钢筋混凝土建筑结构优化设计解析.doc

1、1钢筋混凝土建筑结构优化设计解析摘要：钢筋混凝土建筑结构设计是一个循环往复的复杂过程,所以设计人应能够正确面对困难与挑战，执行的规范,规程应根据具体工程区别对待，对地方标准应补充和延伸，设计要创新，观念适应市场经济，重视结构概念设计的重要性，对结构软件计算结果应有正确的判断和分析这样才能保证结构设计的最终准确性与经济性。本文作者结合多年来的工作经验，对钢筋混凝土建筑结构优化设计进行了研究，具有重要的参考意义。 关键词：钢筋混凝土建筑；结构；优化设计 中图分类号： S611 文献标识码： A 结构优化设计是通过合理的结构布置，科学的计算论证，采取一定的措施来达到合理节约工程造价的一种设计方法。文

2、章主要以优化结构方案及其构造措施入手，结合某钢筋混凝土框架剪力墙结构优化工程，对钢筋混凝土框架-剪力墙结构优化设计相关要点进行了阐述。 1 优化结构方案 结构方案是结构设计的关键，在设计中贯彻国家的技术经济政策，采取正确的结构方案，是保证工程质量，提高工程效益的有力保障。 1) 结构工程师与建筑师商讨，共同确定最优建筑方案。首先在建筑工程的设计阶段，结构工程师凭借自身的专业知识，拥有的对结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，用概念设计的方法明确2结构总体系同分体系之间的最佳受力特征分析，达到使建筑平面结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合，可以有效减少建筑扭转的影响，此

3、外建筑立面要尽可能避免刚度突变和结构不连续，体型要规则、均匀，建筑物总高度满足适用最大高度的规范要求。 2) 力使结构受力与传力途径简洁、明确，传力途径过于复杂会出现多次转换的结构构件，这不仅会增加造价，还容易引起计算错误而埋下安全隐患。而简单、直接的传力途径，可以减少中间传递的结构构件，减少结构的安全风险，结构受力明确，经济实惠。 3) 结构工程师在建筑设计中要尤其注意规范，规程中有关结构概念设计的各项规定，虽然正确的结构计算是设计的重要基础，但设计中不能仅仅依赖于计算，还必须非常重视概念设计。 2 合理的构造措施 构造措施作为计算假定的保证或作为计算中忽略某个因素或某项内容的补充，与结构计

4、算相似。按构造要求设计时，一般只需满足规范的最低要求。如梁箍筋加密的问题，梁的一侧是框架柱，另一侧是梁及梁的一侧垂直搭在剪力墙上，而另一侧搭在梁上，这种梁仅仅是作为支撑楼板用的普通梁，不像框架梁那样耗能，因此不需要箍筋加密，应在位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载区域设置附加横向钢筋，并优先设置附加箍筋，此外当次梁放在主梁上面及梁上起柱时，主梁不必设置附加横向钢筋。当剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级而不需提高整体的抗震等级，分布筋、拉结3筋、架立筋等起辅助作用的钢筋等级为一级或二级。 3.建筑结构设计的施工方面 为满足结构承载力的需求,当在结构设计中柱与梁

5、板选择不同强度等级的混凝土时，施工规范规定柱的施工缝宜留设在梁底标高以下20mm30mm 处,其原则是施工缝宜留在结构受力小且便于施工的位置。施工时,为方便柱身混凝土的下料与振捣,在梁内钢筋未绑扎之前进行浇注。按施工规范的要求,当梁柱的混凝土强度等级不同时,节点处应按“强柱弱梁”的原则。在实际施工中,施工班组制定合理的节点保证措施,监理人员加强对浇注质量的监管和提高整体结构的抗震性能十分重要。 4.建筑结构的基础设计方面 在建筑的基础设计中,要综合考虑建筑场地的地质情况以及水位、使用功能、上部结构类型、施工条件和相邻建筑的相互影响,以保证建筑物满足规范要求的沉降量或倾斜值等,。另外还要注意相邻

