【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是用鋼筋和混凝土制成的一種結(jié)構(gòu)。本文分析了在多高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中常遇到的幾個(gè)問(wèn)題及采取的對(duì)應(yīng)措施。

【關(guān)鍵詞】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，房屋建筑設(shè)計(jì)水平也在不斷的提高，綜合性建筑的發(fā)展使建筑平面布置和體型變化日趨復(fù)雜化。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)繁重而又責(zé)任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和美觀。近年來(lái)由于全國(guó)各地土地、人工和材料價(jià)格的大幅上漲，開(kāi)發(fā)商的建筑成本不斷增加，然而為了追求經(jīng)濟(jì)利益與生存空間，促使開(kāi)發(fā)商充分利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，使有限的空間得到最充分的利用，有限資源發(fā)揮最大的利用價(jià)值。

1、多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化現(xiàn)狀

自從六十年代以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行了大量的工作，對(duì)象涉及土木工程的各個(gè)方面，例如房屋結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)，以及一些特殊的建筑物。Krishnamoorthy等人曾綜述土建結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的情況，在優(yōu)化理論及最優(yōu)化計(jì)算方法的研究方面已經(jīng)有了很大的發(fā)展，例如初期的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法以及后來(lái)崛起的最優(yōu)性準(zhǔn)則，近來(lái)兩者又有結(jié)合的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。Vachajitpan對(duì)鋼梁最重采用了兩階段的優(yōu)化方法。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展的各種要求，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)慢慢地被設(shè)計(jì)人員所重視，工程投資者了更加注重用較少的投資來(lái)?yè)Q取更大的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用，進(jìn)行參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作，將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化下部的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等步驟，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了建筑產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1地基設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題

在建筑工程的地基設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于地下室底板設(shè)計(jì)中容易忽視附加應(yīng)力的作用及影響，這種附加應(yīng)力是由建筑物沉降而引起的，在實(shí)際的工程施工中，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)與地下室底板在上部建筑物的重力載荷作用下，會(huì)發(fā)生一定程度的變形沉降，如果不將附加應(yīng)力考慮進(jìn)去，勢(shì)必會(huì)影響地下室底板的安全性和穩(wěn)定性。在采用天然地基的情況之下，附加應(yīng)力的影響會(huì)更加顯著，因此需要在地下室底板與持力層之間采取支護(hù)的保護(hù)措施，如果變形與總沉降的程度較小，可以在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施。對(duì)于減小附加應(yīng)力作用的各種辦法的采用，需要根據(jù)具體的工程要求與地質(zhì)、季節(jié)等客觀因素來(lái)進(jìn)行選擇。

2.2上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一些剪力墻的分布不夠均勻，甚至出現(xiàn)單肢剛度過(guò)大的剪力墻，這就導(dǎo)致應(yīng)力過(guò)于集中，為建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性埋下安全隱患，一旦該單肢出現(xiàn)問(wèn)題，其影響較大，波及的范圍較大，最終對(duì)鋼筋混凝土工程造成嚴(yán)重的損害。其次，與框剪結(jié)構(gòu)相連接的一些基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，如連梁等構(gòu)件，其設(shè)計(jì)本身就具有一定的難度與專(zhuān)業(yè)性，如果剪力墻的布置不夠均勻，出現(xiàn)剛度參差不齊的現(xiàn)象，就會(huì)增加與框剪結(jié)構(gòu)連接的接觸性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度。

3、鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

3.1保證結(jié)構(gòu)傳力路線簡(jiǎn)捷

在抗震設(shè)計(jì)中，建筑平面、立面布置都要簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，減少偏心，剛度中心與質(zhì)量中心盡量重合。結(jié)構(gòu)的傳力路線要簡(jiǎn)捷明了。在荷載作用下，結(jié)構(gòu)的傳力路線越短，越直接，結(jié)構(gòu)的工作效能越高，耗費(fèi)的建材也就越少。

3.2結(jié)構(gòu)體系的選型方面

由于大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)體系，可以做到房間不露出粱柱，有效空間大、隔音效果較好，當(dāng)采用鋼制模板時(shí)，墻面和樓板表面平整并且不需要在濕作業(yè)的情況下抹灰。另外該結(jié)構(gòu)體系不但用鋼量少、施工周期短、造價(jià)低，還具有整體性強(qiáng)、側(cè)向剛度大等優(yōu)點(diǎn)，有利于抗風(fēng)抗震，所以自九十年代起建筑結(jié)構(gòu)體系基本上采用大開(kāi)間現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了進(jìn)一步降低建筑造價(jià)，近幾年來(lái)部分地區(qū)越來(lái)越多地采用短肢剪力墻與筒體或一般剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。這個(gè)結(jié)構(gòu)體系也屬于剪力墻結(jié)構(gòu)的一種，它的特點(diǎn)是建筑平而布置更具靈活性，并且又能節(jié)省鋼筋和混凝土用量，減輕建筑的總重量，從而降低地基基礎(chǔ)造價(jià)。

3.3注意加強(qiáng)構(gòu)造措施

4、結(jié)論

優(yōu)化設(shè)計(jì)追求的是安全、經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。在優(yōu)化過(guò)程中，一般應(yīng)采取辦法減小構(gòu)件截面，減薄板厚，采用較矮的梁高，合理地增大樓層凈高，減少剪力墻等做法，這些做法減少了混凝土用量，減輕了結(jié)構(gòu)自重，合理的減低了結(jié)構(gòu)剛度，減小了地震力，優(yōu)化的結(jié)果不是犧牲了安全度而是提高了結(jié)構(gòu)安全度。

我國(guó)工程院院士程耿東這樣談?wù)撛O(shè)計(jì)優(yōu)化：“在建筑領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可行而且十分符合節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展觀。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種基于計(jì)算機(jī)的快速自動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以在滿足規(guī)范等約束條件下得優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，降低成本造價(jià)，提高結(jié)構(gòu)性能，增大使用空間，縮短施工工期，是設(shè)計(jì)者追求的終極目標(biāo)……在建筑領(lǐng)域應(yīng)用和推廣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更有著不同尋常的意義，對(duì)設(shè)計(jì)單位、開(kāi)發(fā)商、百姓都是好消息，它是惠及百姓的環(huán)保設(shè)計(jì)理念，具有前瞻性，會(huì)帶來(lái)多贏”。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是工程結(jié)構(gòu)能夠滿足約束的條件時(shí)按照預(yù)定的方案找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。就是結(jié)合原來(lái)的設(shè)計(jì)方案、新的工藝和設(shè)備、新材料的投入，對(duì)局部的設(shè)計(jì)進(jìn)行改變，不僅要滿足技術(shù)和功能可行性的要求，還要節(jié)約材料使工程造價(jià)明顯降低。要想做到結(jié)構(gòu)優(yōu)化，應(yīng)該選擇最優(yōu)的最合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能夠影響整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗。