论文部分内容阅读
【摘要】针对房屋建筑结构设计中的应用优化技术问题，采取实例分析的方法，展开具体的论述，提出优化设计的策略，共享给相关人员参考借鉴。根据课题与实践经验总结，坚持安全节能现代化的理念，进行结构设计，通过优选建筑结构，实现结构设计与节能的结合，促使建筑达到绿色现代化要求。
【关键词】房屋建筑;结构设计;优化技术
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
22.033
现阶段，各地区都在积极探索提升建筑性能水平的方法，积极推广应用新结构和新理念，例如钢结构装配式住宅建筑等，力求打造高质量的建筑。随着建筑建造要求不断提高，深度分析此课题，提出房屋建筑结构设计的优化措施，指导相关建设工作高质量开展，具有现实意义。
1、房屋建筑结构设计要求
按照现行的标准与规范，建筑结构要达到安全抗震要求，满足使用者的舒适性、安全性等需求。基于保障结构性能与经济性的角度分析，开展建筑结构设计，要对薄弱点和关键点做好分析，提出优化策略，切实保障建筑质量与安全。
2、房屋建筑结构的优化设计实例分析
2.1 案例概述
以某房屋建筑项目为例，基本情况如表1所示。原来的设计方案为框支-剪力墙结构，通过结构优化设计，并且与业主进行协调配合，通过对上部住宅建筑进行户型调整，同时优化整合下部商业功能，最终设计为剪力墙直接落地的“剪力墙结构体系”。除此之外，为增强建筑的功能，对局部的少数剪力墙结构加以优化，通过局部优化得到有效处理。
2.2 优化方案
从结构优化设计的角度分析，由原来的B级高度的框支-剪力墙结构进行转换，成为A级高度的结构，促使建筑安全性和经济性得到优化。除此之外，原来的上部结构总长度设计为88m，超过规范允许不设置伸缩缝的长度78%。从总体角度分析，为保障合理性和经济性，建筑上部结构可设计变形缝，将地下室顶板以上划分为两个完全独立的结构单元，即左右塔，左侧塔的结构长度为32.6m，右侧塔的结构长度为56m。根据剪力墙结构的抗震缝最小宽度设计要求，将此建筑两个结构单元之间的缝净宽度设置为300mm。
2.3 结构优化技术措施
扭转不规则。通过分析此建筑的情况得知，部分楼层最大弹性水平位移以及楼层两端的弹性水平位移比值參数范围为1.2-1.4，在结构后期的优化设计中，积极优化刚度分布，促使边梁与边墙的功能得到强化，加大对扭转刚度的贡献度，促使扭转不规则得到改善。建筑构件的分析与设计，要求站在双向地震工况下分析扭转影响。
高度与宽度比较大。若按照A级高度剪力墙结构设计，结构高宽比建议值为“6”，不过此建筑左侧塔高宽比参数为7.88，右侧塔高宽比参数为6.8。综合分析，能够得知工程高度很大，高度>100m，因此运用弹性时程分析法，来进行多遇地震工况下的补充计算。在风载与多遇地震下结构整体抗倾覆验算中，不仅包括抗倾覆弯矩的验算，而且要进行风载下舒适度的验算等，切实保障建筑的安全性。基于大震工况下，结合分析墙柱的轴压比，力求降低其脆性，采取增加配箍率的方法，实现延性得到提高。
平面的不规则。按照建筑要求，地上部分1-6层要设置很多个楼梯，进而会形成大面积的楼板开洞。按照此要求，从建筑的实际情况出发，在楼梯间形成剪力墙围合的筒，便于弥补因为楼板开洞而削弱的剪力墙刚度。除此之外，对1-6层楼板的整体刚度实施加强处理，并且使用厚度为150mm的板，设置双层双向钢筋，结合建筑情况增加配筋率。
抗震薄弱。按照结构设计方案，因为楼电梯间开洞，因此建筑8层以上住宅的楼板相对薄弱，因此要做好连接板刚度的强化，使用厚度为150板与增加钢筋等措施处理。对于第26层薄弱层，要对局部收进处理，虽然收进的程度很小，尚未形成竖向不规则，但是按照时程分析结构，建筑楼层附加存在一定的位移突变。对于此问题，通过控制收进上下层刚度比加以解决，避免产生高位的薄弱。地上部分26层的位移突变问题，采取增强其上下剪力墙加以解决[1]。
