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高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

盛承財(cái)

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本文針對(duì)鋼筋混凝土材質(zhì)高層建筑中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出幾點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的建議。

建筑結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土；優(yōu)化

一、高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)要求

高層建筑指高度超過(guò)一定水平的建筑物。其高度界定各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不一，我國(guó)高層建筑指超過(guò)十層的民用或其他用途建筑物。與低層建筑相比，高層建筑受力結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，需要考慮因素更多。首先，高層建筑建設(shè)完成在使用過(guò)程中需要承受來(lái)自建筑本身的縱向壓力，即豎向荷載，同時(shí)還有風(fēng)力對(duì)其造成的橫向壓力，即橫向荷載。其次，高層建筑的外觀應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，比如對(duì)于其高寬比有明確規(guī)定，只有當(dāng)建筑高寬比達(dá)標(biāo)時(shí)，才能全面綜合的保障建筑的穩(wěn)定性。最后，高層建筑應(yīng)當(dāng)對(duì)于各種自然、地質(zhì)災(zāi)害有較強(qiáng)防御能力，因?yàn)榇箫L(fēng)、地震等災(zāi)害對(duì)高層建筑的危害遠(yuǎn)大于低層建筑。所以高層建筑的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)建筑施工各方面，如混凝土質(zhì)量、施工人員技術(shù)水平等要求較高。

需要注意的是在對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，必須滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)要求，在確保其安全性與穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行。

二、如何優(yōu)化高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)方案的確定對(duì)于之后進(jìn)行的結(jié)構(gòu)計(jì)算以及施工圖制作有極大的影響，簡(jiǎn)而言之，只有確定一種合理、科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案后，之后兩步才能順利、有序地進(jìn)行。所以在對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分重視這一部分的優(yōu)化。具體可以采取的優(yōu)化措施有三類，第一，在確定結(jié)構(gòu)方案時(shí)，讓結(jié)構(gòu)工程師參與其中。建筑師需要做到的就是確保建筑的外形美觀，而結(jié)構(gòu)工程師需要做到就是確保建筑的結(jié)構(gòu)安全。讓兩者同時(shí)參與到結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中能讓兩種思想融會(huì)貫通，最終產(chǎn)生安全與美觀兼?zhèn)涞慕ㄖY(jié)構(gòu)方案。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的原則包括建筑外形的簡(jiǎn)潔、美觀、規(guī)則以及對(duì)稱，盡量保證建筑機(jī)構(gòu)抗側(cè)剛度中心與建筑平面形心、建筑質(zhì)量中心三點(diǎn)重合，保證建筑立面形狀規(guī)則、并且分布規(guī)則、均勻，避免讓建筑外形上產(chǎn)生過(guò)多的外凸以及內(nèi)凹。第二，使建筑擁有直接、簡(jiǎn)單的受力、傳力途徑。簡(jiǎn)潔的受力、傳力途徑能減少建筑在建設(shè)過(guò)程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用量，完成對(duì)建筑造價(jià)成本的控制。過(guò)于復(fù)雜的受力、傳力結(jié)構(gòu)需要用到更多用于轉(zhuǎn)換力的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，會(huì)造成建筑成本的大幅增加。第三，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)。目前全球建筑都面臨著地震類地質(zhì)危害等問(wèn)題，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)考慮建筑的抗震性能是十分必要的。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)工程師通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐以及總結(jié)得出的經(jīng)驗(yàn)，合理利用能保證建筑的實(shí)際抗震性能與預(yù)期抗震性能達(dá)到統(tǒng)一。

