鋼筋混凝土結構設計優化分析

張麗萍

（海門市建筑設計院有限公司）

鋼筋混凝土結構設計優化分析

張麗萍

（海門市建筑設計院有限公司）

鋼筋混凝土結構是建筑的主要結構形式，其設計優化至關重要，關系著建筑的安全性及經濟性。本文將對鋼筋混凝土結構設計進行優化分析，以供參考。

鋼筋混凝土；結構設計；影響因素；優化分析

1　前言

隨著建筑行業的快速發展和進步，城市建筑數量不斷增加，其質量也受到人們的重視。混凝土結構是建筑的主要結構形式，其質量的好壞將關系到建筑的質量。

2　鋼筋混凝土結構設計的原則及優化設計

2.1鋼筋混凝土結構的實用性原則

設計的鋼筋混凝土結構必須具有實用性，實用是鋼筋混凝土結構的主要要求，只有突出鋼筋混凝土結構的實用性，整個鋼筋混凝土結構設計也才能適應市場的需要，也才能滿足使用者的各類需求，鋼筋混凝土結構的設計工作也才能找到實施的基礎。

2.2鋼筋混凝土結構的安全性原則

鋼筋混凝土結構設計過程中應該突出安全，一方面要確保鋼筋混凝土結構施工過程中安全目標的實現，要為鋼筋混凝土結構施工創造一個安全的環境，這是進行鋼筋混凝土結構設計的必要前提。另一方面要確保鋼筋混凝土結構使用的安全，力爭在建筑物和鋼筋混凝土結構的使用壽命中做到對安全的保證，這是對建筑功能和使用者人身安全的重要基礎。

2.3鋼筋混凝土結構的整體性原則

應該將鋼筋混凝土結構的設計工作進一步深化，使整體性原則得到進一步落實，讓整個鋼筋混凝土結構達到一個性能綜合、結構連續的整體，在實現對建筑物功能維護的同時，確保整個工程的統一。

2.4優化設計方法

在鋼筋混凝土結構設計的過程中出了對結構參數的優化外，還需要對建筑的整體造價進行優化，在保證建筑使用功能和質量的前提下對結構設計進行優化，一般情況下建筑的結構優化主要從結構計算方法的優化、結構設計規范的理解、設計參數取值的優化、高性價比材料的選用、構造的合理設計等幾個方面進行考慮，根據建筑結構的具體方法和側重點的角度對建筑的結構優化進行優化，在建筑結構設計優化的過程中我們要保證設計要符合相關標準和規范的要求，不能超出設計規范的要求。在鋼筋混凝土結構優化的過程中結構的計算是至關重要的，我們要根據相關的標準要求進行計算，通過結算結果選擇合適的優化方案。在優化的過程中我們注意取值的準確性，避免由于取值不準確造成建筑結構受力產生影響。

3　混凝土結構設計的影響因素與措施

3.1地基變形的影響

地基變形的影響對于高層建筑而言尤為突出。一般而言，高層建筑設計大多是將上部結構、基礎和地基劃分為彼此獨立的結構單元進行分析，往往忽略了基礎變形和位移。而建筑物在施工和使用過程中，這種變化影響是客觀存在的，設計時若不考慮這一影響，與工程實際出入很大。要確保地基、基礎和上部結構之間的安全性，必須確保在變形后原來彼此接觸或連接的部位滿足變形協調條件，否則，上部結構內力與常規設計理論值有很大差距，比如對于框架結構而言，底層梁柱和邊跨梁柱處尤為明顯，甚至會出現嚴重開裂。實踐和不少研究結果都表明，在設計中應該把地基、基礎與上部結構視為一個統一的整體，分別進行分析，同時考慮三者共同作用，在此基礎上來考慮地基基礎的設計。