2.4 整体结构的分析
假定和模型的计算。结构设计中使用SATWE软件，进行结构设计分析。按照设置的结构缝，根据左右侧塔结构的实际尺寸，进行模型的构建，同时构建到基础顶面。除此之外，为验证嵌固层上下层侧向刚度，对于地下室部分分取塔楼之外的1-2跨并入建筑主体模型，开展整体分析。根据强制刚性楼板，进行相应的计算，获得楼层位移角和位移比结果，剩余的按照弹性膜开展计算。
地震作用下的性能分析。左右侧塔在的计算结果如表2所示。根据获得的结果显示，左侧的结果可以达到≥1.6%的要求，可以达到规范要求，但右侧略微小于规范。通过对单元位移以及整体稳定性进行分析，认定右侧的整体刚度合理，仅需要对剪重比不达标的局部位置加以调整和优化。
运用动力时程分析法，展开整体分析。分析时依据规范要求选择3条波，展开动力时程分析。对于主分量峰值加速度，选择为35cm/s2;对于设计特征周期，选择为0.51s;对于结构阻尼比，选择为0.05。地震波选择为天然波，左侧塔设定为US061、US223;右侧塔设定为US370、US061，人工波都选择为L750。底层剪力利用各时段波展开分析与计算，将获得的结果和振型分解法计算结果开展对比分析，两者的时程相同，每条曲线计算获得的底部剪力不能低于振型分解反应谱法结果的65%，平均值不低于80%，如此能够达到规范要求。根据获得的结果显示，顶部8个楼层X向地震剪力，获得的时程分析结果均超过CQC法。结构优化设计方案中，依据时程分析结果，将该楼层的地震剪力放大，促使构件强度和变形达标。根据计算位移角结果显示，弹性时程分析结果在地上第8层与29层的体现较为明显，建筑结构的刚度和位移也都有着相应的变化，不过指标基本都可以达到规范要求。在施工图阶段，要求按照刚度突变，做好这两层的加强处理[2]。 3、房屋建筑结构的优化策略总结
3.1 促使概念设计和细节结构的结合
房屋建筑結构的优化设计，要合（下转60页）（上接58页）理运用概念设计方法，实现感知与瞬间思维的有效统一，形成高质量的设计方案[3]。在没有完整详细的数值量化条件以及计算结果的情况下，运用概念设计，通过确定结构的薄弱部位，进行抗震设计与分析，可形成相对科学的方案[4]。整个优化设计实践中除了运用概念设计手段外，还需要结合应用细节优化手段，挖掘数据信息的价值，做好结构的优化设计，保障结构的性能达标。
3.2 采用BIM技术辅助结构设计
房屋建筑结构的优化设计，采用BIM技术可获得积极的作用，发挥着重要的作用。从结构设计层面分析，发挥软件的功能，利用建筑的数据信息与相关资料，展开全面的分析，可获得优化结构设计的效果。在结构设计方面，发挥BIM软件的功能，对比原来的设计方案与结构优化设计方案，提出改进与完善的策略，促使建筑结构整体性能得到保障。以多遇地震工况为分析条件，对结构薄弱点进行分析，提出优化结构的措施，指导房屋建筑高质量作业[5]。
结语：
综上所述，房屋建筑结构的优化设计，要针对抗震薄弱和平面不规则等内容进行有效的把控。实践中要促使概念设计和细节结构的结合、采用BIM技术辅助结构设计，保障建筑结构得到全面优化与提升，实现优化设计的效益。
参考文献：
[1]申晓宝.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].工程建设与设计，2020（19）：29-30+33.
[2]张凯月.建筑结构优化设计方法在房屋结构设计中的应用[J].工程建设与设计，2020（16）：37-38.
[3]甘朝翔.房屋建筑结构设计中的优化技术应用分析[J].住宅与房地产，2020（24）：167.
[4]沙毅.房屋建筑结构设计中优化技术的应用[J].工程技术研究，2020，5（12）：197-198.
