钢筋混凝土结构设计优化分析

张丽萍

（海门市建筑设计院有限公司）

钢筋混凝土结构设计优化分析

张丽萍

（海门市建筑设计院有限公司）

钢筋混凝土结构是建筑的主要结构形式，其设计优化至关重要，关系着建筑的安全性及经济性。本文将对钢筋混凝土结构设计进行优化分析，以供参考。

钢筋混凝土；结构设计；影响因素；优化分析

1　前言

随着建筑行业的快速发展和进步，城市建筑数量不断增加，其质量也受到人们的重视。混凝土结构是建筑的主要结构形式，其质量的好坏将关系到建筑的质量。

2　钢筋混凝土结构设计的原则及优化设计

2.1钢筋混凝土结构的实用性原则

设计的钢筋混凝土结构必须具有实用性，实用是钢筋混凝土结构的主要要求，只有突出钢筋混凝土结构的实用性，整个钢筋混凝土结构设计也才能适应市场的需要，也才能满足使用者的各类需求，钢筋混凝土结构的设计工作也才能找到实施的基础。

2.2钢筋混凝土结构的安全性原则

钢筋混凝土结构设计过程中应该突出安全，一方面要确保钢筋混凝土结构施工过程中安全目标的实现，要为钢筋混凝土结构施工创造一个安全的环境，这是进行钢筋混凝土结构设计的必要前提。另一方面要确保钢筋混凝土结构使用的安全，力争在建筑物和钢筋混凝土结构的使用寿命中做到对安全的保证，这是对建筑功能和使用者人身安全的重要基础。

2.3钢筋混凝土结构的整体性原则

应该将钢筋混凝土结构的设计工作进一步深化，使整体性原则得到进一步落实，让整个钢筋混凝土结构达到一个性能综合、结构连续的整体，在实现对建筑物功能维护的同时，确保整个工程的统一。

2.4优化设计方法

在钢筋混凝土结构设计的过程中出了对结构参数的优化外，还需要对建筑的整体造价进行优化，在保证建筑使用功能和质量的前提下对结构设计进行优化，一般情况下建筑的结构优化主要从结构计算方法的优化、结构设计规范的理解、设计参数取值的优化、高性价比材料的选用、构造的合理设计等几个方面进行考虑，根据建筑结构的具体方法和侧重点的角度对建筑的结构优化进行优化，在建筑结构设计优化的过程中我们要保证设计要符合相关标准和规范的要求，不能超出设计规范的要求。在钢筋混凝土结构优化的过程中结构的计算是至关重要的，我们要根据相关的标准要求进行计算，通过结算结果选择合适的优化方案。在优化的过程中我们注意取值的准确性，避免由于取值不准确造成建筑结构受力产生影响。

3　混凝土结构设计的影响因素与措施

3.1地基变形的影响

地基变形的影响对于高层建筑而言尤为突出。一般而言，高层建筑设计大多是将上部结构、基础和地基划分为彼此独立的结构单元进行分析，往往忽略了基础变形和位移。而建筑物在施工和使用过程中，这种变化影响是客观存在的，设计时若不考虑这一影响，与工程实际出入很大。要确保地基、基础和上部结构之间的安全性，必须确保在变形后原来彼此接触或连接的部位满足变形协调条件，否则，上部结构内力与常规设计理论值有很大差距，比如对于框架结构而言，底层梁柱和边跨梁柱处尤为明显，甚至会出现严重开裂。实践和不少研究结果都表明，在设计中应该把地基、基础与上部结构视为一个统一的整体，分别进行分析，同时考虑三者共同作用，在此基础上来考虑地基基础的设计。

