鋼筋混凝土的建筑結構優化設計研究

【摘要】鋼筋混凝土結構以其突出的耐久性、適用性、以及受力性優勢而在當前的高層建筑中得到了廣泛應用。然而，傳統意義上的結構方案在設計上相對比較保守，存在一定的局限性，因此有待在滿足結構使用要求的前提下，對鋼筋混凝土結構進行優化設計。文章即圍繞鋼筋混凝土建筑結構優化設計方面的問題展開探討與分析，望能夠引起本行業工作人員的重視。

【關鍵詞】建筑結構；鋼筋混凝土；設計；優化

在當代社會經濟水平不斷發展的背景下，為了緩解矛盾突出的建筑施工與城市用地問題，高層建筑的建設比例不斷增加。高層建筑層高多，整體高度大，且當前建筑規范中對建筑工程的使用年限有較長要求，故而必須通過建筑結構優化設計的方式，更好的發揮鋼筋混凝土結構的性能優勢，通過對一系列技術手段的綜合應用，得到最佳的結構設計方案，以保障鋼筋混凝土結構的整體安全性與穩定性。

1 鋼筋混凝土建筑結構概述

在高層建筑項目當中，鋼筋混凝土是最為常見的結構形式之一。在對高層建筑項目結構進行設計時，為了最大限度的發揮鋼筋混凝土結構的優勢，增加結構耐久性與穩定性水平，就需要采取各種方法對結構設計方案進行優化。在鋼筋混凝土建筑結構的優化設計中，應當遵循以下幾個方面的基本原則：

第一，優化設計的安全性原則。當前我國所建設建筑項目使用壽命多以70年為目標，建筑結構設計應當以滿足使用年限的要求為前提，加強各方面的設計方案，在使用年限內最大限度的保障建筑結構的穩定性與安全性，確保結構方案能夠應對各種突發性狀況。

第二，優化設計的耐久性原則。在建筑項目的使用年限內，高層建筑項目必須具備一定的耐久性水平，此方面的要求是使建筑結構的整體承載力水平能夠達到規范所要求限度，對結構自重有良好的承載能力。

第三，優化設計的適用性原則。建筑結構中使用鋼筋混凝土的適用性原則要求在建筑結構的使用年限范圍內，高層建筑的結構功能完整且穩定，能夠為居住者提供各項所需的功能，同時兼顧抗震、抗裂縫、以及抗變形的能力，不出現功能方面的問題。

2 如何優化高層建筑鋼筋混凝土結構設計

2.1 優化結構方案設計

從結構平面布置的角度上來說，推薦選擇的結構布置方案有兩種類型，分別為基于豎向荷載作用力傳至柱的結構布置形式，以及基于縱橫雙向框架梁均勻承重的結構布置形式。其中，前者強調荷載傳輸路徑的最短化，在該方案下，要求框架梁以及框梁柱等結構的布置位置以上下層墻體對齊軸線為首選方案，以確保墻體荷載能夠通過框架梁傳輸至框架柱內。而在次梁布置時，則需要盡可能的縮短屋面恒活在相對于框架梁的傳力路線長度，進而起到控制梁體布置數量的目的。而后者所強調的則是實現縱向與橫向框架梁結構的均勻承重，以提高結構整體抗震能力，并且可以使柱截面大小更加的合理與穩定。

下圖（如圖1所示）為高層建筑中一種比較理想的次梁布置形式，該結構方案中橫向側梁均設置為一級側梁，沿內走廊墻下側梁則設置為二級側梁，若將圖1中A軸～B軸跨次梁調整為沿縱向居中布置的方案，會導致邊柱一級頂層角柱受壓水平一級配筋量的增大，可能使頂層柱截面尺寸形成為控制截面尺寸。

圖1：次梁結構布置方案示意圖

2.2 優化建筑結構計算

高層建筑項目鋼筋混凝土結構中，若結構填充墻體所使用材料為砌體材料，則在對周期進行計算時，折減系數的取值應當調整為0.6～0.7區間；若結構填充墻體材料為輕質砌塊材料，墻體材料用量相對較低，周期計算中對結構優化計算的折減系數取值應當以0.7～0.8為取值區間；而針對以輕質墻板為材料的填充墻體而言，在周期計算中折減系數的推薦取值為0.9。

還需要注意的一點是，在對頂蓋結構以及建筑框架結構進行計算時，由于結構實際剛度水平會因填充墻的設置而產生提高，可能會出現實際剛度>設計剛度的情況，導致計算周期遠遠超過實際周期，這也就意味著計算得到的結構剪力水平<實際結構剪力水平，對房屋建筑結構安全性有不良影響。故而，就要求在建筑結構周期的計算中適當折減計算周期，以提高計算數據的準確性，確保結構性能安全。

2.3 優化基礎結構方案

基礎結構作為影響整個鋼筋混凝土結構性能的重要因素之一，可以結合高層建筑的實際需求以及結構設計規范，對基礎結構設計方案進行適當的調整與優化。例如，可以對主樓與裙樓基礎進行分別設計，根據前期地質勘探資料，對主樓與裙樓采取不同的基礎方案，基礎底板或樁基承臺要按照經驗和計算結果設置，不得隨意增加厚度或加大鋼筋。例如在地下室基礎的初步設計工作中，原初步設計地下室基礎擬全部采用筏板基礎，經審核計算后，提出純地下室基礎部分采用獨立基礎加抗浮底板及抗浮錨桿的做法能做到節約鋼筋、混凝土。同時保證結構安全，施工簡便，能達到更加節省工程成本目的。故而，以地下室基礎結構為例，可以采取增加抗浮錨桿的措施對方案進行優化。

3 結語

高層建筑是當前建筑工程領域最為主要的建筑形式之一，由于其高度較高，故而對結構穩定性與耐久性有非常嚴格的要求。在當前的高層建筑結構設計施工中，最常用的結構形式為鋼筋混凝土結構。有關研究中分析認為，高層建筑結構功能的影響因素眾多，包括環境、人員、技術等。在結構方案的優化設計中，必須以安全性、耐久性、以及適用性為基本原則，從結構方案、建筑結構計算、基礎結構方案這些方面進行優化，以保障建筑結構的穩定、耐久。

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