[5]杨悦.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].绿色环保建材，2020（05）：92-93.
作者简介：
韩辉（1972.11-），男，汉族，湖南沅江人，本科，工程师，研究方向：建筑结构设计、审核。
【关键词】房屋建筑;结构设计;优化技术
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
22.033
现阶段，各地区都在积极探索提升建筑性能水平的方法，积极推广应用新结构和新理念，例如钢结构装配式住宅建筑等，力求打造高质量的建筑。随着建筑建造要求不断提高，深度分析此课题，提出房屋建筑结构设计的优化措施，指导相关建设工作高质量开展，具有现实意义。
1、房屋建筑结构设计要求
按照现行的标准与规范，建筑结构要达到安全抗震要求，满足使用者的舒适性、安全性等需求。基于保障结构性能与经济性的角度分析，开展建筑结构设计，要对薄弱点和关键点做好分析，提出优化策略，切实保障建筑质量与安全。
2、房屋建筑结构的优化设计实例分析
2.1 案例概述
以某房屋建筑项目为例，基本情况如表1所示。原来的设计方案为框支-剪力墙结构，通过结构优化设计，并且与业主进行协调配合，通过对上部住宅建筑进行户型调整，同时优化整合下部商业功能，最终设计为剪力墙直接落地的“剪力墙结构体系”。除此之外，为增强建筑的功能，对局部的少数剪力墙结构加以优化，通过局部优化得到有效处理。
2.2 优化方案
从结构优化设计的角度分析，由原来的B级高度的框支-剪力墙结构进行转换，成为A级高度的结构，促使建筑安全性和经济性得到优化。除此之外，原来的上部结构总长度设计为88m，超过规范允许不设置伸缩缝的长度78%。从总体角度分析，为保障合理性和经济性，建筑上部结构可设计变形缝，将地下室顶板以上划分为两个完全独立的结构单元，即左右塔，左侧塔的结构长度为32.6m，右侧塔的结构长度为56m。根据剪力墙结构的抗震缝最小宽度设计要求，将此建筑两个结构单元之间的缝净宽度设置为300mm。
2.3 结构优化技术措施
扭转不规则。通过分析此建筑的情况得知，部分楼层最大弹性水平位移以及楼层两端的弹性水平位移比值參数范围为1.2-1.4，在结构后期的优化设计中，积极优化刚度分布，促使边梁与边墙的功能得到强化，加大对扭转刚度的贡献度，促使扭转不规则得到改善。建筑构件的分析与设计，要求站在双向地震工况下分析扭转影响。
高度与宽度比较大。若按照A级高度剪力墙结构设计，结构高宽比建议值为“6”，不过此建筑左侧塔高宽比参数为7.88，右侧塔高宽比参数为6.8。综合分析，能够得知工程高度很大，高度>100m，因此运用弹性时程分析法，来进行多遇地震工况下的补充计算。在风载与多遇地震下结构整体抗倾覆验算中，不仅包括抗倾覆弯矩的验算，而且要进行风载下舒适度的验算等，切实保障建筑的安全性。基于大震工况下，结合分析墙柱的轴压比，力求降低其脆性，采取增加配箍率的方法，实现延性得到提高。
平面的不规则。按照建筑要求，地上部分1-6层要设置很多个楼梯，进而会形成大面积的楼板开洞。按照此要求，从建筑的实际情况出发，在楼梯间形成剪力墙围合的筒，便于弥补因为楼板开洞而削弱的剪力墙刚度。除此之外，对1-6层楼板的整体刚度实施加强处理，并且使用厚度为150mm的板，设置双层双向钢筋，结合建筑情况增加配筋率。
抗震薄弱。按照结构设计方案，因为楼电梯间开洞，因此建筑8层以上住宅的楼板相对薄弱，因此要做好连接板刚度的强化，使用厚度为150板与增加钢筋等措施处理。对于第26层薄弱层，要对局部收进处理，虽然收进的程度很小，尚未形成竖向不规则，但是按照时程分析结构，建筑楼层附加存在一定的位移突变。对于此问题，通过控制收进上下层刚度比加以解决，避免产生高位的薄弱。地上部分26层的位移突变问题，采取增强其上下剪力墙加以解决[1]。
2.4 整体结构的分析
