CN116663116A - 一种建筑结构设计控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑结构设计控制方法，具体涉及建筑结构设计技术领域，包括以下步骤：S1：获取目标建筑的建筑基础信息；S2：获取目标建筑区域的地质勘查报告、目标建筑的抗震标准和防风标准；S3：根据目标建筑基础信息、目标建筑周边地质勘查报告、目标建筑抗震标准、目标建筑防风标准生成多个建筑结构设计方案；S4：构建目标建筑的三维仿真模型；S5：判断目标建筑模型是否符合建筑抗震要求和防风要求；S6：对于合格的目标建筑模型计算抗震指数和防风指数，对于不合格的目标建筑仿真模型直接排除；S7：由抗震指数和防风指数计算安全性指数，同时计算建筑结构设计成本；S8：计算建筑性价比指数；S9：选择最优设计方案和备选方案。

Description

一种建筑结构设计控制方法

技术领域

本发明涉及建筑结构设计技术领域，更具体地说，本发明涉及一种建筑结构设计控制方法。

背景技术

建筑结构设计就是建筑结构设计人员对所要施工的建筑的表达，在进行建筑结构设计的时候优先考虑建筑的稳定性、实用性和经济性原则。

现有一种建筑结构设计控制方法对建筑的结构质量进行控制，通过第一判断阶段判断建筑结构的抗震性能是否合格，通过第二判断阶段判断建筑具体结构的结构参数是否合格，二者均合格则建筑结构质量合格，该方法对建筑结构质量的检测过程实现了标准化、流程化，节省了建筑结构设计时间，提高了设计效率。

然而该方法只是对建筑的结构质量进行判断，不同建造方案对应的建造成本也不相同，在进行建造结构设计的时候还应考虑经济性原则，从而选择最优的建造方案进行施工，该方法中建筑结构设计的设计质量还有待提高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种建筑结构设计控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种建筑结构设计控制方法，包括以下步骤：

S1：获取目标建筑的建筑基础信息，包括建筑所在位置、建筑用途、建筑所属类别、预期建筑楼层和预期使用年限；

S2：根据接收到的建筑位置信息进行地质勘探获取目标建筑区域的地质勘查报告，通过全国抗震设防烈度表获取目标建筑所在地区的抗震设防烈度，根据目标建筑的用途、预计使用年限以及目标建筑所在地区的抗震设防烈度确定目标建筑的抗震标准，根据以往气象数据获取目标建筑区域的最大风速，建筑高度并估算目标建筑需要承受的最大风压，由此确定目标建筑的防风标准；

S3：根据目标建筑基础信息、目标建筑周边地质勘查报告、目标建筑抗震标准、目标建筑防风标准来确认目标建筑的主体结构形式，并对目标建筑的建筑层高、高宽比、剪力墙的布置、梁的布置与配筋、楼板厚度、混凝土强度等级和钢筋材料以及地基采取不同选择方式生成多个建筑结构设计方案；

S4：将不同建筑结构设计方案导入模型构建工具生成目标建筑的多个三维仿真模型；

S5：分别对目标建筑仿真模型进行地震模拟测试和大风模拟测试，根据测试结果判断目标建筑是否符合建筑抗震要求和防风要求；

S6：对于合格的目标建筑模型计算抗震指数和防风指数，对于不合格的目标建筑仿真模型直接排除；

S7：由目标建筑模型的抗震指数和防风指数计算安全性指数，同时计算合格目标建筑模型的建筑结构设计成本；

S8：由合格建筑模型的安全性指数和建造成本计算建筑性价比指数；

S9：将不同建筑结构设计方案的建筑性价比进行排名筛选，选择性价比指数排名最高的设计方案作为首选方案，排名第二和第三的目标建筑模型对应的建筑结构设计方案作为备选方案一同发送至客户终端。

