房屋建筑結構設計中的應用優(yōu)化技術研究

【摘要】針對房屋建筑結構設計中的應用優(yōu)化技術問題，采取實例分析的方法，展開具體的論述，提出優(yōu)化設計的策略，共享給相關人員參考借鑒。根據(jù)課題與實踐經(jīng)驗總結，堅持安全節(jié)能現(xiàn)代化的理念，進行結構設計，通過優(yōu)選建筑結構，實現(xiàn)結構設計與節(jié)能的結合，促使建筑達到綠色現(xiàn)代化要求。

【關鍵詞】房屋建筑;結構設計;優(yōu)化技術

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

22.033

現(xiàn)階段，各地區(qū)都在積極探索提升建筑性能水平的方法，積極推廣應用新結構和新理念，例如鋼結構裝配式住宅建筑等，力求打造高質量的建筑。隨著建筑建造要求不斷提高，深度分析此課題，提出房屋建筑結構設計的優(yōu)化措施，指導相關建設工作高質量開展，具有現(xiàn)實意義。

1、房屋建筑結構設計要求

按照現(xiàn)行的標準與規(guī)范，建筑結構要達到安全抗震要求，滿足使用者的舒適性、安全性等需求。基于保障結構性能與經(jīng)濟性的角度分析，開展建筑結構設計，要對薄弱點和關鍵點做好分析，提出優(yōu)化策略，切實保障建筑質量與安全。

2、房屋建筑結構的優(yōu)化設計實例分析

2.1 案例概述

以某房屋建筑項目為例，基本情況如表1所示。原來的設計方案為框支-剪力墻結構，通過結構優(yōu)化設計，并且與業(yè)主進行協(xié)調配合，通過對上部住宅建筑進行戶型調整，同時優(yōu)化整合下部商業(yè)功能，最終設計為剪力墻直接落地的“剪力墻結構體系”。除此之外，為增強建筑的功能，對局部的少數(shù)剪力墻結構加以優(yōu)化，通過局部優(yōu)化得到有效處理。

2.2 優(yōu)化方案

從結構優(yōu)化設計的角度分析，由原來的B級高度的框支-剪力墻結構進行轉換，成為A級高度的結構，促使建筑安全性和經(jīng)濟性得到優(yōu)化。除此之外，原來的上部結構總長度設計為88m，超過規(guī)范允許不設置伸縮縫的長度78%。從總體角度分析，為保障合理性和經(jīng)濟性，建筑上部結構可設計變形縫，將地下室頂板以上劃分為兩個完全獨立的結構單元，即左右塔，左側塔的結構長度為32.6m，右側塔的結構長度為56m。根據(jù)剪力墻結構的抗震縫最小寬度設計要求，將此建筑兩個結構單元之間的縫凈寬度設置為300mm。

2.3 結構優(yōu)化技術措施

扭轉不規(guī)則。通過分析此建筑的情況得知，部分樓層最大彈性水平位移以及樓層兩端的彈性水平位移比值參數(shù)范圍為1.2-1.4，在結構后期的優(yōu)化設計中，積極優(yōu)化剛度分布，促使邊梁與邊墻的功能得到強化，加大對扭轉剛度的貢獻度，促使扭轉不規(guī)則得到改善。建筑構件的分析與設計，要求站在雙向地震工況下分析扭轉影響。

高度與寬度比較大。若按照A級高度剪力墻結構設計，結構高寬比建議值為“6”，不過此建筑左側塔高寬比參數(shù)為7.88，右側塔高寬比參數(shù)為6.8。綜合分析，能夠得知工程高度很大，高度>100m，因此運用彈性時程分析法，來進行多遇地震工況下的補充計算。在風載與多遇地震下結構整體抗傾覆驗算中，不僅包括抗傾覆彎矩的驗算，而且要進行風載下舒適度的驗算等，切實保障建筑的安全性。基于大震工況下，結合分析墻柱的軸壓比，力求降低其脆性，采取增加配箍率的方法，實現(xiàn)延性得到提高。

平面的不規(guī)則。按照建筑要求，地上部分1-6層要設置很多個樓梯，進而會形成大面積的樓板開洞。按照此要求，從建筑的實際情況出發(fā)，在樓梯間形成剪力墻圍合的筒，便于彌補因為樓板開洞而削弱的剪力墻剛度。除此之外，對1-6層樓板的整體剛度實施加強處理，并且使用厚度為150mm的板，設置雙層雙向鋼筋，結合建筑情況增加配筋率。

抗震薄弱。按照結構設計方案，因為樓電梯間開洞，因此建筑8層以上住宅的樓板相對薄弱，因此要做好連接板剛度的強化，使用厚度為150板與增加鋼筋等措施處理。對于第26層薄弱層，要對局部收進處理，雖然收進的程度很小，尚未形成豎向不規(guī)則，但是按照時程分析結構，建筑樓層附加存在一定的位移突變。對于此問題，通過控制收進上下層剛度比加以解決，避免產(chǎn)生高位的薄弱。地上部分26層的位移突變問題，采取增強其上下剪力墻加以解決[1]。

