如何優化建筑混凝土結構設計

周強茂　陳茗宇　劉飛飛

（中聯西北工程設計研究院有限公司　陜西　西安　710082）

如何優化建筑混凝土結構設計

周強茂陳茗宇劉飛飛

（中聯西北工程設計研究院有限公司陜西西安710082）

近幾年，建筑結構設計在我國各個城市的建設中迅速發展，人們越來越重視研究建筑混凝土結構設計。本文簡單介紹了建筑各種混凝土結構特點以及建筑結構的設計特點，并對如何優化建筑混凝土結構設計提供了一些對策。

優化；建筑混凝土；結構設計

引言

近幾年，伴隨著我國社會主義經濟的快速發展，各種建筑結構在全國各個城市日益增加。他們多樣化、新穎別致、復雜化等特點給我國城市化的建設提供嶄新的面貌的同時也給建筑混凝土的結構設計者帶來了嚴酷的挑戰。本文提供了優化建筑混凝土結構設計的方法，供各位參考。

1　建筑混凝土結構

當今社會上采取的建筑混凝土結構主要分為；鋼筋混凝土結構、組合結構、新型結構、智能建筑幾種，這個順序便是建筑結構的具體發展史。

1.1鋼筋混凝土結構

鋼筋混凝土結構具有很多優勢：抗腐蝕強、整體性較好、舒適度較好、成本低、剛度大、位移不大和維護方便等特點，以上特點都是鋼結構所不能相比的。此外，我國的混凝土增強技術（例如非金屬配筋和新型預應力鋼棒等）不斷發展，而且鋼管混凝土、高強混凝土、輕混凝土和鋼混凝土等理論方面的技術已達到成熟。所以，我們應當重新重視鋼筋混凝土材料，我國多數建筑中也應當應用鋼筋混凝土現澆結構。

1.2組合結構

建筑的組合結構除了具備鋼筋混凝土結構的優勢之外，還具備科技含量高、大量節約鋼材、施工進程快、降低成本、動力工作性能優異和環境污染少等優勢，其中的節約鋼材是因為它的混凝土在鋼管中形成三軸的受壓狀態能夠提升自身的承載力。所以，組合結構能夠在某些情況下取代鋼筋混凝土結構和鋼結構，應用于建筑結構中，并且也被廣泛應用于造船、冶金、電力和交通等方面。

1.3新型結構

以前的高層建筑結構體系有剪力墻體系、框架體系、框架-剪力墻體系等三個類型，然而新型結構體系主要依據組成筒體的方式來進行區分，其中主要有筒中筒體系、多束筒體系、框筒體系三種。新型結構體重的筒體跟傳統的單片平面的結構有所不同，放在水平力下可以將其看成固定在基礎上的箱型結構，其具備更大的抗側剛度和承載力，當今這種新型筒體結構已經廣泛應用于用途較多、功能較多和層數較多的高層建筑中。

基本公共服務的發展水平，不僅表現為人均享受的水平，而且表現為社會成員間分享的均等化程度。中國城鄉間、地區間、不同人群間的發展差距，突出表現在獲取基本公共服務的機會和結果上存在的巨大不均等。這不僅會影響經濟增長潛力的發揮和社會發展的穩定，也將極大地影響全面小康目標的實現。黨的十六屆六中全會提出“逐步實現基本公共服務均等化”，黨的十九大號召“加快推進基本公共服務均等化，縮小收入分配差距”。顯然，推進基本公共服務均等化已成為全面建設小康社會中不可或缺的戰略目標。

1.4智能建筑

智能建筑是現代建筑技術與高新技術產業相結合的產物，在建筑中的應用前景比其他結構更加廣闊。智能建筑主要通過建筑物的系統、管理、結構、服務四個要素其中的內在聯系，用最優化的設計提供最安全、便利、舒適、快捷和高投資、高效率的投資環境。

2　建筑結構設計中應當考慮的因素

建筑結構為了設計合理以求達到延性良好、剛度適宜、強度足夠的要求，在設計時應當綜合考慮各個方面的因素。

2.1側向力

無論低層建筑還是高層建筑，其都承受著地震力、風和垂直載荷（如雪載、活載和自重等）等外力。只不過較低層的建筑所受到的水平力較少，而高層建筑受到的水平力隨層數的增加而不斷增大。所以，在設計建筑結構時，應當對地震力和水平荷載能夠影響結構內力、結構變形和建筑物土建造價等控制因素進行著重考慮。

2.2適宜的剛度

高層建筑隨著高度的增加側向位移會逐漸增大，所以，在建筑機構設計的時候應當充分考慮建筑結構具有足夠的強度和合理的自振頻率等因素，從而使得在水平力作用下建筑的側向位移能夠處于一定的范圍內。

