淺談高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

1、<p>　　淺談高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略</p><p>　　摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市中的高層建筑甚至是超高層建筑逐漸增多，混凝土結(jié)構(gòu)成為建筑的主要結(jié)構(gòu)。但是高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工也需要較高的技術(shù)，設(shè)計(jì)者需要重點(diǎn)加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的牢固性，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低工程的總體成本。本文對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求和原則進(jìn)行了分析，并在認(rèn)識(shí)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)注意

2、事項(xiàng)的基礎(chǔ)上分析混凝土結(jié)構(gòu)的具體優(yōu)化措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；策略 </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口的急劇增加，城市高層建筑逐漸增多，高層建筑對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施工提出了進(jìn)一步的要求。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)意識(shí)，運(yùn)用技術(shù)手段進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要選用合適的結(jié)構(gòu)材料，制定合理的結(jié)構(gòu)施工方案，提高混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高

3、層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求和原則 </p><p>　　1、設(shè)計(jì)要求。隨著城市高層建筑的增多，建筑的牢固性以及穩(wěn)定性受到人們的重視，高層建筑不僅要滿足建筑使用功能的要求，還要堅(jiān)持成本節(jié)約的原則。高層建筑的典型特點(diǎn)是混凝土結(jié)構(gòu)的承載力較大，需要接受豎向和橫向的荷載，設(shè)計(jì)者需要對(duì)不同方向的受力情況進(jìn)行充分的考慮，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力。受

4、材料和施工質(zhì)量的影響，混凝土結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)者需要對(duì)混凝土進(jìn)行技術(shù)處理，控制水泥水熱化和混凝土溫度，使用預(yù)拌泵送混凝土。高層建筑混凝土需要運(yùn)送到高層，只有加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行精心的組織和施工，施工問題才能最大限度的減少。 </p><p>　　2、基本原則。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則是在滿足建筑功能要求的基礎(chǔ)上提高結(jié)構(gòu)的可靠度。建筑結(jié)構(gòu)功能一般包括安全性、耐久性和適用性，結(jié)構(gòu)

5、的安全性要求混凝土結(jié)構(gòu)必須能夠承受整體的壓力，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。耐久性要求建筑能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的使用年限，而適用性是指混凝土結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、裂縫和變形都不能超過設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求?；炷两Y(jié)構(gòu)可靠度是指建筑在正常的設(shè)計(jì)、施工和使用條件下能夠?qū)崿F(xiàn)建筑的預(yù)定功能，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)和安全適用的要求。 </p><p>　　二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本方法 </p><

6、p>　　1、準(zhǔn)確的把握和理解設(shè)計(jì)規(guī)范。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法一般包括性能、拓?fù)浜统叽鐑?yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要從初步的設(shè)計(jì)階段開始，聘請(qǐng)技術(shù)人員和專家進(jìn)行全程的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，對(duì)施工過程進(jìn)行控制，確保設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)構(gòu)件截面尺寸、參數(shù)取值以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員需要掌握設(shè)計(jì)規(guī)范，注意設(shè)計(jì)規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)取值的匹配性，控制材料強(qiáng)度，確定配筋量和承臺(tái)高度，進(jìn)行抗震墻設(shè)計(jì)。 </p>

7、<p>　　2、結(jié)構(gòu)計(jì)算方法優(yōu)化?；炷两Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括了尺寸優(yōu)化、性能優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化，尺寸優(yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)加強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法的優(yōu)化。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是憑經(jīng)驗(yàn)確定構(gòu)件的截面尺寸和結(jié)構(gòu)體系，并在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行校核計(jì)算，設(shè)計(jì)方法比較被動(dòng)。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法要首先確定結(jié)構(gòu)型式、剪力墻布置和柱網(wǎng)尺寸，在分析和調(diào)整的基礎(chǔ)上確定最合理的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、構(gòu)件截面尺寸、配筋量以及鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行配筋

8、計(jì)算的時(shí)候，要在經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上選擇合理的截面尺寸和構(gòu)件布置形式。 </p><p>　　3、設(shè)計(jì)參數(shù)取值優(yōu)化。只有提高設(shè)計(jì)參數(shù)取值的精確性，混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果才能實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑荷載計(jì)算時(shí)，要對(duì)建筑高度、長(zhǎng)度以及墻體開動(dòng)影響進(jìn)行整體的考慮，墻體高度不包括鋼筋混凝土梁板的高度，墻體混凝土長(zhǎng)度也不包括墻柱長(zhǎng)度和洞口面積。此外，設(shè)計(jì)者要合理確定場(chǎng)地類別、抗震消防烈度、風(fēng)載體型系數(shù)，在綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行不同