2.4 整體結構的分析

假定和模型的計算。結構設計中使用SATWE軟件，進行結構設計分析。按照設置的結構縫，根據(jù)左右側塔結構的實際尺寸，進行模型的構建，同時構建到基礎頂面。除此之外，為驗證嵌固層上下層側向剛度，對于地下室部分分取塔樓之外的1-2跨并入建筑主體模型，開展整體分析。根據(jù)強制剛性樓板，進行相應的計算，獲得樓層位移角和位移比結果，剩余的按照彈性膜開展計算。

地震作用下的性能分析。左右側塔在的計算結果如表2所示。根據(jù)獲得的結果顯示，左側的結果可以達到≥1.6%的要求，可以達到規(guī)范要求，但右側略微小于規(guī)范。通過對單元位移以及整體穩(wěn)定性進行分析，認定右側的整體剛度合理，僅需要對剪重比不達標的局部位置加以調整和優(yōu)化。

運用動力時程分析法，展開整體分析。分析時依據(jù)規(guī)范要求選擇3條波，展開動力時程分析。對于主分量峰值加速度，選擇為35cm/s2;對于設計特征周期，選擇為0.51s;對于結構阻尼比，選擇為0.05。地震波選擇為天然波，左側塔設定為US061、US223;右側塔設定為US370、US061，人工波都選擇為L750。底層剪力利用各時段波展開分析與計算，將獲得的結果和振型分解法計算結果開展對比分析，兩者的時程相同，每條曲線計算獲得的底部剪力不能低于振型分解反應譜法結果的65%，平均值不低于80%，如此能夠達到規(guī)范要求。根據(jù)獲得的結果顯示，頂部8個樓層X向地震剪力，獲得的時程分析結果均超過CQC法。結構優(yōu)化設計方案中，依據(jù)時程分析結果，將該樓層的地震剪力放大，促使構件強度和變形達標。根據(jù)計算位移角結果顯示，彈性時程分析結果在地上第8層與29層的體現(xiàn)較為明顯，建筑結構的剛度和位移也都有著相應的變化，不過指標基本都可以達到規(guī)范要求。在施工圖階段，要求按照剛度突變，做好這兩層的加強處理[2]。

3、房屋建筑結構的優(yōu)化策略總結

3.1 促使概念設計和細節(jié)結構的結合

房屋建筑結構的優(yōu)化設計，要合（下轉60頁）（上接58頁）理運用概念設計方法，實現(xiàn)感知與瞬間思維的有效統(tǒng)一，形成高質量的設計方案[3]。在沒有完整詳細的數(shù)值量化條件以及計算結果的情況下，運用概念設計，通過確定結構的薄弱部位，進行抗震設計與分析，可形成相對科學的方案[4]。整個優(yōu)化設計實踐中除了運用概念設計手段外，還需要結合應用細節(jié)優(yōu)化手段，挖掘數(shù)據(jù)信息的價值，做好結構的優(yōu)化設計，保障結構的性能達標。

3.2 采用BIM技術輔助結構設計

房屋建筑結構的優(yōu)化設計，采用BIM技術可獲得積極的作用，發(fā)揮著重要的作用。從結構設計層面分析，發(fā)揮軟件的功能，利用建筑的數(shù)據(jù)信息與相關資料，展開全面的分析，可獲得優(yōu)化結構設計的效果。在結構設計方面，發(fā)揮BIM軟件的功能，對比原來的設計方案與結構優(yōu)化設計方案，提出改進與完善的策略，促使建筑結構整體性能得到保障。以多遇地震工況為分析條件，對結構薄弱點進行分析，提出優(yōu)化結構的措施，指導房屋建筑高質量作業(yè)[5]。

結語：

綜上所述，房屋建筑結構的優(yōu)化設計，要針對抗震薄弱和平面不規(guī)則等內容進行有效的把控。實踐中要促使概念設計和細節(jié)結構的結合、采用BIM技術輔助結構設計，保障建筑結構得到全面優(yōu)化與提升，實現(xiàn)優(yōu)化設計的效益。

參考文獻：

[1]申曉寶.房屋結構設計中建筑結構設計優(yōu)化方法的應用[J].工程建設與設計，2020（19）：29-30+33.

[2]張凱月.建筑結構優(yōu)化設計方法在房屋結構設計中的應用[J].工程建設與設計，2020（16）：37-38.

[3]甘朝翔.房屋建筑結構設計中的優(yōu)化技術應用分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（24）：167.

[4]沙毅.房屋建筑結構設計中優(yōu)化技術的應用[J].工程技術研究，2020，5（12）：197-198.

[5]楊悅.結構設計優(yōu)化在房屋建筑結構設計中的應用[J].綠色環(huán)保建材，2020（05）：92-93.

作者簡介：

韓輝（1972.11-），男，漢族，湖南沅江人，本科，工程師，研究方向：建筑結構設計、審核。