高層建筑相比于低層建筑其結構要相對柔性一些，若受到地震力的作用也更容易發生變形。所以，在建筑結構設計時應首先使其具有足夠的強度，其次通過概念設計以及合理的構造去提升建筑結構整體的變形能力，以求保證建筑結構在進行塑性變形的階段仍然具備很強的變形能力，即具備較強的延性，從而避免了建筑在大地震的作用下產生坍塌的現象，造成人民的生命財產損失。

3　優化建筑結構設計的措施

3.1剪力墻設計

高層建筑必有良好的變形可塑能力，想要提升這一方面便應當采取一些措施防止其被剪切破壞。遇到一道抗震墻其截面較長時應當與洞口配合去壁紙弱連梁，使得槍口劃分為多肢墻、小開口墻，從而保證每個墻段的高度比都高于2。建筑工程的弱連梁在地震時需滿足各層連梁的總體的約束彎矩少于該墻段的總地震彎矩的20％；連梁的狀況同樣需要在標準內，這樣才能防止墻肢出現全截面的問題，這對整個建筑都是極其嚴重的。另外一方面，為了節能降耗且防止出現過低的連梁強度，在對連梁進行施工時應當做好各方面的工作。當連梁成為普通小梁時，墻肢便成為了單肢墻，單肢墻延性減弱，因為單肢墻僅有一道抗震防線，超靜定次數也極少，地震出現后將出現很大程度的損壞。當今，很多設計師在操作的時候會將結構中的門洞連梁，這種變化極大降低了建筑結構的抗震能力。

一般來說，我們應當嚴格控制把握連梁的剛度，考慮到剪力墻過大的剛度，其中的連梁在水平力作用下回因較大的內力而出現超出截面允許值的情況，處理的時候應當先屈服于此類連梁，保證連梁能夠形成塑性鉸而不出現脆性的破壞。我們應當確保連梁達到了強剪弱彎中的要求，在連梁剛度這一方面做好不同程度的控制。

3.2超長結構的混凝土干縮變形和溫度變形

建筑工程的關鍵部門便是鋼筋混凝土結構，建筑施工標準對此結構的規定便是在室內條件下現澆的框架結構伸縮縫需要嚴格控制間距，其間距不能超出55m，然而現澆剪力墻的結構伸縮縫最大間距便是45m。如果在露天的環境下，更應當嚴格控制結構伸縮縫的間距，運用以上的工程結構主要能夠處理好如下兩方面問題：

3.2.1干縮裂縫

在凝固硬化現澆混凝土過程中往往會產生收縮應力，整個結構就會產生干縮裂縫，這種結構形式越長，其所造成的干縮裂縫便越大。

3.2.2結構控制

運用超長的結構應與當地的季節變化相符合，大氣溫度的變化將會使得建筑結構出現熱脹冷縮的現象，如此很容易造成結構出現溫度裂縫。此外，越長的結構對溫度產生的作用便越大，這在很多建筑工程中極難避免。如果比照建筑工程中的規定去布置伸縮縫，往往會造成雙梁、雙柱、雙墻，如此會對建筑的防水構造和立面處理造成不便。當今建筑工程企業主要采用的措施是在分布混凝土之后進行澆帶，把較大的樓板面積劃分為較小的區格，首先便是結合混凝土去對小的區格進行澆筑，在小區格干縮變形后再澆筑區格之間的預留帶，這種方法能夠有效預防出現干縮裂縫，維護了建筑結構的正常。

3.3設置外伸桁架加強層

采取分段拼裝通體剪力墻和外伸桁架的剛接，與此同時剛接的時候桁架應當貫通且均勻分布于抗側力墻體。如此才能夠使得在受力均勻同時還能夠彎曲變形通體剪力墻部分轉化成框架柱軸向的變形，進而減小在水平作用力下樓層的側移。

3.4增加外圍框架剛度和承載力

為了增加外圍框架剛度和承載力可以采用剛性連接梁和外圍的框架平面內柱的方法。

4　結束語

綜上所述，在設計建筑混凝土結構時，應當充分考慮建筑在活載、自重等垂直荷載和在地震力、風等水平載荷等因素，務必保證建筑結構具備適宜的剛度、良好的延性和足夠的強度。與此同時，對建筑結構的總體系和主體系間的最好受力要求進行明確，確定出最好的結構結構計算模型、結構方案和內力數據，給今后的施工提供幫助，使其做到“快、好、省”，為人們提供一個快捷、舒適。便利、安全和高投資、高效率的投資環境，保障人們的人身財產安全。

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[2]徐銀夫.關于高層建筑結構設計的研究[J].科技經濟市場，2014（02）：58～59.

[3]閡小雙.概念設計在建筑結構設計中的意義[J].科技咨詢導報，2014 （02）：28～29.

TU973+.12

A

1673-0038（2015）17-0005-02

2015-4-6

周強茂（1985-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事建筑結構設計工作。

陳茗宇（1986-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事建筑結構設計工作。

劉飛飛（1984-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事建筑結構設計工作。