假定和模型的计算。结构设计中使用SATWE软件，进行结构设计分析。按照设置的结构缝，根据左右侧塔结构的实际尺寸，进行模型的构建，同时构建到基础顶面。除此之外，为验证嵌固层上下层侧向刚度，对于地下室部分分取塔楼之外的1-2跨并入建筑主体模型，开展整体分析。根据强制刚性楼板，进行相应的计算，获得楼层位移角和位移比结果，剩余的按照弹性膜开展计算。
地震作用下的性能分析。左右侧塔在的计算结果如表2所示。根据获得的结果显示，左侧的结果可以达到≥1.6%的要求，可以达到规范要求，但右侧略微小于规范。通过对单元位移以及整体稳定性进行分析，认定右侧的整体刚度合理，仅需要对剪重比不达标的局部位置加以调整和优化。
运用动力时程分析法，展开整体分析。分析时依据规范要求选择3条波，展开动力时程分析。对于主分量峰值加速度，选择为35cm/s2;对于设计特征周期，选择为0.51s;对于结构阻尼比，选择为0.05。地震波选择为天然波，左侧塔设定为US061、US223;右侧塔设定为US370、US061，人工波都选择为L750。底层剪力利用各时段波展开分析与计算，将获得的结果和振型分解法计算结果开展对比分析，两者的时程相同，每条曲线计算获得的底部剪力不能低于振型分解反应谱法结果的65%，平均值不低于80%，如此能够达到规范要求。根据获得的结果显示，顶部8个楼层X向地震剪力，获得的时程分析结果均超过CQC法。结构优化设计方案中，依据时程分析结果，将该楼层的地震剪力放大，促使构件强度和变形达标。根据计算位移角结果显示，弹性时程分析结果在地上第8层与29层的体现较为明显，建筑结构的刚度和位移也都有着相应的变化，不过指标基本都可以达到规范要求。在施工图阶段，要求按照刚度突变，做好这两层的加强处理[2]。 3、房屋建筑结构的优化策略总结
3.1 促使概念设计和细节结构的结合
房屋建筑結构的优化设计，要合（下转60页）（上接58页）理运用概念设计方法，实现感知与瞬间思维的有效统一，形成高质量的设计方案[3]。在没有完整详细的数值量化条件以及计算结果的情况下，运用概念设计，通过确定结构的薄弱部位，进行抗震设计与分析，可形成相对科学的方案[4]。整个优化设计实践中除了运用概念设计手段外，还需要结合应用细节优化手段，挖掘数据信息的价值，做好结构的优化设计，保障结构的性能达标。
3.2 采用BIM技术辅助结构设计
房屋建筑结构的优化设计，采用BIM技术可获得积极的作用，发挥着重要的作用。从结构设计层面分析，发挥软件的功能，利用建筑的数据信息与相关资料，展开全面的分析，可获得优化结构设计的效果。在结构设计方面，发挥BIM软件的功能，对比原来的设计方案与结构优化设计方案，提出改进与完善的策略，促使建筑结构整体性能得到保障。以多遇地震工况为分析条件，对结构薄弱点进行分析，提出优化结构的措施，指导房屋建筑高质量作业[5]。
结语：
综上所述，房屋建筑结构的优化设计，要针对抗震薄弱和平面不规则等内容进行有效的把控。实践中要促使概念设计和细节结构的结合、采用BIM技术辅助结构设计，保障建筑结构得到全面优化与提升，实现优化设计的效益。
参考文献：
[1]申晓宝.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].工程建设与设计，2020（19）：29-30+33.
[2]张凯月.建筑结构优化设计方法在房屋结构设计中的应用[J].工程建设与设计，2020（16）：37-38.
[3]甘朝翔.房屋建筑结构设计中的优化技术应用分析[J].住宅与房地产，2020（24）：167.
[4]沙毅.房屋建筑结构设计中优化技术的应用[J].工程技术研究，2020，5（12）：197-198.
[5]杨悦.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].绿色环保建材，2020（05）：92-93.
作者简介：
韩辉（1972.11-），男，汉族，湖南沅江人，本科，工程师，研究方向：建筑结构设计、审核。