張麗萍

（海門市建筑設(shè)計院有限公司）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析

張麗萍

（海門市建筑設(shè)計院有限公司）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計優(yōu)化至關(guān)重要，關(guān)系著建筑的安全性及經(jīng)濟性。本文將對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化分析，以供參考。

鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；影響因素；優(yōu)化分析

1　前言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展和進步，城市建筑數(shù)量不斷增加，其質(zhì)量也受到人們的重視?；炷两Y(jié)構(gòu)是建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，其質(zhì)量的好壞將關(guān)系到建筑的質(zhì)量。

2　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則及優(yōu)化設(shè)計

2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實用性原則

設(shè)計的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必須具有實用性，實用是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要要求，只有突出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實用性，整個鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計也才能適應(yīng)市場的需要，也才能滿足使用者的各類需求，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作也才能找到實施的基礎(chǔ)。

2.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性原則

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)該突出安全，一方面要確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中安全目標的實現(xiàn)，要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造一個安全的環(huán)境，這是進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要前提。另一方面要確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用的安全，力爭在建筑物和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(chǔ)。

2.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性原則

應(yīng)該將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)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(jié)構(gòu)達到一個性能綜合、結(jié)構(gòu)連續(xù)的整體，在實現(xiàn)對建筑物功能維護的同時，確保整個工程的統(tǒng)一。

2.4優(yōu)化設(shè)計方法

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中出了對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化外，還需要對建筑的整體造價進行優(yōu)化，在保證建筑使用功能和質(zhì)量的前提下對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，一般情況下建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要從結(jié)構(gòu)計算方法的優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的理解、設(shè)計參數(shù)取值的優(yōu)化、高性價比材料的選用、構(gòu)造的合理設(shè)計等幾個方面進行考慮，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的具體方法和側(cè)重點的角度對建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行優(yōu)化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中我們要保證設(shè)計要符合相關(guān)標準和規(guī)范的要求，不能超出設(shè)計規(guī)范的要求。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中結(jié)構(gòu)的計算是至關(guān)重要的，我們要根據(jù)相關(guān)的標準要求進行計算，通過結(jié)算結(jié)果選擇合適的優(yōu)化方案。在優(yōu)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(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生影響。

3　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計大多是將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基劃分為彼此獨立的結(jié)構(gòu)單元進行分析，往往忽略了基礎(chǔ)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(shè)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(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)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(xié)調(diào)條件，否則，上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力與常規(guī)設(shè)計理論值有很大差距，比如對于框架結(jié)構(gòu)而言，底層梁柱和邊跨梁柱處尤為明顯，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴重開裂。實踐和不少研究結(jié)果都表明，在設(shè)計中應(yīng)該把地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)視為一個統(tǒng)一的整體，分別進行分析，同時考慮三者共同作用，在此基礎(chǔ)上來考慮地基基礎(chǔ)的設(shè)計。

3.2平面布置不對稱的影響

對稱結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)布置的原則要求之一，不對稱結(jié)構(gòu)是建筑藝術(shù)的重要表現(xiàn)形式。但從結(jié)構(gòu)的角度來說，由于非對稱結(jié)構(gòu)的質(zhì)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(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動，導(dǎo)致遠離剛心剛度較小的構(gòu)件產(chǎn)生較大的側(cè)移量，其所分擔(dān)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(fā)生結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，甚至導(dǎo)致建筑物的整體性破壞。當(dāng)建筑層數(shù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，上部結(jié)構(gòu)的偏心引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也會在下層積累，從而對下層產(chǎn)生不利影響。所以，為了保證結(jié)構(gòu)安全性能，設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)布置時，要考慮工程的對稱性對工程結(jié)構(gòu)的影響，保證結(jié)構(gòu)本身的抗扭剛度。比如對于剪力墻結(jié)構(gòu)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(yōu)于將抗震墻在房屋內(nèi)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(chǎn)生突變，這時就需要合理設(shè)置防震縫來進行解決。

3.3設(shè)計軟件的影響

目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件品種很多，但各有使用條件。這就要求設(shè)計者要根據(jù)工程情況選擇合適的設(shè)計軟件，注意設(shè)計參數(shù)的選擇。根據(jù)工程實踐，可以首選空間分析程序?qū)炷两Y(jié)構(gòu)進行整體分析，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度選擇不同計算理論的空間分析程序。對于設(shè)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(dāng)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)單元的情況，應(yīng)把各個結(jié)構(gòu)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(tài)下各個結(jié)構(gòu)單元是獨立振動的。另外，設(shè)計參數(shù)選擇也要引起重視，設(shè)計人員要根據(jù)規(guī)范要求和工程實踐經(jīng)驗，依據(jù)工程特點有針對地適當(dāng)修改計算參數(shù)。還比如，現(xiàn)澆板對框架的剛度增大是客觀存在，不考慮其對結(jié)構(gòu)的影響也是不安全的，在設(shè)計中也應(yīng)采用修訂的數(shù)值。所以，采用程序提供的缺省數(shù)值，有可能造成大的計算誤差，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性能的不足。

4　建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

抗震概念設(shè)計在高層建筑抗震設(shè)計中很重要，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計復(fù)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(jié)構(gòu)的抗震能力，準確的得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實反映更是難上加難。因此對于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，細致的計算分析和抗震概念設(shè)計都是非常重要的。

在地震作用下特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)單元成為規(guī)則的結(jié)構(gòu)，抗震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時按照需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型和較低房屋高度確定縫寬。地震區(qū)建筑進行抗震設(shè)計時，除了應(yīng)保證結(jié)構(gòu)滿足承載力及側(cè)翼限制要求外，還應(yīng)滿足延性要求和具有良好的耗能性能，要實現(xiàn)“中震可修，大震不倒”的原則這是基本措施。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要實現(xiàn)延性結(jié)構(gòu)必須通過良好的延性設(shè)計。抗震高層建筑的延性通過合理選用結(jié)構(gòu)體系、合理布置結(jié)構(gòu)、對構(gòu)建及其節(jié)點采取各種構(gòu)造措施等才能實現(xiàn)，施工質(zhì)量的良莠對結(jié)構(gòu)的延性也有很大的影響。延性設(shè)計不是通過計算實現(xiàn)的，所以，保證結(jié)構(gòu)的延性要通過抗震等級要求及加強構(gòu)造措施等方法。

必須保證梁、柱、墻構(gòu)建均具備足夠的延性，這樣鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)才能具有一定的延性，才能設(shè)計出延性框架和延性剪力墻?！皬娭趿骸?、“強剪弱彎”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”是框架結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循的設(shè)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(qū)的構(gòu)造措施都是框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要內(nèi)容?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計為實現(xiàn)延性設(shè)計應(yīng)符合“強墻弱梁，強剪弱彎”原則，還應(yīng)該限制墻肢軸壓比和墻肢設(shè)置邊緣構(gòu)件提高剪力墻的抗震性能，并且加強重點部位。

5　結(jié)束語

總之，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要引起相關(guān)單位的重視，在設(shè)計的過程中我們要根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)進行詳細的計算，在保證不降低建筑質(zhì)量的情況下提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，保證質(zhì)量和安全。

[1]李潤泉.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].科技視界，2014（9）：83.

[2]劉昱彤.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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