房屋建筑结构设计中优化技术的应用

2021-04-10袁华安

工程技术研究 2021年14期

袁华安

江苏龙腾工程设计股份有限公司，江苏南京 210000

在建筑工程规模化建设的新市场经济常态下，作为工程施工作业的重要环节，结构设计是否科学、合理和可行，在一定程度上影响着建筑工程后期施工作业的成效和建筑物使用功能。为了满足居住者对房屋建筑的使用需求和精神需求，设计者在设计结构时除了要秉承舒适、安全等原则，还要不断优化结构设计，全面提高房屋建筑的整体工程质量。

1 房屋建筑结构设计优化的意义

房屋建设的结构设计是否合理，影响着建筑物的安全性和稳定性。建筑物的结构与建筑外形、空间有直接关系，因此为了提高房屋建筑结构设计的实用性，应对其不断优化。另外，随着我国社会经济的发展，人们对建筑物内部空间的需求也在不断变化，由最初的基本居住需求逐渐向休闲、娱乐、舒适方向发展，因此在进行房屋建筑结构设计时，设计人员需在掌握基础建设结构理论的基础上进行多样化设计。

为了全面提高建筑整体的经济性、美观性和安全性，在设计环节对各个结构部位进行优化是建筑企业可持续发展目标达成的重要保障。但是目前结构优化设计中存在一些问题，影响建筑物的使用功能，难以保障其质量安全，为此要应用优化技术对结构设计方案进行调整，从而全面提升建筑的安全性和舒适度。

2 房屋建筑结构设计存在的问题

（1）结构设计缺乏整体性。房屋建筑结构设计的整体性不仅体现在房屋建筑结构内部，建筑工程与周边环境能否建立和谐关系，也是影响企业经济效益和社会效益的重要因素。若设计者在设计时没有考虑其整体性，分散设计各个建筑结构，导致相关设计工作零散化，将在一定程度上影响房屋建筑的舒适度。

（2）细节处理缺乏严谨性。细节问题也是影响建筑使用功能和安全性的因素之一。在房屋建筑结构设计中有效处理细节问题，也是全面提高建筑质量性和安全性的重要保障。现阶段，在进行结构设计时设计者容易忽视细节问题，可能导致预埋件与施工作业相冲突，严重影响工程整体施工质量，提高工程返修率，产生不必要资金的损耗。

（3）设计方案缺乏合理性。设计方案是工程建设施工作业的重要依据，方案内容是否合理、可行，直接影响建筑工程的整体施工质量。在设计方案时，部分设计者未到施工现场进行实地勘测，增加了后期工程施工难度，可能影响建筑结构的整体质量，从而在一定程度上影响房屋建筑的使用价值。

3 优化技术在房屋建筑结构设计中的应用

3.1 优化整体布局

结构优化是一项专业、复杂的工作，在优化建筑空间结构时，要具有更强的层次性，尤其对于高层楼体的开发建设，其结构优化工作更加复杂。总体来说，建筑楼体的结构层次包含设计层次和结构体系。建筑物内部的层次性优化是指在设计建筑物时，对其现有结构作出优化调整，从而使建筑物的整体结构布局更加合理。建筑物内部包含承重系统、供水系统、供电系统等，如果建筑设计方案不合理，会增加后期施工的难度，导致建筑整体结构不科学，影响建筑的安全性。因此，在对房屋建筑开展优化布局时，不仅要保证其实用功能，还要保证其安全性和美观性。

3.2 重视细节处理

（1）优化高层建筑结构选型。第一，合理选择基础结构类型。基础结构作为高层建筑的最重要组成部分，承载着建筑物上部结构的荷载。为了确保建筑的安全性和使用性，在选择基础结构时，设计者需要综合考虑地质勘探资料和建筑上部结构荷载情况。对于建筑层数较少、地基区域土质较好的建筑，可以选择独立基础或是条形基础，以降低施工成本和操作难度；对于建筑层数较多、地基区域土质较差的建筑，为了提高建筑的整体安全性，可以选择桩基础进行施工作业；对于建筑层数多、地基区域土质较好或是建筑层数少、地基区域土质较差的建筑，为了进一步提高建筑的整体承载力，可以选择筏板基础进行施工作业。第二，合理选择抗侧力结构。高层建筑和超高层建筑的抗震性能一直都是混凝土结构设计的重点和难点，为了进一步提高建筑物整体的抗震性能，设计者在进行结构设计时应合理选择抗侧力结构。具体而言，对于结构高度低于50m的高层建筑，可以选择框架结构（空间灵活）作为抗震体系；对于结构高度约为100m的高层建筑，可以选择剪力墙结构（刚度大、位移小）作为抗震体系；对于结构高度较高的高层建筑，可以选择框剪结构和框筒结构作为抗震体系。

（2）合理布置高层建筑结构平面。在高层建筑结构设计中，建筑结构平面布置的精准化在一定程度上影响着建筑的安全性。经调查，高层建筑的结构布局在很大程度上与预期抗震性能之间存在一定的内在联系，因此在进行平面布置时，设计者需尽量降低扭转效应的影响，即设计者需要在综合考虑地震发生时偶然偏心因素的基础上，评估高层建筑竖向水平位移和层间位移情况，并在保证A级高度位移控制量控制在楼层平均值1.2～1.5倍的同时，将B级高度位移控制量控制在楼层平均值的1.2倍以下。此外，设计者在布置结构平面时，应综合考虑建筑整体的抗震性能，通过采取规则、简单、对称的布置方式，提高建筑整体抗震性能，从而保障整体建筑的安全性和可靠性。

（3）确保薄弱层设计作业的规范化开展。在高层混凝土结构设计中，薄弱层受到外界强烈刺激容易产生变形，从而影响高层建筑整体可靠性。为此，随着高层建筑高度的不断增加，为规避安全事故的发生，设计者需从根本上提高对薄弱层设计的重视度。通常来讲，在高层结构存在竖向结构刚度不连续、抗侧力结构受剪承载力突变时，表示高层结构存在薄弱层。针对上述问题，为了进一步提高结构抗侧向力的能力，设计者需依据地震荷载与放大调整系数相乘后的数据，对薄弱层进行构件合理化设计，以此提高房屋建筑的安全性。

3.3 优化设计流程

在优化房屋建筑结构设计时，为了保证建筑物的安全性、美观性、舒适性、经济性和耐久性，设计者需严格按照如下设计流程落实设计工作，即科学选择设计参数→确定目标函数→明确约束条件→编制优化方案→设计优化程序→分析优化结构。具体而言，在选择设计参数时，设计者需选择结构可靠度、损失期望等核心指标，而非核心指标可作为结构局部优化参考变量，不计入结构设计变量中。在确定目标函数时，设计者需综合考虑建设目标选择目标函数，然后采取有效的计算方式来计算失效概率。明确约束条件是为了保证设计方案的整体协调性，以提高建筑整体的安全性和可靠性，设计者需根据不同结构部位确定约束条件，如从建筑安全角度出发，约束条件包括裂缝宽度、结构强度；从工程造价角度出发，约束条件包括物料消耗情况、设备使用情况等。在编制优化方案时，设计者可借助一些辅助工具，通过对现场进行实地勘察，在综合考虑多种变量的前提下完成初步方案编制，然后对设计方案进行复验，以确保建筑细节部位设计符合要求。在进行设计模型构建以及设定程序优化时，设计者可将设计方案代入到模型中运行，然后通过代入检测→发现问题→设计优化→继续检测，对建筑设计方案进行持续优化。