淺論建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

張華

摘要：本文從建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開，研究和分析了混凝土結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求的基礎(chǔ)上，分析了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。同時(shí)，考慮混凝土結(jié)構(gòu)及其塑性問題，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的成本優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，以及在此過程中應(yīng)注意的問題，從而提出相應(yīng)的混凝土優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法，目前在城市建設(shè)發(fā)展中建筑所占的地位越來越重要，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性為設(shè)計(jì)師也會(huì)增加了困難。

關(guān)鍵詞：建筑混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）13-179-02

引言

隨著城市化的發(fā)展，土地資源也日益減少，建筑成為城市發(fā)展的象征，城市建筑的地位在這個(gè)過程中野變得越來越重要。然而，由于現(xiàn)代建筑的建筑高度較高，即使是最常見的混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也是非常復(fù)雜的。從設(shè)計(jì)到施工只要任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤就可能導(dǎo)致建筑存在安全隱患，甚至導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的崩潰。因此，建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。有一份職責(zé)心來保證居民安全。

1.當(dāng)前鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的不足

1.1地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有待提高

地基部分是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，地基穩(wěn)定性在很大程度上影響鋼筋混凝土建筑的整體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但在當(dāng)前的一些鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有不同程度的地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致地基的穩(wěn)定性是不夠的，通常表現(xiàn)在地基承載能力不能滿足建筑實(shí)際的需求，引發(fā)沉降、移動(dòng)等問題，另一方面地基受力分布平衡性也是不足的，容易導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力不均勻而引起毀壞兩個(gè)方面。

1.2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在不足。

框架結(jié)構(gòu)作為鋼筋混凝土建筑中的主要支撐結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有著很大的影響，而當(dāng)前的一些鋼筋混凝土建筑工程中框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍然存在一些缺點(diǎn)，主要問題包括角度、橫梁的控制不佳、結(jié)構(gòu)的整體協(xié)調(diào)性不強(qiáng)，并且這些設(shè)計(jì)問題容易導(dǎo)致建筑的使用過程中潛在的安全隱患發(fā)生，對(duì)于這種不足的情況必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而也將導(dǎo)致建設(shè)項(xiàng)目成本的增加。

1.3設(shè)計(jì)中存在預(yù)應(yīng)力分配失衡問題。

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力問題比較常見，基本是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、受力等因素引起，從而干擾鋼筋混凝土的受力，無法標(biāo)準(zhǔn)分配預(yù)應(yīng)力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力問題必須使用科學(xué)計(jì)算和專業(yè)的分配，才能達(dá)到平衡分配的狀態(tài)。

2.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的基本要求

2.1功能要求

雖然在不同的時(shí)期建筑結(jié)構(gòu)有不同的設(shè)計(jì)要求，但在設(shè)計(jì)使用年限就功能需求來說是一樣的具體要求，有以下三個(gè)方面：

安全性建筑結(jié)構(gòu)具有一定的抵抗力，根據(jù)設(shè)計(jì)要求承受各方面的作用力對(duì)自然災(zāi)害和突發(fā)狀況有一定的抵抗能力。

適用性建筑結(jié)構(gòu)要能夠具有設(shè)計(jì)預(yù)期的使用要求，而且變形，振動(dòng)和裂縫等情況要在規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)生，保證建筑的正常使用。

耐久性建筑的保護(hù)層厚度應(yīng)當(dāng)符合規(guī)定裂縫的寬度，需要控制在范圍內(nèi)。另外要嚴(yán)把把控好剛進(jìn)的抗銹蝕性能

2.2可靠要求

結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的期限內(nèi)，在指定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，結(jié)構(gòu)可靠性的概率是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。結(jié)構(gòu)可靠度的分析就是要去合理地確定結(jié)構(gòu)的可靠度水平，可靠度就是使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)符合先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全、保證質(zhì)量的需求。

總之建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本目的是采用最經(jīng)濟(jì)手段，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，擁有各種預(yù)期的功能。

2.3概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)人員一定要注意概念設(shè)計(jì)，在建筑方案階段就應(yīng)積極參與，利用自己的專業(yè)知識(shí)作出建議，在滿足適用、美觀的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)平面布局和垂直布局很簡單，均勻，規(guī)則，甚至。因此，結(jié)構(gòu)體系就會(huì)具有合理的剛度和承載力的分布。要避免由于局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生了過多的應(yīng)力集中或塑性變形集中。

3.具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1高強(qiáng)鹼和高強(qiáng)鋼筋的合理使用

建筑的總造價(jià)一般包括框架結(jié)構(gòu)建筑的材料，建筑施工和基本材料費(fèi)用等等，而其中用鋼數(shù)量和建筑橫截面積對(duì)建設(shè)房屋造價(jià)的影響較大，因此，合理的使用高強(qiáng)鹼和高強(qiáng)度鋼筋在建筑設(shè)計(jì)過程中可以有效的控制建筑用鋼量，從而大幅度的節(jié)約了建筑成本。如果建筑的設(shè)計(jì)是厚軟的地基之上進(jìn)行，那么由于大荷載的建筑矗立在地基上，高效、合理的使用高強(qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)鹼來優(yōu)化結(jié)構(gòu)橫截面積，以減輕結(jié)構(gòu)的重量，這將大大降低工程造價(jià)和基礎(chǔ)設(shè)施的施工難度，最終以取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。對(duì)于我國一些在震區(qū)的建筑樓房來說，地震力的作用力大小是和建筑的自重成正相關(guān)的，所以有目的的降低建筑物自重，并進(jìn)一步控制建筑結(jié)構(gòu)在地震中的荷載。可以大大提高建筑的安全性。在建筑設(shè)計(jì)中合理高效的使用高強(qiáng)度的鋼筋和收藏鹼，能夠有效縮小梁、墻、板、柱等的構(gòu)件截面積，達(dá)到減少鋼鐵的用量，降低工程造價(jià)的目的。

