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

1、<p>　　淺談高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計策略</p><p>　　摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化建設(shè)進程的加快，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)計者需要重點加強混凝土結(jié)構(gòu)的牢固性，進行混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，降低工程的總體成本。本文對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求和原則進行了分析，并在認識高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)注意

2、事項的基礎(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；策略 </p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口的急劇增加，城市高層建筑逐漸增多，高層建筑對混凝土結(jié)構(gòu)施工提出了進一步的要求。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不僅要增強經(jīng)濟意識，運用技術(shù)手段進行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，實現(xiàn)高

3、層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。 </p><p>　　一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求和原則 </p><p>　　1、設(shè)計要求。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，還要堅持成本節(jié)約的原則。高層建筑的典型特點是混凝土結(jié)構(gòu)的承載力較大，需要接受豎向和橫向的荷載，設(shè)計者需要對不同方向的受力情況進行充分的考慮，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)計者需要對混凝土進行技術(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送到高層，只有加強優(yōu)化設(shè)計，進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到設(shè)計的使用年限，而適用性是指混凝土結(jié)構(gòu)的振動、裂縫和變形都不能超過設(shè)計和規(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、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)計要滿足經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進和安全適用的要求。 </p><p>　　二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工優(yōu)化設(shè)計的基本方法 </p><

6、p>　　1、準確的把握和理解設(shè)計規(guī)范。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法一般包括性能、拓撲和尺寸優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要從初步的設(shè)計階段開始，聘請技術(shù)人員和專家進行全程的設(shè)計指導(dǎo)，對施工過程進行控制，確保設(shè)計方案的經(jīng)濟合理。設(shè)計的過程中需要對構(gòu)件截面尺寸、參數(shù)取值以及混凝土強度等級進行設(shè)計。設(shè)計人員需要掌握設(shè)計規(guī)范，注意設(shè)計規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)取值的匹配性，控制材料強度，確定配筋量和承臺高度，進行抗震墻設(shè)計。 </p>

7、<p>　　2、結(jié)構(gòu)計算方法優(yōu)化。混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括了尺寸優(yōu)化、性能優(yōu)化和拓撲優(yōu)化，尺寸優(yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵，設(shè)計者要重點加強工程結(jié)構(gòu)計算分析方法的優(yōu)化。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計都是憑經(jīng)驗確定構(gòu)件的截面尺寸和結(jié)構(gòu)體系，并在分析計算的基礎(chǔ)上進行校核計算，設(shè)計方法比較被動。優(yōu)化設(shè)計方法要首先確定結(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度等級、構(gòu)件截面尺寸、配筋量以及鋼筋的強度等級。設(shè)計者在進行配筋

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

9、的計算和組合，確定最終的荷載分項系數(shù)。 </p><p>　　4、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)注意的問題。首先，概念設(shè)計。概念設(shè)計是在分析建筑性能的基礎(chǔ)上進行有組織的、有層次的和有目的的設(shè)計活動，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要運用概念設(shè)計的方法，在滿足建筑性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)橫向和豎向布置的規(guī)則、簡單和均勻，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)計方案的合理性。其次，設(shè)計者要重點進行延性設(shè)計和內(nèi)力

10、重分布設(shè)計。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)計人員可以使用彎矩調(diào)幅法來計算結(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)計者在進行地震力計算時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行解耦，計算振型的效應(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)計算的準確性和合理性，在優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上提高建筑的抗震性和整體承載力

11、，實現(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)計者要在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上規(guī)定建筑材料的型號和規(guī)格，盡量選用性價比比較高的材料。首先，鋼筋選用，常用的鋼筋型號包括HRB400、HRB335和HRB235，性價比較高的鋼筋是HRB400，設(shè)計者可以優(yōu)先選用HRB400

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

13、　　2、高強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，建筑的造價包括了基礎(chǔ)施工費用和材料費用，鋼筋用量以及建筑構(gòu)件截面尺寸影響著工程總造價，合理使用高強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。 </p><p>　　3、提高建筑

14、結(jié)構(gòu)設(shè)計的均勻性。設(shè)計者在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的同時，要力求結(jié)構(gòu)的簡單有型，控制結(jié)構(gòu)的突出部分長度和平面長度，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)，實現(xiàn)承載力和剛度的合理分布，降低工程總體造價，取得最大的優(yōu)化設(shè)計效果。 </p><p><b&

15、gt;　　四、結(jié)束語： </b></p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化建設(shè)進程的加快，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，建筑的造價較高，設(shè)計者需要在保證建筑使用功能的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，控制墻柱截面面積，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的均勻性。設(shè)計者要充分的掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求，在提高參數(shù)準確性的基礎(chǔ)上提高設(shè)計方案的科學(xué)性，降低工程總體造價，提高高層建筑的經(jīng)濟性、適用性和安全性。參

16、考文獻： </p><p>　　[1]楊磊.論高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計[J]. 建筑設(shè)計管理. 2010（03） </p><p>　　[2]張啟照.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探討[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[J]. 安徽建筑. 2010（03） </p><p>　　[4]