高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

徐斌

【摘要】自從改革開(kāi)放以后，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)都得到了巨大的發(fā)展，整體的行業(yè)水平穩(wěn)步提高，其中，建筑行業(yè)的提升水平是比較快的。近些年來(lái)，高層建筑的自身發(fā)展趨勢(shì)也越來(lái)越呈現(xiàn)出技術(shù)表現(xiàn)綜合化、創(chuàng)作觀念多元化、建筑形象個(gè)性化和近地空間城市化等特點(diǎn)，而在對(duì)鋼筋混凝土高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其中有許多的重點(diǎn)和細(xì)節(jié)需要加以注意，本文主要對(duì)高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、混凝土

一、前言

隨著我國(guó)人民生活水平的逐步提高，在日常生活中由于振動(dòng)致使的人體的舒適問(wèn)題逐漸體現(xiàn)出來(lái)。但是由于土地價(jià)格不斷上漲，使得開(kāi)發(fā)商的建筑總成本在不斷地增加，這就給開(kāi)發(fā)商的成本控制帶來(lái)了極大壓力，因此降低工程造價(jià)就成為開(kāi)發(fā)商首要的追求目標(biāo)了，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)就需要利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)人們對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的信任度和穩(wěn)定性

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念及意義

1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

本文涉及的“建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)”這一概念主要是指其廣義上的含義，是科學(xué)的涵蓋建筑各個(gè)方面的結(jié)構(gòu)綜合，不同于“結(jié)構(gòu)分析”。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化從一開(kāi)始的結(jié)構(gòu)選型入手就已經(jīng)開(kāi)始了，之后加之對(duì)構(gòu)件的布置和每一個(gè)設(shè)計(jì)程序的優(yōu)化，優(yōu)化選用準(zhǔn)確的建筑工程材料，上述各環(huán)節(jié)共同構(gòu)成了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并產(chǎn)生最優(yōu)的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括許多步驟，如建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型；選取優(yōu)化方法；確定目標(biāo)函數(shù)、約束條件、變量；確定計(jì)算機(jī)計(jì)算方法；對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析等。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義

隨著對(duì)耕地的不斷保護(hù)和城市化進(jìn)程的加快，高層建筑的建設(shè)也十分迅速，因此對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。首先，高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是控制建造成本最有效的武器。結(jié)構(gòu)成本（鋼筋、混凝土、砌體等材料費(fèi)）約占建造成本的60%以上，而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般可以節(jié)省結(jié)構(gòu)成本的10～40%，即節(jié)省建造成本的8～30%。其次，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)單位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效補(bǔ)充。設(shè)計(jì)單位水平參差不齊，需要專業(yè)知識(shí)更強(qiáng)的技術(shù)人員把關(guān)。最后，高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有利于節(jié)能節(jié)材，符合國(guó)家“低碳、節(jié)能、環(huán)?！钡睦砟?。

3、選取合理的結(jié)構(gòu)方案

高層建筑結(jié)構(gòu)方案的質(zhì)量高低直接影響著結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的成敗，對(duì)于相同的高層建筑設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案往往是有許多種的，并不唯一。選取不同的高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案會(huì)帶來(lái)造價(jià)、質(zhì)量和美觀性上巨大的差別，所以，依據(jù)一切從實(shí)際出發(fā)的原則，選擇合適的高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案十分重要。

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

1、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，盡量保證建筑平面形心、建筑質(zhì)量中心重合，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。

2、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。

3、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。

4、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。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，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)。但是高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜且繁瑣的工作，要綜合考慮到安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和美觀性。所以，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，這樣才能有效的實(shí)現(xiàn)建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

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