高層鋼筋混凝土結構優化設計分析

徐斌

【摘要】自從改革開放以后，我國國民經濟整體的迅速發展，國內各個行業都得到了巨大的發展，整體的行業水平穩步提高，其中，建筑行業的提升水平是比較快的。近些年來，高層建筑的自身發展趨勢也越來越呈現出技術表現綜合化、創作觀念多元化、建筑形象個性化和近地空間城市化等特點，而在對鋼筋混凝土高層建筑進行結構設計時，其中有許多的重點和細節需要加以注意，本文主要對高層鋼筋混凝土結構優化設計進行分析。

【關鍵詞】高層建筑、結構優化、混凝土

一、前言

隨著我國人民生活水平的逐步提高，在日常生活中由于振動致使的人體的舒適問題逐漸體現出來。但是由于土地價格不斷上漲，使得開發商的建筑總成本在不斷地增加，這就給開發商的成本控制帶來了極大壓力，因此降低工程造價就成為開發商首要的追求目標了，要實現這個目標就需要利用結構設計的優化設計方法，增強人們對建筑物結構設計的信任度和穩定性

二、建筑結構優化設計的概念及意義

1、建筑結構優化設計的內涵

本文涉及的“建筑結構優化設計”這一概念主要是指其廣義上的含義，是科學的涵蓋建筑各個方面的結構綜合，不同于“結構分析”。建筑結構優化從一開始的結構選型入手就已經開始了，之后加之對構件的布置和每一個設計程序的優化，優化選用準確的建筑工程材料，上述各環節共同構成了建筑結構優化設計，并產生最優的結果。建筑結構優化設計包括許多步驟，如建立相關數學模型；選取優化方法；確定目標函數、約束條件、變量；確定計算機計算方法；對計算結果的分析等。

2、高層建筑結構優化設計的現實意義

隨著對耕地的不斷保護和城市化進程的加快，高層建筑的建設也十分迅速，因此對高層建筑結構進行優化設計有極強的現實意義。首先，高層建筑結構優化設計是控制建造成本最有效的武器。結構成本（鋼筋、混凝土、砌體等材料費）約占建造成本的60%以上，而結構優化設計一般可以節省結構成本的10～40%，即節省建造成本的8～30%。其次，結構優化設計是設計單位結構設計的有效補充。設計單位水平參差不齊，需要專業知識更強的技術人員把關。最后，高層建筑結構優化設計有利于節能節材，符合國家“低碳、節能、環保”的理念。

3、選取合理的結構方案

高層建筑結構方案的質量高低直接影響著結構優化設計的成敗，對于相同的高層建筑設計方案，結構優化設計方案往往是有許多種的，并不唯一。選取不同的高層建筑結構優化設計方案會帶來造價、質量和美觀性上巨大的差別，所以，依據一切從實際出發的原則，選擇合適的高層建筑結構優化方案十分重要。

三、如何優化高層建筑鋼筋混凝土結構設計

1、優化結構方案設計

結構方案的確定對于之后進行的結構計算以及施工圖制作有極大的影響，簡而言之，只有確定一種合理、科學的結構方案后，之后兩步才能順利、有序地進行。所以在對高層建筑鋼筋混凝土結構開展優化設計的過程中應當充分重視這一部分的優化。具體可以采取的優化措施有三類，

第一，在確定結構方案時，讓結構工程師參與其中。建筑師需要做到的就是確保建筑的外形美觀，而結構工程師需要做到就是確保建筑的結構安全。讓兩者同時參與到結構方案設計中能讓兩種思想融會貫通，最終產生安全與美觀兼備的建筑結構方案。在進行結構設計時需要遵循的原則包括建筑外形的簡潔、美觀、規則以及對稱，盡量保證建筑平面形心、建筑質量中心重合，保證建筑立面形狀規則、并且分布規則、均勻，避免讓建筑外形上產生過多的外凸以及內凹。

第二，使建筑擁有直接、簡單的受力、傳力途徑。簡潔的受力、傳力途徑能減少建筑在建設過程中結構構件的使用量，完成對建筑造價成本的控制。過于復雜的受力、傳力結構需要用到更多用于轉換力的結構構建，會造成建筑成本的大幅增加。