优选的，S2中防风标准的确立过程如下：

A1、查找当地气象数据，获取历史最大风速v_fa；

A2、估算处于目标建筑高度时的最大风速v_fb，具体公式为：其中h_b为目标建筑的高度、h_a为气象站进行风速测试时选取的高度、n为经验指数；

A3、计算处于目标建筑高度所承受的最大风压w₀，具体公式为：w₀＝ρ₀*ν_fb ²，其中ρ₀为空气密度；

A4、计算目标建筑的标准风荷载w_k，其中w_ka、w_kb分别为建筑主体承重结构和局部围护结构的风荷载，z_k为局部风荷载调整系数，具体公式为：，其中β_h为h处的风振系数、μ_s为风荷载体型系数、μ_h为风压高度变化系数，ω_kb＝β_hg*μ_sg*μ_h*ω₀，其中β_hg为h处的风振系数、μ_sg为风荷载局部体型系数。

优选的，S5中对目标建筑的抗震性能和防风性能的判断过程如下：

B1、将目标建筑中需要进行抗震设计的结构参数与所属建筑类别的抗震标准建筑结构参数进行数据比较计算相同结构标准匹配度α_c，具体公式为：α_c＝α_i/α₀，其中α_i为符合抗震标准的结构数量，α₀为进行数据对比的结构数量；

B2、α_c＝1说明需要进行抗震设计的结构均符合标准，α_c<1说明部分结构的抗震设计不符合抗震标准；

B3、将建筑所在区域历史风速测试结果v_f1，v_f2......v_fn汇总并设置等差递增区间并进行分级，对应风力级别为x₁，x₂......x_n；

B4、对目标建筑模型施加不同风速等级进行测试，计算目标建筑模型的摇摆幅度r，具体公式为：其中h_e为目标建筑模型的结构高度、d_e为目标建筑模型的结构有效宽度、r_s为风力影响因子；

B5、通过当前风力等级的测试之后将进入下一等级的风力测试，直至目标建筑模型的摇摆幅度超过限值，此时将上一风力等级作为目标建筑模型的最大防风等级，计算目标建筑模型承受的最大风荷载w_a与标准风荷载w_k的比值w_e，具体公式为：若w_e≥1则防风设计合格，若w_e＜1则防风设计不合格。

优选的，S6中抗震指数和防风指数的具体计算过程如下：

C1、判断目标建筑模型中需要进行抗震设计的结构对建筑抗震性能影响的关键度a₁，a₂......a_n并统计每个结构使用的数量y₁，y₂......y_n；

C2、计算每个结构的抗震指数β_e，具体公式为：其中β_ai为每个结构的实际建造参数，β_bi为每个结构的标准建造参数；

C3、统计每个结构的抗震指数β_e1，β_e2......β_en，汇总计算房屋建筑抗震指数β_m，具体公式为：

C4、计算防风指数w_m，具体公式为：

优选的，S7中安全性指数和建筑结构设计成本的具体计算过程如下：

D1、计算安全性指数U_e，具体计算公式为：其中f₁、f₂为对应的比例系数，f₁>f₂；

D2、计算抗震设计成本P_β、抗风设计成本P_w和辅助结构设计成本P_t，具体计算公式如下：P_β＝∑(p_βi*y_i)，其中p_βi为每个需要进行抗震设计结构的成本，P_w＝∑(p_wi*z_i)，其中p_wi为不同抗风结构成本、z_i为不同抗风结构数量，P_t＝∑(p_ti*k_i)，其中p_ti为其余辅助结构的成本、k_i为其余辅助结构对应的数量；

D3、计算建筑结构设计成本P_e，具体计算公式为：P_e＝P_β+P_w+P_t。

优选的，S8中建筑性价比指数V_e的具体计算公式为其中θ₁、θ₂、θ₃为调整系数，θ₁>0，V_e>0。

本发明的技术效果和优点：

本发明对建筑的防风性能进行检测，体现了建筑结构能承受的水平荷载限度，设定建筑能承受的最大风荷载超过标准风荷载即为合格，对建筑的抗震性能和防风性能进行鉴定，二者均符合要求则建筑的结构质量合格，提高了建筑结构质量判断的准确性，本发明由合格建造方案的抗震指数和防风指数计算目标建筑模型的安全性指数，同时对不同建筑质量合格的建造方案计算其对应结构设计成本，由建造方案的安全性指数和结构设计成本计算建筑结构设计性价比指数，将得出的性价比指数进行排名，选择性价比指数排名最高的作为首选建造方案，排名第二和第三的目标建筑模型对应的建造方案作为备选方案，提高了建筑结构设计的设计质量。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的系统结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示本实施例提供一种建筑结构设计控制方法，包括以下步骤：

