房屋建筑結構設計中的應用優化技術研究

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

【關鍵詞】房屋建筑;結構設計;優化技術

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

22.033

現階段，各地區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化措施，指導相關建設工作高質量開展，具有現實意義。

1、房屋建筑結構設計要求

按照現行的標準與規范，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，提出優化策略，切實保障建筑質量與安全。

2、房屋建筑結構的優化設計實例分析

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，通過結構優化設計，并且與業主進行協調配合，通過對上部住宅建筑進行戶型調整，同時優化整合下部商業功能，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，對局部的少數剪力墻結構加以優化，通過局部優化得到有效處理。

2.2 優化方案

從結構優化設計的角度分析，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濟性得到優化。除此之外，原來的上部結構總長度設計為88m，超過規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 結構優化技術措施

扭轉不規則。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范圍為1.2-1.4，在結構后期的優化設計中，積極優化剛度分布，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為7.88，右側塔高寬比參數為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，實現延性得到提高。

平面的不規則。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，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，可以達到規范要求，但右側略微小于規范。通過對單元位移以及整體穩定性進行分析，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化。

運用動力時程分析法，展開整體分析。分析時依據規范要求選擇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%，如此能夠達到規范要求。根據獲得的結果顯示，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。結構優化設計方案中，依據時程分析結果，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、房屋建筑結構的優化策略總結

3.1 促使概念設計和細節結構的結合

房屋建筑結構的優化設計，要合（下轉60頁）（上接58頁）理運用概念設計方法，實現感知與瞬間思維的有效統一，形成高質量的設計方案[3]。在沒有完整詳細的數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優化手段，挖掘數據信息的價值，做好結構的優化設計，保障結構的性能達標。

3.2 采用BIM技術輔助結構設計

房屋建筑結構的優化設計，采用BIM技術可獲得積極的作用，發揮著重要的作用。從結構設計層面分析，發揮軟件的功能，利用建筑的數據信息與相關資料，展開全面的分析，可獲得優化結構設計的效果。在結構設計方面，發揮BIM軟件的功能，對比原來的設計方案與結構優化設計方案，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，提出優化結構的措施，指導房屋建筑高質量作業[5]。

結語：

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

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化技術應用分析[J].住宅與房地產，2020（24）：167.

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

[5]楊悅.結構設計優化在房屋建筑結構設計中的應用[J].綠色環保建材，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。