探究鋼筋混凝土結構優化設計

丁立超

寧波環合地產有限公司 浙江寧波 315010

摘要：建筑結構設計是整個建筑工程中最重要的內容，它關系到整個工程施工水平的優劣，還關乎到人們的生命安全和社會的正常發展。本文結合我國建筑結構設計發展現狀，提出了鋼筋混凝土結構優化設計措施，以促進建筑結構的安全性能與耐久度達到我國發展的需求。

關鍵詞：鋼筋混凝土結構；優化設計；措施

近些年來，由于建筑結構設計不當引發的安全事故時有發生，為國家經濟發展帶來嚴重影響，也造成了建筑材料的嚴重浪費，為我國人身安全帶來嚴重損失所以建筑設計師在設計鋼筋混凝土建筑結構的過程中，必須要充分考慮各項影響建筑物安全性的因素，借助新的技術提高建筑物的設計水平，滿足建筑結構的安全性要求。

1 鋼筋混凝土結構體系設計

為了避免在后期的項目施工的設計階段發生變動，必須嚴格限制高層鋼筋混凝土建筑結構設計，科學選用結構體系。

建設單位要嚴格按照高層建筑物所在區域的地質情況選擇科學結構體系設計方案，優化高層建筑的上段部分結構以及負載的分布，同時更要注意周圍建筑物的特點，對其進行實地的考察與分析，做出全面綜合的方案。在使用計算簡圖時必須注重科學設計的選擇和使用，要做到真實、精確、客觀，控制計算簡圖在合理的范圍內。

目前高層建筑多采用鋼筋混凝土結構，其結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構等。對于高層建筑來說主要以剪力墻結構和框架剪力墻結構為主，對于多層建筑則多采用框架結構。框架剪力墻結構體系中以剪力墻作為主要抗側力構件，承受絕大部分水平荷載；而框架部分則主要承受豎向荷載。框架剪力墻結構中框架和剪力墻兩者共同受力，合理分工。剪力墻布置應均勻設置在建筑物的周邊、電梯間等部位。由于該結構以框架結構為主，剪力墻為輔助，這種結構體系適用于25 層以下的建筑，最高不宜大于30 層。

2 鋼筋混凝土結構抗震設計

抗震概念設計在高層建筑抗震設計中很重要，結構抗震設計復雜性，并且有許多不確定和不確知的因素，所以很難精確地計算出結構的抗震能力，準確的得到結構在地震作用下的真實反映更是難上加難。因此對于結構的抗震設計，細致的計算分析和抗震概念設計都是非常重要的。在地震作用下特別不規則結構的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震縫將其劃分為若干個獨立的抗震單元，使各個結構單元成為規則的結構，抗震縫兩側結構類型不同時，按照需要較寬防震縫的結構類型和較低房屋高度確定縫寬。

地震區建筑進行抗震設計時，除了應保證結構滿足承載力的要求外，還應滿足延性要求和具有良好的耗能性能，要實現“中震可修，大震不倒”的原則，這是基本措施。鋼筋混凝土結構要實現延性結構必須通過良好的延性設計。抗震高層建筑的延性通過合理選用結構體系、合理布置結構、對構件及其節點采取各種構造措施等才能實現，施工質量的良莠對結構的延性也有很大的影響。延性設計不是通過計算實現的，所以，保證結構的延性要通過抗震機構的抗震等級要求及加強構造措施等方法實現。必須保證梁、柱、墻構件均具備足夠的延性，這樣鋼筋混凝土結構才能具有一定的延性，才能設計出延性框架和延性剪力墻。“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”是框架結構應遵循的設計原則，截面尺寸的合理選擇，柱軸壓比，剪跨比，箍筋選配的控制，以及核芯區的構造措施都是框架結構抗震設計的重要內容。框架—剪力墻結構和剪力墻結構設計為實現延性設計應符合“強墻弱梁，強剪弱彎”原則，還應該限制墻肢軸壓比和墻肢設置邊緣構件提高剪力墻的抗震性能，并且加強重點部位。

