混凝土建筑结构优化设计的对策分析王勃

混凝土建筑结构优化设计的对策分析王勃

王勃

天津市市政工程设计研究院天津市300392

摘要：随着我国国民经济的发展，各地兴建的高层建筑数量日益增多，当今正是建设“节约型”社会的关键时期，对于我国量大面广的混凝土结构，进行优化设计，降低工程成本，这个问题越发受到业界的关注和重视。

关键词：混凝土结构；优化；设计

1混凝土建筑结构的概念设计

高层建筑在我国的发展可以说是异常迅速，其高度不断在增加，而建筑的类型和功能也是有着越来越复杂化的趋势，结构体系也是更加多元化起来。高层建筑结构设计对于结构工程设计师来说可以说一直是重点。要想让结构设计的结果符合规范，让人满意，设计者在结构的概念设计时应该注重以下及点：第一，地下结构设计。混凝土建筑由于有对基础埋深的要求在，一般都会有地下一层到地下二层或是二层以上。但是有的设计师会有错误的观点，总是认为地下结构的地震作用不大，常常将地下结构的抗震设计给忽略了，恰恰相反的是，设计师应该注重地下结构的抗震设计，在进行抗震设计时，不但要根据地下结构的实际情况来考虑，还要根据高层建筑混凝土结构技术规程里的规定来考虑嵌固端设置的位置；第二，剪力墙结构。现在的许多高层建筑由于是在外纵墙上进行的开窗，而对于内纵墙的布置则很少，这样的情况就容易造成两主轴方向刚度的差异很大，其抗震性自然就难以达到满意的效果。对于这样的情况，设计师就要采取相应的措施，如设计强连梁在纵向上、横向多开结构洞等；第三，结构的体型。随着时代的发展，建筑的体型也是越来越多元化，但是还是要坚持在保证建筑结构体系合理的基础上，来实现设计师的设计理念。同时，要将建筑造价和建筑美观有机结合，从而在根本上避免那些重大的资源浪费；第四，结构的超高问题。现在的结构设计中，对于结构的总高度都会有很多限制，不管是抗震规范还是高规中都有明确规范。现在新的规范对于这一方面更是细化了，除了原来的A级高度外，还增加了B级高度，当结构为B级建筑之后，相应的设计方法和处理措施都有了一定的改变，这一点，设计师一点要重点注意。

2总结优化方法和途径?

2.1形状优化比尺寸优化更有意义在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；L、l等值宜满足要求；高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。相信大部分的结构工程师都曾遇过类似情况：当一幢高层建筑的结构平面布置和竖向布置简单、规则、均匀，那么其各项指标的校核验算会很容易满足规范的要求，反之，则需花一番苦功才能令各项指标勉强满足规范要求。结果可能是墙柱截面尺寸大得惊人，单位面积重量严重超标，不仅造价上去了，而且还影响部分建筑功能的使用。笔者认为，结构设计人员一定要注重概念设计，在建筑方案阶段就应积极介入，运用自己的专业知识提出建议，在满足美观、适用的前提下，尽可能使建筑结构的平面布置和竖向布置简单、规则和均匀。这样一来，结构体系就会具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样，到扩初设计和施工图设计阶段的截面尺寸优化才会有实质性的意义。?

2.2剪力墙的平面布置主要应注意以下几点：?

（1）在结构平面布置中，在满足建筑功能的基础上，剪力墙宜沿周边均匀、相对集中布置。在建筑物的楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布置剪力墙，其间距不宜过大。（2）剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。（3）剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。（4）设计中应注意尽量减少短肢剪力墙的数量，不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。?

3建筑结构优化设计的对策分析?

3.1建筑结构概念设计的优化设计目标分析?

每项建筑结构的设计都受到了多项客观目标的影响，而且这些目标往往以降低其他目标的要求为代价。而建筑结构概念设计的优化，首当其冲就要考虑一种最为合理的方案，使这些相互矛盾的客观目标之间达到一定的平衡。?

3.2建筑结构选型分析?

3.2.1第一建筑结构体系选型与建筑施工的关系

高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，而且也会影响到建筑结构的受力状态，抗震性能等。所以在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑。现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材料、模板及施工三部分。

3.2.2建筑结构抗震体系选定的原则?

（1）具有明确的计算简图和合理的地震力传递路线；（2）具备多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效，而导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载的能力；（3）具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力，从而使结构体系遭遇地震时具有足够的防倒塌能力；（4）沿水平和竖向结构的刚度和强度分布均匀，或按需要合理分布，避免出现局部削弱或突变，形成薄弱环节，从而防止地震时出现过大的应力集中或塑性变形集中的危险。?

3.3建筑中混凝土结构优化分析?

确保建筑结构设计优化在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。?

3.4高层建筑结构经济性分析?

建筑结构经济性包含非常广泛的内容。例如传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施，现在建筑随着形势的发展，人们对居住环境不仅从结构性出发，更要在建筑结构的经济性角度考虑，如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用，以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。?

3.5高层建筑结构设计优化方法的理论分析?

在从事工程项目和结构的设计时，除了要考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性外。还应该考虑到把它设计对象设计得尽可能完美。这就是工程和结构的最优化问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案。

结束语：总而言之，混凝土建筑的结构设计是一个长期且复杂的工作，设计过程中只要存在一丁点的错误，都可能会对结构设计结果产生巨大的影响。因此，结构工程设计师在结构设计时，从始至终都要非常的细致和认真，保证分析和计算的结果是正确的，同时还要对其结果进行不断的优化，直到没有问题，让人满意为止。?

参考文献：

[1]苏赐钦.高层建筑混凝土结构的优化设计探析[J].黑龙江科技信息，2010，（20）?

[2]刘洋，程伟刚.高强混凝土在实际工程中的应用[J].黑龙江科技信息，2010，（04）?

[3]王景娥，闫云水.高强混凝土在建筑工程中的应用[J].黑龙江科技信息，2010，（20）

[4]吴大维.高层建筑的结构优化设计研究[J].四川建筑科学研究.2006