摘要：在现阶段房屋结构设计中，建筑物结构设计优化已经成为相关人员关注的重点内容。本文结合具体的工程案例，阐述该案例在建筑结构设计中的具体优化思路。
关键词：建筑结构；结构设计优化；房屋设计
1.工程项目简介
本次工程为某商业大厦，位于该市东南部位，包括地下一层、地上十三层，总建筑高度为86.33米。从建筑功能上来看，该建筑物的地下一层为车库，部分为地下人防工程，类别为二等人员遮掩部位；地上为商业部分，包括各类商店、零售店铺等。该建筑物采用钢筋混凝土框架-抗震墙结构，具体的设计参数及其指标水平如表1所示。
2.建筑结构设计优化方法在房屋结构中的应用思路
2.1建筑结构设计优化方法的应用思路
在本次工程中，为了能够更有效的对房屋结构设计进行优化，采用了一系列的理论方法对建筑物结构设计进行了改进，并取得成功。本次工程中所采取的策略主要为：
（1）结构模型优化。在建筑结构模型优化中，必须要从结构模型分析入手，通过判断整个建筑物的结构模型，进而对模型的结构进行优化设计，最终获取想要的建筑结构设计思路。在本次工程中，设计人员可以从以下几方面进行改进：①变量优化。在房屋建筑结构设计优化中，需要从房屋结构的参数入手，判断相关参数对建筑物性能的影响，并充分总结任何可能影响建筑物性能的参数，将其作为重要的变量加以分析，了解建筑结构设计中的相关变量参数，从约束控制参数、损失期望值等角度对建筑物的性能进行改建，保证建筑物的变量水平能满足设计要求。②优化目标函数。优化目标函数也是实现结构模型优化的有效策略，这是因为在建筑结构基本确定之后，通过优化一些具体的目标函数，就能深入了解建筑工程项目中的一些重要约束条件，包括钢筋截面、混凝土结构要求等，在优化目标阐述过程中，就能通过将这些数据进行细分，再对其中的一些关键水平函数进行优化，最终来满足工程项目的要求。
（2）整体与局部的优化。在对房屋建筑的整体与局部进行优化时，必须要对房屋的整体结构进行研究，在确定房屋建筑物的设计体系、安全体系、结构体系后，保证每个体系都能做到协调，并且具有关联性，这样才能在功能上满足建筑物的基本要求。局部优化的关键就是要对这些体系进行优化设计，在明确体系设计要求的基础上，保证房屋设计的结果能够符合工程项目施工的要求。
2.2具体优化方案
2.2.1楼盖体系的设计优化
在初始阶段，为了能够让建筑物的整体指标水平有更多的调整余地，取消地上十三层的密梁结构，替换为普通梁。具体的改进方法的相关指标情况为：
（1）周期与振型。改变为第一振型为Y方向的平动，其周期为1.8074秒，第二振型为X方向的平动，扭转系数为0.01；第三振型为扭转振型，含X方向的平动系数为0.01。
（2）位移角。最大位移角出现在Y方向偶然偏心作用下第八层的1/1215位置；而在设计优化之前，位移角出现在第二层的1/1203位置。
（3）层间位移比。最大层间移比出现在Y轴方向偶然偏心的地震作用下的第二层的1.19位置。
2.2.2墙体调整
在该项目的最初设计阶段，原本建筑结构方案中存在两个筒的洞口，该洞口位于建筑结构的南侧，其坐标为：X（2000×3000），Y（2200×3000），在建筑结构设计优化阶段，设计人员将其调为:X（3000×4000），Y（3200×4000）位置。
在经过这种调整后，该建筑的墙体指标性能得到明显的改进，主要体现在以下几方面：
（1）周期与振型。在经过设计优化后，建筑物的第一振型Y方向平动，其平动周期为1.093秒；第二振型为X方向的平动振型，平动周期达到1.762秒；第三振型为X方向平动振型，其周期为1.533秒。从上述指标参数后可以发现，在经过这种调整后，整个建筑物结构抵抗侧移与振动的能力都达到了预期水平。
（2）位移角。最大位移角出现在Y方向偶然偏心作用下的第八层1/1139位置。
（3）层间位移比。最大空间位移比出现在Y方向偶然偏心地震作用下第二层的1.20位置。
在改进之后，柱主要承受的就是竖向力，板分双向板和单向板，板传力给梁，梁传力给柱子，柱子传力给基础。板基本上不受地震力，而柱子在地震的作用下容易破坏，故一般用强柱弱梁来设计框架结构。
2.2.3梁截面调整
该项目在梁截面调整中，将主梁的高度从700下降到600位置，外边缘主梁从1000-800的标准统一控制为700，次梁的高度统一规定为450。
在采用上述方案对建筑物的梁截面进行优化设计后，发现建筑物的相关性能得到了明显的改进，其相关参数指标为：
（1）周期与振型。改进后，建筑物第一针Y方向平动，其周期参数为2.312秒；第二振型为X方向的平动，周期为1.8421秒；第三振型为扭转振型，周期为1.663秒。与设计前的方案相比，可以发现改进后的梁截面周期与振型水平得到了明显的改善，满足建筑物的基本要求。
（2）位移角。最大位移角出现在Y方向偶然偏心作用下第九层的1/1066我自。
（3）层间位移比。最大层间位移比出现在Y方向偶然偏心的地震作用下的第二层1.20位置。
2.2.4效果评价
从建筑物功能设计效果来看，由于主次梁具有更加明显的传力路径，相比之下，井字梁属于从双向板演进而来的一种解耦股，其中主次梁的受力条件更理想，所以决定采用这种设计方案。
在采用上述几点的优化设计方法后，发现整个房屋建筑的设计结果达到了预期水平，不仅建筑物的性能得到了改进，并且建筑物的总造价成本水平还得到了进一步优化。例如在墙体调整中，本项目预计的材料费用成本约1117万元，在采用上述的设计方案中，实际的原材料费用为1022万元，可以发现在采用上述设计方案也能有效降低施工造价，达到预期目标，因此具有可行性（优化前后的结构示意图见图1）。
结论
在当前建筑工程项目施工中，有关房屋建筑结构设计优化的问题一直是设计人员关注的重点内容。该项目中所采用建筑结构设计优化方法具有可行性，能够满足房屋建筑工程的基本要求，因此可以在其他工程项目中作进一步推广，为提高建筑物施工质量、降低工程造价奠定基础。
论文作者:吴定忠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/24
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