9、的計(jì)算和組合，確定最終的荷載分項(xiàng)系數(shù)。 </p><p>　　4、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。首先，概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是在分析建筑性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行有組織的、有層次的和有目的的設(shè)計(jì)活動(dòng)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的方法，在滿足建筑性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)橫向和豎向布置的規(guī)則、簡(jiǎn)單和均勻，合理分布承載力和剛度，避免應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)的塑性變形集中，提高設(shè)計(jì)方案的合理性。其次，設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)進(jìn)行延性設(shè)計(jì)和內(nèi)力

10、重分布設(shè)計(jì)。延性結(jié)構(gòu)可以使截面形成塑性鉸，塑性鉸可以吸收和消散地震能量，提高抗震效果。設(shè)計(jì)人員可以使用彎矩調(diào)幅法來計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，彎矩調(diào)幅系數(shù)一般是0.8。此外，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行地震力計(jì)算時(shí)可以采用振型分解反應(yīng)譜法，通過振型正交性和振型分解來進(jìn)行解耦，計(jì)算振型的效應(yīng)和地震作用，使用平方或者是開方的辦法來組合振型作用，確定建筑結(jié)構(gòu)的總作用效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性和合理性，在優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上提高建筑的抗震性和整體承載力

11、，實(shí)現(xiàn)建筑的整體功能。 </p><p>　　三、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體策略 </p><p>　　1、結(jié)構(gòu)材料的選用。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的主要材料是鋼筋和混凝土，設(shè)計(jì)者要在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上規(guī)定建筑材料的型號(hào)和規(guī)格，盡量選用性價(jià)比比較高的材料。首先，鋼筋選用，常用的鋼筋型號(hào)包括HRB400、HRB335和HRB235，性價(jià)比較高的鋼筋是HRB400，設(shè)計(jì)者可以優(yōu)先選用HRB400

12、進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。HRB400可以最大限度的節(jié)約用鋼量。其次，混凝土選用。不同等級(jí)的混凝土價(jià)格是不同的，混凝土強(qiáng)度在很大程度上影響著剪力墻軸壓比，但是對(duì)結(jié)構(gòu)梁的影響不大，設(shè)計(jì)者要在綜合考慮混凝土強(qiáng)度和配筋率之間關(guān)系的基礎(chǔ)上選擇合適強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。在實(shí)際施工的過程中，梁板應(yīng)該選用C25～C30，按照軸壓比控制柱混凝土強(qiáng)度和剪力墻強(qiáng)度，建筑外墻以及結(jié)構(gòu)柱的混凝土強(qiáng)度是不同的。下圖是混凝土結(jié)構(gòu)示意圖。 </p><p>

13、　　2、高強(qiáng)度鋼筋和混凝土的使用。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心是在保證建筑使用功能的基礎(chǔ)上最大限度的降低工程造價(jià)，建筑的造價(jià)包括了基礎(chǔ)施工費(fèi)用和材料費(fèi)用，鋼筋用量以及建筑構(gòu)件截面尺寸影響著工程總造價(jià)，合理使用高強(qiáng)度的鋼筋以及混凝土，優(yōu)化構(gòu)件的截面尺寸，降低工程的造價(jià)和難度。地震區(qū)的高層建筑要合理確定建筑的自重，在降低用鋼量的基礎(chǔ)上最大限度減輕結(jié)構(gòu)地震荷載，降低工程整體造價(jià)。 </p><p>　　3、提高建筑

14、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的均勻性。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，要力求結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單有型，控制結(jié)構(gòu)的突出部分長(zhǎng)度和平面長(zhǎng)度，建筑的豎向體型應(yīng)該均勻、規(guī)則，結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度應(yīng)該是下大上小，注意結(jié)構(gòu)以及受力的均勻變化，避免使用不規(guī)則結(jié)構(gòu)。均勻性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可以提高建筑的適用性和美觀性，還可以將墻柱截面尺寸和單位面積控制在合理的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)承載力和剛度的合理分布，降低工程總體造價(jià)，取得最大的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。 </p><p><b&

15、gt;　　四、結(jié)束語： </b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市中的人口越來越多，更多的高層建筑出現(xiàn)。高層建筑自身承載力較大，建筑的造價(jià)較高，設(shè)計(jì)者需要在保證建筑使用功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制墻柱截面面積，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的均勻性。設(shè)計(jì)者要充分的掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在提高參數(shù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，降低工程總體造價(jià)，提高高層建筑的經(jīng)濟(jì)性、適用性和安全性。參

16、考文獻(xiàn)： </p><p>　　[1]楊磊.論高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 建筑設(shè)計(jì)管理. 2010（03） </p><p>　　[2]張啟照.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J]. 福建建材. 2010（02） </p><p>　　[3]徐民彥.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 安徽建筑. 2010（03） </p><p>　　[4]