周強(qiáng)茂　陳茗宇　劉飛飛

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司　陜西　西安　710082）

如何優(yōu)化建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

周強(qiáng)茂陳茗宇劉飛飛

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司陜西西安710082）

近幾年，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國(guó)各個(gè)城市的建設(shè)中迅速發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾曆芯拷ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文簡(jiǎn)單介紹了建筑各種混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并對(duì)如何優(yōu)化建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一些對(duì)策。

優(yōu)化；建筑混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

近幾年，伴隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種建筑結(jié)構(gòu)在全國(guó)各個(gè)城市日益增加。他們多樣化、新穎別致、復(fù)雜化等特點(diǎn)給我國(guó)城市化的建設(shè)提供嶄新的面貌的同時(shí)也給建筑混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者帶來了嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。本文提供了優(yōu)化建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，供各位參考。

1　建筑混凝土結(jié)構(gòu)

當(dāng)今社會(huì)上采取的建筑混凝土結(jié)構(gòu)主要分為；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)、智能建筑幾種，這個(gè)順序便是建筑結(jié)構(gòu)的具體發(fā)展史。

1.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢(shì)：抗腐蝕強(qiáng)、整體性較好、舒適度較好、成本低、剛度大、位移不大和維護(hù)方便等特點(diǎn)，以上特點(diǎn)都是鋼結(jié)構(gòu)所不能相比的。此外，我國(guó)的混凝土增強(qiáng)技術(shù)（例如非金屬配筋和新型預(yù)應(yīng)力鋼棒等）不斷發(fā)展，而且鋼管混凝土、高強(qiáng)混凝土、輕混凝土和鋼混凝土等理論方面的技術(shù)已達(dá)到成熟。所以，我們應(yīng)當(dāng)重新重視鋼筋混凝土材料，我國(guó)多數(shù)建筑中也應(yīng)當(dāng)應(yīng)用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

1.2組合結(jié)構(gòu)

建筑的組合結(jié)構(gòu)除了具備鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)之外，還具備科技含量高、大量節(jié)約鋼材、施工進(jìn)程快、降低成本、動(dòng)力工作性能優(yōu)異和環(huán)境污染少等優(yōu)勢(shì)，其中的節(jié)約鋼材是因?yàn)樗幕炷猎阡摴苤行纬扇S的受壓狀態(tài)能夠提升自身的承載力。所以，組合結(jié)構(gòu)能夠在某些情況下取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，并且也被廣泛應(yīng)用于造船、冶金、電力和交通等方面。

1.3新型結(jié)構(gòu)

以前的高層建筑結(jié)構(gòu)體系有剪力墻體系、框架體系、框架-剪力墻體系等三個(gè)類型，然而新型結(jié)構(gòu)體系主要依據(jù)組成筒體的方式來進(jìn)行區(qū)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(jié)構(gòu)體重的筒體跟傳統(tǒng)的單片平面的結(jié)構(gòu)有所不同，放在水平力下可以將其看成固定在基礎(chǔ)上的箱型結(jié)構(gòu)，其具備更大的抗側(cè)剛度和承載力，當(dāng)今這種新型筒體結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于用途較多、功能較多和層數(shù)較多的高層建筑中。

基本公共服務(wù)的發(fā)展水平，不僅表現(xiàn)為人均享受的水平，而且表現(xiàn)為社會(huì)成員間分享的均等化程度。中國(guó)城鄉(xiāng)間、地區(qū)間、不同人群間的發(fā)展差距，突出表現(xiàn)在獲取基本公共服務(wù)的機(jī)會(huì)和結(jié)果上存在的巨大不均等。這不僅會(huì)影響經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)潛力的發(fā)揮和社會(huì)發(fā)展的穩(wěn)定，也將極大地影響全面小康目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。黨的十六屆六中全會(huì)提出“逐步實(shí)現(xiàn)基本公共服務(wù)均等化”，黨的十九大號(hào)召“加快推進(jìn)基本公共服務(wù)均等化，縮小收入分配差距”。顯然，推進(jìn)基本公共服務(wù)均等化已成為全面建設(shè)小康社會(huì)中不可或缺的戰(zhàn)略目標(biāo)。

1.4智能建筑

智能建筑是現(xiàn)代建筑技術(shù)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，在建筑中的應(yīng)用前景比其他結(jié)構(gòu)更加廣闊。智能建筑主要通過建筑物的系統(tǒng)、管理、結(jié)構(gòu)、服務(wù)四個(gè)要素其中的內(nèi)在聯(lián)系，用最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供最安全、便利、舒適、快捷和高投資、高效率的投資環(huán)境。

2　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的因素

建筑結(jié)構(gòu)為了設(shè)計(jì)合理以求達(dá)到延性良好、剛度適宜、強(qiáng)度足夠的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各個(gè)方面的因素。

2.1側(cè)向力

無論低層建筑還是高層建筑，其都承受著地震力、風(fēng)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(shù)的增加而不斷增大。所以，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)地震力和水平荷載能夠影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形和建筑物土建造價(jià)等控制因素進(jìn)行著重考慮。

2.2適宜的剛度

高層建筑隨著高度的增加側(cè)向位移會(huì)逐漸增大，所以，在建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)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(cè)向位移能夠處于一定的范圍內(nèi)。

