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0引言

隨著城市化進程的加速，高層建筑迅猛增加，建筑物的商品化形勢也逐漸加劇，一些房地產的投資商更關注利潤問題，例如為了實現利潤的最大化，要做好結構設計和規劃。在這個過程中，相關人員應比較多種方案，從而保證建筑結構形式更加安全與合理。建筑設計形式應不斷進行優化，經過一定時間的改進之后，使其能夠具有經濟性、節能性的特點。在實際施工中，要較好地限制設計的實施情況和建筑施工情況。相關人員應合理控制施工進度，但是當前建筑結構設計的一些問題并沒有得到人們的廣泛關注，缺乏有效的理論分析，建筑設計沒有被大部分工人掌握。有些設計人員擔心這種設計降低結構的安全度；另外，目前國家規定的設計費取費標準是以造價為基準的，這也讓設計人員失去結構優化的主動性。因此，為了減少工程造價的成本，相關人員在設計中，對建筑的設計方案進行詳細分析，重視其實施效果，始終堅持技術與經營效益相結合的理論手段，做好合理的規劃，創造出最大的社會效益。本文以某辦公樓為背景，對其結構優化設計進行了分析。

1結構設計中存在的問題

1.1建筑結構設計中的整體穩定性

在現在的土木工程中，高層建筑是非常多的。但是在高層建筑的施工中抗震的實施是一項必須的工作。那么，在高層建筑的抗震設計中，對其寬度參數的研究是非常重要的，同時也是保證建筑結構設計整體穩定性的一項重要內容。在這一內容上要特別注意基礎的深埋程度，在一些建筑物的主樓和裙樓之間，如果用變形縫分開就會導致主樓的基礎深埋度不夠高，這樣在發生地震的時候，建筑物就會產生整體滑移的現象，嚴重時會出現整體性的傾覆。

1.2樓層平面剛度的問題

建筑結構在設計的過程中，其如果出現了缺乏結構布置必要措施和基本結構概念的情況時，就會采用樓板變形的計算程序來對樓層的平面剛度進行計算。雖然從力學模型上來講，此程序是成立的，但是在去頂樓板變形程度時，其計算的準確性卻存在著一定的問題。經過研究發現，此問題的出現和結構設計中某些部位或構建在安全儲備上過大的情況有一定的關系。在對這一問題的解決上，為了使程序的計算結果和實際中的真實受力情況不會出現根本性的誤差，在設計的過程中可以通過將樓層設計成剛性的露面來進行。

1.3建筑結構設計的安全問題

建筑事故的產生和建筑結構的設計是否有著直接性的聯系，也是建筑設計一直在重視的問題。在建筑結構設計的實際工作中，經常會出現盲目加大構建截面、增加鋼量的現象，其不僅會造成很大的浪費現象，還嚴重的威脅著建筑結構設計的安全性。雖然我國在建筑結構上所設定的安全貯備是比較低的，但是從部分工程的材料用料上來說，其卻高于國外的同類工程。從我國土木工程的結構設計方法上來看，自上世紀的50年代開始，在建筑中所使用的混凝土強度就比較低，施工的手段也比較落后，以此就導致著建筑安全施工不斷的發生。從我國以前的很多建筑物上來看，自唐山大地震到汶川地震，其都經過了相關的考驗，這就說明了建筑安全事故的產生和建筑結構的安全性是沒有必然的聯系的。

2建筑結構設計優化案例

2.1案例概況

本工程為一幢28層（地上27層，地下1層）的高層建筑，總建筑高度82.6m，根據《建筑抗震設計規范》（以下簡稱《抗規》）GB50011-2010中表6.1.2，抗震墻結構高度小于80m時，抗震等級為四級，大于80m時，抗震等級為三級，確定為27層的設計方案，其中地上26層，地下1層。總建筑面積達到10138.19m2，高度達79.60m。

2.2計算參數的確定及計算軟件的選取

2.2.1設計基本參數

本工程的設計基準期為50年，使用年限為50年，安全等級則為二級，地基設計等級為甲級。該建筑工程抗震設防烈度為6度，地震分組是第一組，設計的基本地震加速度選取0.05g，建筑抗震設防類別是丙類，場地類別Ⅲ類，抗震構造措施四級。工程場地的特征周期Tg=0.45s，水平地震影響系數的最大值αmax=0.04。工程所在地區基本風壓為0.45kN/m2，地面粗糙為B類，風壓的體形系數、風壓高度變化系數以及風振系數都按《建筑結構荷載規范》GB50009-2001（2006版）的規定來確定，樓面活荷載標準值按《建筑結構荷載規范》進行取值。