6、地下建筑物及各类地下设施的位置,以保证施工的安全。 5 结构优化实例 某钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑由四层裙楼和 A、B 两栋高层建筑组成，A 楼高 74.2m，20 层，B 楼高 88.3m，30 层，地下两层为停车库和设备用房，房屋平面布置为不规则形状，总建筑面积约 5.4 万 m2。 5.1 设计优化的原则 通过大量计算和经验分析，在满足现行结构设计规范及规定的前提下，遵循保证结构的安全性及合理的刚度，对通过对可减小的结构构件4进行有效的核减等措施来进行设计优化。 5.2 结构优化设计 高层框架剪力墙结构体系中，重点是是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计问题，其中剪力墙的数量及设

7、计位置是关键。 5.3 钢筋混凝土框架结构的优化设计 结构优化是一个渐进的寻优过程。首先对结构整体内力进行分析，然后根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计，计算出满足荷载效应要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果，在此基础上导致原结构的几何特征和荷载特征的变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各控制截面的控制内力也发生相应变化，根据这些变化进行下一步的优化设计。 5.4 框架-剪力墙结构的优化设计 框架结构优化设计的原则究其根本就是结构优化的原则，利用一次完成的结构件，优化各个构件，可以节约投资并使结构受力更加合理。 5.5 基础优化设计 (1) 依据地质勘查资料，分别设

8、计主楼和裙楼的基础，主楼采用筏板基础，裙楼采用独立基础，基础底板要按照经验和计算结果设置。例如在地下室基础的设计工作中，初步设计中地下室基础计划全部采用筏板基础，经审核计算，为达到节约钢筋、混凝土的目的提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法，这种方案可以有效保证结构的安全，施工简便。因此对纯地下室基础采用独立基础加抗浮锚杆、底板方式设计。 5(2) 对地下室有防水要求的基础底板，裂缝宽度控制在 0.2mm 左右；地下室顶板及外墙，荷载取值要准确、可根据实际情况选用荷载。 (3) 作为塔楼的嵌固端，地下室的顶板不宜太薄，根据覆土薄厚情况，采用十字梁井字梁。 5.5 楼板优化设

9、计 根据楼板要预埋管道的要求，楼板较薄时施工容易造成裂缝，因此楼板设计时采用弹性假定而非塑性假定来计算楼板厚度及配筋的折减，最小配筋率取 0.2 和 0.45ft/fy 中较大值相同板厚时混凝土强度等级低、钢筋强度大时，最小配筋率低，故优先采用三级筋，板中抗裂钢筋最小配筋率为 0.1%，不用或少用大跨厚板。 5.6 优化设计效果 高层建筑的结构优化问题是一个非常复杂的工程难题，同时结构优化具有巨大的经济效益，因此研究和开发应用钢筋混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。为验证设计优化的有效性，分析结构设计的初步方案，根据工程所在地的市场价格推算本工程的优化节约了钢筋 65t，节约资金约

10、32 万元。 6.结语 文章从钢筋混凝土结构优化设计应用出发，总结出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑优化设计方法，符合当前建筑结构设计发展的需要，具有一定的现实应用意义。建筑结构的优化设计是一个科学系统的设计过程，针对每一项工程设计，应当根据其建筑特点，使结构各个构件受力均衡，同时要求技术应用合理、结构整体安全可靠，充分发挥每个构6件的最大作用。只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，以便更好地服务于我国建筑业的发展。 参考文献 1 吴香国,陈思远,赵新宇.高性能多功能桥墩永久模板节段节点性能分析J. 哈尔滨工程大学学报. 2012(09) 2 贾益纲,蒲秀娟.水平荷载作用下填充墙高度对 RC 框架结构受力性能影响的非线性分析J. 建筑结构. 2012(09) 3 张吉平.论多高层钢筋混凝土框架结构的设计J. 太原城市职业技术学院学报. 2012(08) 4 赵方刚,冯婧.框架结构“强柱弱梁”实现的几点分析J. 黑龙江科技信息. 2012(21) 5张民.钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究.上海：同济大学土木工程学院，2008. 6李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造M.北京:中国建筑工业出版社， 2008 7张炳华，侯起.土建结构优化设计M.上海:同济大学出版社，1998.