3.2平面布置不对称的影响

对称结构是高层建筑结构布置的原则要求之一，不对称结构是建筑艺术的重要表现形式。但从结构的角度来说，由于非对称结构的质心与刚心不重合，在外力作用下，即使是地面平动，也会引起结构扭转振动，导致远离刚心刚度较小的构件产生较大的侧移量，其所分担的水平地震剪力也显著增大，极易超出允许抗力和变形极限而发生结构的严重破坏，甚至导致建筑物的整体性破坏。当建筑层数多、结构复杂时，上部结构的偏心引起的扭转效应也会在下层积累，从而对下层产生不利影响。所以，为了保证结构安全性能，设计人员在进行结构布置时，要考虑工程的对称性对工程结构的影响，保证结构本身的抗扭刚度。比如对于剪力墙结构而言，从受力情况分析，抗震墙沿房屋周边布置的方案具有较大的抗倾覆能力，要优于将抗震墙在房屋内部布置的方案。如果平面布置不对称，将形成薄弱部位，平面刚度就会产生突变，这时就需要合理设置防震缝来进行解决。

3.3设计软件的影响

目前，结构设计软件品种很多，但各有使用条件。这就要求设计者要根据工程情况选择合适的设计软件，注意设计参数的选择。根据工程实践，可以首选空间分析程序对混凝土结构进行整体分析，根据工程结构的复杂程度选择不同计算理论的空间分析程序。对于设有较大中庭的建筑，由于楼面刚度受到较大削弱，选用薄壁柱理论的三维杆系空间程序计算就不太妥当，而选用有楼板分块刚性假定的基于壳体理论的三维组合结构有限元方法分析计算就比较合理。如果由于抗震需要通过防震缝把建筑分成几个独立结构单元的情况，应把各个结构单元分别输入进行计算，绘图时再拼成一个工程，因为在振动状态下各个结构单元是独立振动的。另外，设计参数选择也要引起重视，设计人员要根据规范要求和工程实践经验，依据工程特点有针对地适当修改计算参数。还比如，现浇板对框架的刚度增大是客观存在，不考虑其对结构的影响也是不安全的，在设计中也应采用修订的数值。所以，采用程序提供的缺省数值，有可能造成大的计算误差，导致结构安全性能的不足。

4　建筑结构的抗震设计

抗震概念设计在高层建筑抗震设计中很重要，结构抗震设计复杂性，并且有许多不确定和不确知的因素，所以很难精确地计算出结构的抗震能力，准确的得到结构在地震作用下的真实反映更是难上加难。因此对于结构的抗震设计，细致的计算分析和抗震概念设计都是非常重要的。

在地震作用下特别不规则结构的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震缝将其划分为若干个独立的抗震单元，使各个结构单元成为规则的结构，抗震缝两侧结构类型不同时按照需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。地震区建筑进行抗震设计时，除了应保证结构满足承载力及侧翼限制要求外，还应满足延性要求和具有良好的耗能性能，要实现“中震可修，大震不倒”的原则这是基本措施。钢筋混凝土结构要实现延性结构必须通过良好的延性设计。抗震高层建筑的延性通过合理选用结构体系、合理布置结构、对构建及其节点采取各种构造措施等才能实现，施工质量的良莠对结构的延性也有很大的影响。延性设计不是通过计算实现的，所以，保证结构的延性要通过抗震等级要求及加强构造措施等方法。

必须保证梁、柱、墙构建均具备足够的延性，这样钢筋混凝土结构才能具有一定的延性，才能设计出延性框架和延性剪力墙。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”是框架结构应遵循的设计原则，截面尺寸的合理选择，柱轴压比，剪跨比，箍筋选配的控制，以及核芯区的构造措施都是框架结构抗震设计的重要内容。框架-剪力墙结构和剪力墙结构设计为实现延性设计应符合“强墙弱梁，强剪弱弯”原则，还应该限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件提高剪力墙的抗震性能，并且加强重点部位。

5　结束语

总之，混凝土结构设计要引起相关单位的重视，在设计的过程中我们要根据建筑的结构进行详细的计算，在保证不降低建筑质量的情况下提高结构的稳定性和安全性，保证质量和安全。

[1]李润泉.钢筋混凝土结构设计探讨[J].科技视界，2014（9）：83.

[2]刘昱彤.钢筋混凝土结构的检测与评定[J].山西建筑，2014，40（13）：59～ 60.

TU375

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2015-6-5