección del modelo, el diseño, el análisis de tensiones, el análisis de costos, etc., y debe basarse en la premisa de cumplir con las especificaciones de diseño y los requisitos de uso, combinados con la situación real del proyecto específico, y centrándose en sus beneficios económicos integrales. Objetivo diseño de optimización estructural.

4. El valor práctico de los métodos de optimización del diseño estructural

Bajo la premisa de lograr los beneficios a largo plazo de la estructura del edificio, la inversión a corto plazo en la estructura del edificio debe ser minimizarse y mejorarse la fiabilidad y racionalidad de la estructura del edificio. En comparación con el diseño tradicional, el uso de tecnología de optimización del diseño puede reducir los costos del proyecto de construcción entre un 5% y un 30%. La aplicación de la tecnología de optimización permite aprovechar al máximo las propiedades de los materiales, de modo que las distintas unidades dentro de la estructura del edificio puedan coordinarse mejor y tener la seguridad estipulada en las normas de construcción. Al mismo tiempo, también puede tomar decisiones razonables para el diseño general del edificio. La tecnología de optimización es una forma eficaz de lograr los objetivos de "aplicabilidad, seguridad y economía" del diseño arquitectónico.

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