結構工程中混凝土結構的優化設計

彭佳 安徽南巽建筑規劃設計院有限公司

一、混凝土結構優化設計的重要性

目前，我國經濟發展很快，居民生活環境逐步優化。設計師需要不斷優化建筑結構，使建筑滿足人們安全性、耐久性、適用性、經濟性和感官視覺的要求。混凝土結構優化設計是根據實際情況，在經濟的前提下進行優化設計。主要內容是充分利用基本結構、方案和圍護結構，建立合理的模型。對結構中的各種參數進行科學計算，確定最終的施工方案。混凝土結構的優化設計對于結構工程來說具有重要意義，首先，它可以大大提高建筑物的經濟性能。建筑結構的優化可以節約成本，節約混凝土等材料，提高抗震性能。它可以減少建筑結構內外層不必要的修改，提高結構的受力能力。其次，混凝土結構的優化設計也能夠大大降低工程的造價。

二、結構工程中的混凝土結構設計問題

（一）混凝土材料配合比不穩定

混凝土并不是建筑材料的單一屬性，混凝土主要由水泥、骨料、砂等建筑材料經攪拌、凝結而成，因此在施工過程中，各種混凝土材料的配比不同，會導致混凝土標號的降低，在混凝土施工中，會使混凝土表面出現麻面、氣孔等情況，給混凝土結構帶來嚴重的問題。如在混凝土拌和過程中發現砂石配合比過高，會導致混凝土拌和中骨料過多，造成混合料離析，使混凝土干燥甚至硬化，降低混凝土的密實度。

（二）混凝土襯砌易滲漏

目前，在我國結構工程施工過程中，混凝土結構的設計存在著明顯的問題，即在使用混凝土襯砌時，由于設計不合理而發生滲漏，不利于航道工程的安全。總之，襯砌施工中滲漏的主要原因是混凝土結構的裂縫，其主要原因有以下幾點：1）混凝土模板設計不合理；2）渠道施工中渠道位置選擇不當，巖土工程上方的沉降會對管道產生一定的壓力襯砌，導致混凝土開裂；3）混凝土施工原材料存在質量問題；4）混凝土在運輸、拌和過程中，養護管理未加強。

（三）水熱化、應力過于集中，出現裂縫

混凝土結構更容易產生結構裂縫，這是由多種原因引起的，但最常見的兩個原因是溫度和應力。混凝土澆筑作業結束后，應給予混凝土結構足夠的養護時間。大體積混凝土的溫度需要在整個過程中保持水平。混凝土結構內外溫差盡量不要過大，造成裂縫。養護溫度平均控制在25℃左右。結構應力也容易導致裂縫。如果混凝土結構某一部位的應力超過結構的承載極限，就可能導致裂縫。

（四）其他部件設計不合理

在當前的結構工程中，在處理地下管網時，通常采用“一孔多機”的布置方案。然而，在設置岔管時，對混凝土原結構設計有很高的要求。同時，對于混凝土岔管，目前還沒有比較完善和實用的設計規范。基于這種情況，在混凝土岔管的設計中，施工人員很難了解其承載力，在地形和計算過程比較復雜的情況下，設計也不合理，這樣會嚴重影響混凝土結構的安全。

三、結構工程中混凝土結構的優化設計

（一）混凝土材料的合理選擇

一般來說，為了保證選用優質混凝土，應對實際選用的材料進行檢測和試驗。如果其參數滿足施工的基本要求和規范，就可以運到現場，以保證混凝土本身的結構質量。由于水泥易發生水化反應，影響其質量，造成這一問題的主要原因是水泥內部隨時會有大量有害物質存在。如果不及時處理，混凝土本身的強度就會下降，對工程建設產生巨大影響。在配料時，同樣需要進行檢測和試驗，以確定最佳配比。

（二）提高結構設計水平

首先，為了保證基礎數據內容有足夠的準確性和完整性。在結構工程結構設計中，應參照我國有關規定完成相關資料的收集。數據采集完成后，要進行嚴格復核。如果數據有任何問題，將不予使用，以確保數據足夠準確。其次，設計師還需要明確結構的內部層次標準。在確定等級標準的過程中，需要分別考慮實際的規模、效益和類別，以保證等級標準本身具有足夠的科學價值。同時，要明確水利建筑結構設計等級標準，一方面可以有效完成造價控制，另一方面可以提高工程整體質量。再次，不斷優化現有監管體系，完善監管體系。通過合理的監理制度的運用，可以完成對建筑結構設計全過程的監督管理，同時要了解結構設計中存在的問題，從而保證設計工作具有足夠的科學性。不僅如此，完善監理制度一方面可以保證工程建設本身的連續性，另一方面可以防止生產過程中的斷點問題。最后，設計人員應注意加強結構工程的硬件。在結構設計中，使用相關設備切實做好相關工作。基于這種情況，要保證工程結構本身的質量，就要更加注重加強硬件建設，改進不足，促進結構工程行業的快速發展。

（三）混凝土裂縫的控制

裂縫是混凝土結構施工方案設計中的一個常見問題，因此在設計工作中往往會注意這部分內容，用科學的防治措施來控制裂縫的數量和位置。首先，在混凝土結構設計中要科學控制混凝土的承載力，防止裂縫的產生。如果裂縫不可避免，那么就需要通過一定的方法來控制裂縫的范圍。一般來說，可以根據工程施工的基礎環境，科學地控制荷載性質、水壓變化等因素。特別是在現代結構工程施工過程中，彎拉構件的一些裂縫很難得到控制，給控制工作的效果帶來了很大的困難。例如，對于水工建筑物中的一些非常規構件，應嚴格控制裂縫寬度。裂縫寬度可根據混凝土構件的裂縫評定確定，裂縫開度可根據構件截面受力變化指標確定。同時需要注意的是，在實際應用過程中，要對鋼筋和混凝土的極限承載力進行測量，然后對裂縫的規模控制要更加專業化、科學化，切實確保裂縫不會影響工程主體結構，進而保證工程的質量水平。

四、結束語

在結構工程中，混凝土材料的利用率越來越高，應用范圍越來越廣。質量優化已成為眾多多維特征的焦點。因此，在混凝土結構優化設計中，我們要對其設計原則和標準有清醒的認識，在混凝土結構優化設計領域，專業的設計人員要不斷積累設計經驗，通過合理的方法提高施工質量，找出施工過程中的不足。同時也通過自己豐富的工作經驗，使整個過程做得更好。