（二）優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算這一項(xiàng)原本極為復(fù)雜的工作變得十分簡(jiǎn)便，顯著降低了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的工作難度，并且可以讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師通過(guò)不斷調(diào)整輸入的數(shù)據(jù)在短時(shí)間完成大量的計(jì)算，從而得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于提升我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平有極大的促進(jìn)作用。但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在使用計(jì)算機(jī)軟件的時(shí)候需要注意：第一，在使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，需要將大量的數(shù)據(jù)、圖形資料，在輸入完成后，操作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要作用有正確認(rèn)識(shí)，輸入完成后進(jìn)行全面的檢查與核對(duì)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第二，正確設(shè)置計(jì)算機(jī)計(jì)算參數(shù)。計(jì)算參數(shù)的設(shè)置對(duì)于計(jì)算結(jié)果起到了決定性的作用，在設(shè)置參數(shù)時(shí)需要考慮兩方面的因素，工程造價(jià)與建筑安全，遵循的原則就是在保證建筑安全系數(shù)達(dá)標(biāo)的情況下盡量減少建筑的結(jié)構(gòu)造價(jià)成本。第三，不能過(guò)分依賴計(jì)算機(jī)軟件，使用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)與計(jì)算后需要對(duì)其提供的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判斷。計(jì)算機(jī)的由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性難免會(huì)發(fā)生故障，同時(shí)其要求在構(gòu)建計(jì)算模型時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，并且其中遵循的計(jì)算規(guī)則是對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的最低要求，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，完成對(duì)其合理性、科學(xué)性的評(píng)判。

（三）優(yōu)化建筑圖紙制作

建筑施工圖紙直接用于指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工過(guò)程，所以在其設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循三項(xiàng)原則，這里重點(diǎn)講解的是建筑的結(jié)構(gòu)施工部分。首先，施工圖紙面向的是施工現(xiàn)場(chǎng)，也就是說(shuō)需要施工人員能對(duì)圖紙有正確的理解，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要規(guī)范地進(jìn)行各類符號(hào)的標(biāo)記，同時(shí)建筑施工圖紙中的說(shuō)明內(nèi)容中不能包含可能產(chǎn)生歧義的內(nèi)容，確保施工人員理解的準(zhǔn)確性。其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)與施工現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員以及施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，將施工中需要注意的部分詳細(xì)地說(shuō)明，并與施工技術(shù)人員進(jìn)行協(xié)商，保證各項(xiàng)施工過(guò)程的可操作性。最后，結(jié)構(gòu)施工盡量選用從業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，施工經(jīng)驗(yàn)多的施工人員進(jìn)行，保證施工質(zhì)量，從而保證建筑的整體安全。

（四）合理選用各類施工材料

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，最常使用的兩種材料分別為鋼筋與混凝土。以下針對(duì)這兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。1、鋼筋的選用。我國(guó)對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑中的鋼筋型號(hào)有明確規(guī)定，要求在進(jìn)行材料選用時(shí)要盡量使用HRB400、HRB500等普通熱軋帶肋鋼筋，避免HRB355熱軋帶肋鋼筋的使用。同時(shí)結(jié)構(gòu)施工中通過(guò)高強(qiáng)鋼筋的合理應(yīng)用能有效減少建筑施工中需要付出的結(jié)構(gòu)成本。2、混凝土的選用?；炷凉に嚱?jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，在現(xiàn)代社會(huì)依然有極大的應(yīng)用空間，究其原因就是其根據(jù)現(xiàn)代建筑的需求進(jìn)行了大量的創(chuàng)新。在建筑結(jié)構(gòu)施工中選用現(xiàn)代高強(qiáng)度混凝土能在保證建筑安全的情況下完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體積的縮小，并且此種混凝土還具有形變系數(shù)小，耐久度高的特點(diǎn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)施工時(shí)選用高強(qiáng)度的材料能顯著降低建筑成本，通常能節(jié)約15%左右的混凝土使用量。

結(jié)語(yǔ)

想要實(shí)現(xiàn)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，需要從建筑結(jié)構(gòu)的各方各面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)建筑的外形、功能以及安全各方面進(jìn)行全面的考慮，實(shí)現(xiàn)建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足用戶使用需求、減少建筑建設(shè)成本的同時(shí)確保建筑使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。

[1]趙騰，等.高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)研究的探析[J].城市建設(shè)理論研究，2013（14）.

[2]趙揚(yáng).鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究，2013（04）.

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