3.2注意剪力墻的平面布置。

注意剪刀墻的平面布局重點(diǎn)要注重以下幾點(diǎn)：

a.在結(jié)構(gòu)平面布局中，需要在滿足建筑功能的基礎(chǔ)上，剪力墻應(yīng)沿周邊均勻，相對(duì)集中布局。在建筑物的樓梯間、平面形狀發(fā)生變化及承載較大的部位應(yīng)當(dāng)有剪刀墻的布置，墻與墻之間的距離不宜太大。

b.在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻應(yīng)雙向布置在沿主軸方向或另一個(gè)方向上，剪力墻結(jié)構(gòu)要具有抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)避免只有單向的墻的結(jié)構(gòu)布置形式。

c.應(yīng)當(dāng)以簡單、規(guī)則為原則設(shè)計(jì)剪力墻墻肢截面，剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜太大。

d.設(shè)計(jì)中應(yīng)注意盡可能減少短肢剪力墻的數(shù)量，不應(yīng)全部使用具有短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.3綜合考慮平面性狀、各部分的剛度和承載力三個(gè)方面

首先要遵循的原則是以平面結(jié)構(gòu)形狀簡單的規(guī)則，將長度和隆起部分控制在一定的范圍內(nèi)垂直方向的布置要采用規(guī)則均勻的結(jié)構(gòu)形狀。其次均勻分布每個(gè)部分的剛度和承載力，垂直布局要采用下大上小向剛度要均勻變化的規(guī)則結(jié)構(gòu)形狀。有時(shí)候會(huì)因?yàn)閲?yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，卻導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造型不夠美觀，在這種情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就需要專注于結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，以及在整個(gè)設(shè)計(jì)在保證建筑結(jié)構(gòu)合理適用的前提下美化建筑的外部形象。

3.4注重結(jié)構(gòu)抗震性能

要特別強(qiáng)調(diào)混合結(jié)構(gòu)體系的建筑在混凝土簡體的延性以及簡體的承載能力方面的合理性。在建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能方面，需根據(jù)不同高度的建筑來選擇鋼柱的設(shè)置位置和設(shè)置方法。當(dāng)建筑高度還沒有超過130m時(shí)抗震設(shè)防等級(jí)水平多為7級(jí)：簡體四角和樓面鋼梁與型鋼混凝土梁的交接處設(shè)置型鋼柱，建筑整體結(jié)構(gòu)的高度通常高于130米的，在簡體四角中鋼柱的位置抗震設(shè)防等級(jí)設(shè)置為7，8，9級(jí)避免外圍框架具有不符合標(biāo)準(zhǔn)的剛度和承載力。如果加強(qiáng)外圍框架剛度和水平承載力想通過剛性連接外圍框架平面內(nèi)柱和梁的方法來，減少水平作用力使樓層側(cè)移的可能性可使用下列的方法：均勻布置貫通性的剛接析架與抗側(cè)力墻體：設(shè)置加強(qiáng)層水平外伸構(gòu)件：利用簡體剪力墻與分段拼裝外伸析架剛接的方法。

3.5地下室層數(shù)處理

多層性的房屋框架結(jié)構(gòu)通常是設(shè)置地下室結(jié)構(gòu)。由于隔墻分區(qū)較少所以常使用板筏基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將上層結(jié)構(gòu)和地下室層數(shù)結(jié)合一起考慮，并且在地下室圖紙中根據(jù)實(shí)際層數(shù)計(jì)算。同時(shí)，通過對(duì)側(cè)層剛度系數(shù)的比較分析，可以正確的調(diào)整并判斷相應(yīng)的內(nèi)嵌的房屋位置，并采取適當(dāng)?shù)募庸淌┕ご胧_保樓板的最小配筋率和必要的厚度：如果當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出縱向不規(guī)則結(jié)構(gòu)時(shí)，就需要重點(diǎn)檢查最薄弱層。

4.總結(jié)

在如今的人類社會(huì)中，隨著人民生活水平的逐步改善，在我們的日常生活中房屋的質(zhì)量問題也逐漸體現(xiàn)出來。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，可需要充分發(fā)揮建筑材料的力學(xué)特點(diǎn)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，以獲得理想的低成本造價(jià)且實(shí)用的設(shè)計(jì)。隨著建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，建筑的數(shù)量將不斷增加，但其中最重要的要保證對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量的把關(guān)，做到其中結(jié)構(gòu)的理想優(yōu)化和設(shè)計(jì)。

總之，在設(shè)計(jì)建筑的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分考慮建筑建所在地的風(fēng)和地震等水平荷載和自重、活載等垂直荷載等因素。同時(shí)確保建筑結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)膭偠群土己玫难有浴Ｕ麄€(gè)系統(tǒng)之間具有清晰的總體系結(jié)構(gòu)和主要體系間的最佳受力要求，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案、內(nèi)里數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，幫助未來建筑的建設(shè)和使用可以快速省力，為人們提供一個(gè)安全、快捷、方便、舒適的空間和高效率的環(huán)境，保證人們生命和財(cái)產(chǎn)安全。