3.2平面布置不對稱的影響

對稱結構是高層建筑結構布置的原則要求之一，不對稱結構是建筑藝術的重要表現形式。但從結構的角度來說，由于非對稱結構的質心與剛心不重合，在外力作用下，即使是地面平動，也會引起結構扭轉振動，導致遠離剛心剛度較小的構件產生較大的側移量，其所分擔的水平地震剪力也顯著增大，極易超出允許抗力和變形極限而發生結構的嚴重破壞，甚至導致建筑物的整體性破壞。當建筑層數多、結構復雜時，上部結構的偏心引起的扭轉效應也會在下層積累，從而對下層產生不利影響。所以，為了保證結構安全性能，設計人員在進行結構布置時，要考慮工程的對稱性對工程結構的影響，保證結構本身的抗扭剛度。比如對于剪力墻結構而言，從受力情況分析，抗震墻沿房屋周邊布置的方案具有較大的抗傾覆能力，要優于將抗震墻在房屋內部布置的方案。如果平面布置不對稱，將形成薄弱部位，平面剛度就會產生突變，這時就需要合理設置防震縫來進行解決。

3.3設計軟件的影響

目前，結構設計軟件品種很多，但各有使用條件。這就要求設計者要根據工程情況選擇合適的設計軟件，注意設計參數的選擇。根據工程實踐，可以首選空間分析程序對混凝土結構進行整體分析，根據工程結構的復雜程度選擇不同計算理論的空間分析程序。對于設有較大中庭的建筑，由于樓面剛度受到較大削弱，選用薄壁柱理論的三維桿系空間程序計算就不太妥當，而選用有樓板分塊剛性假定的基于殼體理論的三維組合結構有限元方法分析計算就比較合理。如果由于抗震需要通過防震縫把建筑分成幾個獨立結構單元的情況，應把各個結構單元分別輸入進行計算，繪圖時再拼成一個工程，因為在振動狀態下各個結構單元是獨立振動的。另外，設計參數選擇也要引起重視，設計人員要根據規范要求和工程實踐經驗，依據工程特點有針對地適當修改計算參數。還比如，現澆板對框架的剛度增大是客觀存在，不考慮其對結構的影響也是不安全的，在設計中也應采用修訂的數值。所以，采用程序提供的缺省數值，有可能造成大的計算誤差，導致結構安全性能的不足。

4　建筑結構的抗震設計

抗震概念設計在高層建筑抗震設計中很重要，結構抗震設計復雜性，并且有許多不確定和不確知的因素，所以很難精確地計算出結構的抗震能力，準確的得到結構在地震作用下的真實反映更是難上加難。因此對于結構的抗震設計，細致的計算分析和抗震概念設計都是非常重要的。

在地震作用下特別不規則結構的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震縫將其劃分為若干個獨立的抗震單元，使各個結構單元成為規則的結構，抗震縫兩側結構類型不同時按照需要較寬防震縫的結構類型和較低房屋高度確定縫寬。地震區建筑進行抗震設計時，除了應保證結構滿足承載力及側翼限制要求外，還應滿足延性要求和具有良好的耗能性能，要實現“中震可修，大震不倒”的原則這是基本措施。鋼筋混凝土結構要實現延性結構必須通過良好的延性設計。抗震高層建筑的延性通過合理選用結構體系、合理布置結構、對構建及其節點采取各種構造措施等才能實現，施工質量的良莠對結構的延性也有很大的影響。延性設計不是通過計算實現的，所以，保證結構的延性要通過抗震等級要求及加強構造措施等方法。

必須保證梁、柱、墻構建均具備足夠的延性，這樣鋼筋混凝土結構才能具有一定的延性，才能設計出延性框架和延性剪力墻。“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”是框架結構應遵循的設計原則，截面尺寸的合理選擇，柱軸壓比，剪跨比，箍筋選配的控制，以及核芯區的構造措施都是框架結構抗震設計的重要內容。框架-剪力墻結構和剪力墻結構設計為實現延性設計應符合“強墻弱梁，強剪弱彎”原則，還應該限制墻肢軸壓比和墻肢設置邊緣構件提高剪力墻的抗震性能，并且加強重點部位。

5　結束語

總之，混凝土結構設計要引起相關單位的重視，在設計的過程中我們要根據建筑的結構進行詳細的計算，在保證不降低建筑質量的情況下提高結構的穩定性和安全性，保證質量和安全。

[1]李潤泉.鋼筋混凝土結構設計探討[J].科技視界，2014（9）：83.

[2]劉昱彤.鋼筋混凝土結構的檢測與評定[J].山西建筑，2014，40（13）：59～ 60.

TU375

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1673-0038（2015）25-0020-02

2015-6-5