2.2.2計算軟件

在結構計算中，主要采用了PKPM軟件，在高層建筑中應用這種軟件，能夠較好對有限元和計算軟件進行分析，更好地對剪力墻進行設計，從相關數據顯示，這種結構能夠有助于單元的較好劃分。在這個過程中，相關人員要總結不同洞口的排布方式，使建筑物結構各部位的受力情況得到有效的計算。

2.3計算分析

與多層建筑相比，高層建筑更容易受到多因素的影響，例如地震、風力，都會在一定程度上影響建筑設計的實施情況。如果施工建筑中，結構位移的變化較大，就可能導致結構出現扭轉、產生裂縫，降低了建筑物的整體舒適度，嚴重的情況會導致建筑物的結構損壞。在建筑設計中，結構設計是重點內容，從實際情況來看，剪力墻的數據越多，其能夠抵抗側力的剛性就越大，這種會影響相關人員對結構的控制。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010（以下簡稱《高規》）可知，高度小于150m的剪力墻結構樓層層間最大位移與層高之比的限制為1/1000。設計時可以1/1050～1/2000作為層間位移比的目標限值，在保證建筑物安全富余的前提下減少不必要的剪力墻墻體，從而從整體上節約造價。根據計算分析，本工程樓層最大位移：X方向風荷載作用下的樓層最大層間位移角：1/1565；Y方向風荷載作用下的樓層最大值層間位移角：1/1274，滿足位移角限值且合理的控制了結構的抗側力剛度?！犊挂帯?.4.2規定：建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的影響，宜擇優選用規則的形體。建筑的平面布置制約著剪力墻的布置，若建筑平面比較規則、凹凸少則用鋼量少，反之則較多，平面形狀是否規則不僅決定了用鋼量的多少，還應對結構的抗震性能進行分析，例如平面寬度和長度都比較大的建筑物，其在兩軸方向動力特性相差比較遠，所以在水平力的作用下，構件的受力情況不均勻性會使結構產生扭轉，增加單位面積用鋼量。根據《抗規》3.4.3-1中扭轉不規則規定：在規范水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移大于該樓層兩端彈性水平位移平均值的1.2倍為扭轉不規則。在本工程中，根據計算結果數據分析，X與Y方向的最大層間位移與平均層間位移的比值均小于1.2，限制樓層位移比，關注的是結構設計承受的扭轉效應?！陡咭帯?.4.5規定結構平面布置應減少扭轉的影響。結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9。本工程前三階振型周期表如表1所示，以平動為主第一自振周期T1=2.8134，以扭轉為主第一自振周期Tt=1.9668，Tt/T1=0.6990＜0.9，限制結構扭轉周期與平動周期的比值，其目的是確保結構有一定的扭轉能力，使結構具備必要的抗扭剛度?！陡咭帯?.1.8規定：抗震設計時，高層建筑結構不應全部采用為短肢剪力墻結構。《高規》7.2.2條，抗震設計時，短肢剪力墻的設計應符合下列規定：其軸壓比限值相應降低0.1；除底部加強部位外，其他各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二、三級抗震等級應分別乘以增大系數1.4、1.2和1.1；短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強區部位一、二級不宜小于1.2%，三、四級不宜小于1.0%；其他部位一、二級不宜小于1.0%，三、四級不宜小于0.8%。以上要求加大了剪力墻的截面厚度及配筋率，不僅抗震性能較差，經濟指標也不好（圖1所示）。該工程剪力墻布置如圖2所示，所有剪力墻均未使用短肢剪力墻，相關人員要了解剪力墻的容量，然后將其設計成L的形狀或是T型的形狀，從而保障剪力墻的穩定結構。在這個過程中，相關人員要做好側向的剛度測量，確保建筑設計滿足結構的本身指標，在一定程度上降低工程的資金投入。

3結語

本工程在結構設計中，選擇了合理的結構設計軟件，對基礎、框架剪力墻以及抗震等結構進行了優化，達到技術與成本的均衡，滿足了設計目標。從建筑結構設計角度出發，就是要盡力做到結構安全、經濟效益和社會效益最大化，要處理好這些問題，涉及到建筑與結構方案、計算機軟件應用、工作經驗和技術先進等問題，加強這方面工作的研究和交流，就能使結構設計越做越好。前期階段，進行多方案的對比分析，找到其中安全、經濟、美觀的平衡點。在優化過程中，采取辦法減小構件截面，減薄板厚，采用較矮的梁高，合理地增大樓層凈高，減少剪力墻等，這些做法不僅能減少混凝土用量，減輕結構自重，而且減弱了結構剛度，減小了地震力。建筑結構優化是在保證工程質量的同時去除無效的結構成本，達到最小的投入產出比，使建筑平面布置情況得到最大限度的滿足，保證內部空間的高度符合人們的實際需求，并在外形和功能使用上得到合理的標準，最終實現建筑安全、經濟和美觀的完好統一。

作者：蔡準 單位：西安思源學院