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轻钢房屋建筑设计理念

2020-07-27 15:05

轻钢房屋建筑设计理念
轻钢结构建筑具有投资规模大、项目周期长、影响因素多,受政治、经济、环境间接影响严重,使得建筑企业本身及项目在运行的整个生命周期中都必须重视对风险的认识与管理。为了使建筑企业更好地应对市场竞争,顺利进行项目实施,确保企业经济目标的实现,建筑企业必须重视对项目的风险管理。
轻钢结构建筑在建筑结构设计理念上与传统钢结构建筑不同,有其独特的一面,主要有以下几个方面。

 

1.一体化设计理念

(1)建筑结构设计一体化

传统钢结构建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设计,而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件,得以使设计程序实现建筑结构一体化设计,即建筑设计完成与结构设计同时完成。目前,国外知名的设计公司都是遵循这样一条理念,而国内的大多数设计院较为保守,其建筑设计按传统设计方式进行,一方面很难完整地表现其建筑风格,另一方面也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。这主要由于目前国内设计院缺少先进的设计软件的原因造成的。今后随着各种先进的钢结构设计软件的引进与开发,这一问题会得到逐步解决。

(2)围护系统与主体结构设计一体化
国内设计项目基本做法是,主体结构的设计、围护系统的设计分开来进行,合理的做法是统一进行设计,为保证建筑整体安装的精确度,如在两柱之间安装轻质墙板,有必要执行建筑模数制。

(3)配件系统与整体建筑系统设计一体化
在安装时或基本保证安装结束的时候,应该是地面上没有多余的配件,建筑上也没有缺少的配件。而实际施工中却是少配件,或者多配件。因为配件系统的设计与整个建筑系统的设计不统一的结果。这里需要考虑配件标准化的问题。截面优化设计理念 
轻钢结构建筑设计,降低其用钢量是设计的主要任务之一,但这就使得结构分析和构件计算变得复杂化。在门式刚架中,常规是采用轻型焊接变截面工形柱和分段变截面工形梁并利用腹板屈曲后强度来完成这一目标。  

 

2.截面优化的实现方法 

(1)最优化理论
把问题归结为一个单目标规划问题,优化的目标函数是用钢量最少或造价最低,各种设计条件如结构反应(应力、位移等)的允许范围等都可作为约束条件,用数学规划的理论来寻求最优解或最满意解。
  
(2)穷举法

即把各种合理的构件截面形式都进行计算比较,在满足设计要求的情况下,以用钢量最少或造价最低为控制条件,得到满意的截面尺寸。实际上,完全用最优化理论来实现截面优化设计有一定的复杂性,还需要进一步实践与研究。另外,用穷举法解决截面优化问题时,多因素决定了计算次数随构件数增加而呈指数关系增加,故当钢架构件较多时,要花费很长的计算时间。所以实际上当设计者确定了结构形式后,比较简单易行的方法是按照构件的内力来调整截面尺寸,试算确定重量最小的截面,从而进行变化构件的截面来适应内力变化以达到节约钢材的目的。这种方法不但计算次数少,而且可以人工干预截面优化范围,快速地得到比较理想的截面尺寸。

 

3.优化设计计算基本步骤

(1)定义设计限值,定义强度、稳定及变形限值。
(2)确定截面优化范围,这一步骤中应由程序对定义的范围进行校核,当这个范围不合理时(最小截面满足或最大截面不够),程序会给出提示,直到优化范围合理。 
(3)进行截面优化,进行截面优化计算。 
(4)查看优化结果。虽然因程序不同。

 

4.软件的计算结果形式

(1)结果文件(基本包括有输出设计限值,初始截面参数及其计算出的强度、稳定、变形结果,总重量。输出优化后的截面参数,强度、稳定、变形计算结果,总重量)。
(2)截面显示(图形输出优化后的截面参数)
(3)应力显示(图形输出强度、稳定计算结果)
(4)局部放大(查看关键部位的节点分析情况)。在程序给出优化后重量最小的截面后,设计人员可参考这些截面信息,由人机交互输入截面参数并做适当调整,然后执行数据检查,最后完成结构计算和并利用截面参数绘制施工图。

 

5.建筑表现设计理念

建筑表现主要有以下四个方面的特征,即规模、线条、色彩和变化。
(1)建筑规模
大跨度轻钢结构建筑,具有恢弘的建筑气势。 
(2)线条
金属压型钢板的线条是表现轻钢结构建筑风格独特的特征,使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感。轻钢结构建筑可以大量使用屋面采光板采光,从而减少墙面开窗的数量,可以非常有效地既保证建筑采光又不破坏墙板的线条。 
(3)色彩
多种色彩的金属压型钢板使得轻钢结构建筑表现得丰富多彩。色彩的表现包括两个部分,一部分是屋面、墙面板的色彩表现,另一部分是收边泛水等饰件的色彩表现。在表现手法上给建筑师预留了想象的空间,避免了色彩单调。 
(4)变化
规模较小的建筑在追求建筑风格方面,可借鉴其他传统建筑的风格及表现方法,包括混凝土建筑。另外轻钢结构建筑由于材料的原因,在装饰效果远比传统建筑丰富,这也是轻钢结构建筑设计中需要关注的理念。比如外天沟,它既是天沟有组织排水的功能,又是建筑屋檐重要的装饰物。其他如雨蓬、落水管、泛水等,都是如此。如何利用轻钢结构建筑的收边产生艺术效果,也是今后设计工作者要面对的问题。

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