高層建筑相比于低層建筑其結(jié)構(gòu)要相對(duì)柔性一些，若受到地震力的作用也更容易發(fā)生變形。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先使其具有足夠的強(qiáng)度，其次通過概念設(shè)計(jì)以及合理的構(gòu)造去提升建筑結(jié)構(gòu)整體的變形能力，以求保證建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行塑性變形的階段仍然具備很強(qiáng)的變形能力，即具備較強(qiáng)的延性，從而避免了建筑在大地震的作用下產(chǎn)生坍塌的現(xiàn)象，造成人民的生命財(cái)產(chǎn)損失。

3　優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

3.1剪力墻設(shè)計(jì)

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(yīng)當(dāng)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(zhǎng)時(shí)應(yīng)當(dāng)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(gè)墻段的高度比都高于2。建筑工程的弱連梁在地震時(shí)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(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，這樣才能防止墻肢出現(xiàn)全截面的問題，這對(duì)整個(gè)建筑都是極其嚴(yán)重的。另外一方面，為了節(jié)能降耗且防止出現(xiàn)過低的連梁強(qiáng)度，在對(duì)連梁進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)當(dāng)做好各方面的工作。當(dāng)連梁成為普通小梁時(shí)，墻肢便成為了單肢墻，單肢墻延性減弱，因?yàn)閱沃珘H有一道抗震防線，超靜定次數(shù)也極少，地震出現(xiàn)后將出現(xiàn)很大程度的損壞。當(dāng)今，很多設(shè)計(jì)師在操作的時(shí)候會(huì)將結(jié)構(gòu)中的門洞連梁，這種變化極大降低了建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。

一般來說，我們應(yīng)當(dāng)嚴(yán)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(nèi)力而出現(xiàn)超出截面允許值的情況，處理的時(shí)候應(yīng)當(dāng)先屈服于此類連梁，保證連梁能夠形成塑性鉸而不出現(xiàn)脆性的破壞。我們應(yīng)當(dāng)確保連梁達(dá)到了強(qiáng)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)的混凝土干縮變形和溫度變形

建筑工程的關(guān)鍵部門便是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑施工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此結(jié)構(gòu)的規(guī)定便是在室內(nèi)條件下現(xiàn)澆的框架結(jié)構(gòu)伸縮縫需要嚴(yán)格控制間距，其間距不能超出55m，然而現(xiàn)澆剪力墻的結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距便是45m。如果在露天的環(huán)境下，更應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)伸縮縫的間距，運(yùn)用以上的工程結(jié)構(gòu)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(xiàn)澆混凝土過程中往往會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，整個(gè)結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫，這種結(jié)構(gòu)形式越長(zhǎng)，其所造成的干縮裂縫便越大。

3.2.2結(jié)構(gòu)控制

運(yùn)用超長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)與當(dāng)?shù)氐募竟?jié)變化相符合，大氣溫度的變化將會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，如此很容易造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。此外，越長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)溫度產(chǎn)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(guī)定去布置伸縮縫，往往會(huì)造成雙梁、雙柱、雙墻，如此會(huì)對(duì)建筑的防水構(gòu)造和立面處理造成不便。當(dāng)今建筑工程企業(yè)主要采用的措施是在分布混凝土之后進(jìn)行澆帶，把較大的樓板面積劃分為較小的區(qū)格，首先便是結(jié)合混凝土去對(duì)小的區(qū)格進(jìn)行澆筑，在小區(qū)格干縮變形后再澆筑區(qū)格之間的預(yù)留帶，這種方法能夠有效預(yù)防出現(xiàn)干縮裂縫，維護(hù)了建筑結(jié)構(gòu)的正常。

3.3設(shè)置外伸桁架加強(qiáng)層

采取分段拼裝通體剪力墻和外伸桁架的剛接，與此同時(shí)剛接的時(shí)候桁架應(yīng)當(dāng)貫通且均勻分布于抗側(cè)力墻體。如此才能夠使得在受力均勻同時(shí)還能夠彎曲變形通體剪力墻部分轉(zhuǎn)化成框架柱軸向的變形，進(jìn)而減小在水平作用力下樓層的側(cè)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(nèi)柱的方法。

4　結(jié)束語

綜上所述，在設(shè)計(jì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑在活載、自重等垂直荷載和在地震力、風(fēng)等水平載荷等因素，務(wù)必保證建筑結(jié)構(gòu)具備適宜的剛度、良好的延性和足夠的強(qiáng)度。與此同時(shí)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的總體系和主體系間的最好受力要求進(jìn)行明確，確定出最好的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、結(jié)構(gòu)方案和內(nèi)力數(shù)據(jù)，給今后的施工提供幫助，使其做到“快、好、省”，為人們提供一個(gè)快捷、舒適。便利、安全和高投資、高效率的投資環(huán)境，保障人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。

[1]蘇英.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2013 （16）：37～38.

[2]徐銀夫.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2014（02）：58～59.

[3]閡小雙.概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意義[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2014 （02）：28～29.

TU973+.12

A

1673-0038（2015）17-0005-02

2015-4-6

周強(qiáng)茂（1985-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

陳茗宇（1986-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

劉飛飛（1984-），男，助理工程師，碩士研究生，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。