房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)研究

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

【關(guān)鍵詞】房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化技術(shù)

【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(yīng)用新結(jié)構(gòu)和新理念，例如鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑等，力求打造高質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施，指導(dǎo)相關(guān)建設(shè)工作高質(zhì)量開展，具有現(xiàn)實意義。

1、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，建筑結(jié)構(gòu)要達(dá)到安全抗震要求，滿足使用者的舒適性、安全性等需求?；诒Ｕ辖Y(jié)構(gòu)性能與經(jīng)濟(jì)性的角度分析，開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，要對薄弱點和關(guān)鍵點做好分析，提出優(yōu)化策略，切實保障建筑質(zhì)量與安全。

2、房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)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(shè)計方案為框支-剪力墻結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并且與業(yè)主進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，通過對上部住宅建筑進(jìn)行戶型調(diào)整，同時優(yōu)化整合下部商業(yè)功能，最終設(shè)計為剪力墻直接落地的“剪力墻結(jié)構(gòu)體系”。除此之外，為增強(qiáng)建筑的功能，對局部的少數(shù)剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的角度分析，由原來的B級高度的框支-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為A級高度的結(jié)構(gòu)，促使建筑安全性和經(jīng)濟(jì)性得到優(yōu)化。除此之外，原來的上部結(jié)構(gòu)總長度設(shè)計為88m，超過規(guī)范允許不設(shè)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(jì)性，建筑上部結(jié)構(gòu)可設(shè)計變形縫，將地下室頂板以上劃分為兩個完全獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，即左右塔，左側(cè)塔的結(jié)構(gòu)長度為32.6m，右側(cè)塔的結(jié)構(gòu)長度為56m。根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震縫最小寬度設(shè)計要求，將此建筑兩個結(jié)構(gòu)單元之間的縫凈寬度設(shè)置為300mm。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)措施

扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)后期的優(yōu)化設(shè)計中，積極優(yōu)化剛度分布，促使邊梁與邊墻的功能得到強(qiáng)化，加大對扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度，促使扭轉(zhuǎn)不規(guī)則得到改善。建筑構(gòu)件的分析與設(shè)計，要求站在雙向地震工況下分析扭轉(zhuǎn)影響。

高度與寬度比較大。若按照A級高度剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)高寬比建議值為“6”，不過此建筑左側(cè)塔高寬比參數(shù)為7.88，右側(cè)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(yùn)用彈性時程分析法，來進(jìn)行多遇地震工況下的補(bǔ)充計算。在風(fēng)載與多遇地震下結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗算中，不僅包括抗傾覆彎矩的驗算，而且要進(jìn)行風(fēng)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(jié)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(shè)置很多個樓梯，進(jìn)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(bǔ)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(qiáng)處理，并且使用厚度為150mm的板，設(shè)置雙層雙向鋼筋，結(jié)合建筑情況增加配筋率。

抗震薄弱。按照結(jié)構(gòu)設(shè)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(qiáng)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(jìn)處理，雖然收進(jìn)的程度很小，尚未形成豎向不規(guī)則，但是按照時程分析結(jié)構(gòu)，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(jìn)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(qiáng)其上下剪力墻加以解決[1]。

2.4 整體結(jié)構(gòu)的分析

假定和模型的計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用SATWE軟件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計分析。按照設(shè)置的結(jié)構(gòu)縫，根據(jù)左右側(cè)塔結(jié)構(gòu)的實際尺寸，進(jìn)行模型的構(gòu)建，同時構(gòu)建到基礎(chǔ)頂面。除此之外，為驗證嵌固層上下層側(cè)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(qiáng)制剛性樓板，進(jìn)行相應(yīng)的計算，獲得樓層位移角和位移比結(jié)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(cè)塔在的計算結(jié)果如表2所示。根據(jù)獲得的結(jié)果顯示，左側(cè)的結(jié)果可以達(dá)到≥1.6%的要求，可以達(dá)到規(guī)范要求，但右側(cè)略微小于規(guī)范。通過對單元位移以及整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，認(rèn)定右側(cè)的整體剛度合理，僅需要對剪重比不達(dá)標(biāo)的局部位置加以調(diào)整和優(yōu)化。

運(yùn)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(shè)計特征周期，選擇為0.51s;對于結(jié)構(gòu)阻尼比，選擇為0.05。地震波選擇為天然波，左側(cè)塔設(shè)定為US061、US223;右側(cè)塔設(shè)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(jié)果和振型分解法計算結(jié)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(yīng)譜法結(jié)果的65%，平均值不低于80%，如此能夠達(dá)到規(guī)范要求。根據(jù)獲得的結(jié)果顯示，頂部8個樓層X向地震剪力，獲得的時程分析結(jié)果均超過CQC法。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案中，依據(jù)時程分析結(jié)果，將該樓層的地震剪力放大，促使構(gòu)件強(qiáng)度和變形達(dá)標(biāo)。根據(jù)計算位移角結(jié)果顯示，彈性時程分析結(jié)果在地上第8層與29層的體現(xiàn)較為明顯，建筑結(jié)構(gòu)的剛度和位移也都有著相應(yīng)的變化，不過指標(biāo)基本都可以達(dá)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(qiáng)處理[2]。

3、房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略總結(jié)

3.1 促使概念設(shè)計和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)合

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

3.2 采用BIM技術(shù)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計

房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，采用BIM技術(shù)可獲得積極的作用，發(fā)揮著重要的作用。從結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)資料，展開全面的分析，可獲得優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，發(fā)揮BIM軟件的功能，對比原來的設(shè)計方案與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案，提出改進(jìn)與完善的策略，促使建筑結(jié)構(gòu)整體性能得到保障。以多遇地震工況為分析條件，對結(jié)構(gòu)薄弱點進(jìn)行分析，提出優(yōu)化結(jié)構(gòu)的措施，指導(dǎo)房屋建筑高質(zhì)量作業(yè)[5]。

結(jié)語：

綜上所述，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，要針對抗震薄弱和平面不規(guī)則等內(nèi)容進(jìn)行有效的把控。實踐中要促使概念設(shè)計和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)合、采用BIM技術(shù)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計，保障建筑結(jié)構(gòu)得到全面優(yōu)化與提升，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]申曉寶.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（19）：29-30+33.

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[3]甘朝翔.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（24）：167.

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[5]楊悅.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計、審核。