第三，結構概念設計。目前全球建筑都面臨著地震類地質危害等問題，在設計建筑結構時考慮建筑的抗震性能是十分必要的。結構概念設計是建筑結構工程師通過長時間的實踐以及總結得出的經驗，合理利用能保證建筑的實際抗震性能與預期抗震性能達到統一。

2、優化建筑結構計算

隨著計算機技術的不斷發展，建筑結構計算這一項原本極為復雜的工作變得十分簡便，顯著降低了建筑結構設計師的工作難度，并且可以讓結構設計師通過不斷調整輸入的數據在短時間完成大量的計算，從而得出最優的設計方案，對于提升我國建筑結構設計水平有極大的促進作用。但是結構設計師在使用計算機軟件的時候需要注意：

第一，在使用計算機軟件進行結構計算時，需要將大量的數據、圖形資料，在輸入完成后，操作人員應當對各輸入數據準確性的重要作用有正確認識，輸入完成后進行全面的檢查與核對，保證數據的準確性。

第二，正確設置計算機計算參數。計算參數的設置對于計算結果起到了決定性的作用，在設置參數時需要考慮兩方面的因素，工程造價與建筑安全，遵循的原則就是在保證建筑安全系數達標的情況下盡量減少建筑的結構造價成本。

3、優化建筑圖紙制作

建筑施工圖紙直接用于指導施工現場的施工過程，所以在其設計過程中應當遵循三項原則，這里重點講解的是建筑的結構施工部分。首先，施工圖紙面向的是施工現場，也就是說需要施工人員能對圖紙有正確的理解，這就要求結構設計師在設計過程中需要規范地進行各類符號的標記，同時建筑施工圖紙中的說明內容中不能包含可能產生歧義的內容，確保施工人員理解的準確性。其次，建筑結構設計施工前，結構設計人員應當與施工現場的技術人員以及施工人員進行技術交底，將施工中需要注意的部分詳細地說明，并與施工技術人員進行協商，保證各項施工過程的可操作性。最后，結構施工盡量選用從業時間長，施工經驗多的施工人員進行，保證施工質量，從而保證建筑的整體安全。

4、合理選用各類施工材料

在鋼筋混凝土結構中，最常使用的兩種材料分別為鋼筋與混凝土。以下針對這兩方面進行了詳細的說明。

（1）鋼筋的選用。我國對于鋼筋混凝土結構建筑中的鋼筋型號有明確規定，要求在進行材料選用時要盡量使用HRB400、HRB500等普通熱軋帶肋鋼筋，避免HRB355熱軋帶肋鋼筋的使用。同時結構施工中通過高強鋼筋的合理應用能有效減少建筑施工中需要付出的結構成本。

（2）混凝土的選用?；炷凉に嚱涍^100多年的發展，在現代社會依然有極大的應用空間，究其原因就是其根據現代建筑的需求進行了大量的創新。在建筑結構施工中選用現代高強度混凝土能在保證建筑安全的情況下完成對建筑結構體積的縮小，并且此種混凝土還具有形變系數小，耐久度高的特點。實踐經驗表明，在進行建筑結構施工時選用高強度的材料能顯著降低建筑成本，通常能節約15%左右的混凝土使用量。

四、結束語

綜上所述，本文主要對高層鋼筋混凝土結構優化設計進行了分析，想要實現高層建筑鋼筋混凝土結構的優化，需要從建筑結構的各方各面進行優化改進。但是高層建筑結構優化設計是一項十分復雜且繁瑣的工作，要綜合考慮到安全性、經濟性、實用性和美觀性。所以，建筑結構設計師在進行結構設計時需要對建筑的外形、功能以及安全各方面進行全面的考慮，這樣才能有效的實現建筑鋼筋混凝土結構的優化

參考文獻

[1] 《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3—2010

[2]金俊杰，王桉華.建筑結構方案優化設計探究.中國房地產業，2011（8）：191.

[3]趙揚.鋼筋混凝土框架-剪力墻結構優化設計[J].城市建設理論研究，2013（04）.