高层混凝土结构优化设计

关键词：混凝土结构优化；高层建筑；原则 

　　随着现代经济的不断发展，建筑的施工工艺也在不断的完善，无数的高层建筑就是对此的体现。但随着楼层的不断加高，对楼体的稳定性就提出了新标准，同时随着楼层的增加，施工的成本也在逐渐增多。为了保证建筑的质量缩减成本，优化混凝土结构就成了重中之重。如何合理的进行结构设计，减少过程中的原料浪费成为建筑企业的研究重点。 

　　1混凝土结构设计的基本原则 

　　1.1建筑结构的功能要求建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求，有下列三个：①安全性。建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定 

　　性，不致倒塌。②适用性。建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。③耐久性。建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。 

　　1.2结构可靠度结构可靠性是指结构在规定的时间内（即设计基准期），在规定的条件下（结构正常的设计、施工、使用和维修条件），完成预定功能（如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等）的能力。需要说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠度的分析就是要合理地确定结构的可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。简而言之，进行建筑结构设计的基本目的就是要采取最经济的手段，使结构在设计基准期内，具有各种预期的功能 

　　2.高层建筑混凝土结构优化的注意事项 

　　建筑的质量一直是建筑的硬性衡量指标，对于保证高层建筑的质量是对建筑业的新挑战。随着高度的增加，楼体的稳定性会下降，如何在两者之间做到共存，就需要在设计和结构上做文章。因此在设计高层时就要经过充分的考虑，将施工的用途环境进行严格的推演和论证，确保设计的合理，确保高层建筑的稳定性和安全性。 

　　（1）结构设计人员一定要在设计之初就要积极参与概念设计，将美观和实用结合起来。在进行结构设计时一定要考虑高层建筑的应力分配情况，尽量将外形设计的平整对称，确保建筑的受力和内部的应力分配均匀，不会存现局部受力过大的现象。一旦设计上过分追求美观，采取的结构形态不合理极容易造成建筑垮塌。确定了设计的大致方向才能指导后续的图纸设计。 

　　（2）一些企业常会有超出规则性的要求，这时就需要进行平面结构的优化，充分考虑变动后对整个建筑的影响，针对要求对平面的结构进行调整，不然盲目的进行加固设计，不仅会造成大量的成本浪费，还会影响整个建筑的质量。因此高层建筑的平面结构优化是非常中要的。 

　　（3）在建筑时一定要充分考虑建筑的平面布置和竖向布置，这两种布置的平整规则合乎标准，那么建筑的其他指标也较容易达成。否则，在没有框架的条件下，盲目的进行各部分施工，就会使得各部分缺少联系和制约，可能每项单独都符合标准但聚集到一起就会出现偏差，没有考虑整体的结构分布，不仅耗费的资本，也影响建筑的实用性能。 

　　3高层建筑混凝土结构的优化设计的具体方法 

　　高层建筑混凝土结构的优化设计首先得适应于高层建筑结构设计，而且要追求接近最优解。当前，国内外学者对此的主要追求目标是结构的各个构件的内力都达到最大承载力。其实，在构件优化方面，很多学者已经进行过研究工作，但到目前为止，仍没有一个满足各种结构设计规范条件，符合设计人员习惯，尽可能接近最优解，能够适用于高层建筑结构设计的成熟的数学模型，因此，追求各个构件的内力都达到最大承载力就成为大家的目标。优化设计，关键是要有整体和局部的概念，要从整体入手，落实到局部，整体和局部“两手抓”。下面，就混凝土结构的优化设计提出三个具体方法。 

　　3.1合理使用高强砼和高强钢筋，建筑的总造价包括上部结构的材料、基础及施工等费用，构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大，设计中合理使用高强钢筋（如梁、板筋采用三级钢）可有效降低用钢量，节约成本。如果高层建筑位于深厚软弱地基上，由于作用于地基上 

　　的荷载很大，合理使用高强砼和高强钢筋优化构件截面尺寸，减轻结构自重，将会降低基础施 

　　工的难度和造价，取得显著的经济效果。同时，对于地震区的高楼，地震作用的大小几乎与建筑自重成正比，减轻自重能够减小结构的地震荷载，有利于提高结构的安全度。认为，在设计中合理的使用高强砼和高强钢筋，能快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，降低用钢量，减轻建筑自重，最终达到降低造价的目的。 

　　3.2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。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。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。 

　　3.3注重剪力墙的平面布置。注重剪力墙的平面布置主要应注意以下几点：a.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。b.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。c.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。d.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。综上所述，高层建筑混凝土结构的优化设计可以从诸多方面入手，更加合理，有效地节约成本。 

　　4.结语 

　　高层建筑混凝土结构优化设计可以从多方面入手，大力发展建筑材料的力学性质，加大对建筑结构的研究，这些都能起到降低施工成本的作用。人们随着生活水平的提高对建筑的要求也越来越多，这也说明建筑业要不断对设计进行创新和优化，增加建筑的舒适指数，才能继续发展。 

　　参考文献： 

　　[1]任廷坚.高层混凝土基友的优化设计探析[J].建材发展导向.2014.