S1：获取目标建筑的建筑基础信息，包括建筑所在位置、建筑用途、建筑所属类别、预期建筑楼层和预期使用年限；

S2：根据接收到的建筑位置信息进行地质勘探获取目标建筑区域的地质勘查报告，通过全国抗震设防烈度表获取目标建筑所在地区的抗震设防烈度，根据目标建筑的用途、预计使用年限以及目标建筑所在地区的抗震设防烈度确定目标建筑的抗震标准，根据以往气象数据获取目标建筑区域的最大风速，建筑高度并估算目标建筑需要承受的最大风压，由此确定目标建筑的防风标准；

进一步，S2中防风标准的确立过程如下：

A1、查找当地气象数据，获取历史最大风速v_fa；

A2、估算处于目标建筑高度时的最大风速v_fb，具体公式为：其中h_b为目标建筑的高度、h_a为气象站进行风速测试时选取的高度、n为经验指数；

本实施例中具体需要说明的是，n为经验指数，取决于大气稳定度和地面粗糙度，取值范围为0.125-0.5，对于地面境界层，风速随高度的变化主要取决于地面粗糙度a，此时计算不同高度的风速只需用a代替公式中的n，不同地面情况对应不同的地面粗糙度：对于光滑地面或者硬地面海洋区域，a＝0.1；对于城市高地较多、草地数目极少区域，a＝0.16；对于树木多、建筑物极少区域，a∈[0.22,0.24]；对于森林、村庄区域，a∈[0.28,0.30]；对于城市有高层建筑区域，a＝0.4。

A3、计算处于目标建筑高度所承受的最大风压w₀，具体公式为：w₀＝ρ₀*ν_fb ²，其中ρ₀为空气密度；

A4、计算目标建筑的标准风荷载w_k，其中w_ka、w_kb分别为建筑主体承重结构和局部围护结构的风荷载，z_k为局部风荷载调整系数，具体公式为：，其中β_h为h处的风振系数、μ_s为风荷载体型系数、μ_h为风压高度变化系数，ω_kb＝β_hg*μ_sg*μ_h*ω₀，其中β_hg为h处的风振系数、μ_sg为风荷载局部体型系数。

S3：根据目标建筑基础信息、目标建筑周边地质勘查报告、目标建筑抗震标准、目标建筑防风标准来确认目标建筑的主体结构形式，并对目标建筑的建筑层高、高宽比、剪力墙的布置、梁的布置与配筋、楼板厚度、混凝土强度等级和钢筋材料以及地基采取不同选择方式生成多个建筑结构设计方案；

本实施例中具体需要说明的是，在本发明中，建筑地面高度已经固定，对应层高也已经固定，可对建筑地下室层高进行控制，地下室层高直接影响地下室基坑开挖的土方量及基坑支护面积与单价，并影响其他方面的成本；高宽比并不在建筑的抗震审查范围之内，但是它对建筑的防风性能有所影响，此外建筑高宽比越大，风荷载和地震荷载对建筑物产生的倾覆力矩就越大，为了保证结构安全需要采取的相应措施就越多，对应的建筑结构成本也会增加；剪力墙的长度直接影响建筑结构成本，太长会导致建筑结构成本增加、抗震性能增加，太短则结构抗震性能不好。

S4：将不同建筑结构设计方案导入模型构建工具生成目标建筑的多个三维仿真模型；

本实施例中具体需要说明的是，为了便于查找不同目标建筑模型的信息，可对目标建筑模型进行编号并建立电子档案，电子档案中记录了不同目标建筑模型对应的建筑参数信息、测试信息、判断结果、数据计算过程以及结果，在进行下次建筑结构设计时可查找电子档案参考相关数据。

