高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

（廣東 東莞 523000）

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

盛承財

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本文針對鋼筋混凝土材質(zhì)高層建筑中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題進行了研究，提出幾點結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面的建議。

建筑結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土；優(yōu)化

一、高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)要求

高層建筑指高度超過一定水平的建筑物。其高度界定各國標準不一，我國高層建筑指超過十層的民用或其他用途建筑物。與低層建筑相比，高層建筑受力結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，需要考慮因素更多。首先，高層建筑建設(shè)完成在使用過程中需要承受來自建筑本身的縱向壓力，即豎向荷載，同時還有風(fēng)力對其造成的橫向壓力，即橫向荷載。其次，高層建筑的外觀應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)標準，比如對于其高寬比有明確規(guī)定，只有當(dāng)建筑高寬比達標時，才能全面綜合的保障建筑的穩(wěn)定性。最后，高層建筑應(yīng)當(dāng)對于各種自然、地質(zhì)災(zāi)害有較強防御能力，因為大風(fēng)、地震等災(zāi)害對高層建筑的危害遠大于低層建筑。所以高層建筑的建設(shè)過程中，對建筑施工各方面，如混凝土質(zhì)量、施工人員技術(shù)水平等要求較高。

需要注意的是在對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化時，必須滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)要求，在確保其安全性與穩(wěn)定性的前提下進行。

二、如何優(yōu)化高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

結(jié)構(gòu)方案的確定對于之后進行的結(jié)構(gòu)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(xué)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)開展優(yōu)化設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)充分重視這一部分的優(yōu)化。具體可以采取的優(yōu)化措施有三類，第一，在確定結(jié)構(gòu)方案時，讓結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工程師需要做到就是確保建筑的結(jié)構(gòu)安全。讓兩者同時參與到結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中能讓兩種思想融會貫通，最終產(chǎn)生安全與美觀兼?zhèn)涞慕ㄖY(jié)構(gòu)方案。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要遵循的原則包括建筑外形的簡潔、美觀、規(guī)則以及對稱，盡量保證建筑機構(gòu)抗側(cè)剛度中心與建筑平面形心、建筑質(zhì)量中心三點重合，保證建筑立面形狀規(guī)則、并且分布規(guī)則、均勻，避免讓建筑外形上產(chǎn)生過多的外凸以及內(nèi)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(shè)過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用量，完成對建筑造價成本的控制。過于復(fù)雜的受力、傳力結(jié)構(gòu)需要用到更多用于轉(zhuǎn)換力的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，會造成建筑成本的大幅增加。第三，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計。目前全球建筑都面臨著地震類地質(zhì)危害等問題，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時考慮建筑的抗震性能是十分必要的。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)工程師通過長時間的實踐以及總結(jié)得出的經(jīng)驗，合理利用能保證建筑的實際抗震性能與預(yù)期抗震性能達到統(tǒng)一。

（二）優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)計算

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)計算這一項原本極為復(fù)雜的工作變得十分簡便，顯著降低了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師的工作難度，并且可以讓結(jié)構(gòu)設(shè)計師通過不斷調(diào)整輸入的數(shù)據(jù)在短時間完成大量的計算，從而得出最優(yōu)的設(shè)計方案，對于提升我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平有極大的促進作用。但是結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)計算時，需要將大量的數(shù)據(jù)、圖形資料，在輸入完成后，操作人員應(yīng)當(dāng)對各輸入數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的準確性。第二，正確設(shè)置計算機計算參數(shù)。計算參數(shù)的設(shè)置對于計算結(jié)果起到了決定性的作用，在設(shè)置參數(shù)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(shù)達標的情況下盡量減少建筑的結(jié)構(gòu)造價成本。第三，不能過分依賴計算機軟件，使用軟件進行數(shù)據(jù)與計算后需要對其提供的計算結(jié)果進行判斷。計算機的由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性難免會發(fā)生故障，同時其要求在構(gòu)建計算模型時需要對數(shù)據(jù)進行一定的簡化，并且其中遵循的計算規(guī)則是對于建筑結(jié)構(gòu)的最低要求，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身實際工作經(jīng)驗，完成對其合理性、科學(xué)性的評判。

（三）優(yōu)化建筑圖紙制作

建筑施工圖紙直接用于指導(dǎo)施工現(xiàn)場的施工過程，所以在其設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)遵循三項原則，這里重點講解的是建筑的結(jié)構(gòu)施工部分。首先，施工圖紙面向的是施工現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計師在設(shè)計過程中需要規(guī)范地進行各類符號的標記，同時建筑施工圖紙中的說明內(nèi)容中不能包含可能產(chǎn)生歧義的內(nèi)容，確保施工人員理解的準確性。其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工前，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)與施工現(xiàn)場的技術(shù)人員以及施工人員進行技術(shù)交底，將施工中需要注意的部分詳細地說明，并與施工技術(shù)人員進行協(xié)商，保證各項施工過程的可操作性。最后，結(jié)構(gòu)施工盡量選用從業(yè)時間長，施工經(jīng)驗多的施工人員進行，保證施工質(zhì)量，從而保證建筑的整體安全。

（四）合理選用各類施工材料

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑中的鋼筋型號有明確規(guī)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(jié)構(gòu)施工中通過高強鋼筋的合理應(yīng)用能有效減少建筑施工中需要付出的結(jié)構(gòu)成本。2、混凝土的選用。混凝土工藝經(jīng)過100多年的發(fā)展，在現(xiàn)代社會依然有極大的應(yīng)用空間，究其原因就是其根據(jù)現(xiàn)代建筑的需求進行了大量的創(chuàng)新。在建筑結(jié)構(gòu)施工中選用現(xiàn)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(jié)構(gòu)體積的縮小，并且此種混凝土還具有形變系數(shù)小，耐久度高的特點。實踐經(jīng)驗表明，在進行建筑結(jié)構(gòu)施工時選用高強度的材料能顯著降低建筑成本，通常能節(jié)約15%左右的混凝土使用量。

結(jié)語

想要實現(xiàn)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，需要從建筑結(jié)構(gòu)的各方各面進行優(yōu)化改進。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師在進行結(jié)構(gòu)設(shè)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，實現(xiàn)建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，滿足用戶使用需求、減少建筑建設(shè)成本的同時確保建筑使用過程中的穩(wěn)定性。

[1]趙騰，等.高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)研究的探析[J].城市建設(shè)理論研究，2013（14）.

[2]趙揚.鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究，2013（04）.

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