3 鋼筋混凝土結構優化設計

3.1 合理使用高強鋼筋

在對超高層建筑進行施工的過程中，對建筑使用的鋼筋量是影響整個建筑造價的一個重要因素。所以為了降低用鋼量，降低造價，節約建筑成本，在對超高層建筑結構設計時需要合理使用高強鋼筋，在超高層建筑位于深厚軟弱地基之上的情況下，需要優化高強鋼筋構件的截面尺寸，通過減輕地基的承載量來降低基礎施工的難度，同時還可以縮減造價，減低施工單位的成本，從而達到更大的經濟效益。而且，在對超高層建筑自重減少的情況下，可以減小超高層受地震破壞的程度，因為建筑的破壞程度與建筑的自重呈現正相關關系，自重越大，受損毀的可能性增大，破壞程度就越大，通過減少建筑的自重，也為建筑物的安全提供了保證。

3.2 平面剛度的優化

對于超高層建筑的機構設計，平面結構、建筑各部分的剛度和承載力是需要著重考慮的因素，首先在設計結構時，為了避免造成施工過程中的麻煩，設計師應該盡力將結構的剛度中心、質量中心和幾何中心設計到一點上，如果不能達到這個要求，將會造成施工隊伍的麻煩。而且最重要的便是扭轉問題，設計師需要充分考慮水平荷載力所受的各種因素；其次，通過對平面以及立面的選擇，來解決超高層建筑設計的問題。對于平面上的選擇，設計師應該盡量保證剛度中心和質量中心重合，以有效縮小位移比；對于立面上的選擇，設計師應該將豎向抗側力構件保持上下連續貫通；最后，對于建筑的美觀性的優化，在結構設計的過程中，結構足夠合理，與前兩點所說的一樣，都符合條件，但是建筑卻無法滿足人們的審美觀，實用性也不高，這就需要設計師在重視結構概念設計的同時，還需要建筑更加美觀和實用。

3.3 加大對超高建筑的審查

在我國目前的施工水平與經濟發展水平下，我國對高層建筑的高度有了全面規定，然而在實際過程中，有很多超高情況的發生。在我國并不提倡超高的行為，因為隨著高度越來越高，建筑的整體抗震性也會受到影響，這樣當地震發生時，受到的危害較大。尤其是在建筑物高度不斷上升的情況下，建筑的安全會受到很大的影響。因此，國家相關部門必須加大在高層建筑上的審查力度，加大違反建筑標準行為的懲處力度，健全建筑高層規范與抗震規范，使高層建筑結構的穩定性得到保障。

3.4 提高設計的安全性

一是，加強理論學習，提高設計素質。土建工程的設計人員應加強自身對設計理論與方法的掌握程度，這對提高土建工程的設計水平至關重要。

二是，設計計算嚴密。設計人員應考慮到每一方面的因素，核對好所有數據，使設計結果能夠滿足各種條件下安全要求，避免疏漏某一項目的安全設計。三是，詳細的設計圖紙。由于設計人員與實際施工人員之間有較大的技術差距，因此設計人員應不怕麻煩、詳盡、嚴謹地對一些細節加以說明，保證不同層次的施工人員都能看懂，從而提高工程質量避免錯誤理解圖紙等不必要事故的發生。四是，加強監督管理。當設計方案通過審核后，設計人員應時刻與施工方保持聯系，保證實際建設中發現問題能夠及時改正。對施工人員提出的建議或問題能夠認真對待。

結語

綜上所述，目前，鋼筋混凝土結構設計中仍然存在著各種各樣的問題，需要廣大的建筑工作者進行研究和探索，并在實踐中不斷提高鋼筋混凝土結構的設計理論水平和實踐水平。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。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，為我國建筑行業的更好發展和建筑質量的提高打下堅實的基礎。

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