S5：分别对目标建筑仿真模型进行地震模拟测试和大风模拟测试，根据测试结果判断目标建筑是否符合建筑抗震要求和防风要求；

进一步，S5中对目标建筑的抗震性能和防风性能的判断过程如下：

B1、将目标建筑中需要进行抗震设计的结构参数与所属建筑类别的抗震标准建筑结构参数进行数据比较计算相同结构标准匹配度α_c，具体公式为：α_c＝α_i/α₀，其中α_i为符合抗震标准的结构数量，α₀为进行数据对比的结构数量；

B2、α_c＝1说明需要进行抗震设计的结构均符合标准，α_c<1说明部分结构的抗震设计不符合抗震标准；

B3、将建筑所在区域历史风速测试结果v_f1，v_f2......v_fn汇总并设置等差递增区间并进行分级，对应风力级别为x₁，x₂......x_n；

B4、对目标建筑模型施加不同风速等级进行测试，计算目标建筑模型的摇摆幅度r，具体公式为：其中h_e为目标建筑模型的结构高度、d_e为目标建筑模型的结构有效宽度、r_s为风力影响因子；

B5、通过当前风力等级的测试之后将进入下一等级的风力测试，直至目标建筑模型的摇摆幅度超过限值，此时将上一风力等级作为目标建筑模型的最大防风等级，计算目标建筑模型承受的最大风荷载w_a与标准风荷载w_k的比值w_e，具体公式为：若w_e≥1则防风设计合格，若w_e＜1则防风设计不合格。

S6：对于合格的目标建筑模型计算抗震指数和防风指数，对于不合格的目标建筑仿真模型直接排除；

进一步，S6中抗震指数和防风指数的具体计算过程如下：

C1、判断目标建筑模型中需要进行抗震设计的结构对建筑抗震性能影响的关键度a₁，a₂......a_n并统计每个结构使用的数量y₁，y₂......y_n；

C2、计算每个结构的抗震指数β_e，具体公式为：其中β_ai为每个结构的实际建造参数，β_bi为每个结构的标准建造参数；

C3、统计每个结构的抗震指数β_e1，β_e2......β_en，汇总计算房屋建筑抗震指数β_m，具体公式为：

C4、计算防风指数w_m，具体公式为：

S7：由目标建筑模型的抗震指数和防风指数计算安全性指数，同时计算合格目标建筑模型的建筑结构设计成本；

进一步，S7中安全性指数和建筑结构设计成本的具体计算过程如下：

D1、计算安全性指数U_e，具体计算公式为：其中f₁、f₂为对应的比例系数，f₁>f₂；

D2、计算抗震设计成本P_β、抗风设计成本P_w和辅助结构设计成本P_t，具体计算公式如下：P_β＝∑(p_βi*y_i)，其中p_βi为每个需要进行抗震设计结构的成本，P_w＝∑(p_wi*z_i)，其中p_wi为不同抗风结构成本、z_i为不同抗风结构数量，P_t＝∑(p_ti*k_i)，其中p_ti为其余辅助结构的成本、k_i为其余辅助结构对应的数量；

D3、计算建筑结构设计成本P_e，具体计算公式为：P_e＝P_β+P_w+P_t。

S8：由合格建筑模型的安全性指数和建造成本计算建筑性价比指数；

进一步，S8中建筑性价比指数V_e的具体计算公式为其中θ₁、θ₂、θ₃为调整系数，θ₁>0，V_e>0。

S9：将不同建筑结构设计方案的建筑性价比进行排名筛选，选择性价比指数排名最高的设计方案作为首选方案，排名第二和第三的目标建筑模型对应的建筑结构设计方案作为备选方案一同发送至客户终端。

如图2所示本实施例提供一种建筑结构设计控制用于实施上述一种建筑结构设计控制方法，包括：建筑基础信息接收模块、建筑结构设计背景调查模块、建筑结构设计方案生成模块、建筑模型构建模块、建筑结构质量判断模块、测试结果处理模块、建筑结构数据预处理模块、建筑性价比计算模块、建筑结构设计方案筛选模块、建筑结构设计方案输出模块和数据库。

所述建筑基础信息接收模块用于获取客户发送的目标建筑的建筑基础信息，包括建筑所在位置、建筑用途、建筑所属类别、预期建筑楼层和预期使用年限；

所述建筑结构设计背景调查模块用于获取目标建筑区域的地质勘查报告、目标建筑的抗震标准和目标建筑的防风标准，包括地质勘查报告获取单元、抗震标准获取单元和防风标准获取单元；

所述建筑结构设计方案生成模块用于根据目标建筑基础信息、目标建筑周边地质勘查报告、目标建筑抗震标准、目标建筑防风标准生成建筑结构设计方案，包括建筑主体结构确定单元、配件选择单元、设计方案生成单元；

所述建筑模型构建模块用于将不同建筑结构设计方案导入模型构建工具生成目标建筑的多个三维仿真模型；

所述建筑结构质量判断模块用于测试生成的目标建筑模型的结构质量，包括抗震性能判断单元、防风性能判断单元；

所述测试结果处理模块用于对测试结果进行处理，对于合格的目标建筑模型计算抗震指数和防风指数，对于不合格的目标建筑仿真模型直接排除；

所述建筑结构数据预处理模块用于根据目标建筑模型的抗震指数和防风指数计算安全性指数，同时计算合格目标建筑模型的建筑结构设计成本；

所述建筑性价比计算模块用于根据合格建筑模型的安全性指数和建造成本计算建筑性价比指数；

所述建筑结构设计方案筛选模块用于将不同建筑结构设计方案的建筑性价比进行排名筛选，选择性价比指数排名最高的设计方案作为首选方案，排名第二和第三的目标建筑模型对应的建筑结构设计方案作为备选方案；

所述建筑结构设计方案输出模块用于将首选方案和备选方案共同发送至客户终端；

所述数据库用于储存建筑结构设计过程中的系统数据和用户数据。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种建筑结构设计控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取目标建筑的建筑基础信息，包括建筑所在位置、建筑用途、建筑所属类别、预期建筑楼层和预期使用年限；

S2：根据接收到的建筑位置信息进行地质勘探获取目标建筑区域的地质勘查报告，通过全国抗震设防烈度表获取目标建筑所在地区的抗震设防烈度，根据目标建筑的用途、预计使用年限以及目标建筑所在地区的抗震设防烈度确定目标建筑的抗震标准，根据以往气象数据获取目标建筑区域的最大风速，建筑高度并估算目标建筑需要承受的最大风压，由此确定目标建筑的防风标准；

S3：根据目标建筑基础信息、目标建筑周边地质勘查报告、目标建筑抗震标准、目标建筑防风标准来确认目标建筑的主体结构形式，并对目标建筑的建筑层高、高宽比、剪力墙的布置、梁的布置与配筋、楼板厚度、混凝土强度等级和钢筋材料以及地基采取不同选择方式生成多个建筑结构设计方案；

S4：将不同建筑结构设计方案导入模型构建工具生成目标建筑的多个三维仿真模型；

S5：分别对目标建筑仿真模型进行地震模拟测试和大风模拟测试，根据测试结果判断目标建筑是否符合建筑抗震要求和防风要求；

S6：对于合格的目标建筑模型计算抗震指数和防风指数，对于不合格的目标建筑仿真模型直接排除；

S7：由目标建筑模型的抗震指数和防风指数计算安全性指数，同时计算合格目标建筑模型的建筑结构设计成本；

S8：由合格建筑模型的安全性指数和建造成本计算建筑性价比指数；

S9：将不同建筑结构设计方案的建筑性价比进行排名筛选，选择性价比指数排名最高的设计方案作为首选方案，排名第二和第三的目标建筑模型对应的建筑结构设计方案作为备选方案一同发送至客户终端。

2.根据权利要求1所述的一种建筑结构设计控制方法，其特征在于：S2中防风标准的确立过程如下：

A1、查找当地气象数据，获取历史最大风速v_fa；

A2、估算处于目标建筑高度时的最大风速v_fb，具体公式为：其中h_b为目标建筑的高度、h_a为气象站进行风速测试时选取的高度、n为经验指数；

A3、计算处于目标建筑高度所承受的最大风压w₀，具体公式为：w₀＝ρ₀*ν_fb ²，其中ρ₀为空气密度；

A4、计算目标建筑的标准风荷载w_k，其中w_ka、w_kb分别为建筑主体承重结构和局部围护结构的风荷载，z_k为局部风荷载调整系数，具体公式为：其中β_h为h处的风振系数、μ_s为风荷载体型系数、μ_h为风压高度变化系数，ω_kb＝β_hg*μ_sg*μ_h*ω₀，其中β_hg为h处的风振系数、μ_sg为风荷载局部体型系数。

3.根据权利要求1所述的一种建筑结构设计控制方法，其特征在于：S5中对目标建筑的抗震性能和防风性能的判断过程如下：

B1、将目标建筑中需要进行抗震设计的结构参数与所属建筑类别的抗震标准建筑结构参数进行数据比较计算相同结构标准匹配度α_c，具体公式为：α_c＝α_i/α₀，其中α_i为符合抗震标准的结构数量，α₀为进行数据对比的结构数量；

B2、α_c＝1说明需要进行抗震设计的结构均符合标准，α_c<1说明部分结构的抗震设计不符合抗震标准；

B3、将建筑所在区域历史风速测试结果v_f1，v_f2......v_fn汇总并设置等差递增区间并进行分级，对应风力级别为x₁，x₂......x_n；

B4、对目标建筑模型施加不同风速等级进行测试，计算目标建筑模型的摇摆幅度r，具体公式为：其中h_e为目标建筑模型的结构高度、d_e为目标建筑模型的结构有效宽度、r_s为风力影响因子；

B5、通过当前风力等级的测试之后将进入下一等级的风力测试，直至目标建筑模型的摇摆幅度超过限值，此时将上一风力等级作为目标建筑模型的最大防风等级，计算目标建筑模型承受的最大风荷载w_a与标准风荷载w_k的比值w_e，具体公式为：若w_e≥1则防风设计合格，若w_e＜1则防风设计不合格。

4.根据权利要求1所述的一种建筑结构设计控制方法，其特征在于：S6中抗震指数和防风指数的具体计算过程如下：

C1、判断目标建筑模型中需要进行抗震设计的结构对建筑抗震性能影响的关键度a₁，a₂......a_n并统计每个结构使用的数量y₁，y₂......y_n；

C2、计算每个结构的抗震指数β_e，具体公式为：其中β_ai为每个结构的实际建造参数，β_bi为每个结构的标准建造参数；

C3、统计每个结构的抗震指数β_e1，β_e2......β_en，汇总计算房屋建筑抗震指数β_m，具体公式为：

C4、计算防风指数w_m，具体公式为：

5.根据权利要求1所述的一种建筑结构设计控制方法，其特征在于：S7中安全性指数和建筑结构设计成本的具体计算过程如下：

D1、计算安全性指数U_e，具体计算公式为：其中f₁、f₂为对应的比例系数，f₁>f₂；

D2、计算抗震设计成本P_β、抗风设计成本P_w和辅助结构设计成本P_t，具体计算公式如下：P_β＝∑(pβ_i*y_i)，其中p_βi为每个需要进行抗震设计结构的成本，P_w＝∑(p_wi*z_i)，其中p_wi为不同抗风结构成本、z_i为不同抗风结构数量，P_t＝∑(p_ti*k_i)，其中p_ti为其余辅助结构的成本、k_i为其余辅助结构对应的数量；

D3、计算建筑结构设计成本P_e，具体计算公式为：P_e＝P_β+P_w+P_t。

6.根据权利要求1所述的一种建筑结构设计控制方法，其特征在于：S8中建筑性价比指数V_e的具体计算公式为其中θ₁、θ₂、θ₃为调整系数，θ₁>0，V_e>0。