1、钢筋混凝土建筑结构设计优化研究【摘要】文章围绕着钢筋混凝土建筑结构设计优化问题，首先介绍了钢筋混凝土建筑结构设计的现状，其次分析了结构优化设计的开展形式，最后就如何做好钢筋混凝土建筑结构的设计优化问题从多个方面谈了自己的观点。 【关键词】钢筋混凝土；建筑结构；设计优化 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 引言 钢筋混凝土结构是用钢筋和混凝土两种不同材料组成。在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋抗拉能力很强的特点,用混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，两者共同工作，来满足工程结构的使用要求。钢筋混凝土结构形式多种多样，包括框架结构，剪力墙结构，砌体结
2、构，框架-剪力墙结构，板柱-剪力墙结构，底部大空间剪力墙结构，框架-核心筒结构，筒中筒结构，混合结构等，每一种结构形式针对具体工程都不是只有一个设计方案，设计人应通过方案比选，考虑经济与结构受力合理等因素，给出结构最优方案。 1 钢筋混凝土建筑结构设计的现状 二十世纪九十年代以后,随着我国经济的发展和建筑设计的多样化,建筑结构工程变得日趋复杂，例如大型连体公建结构，转换层结构，超高层结构等，都给结构设计师带来了困难与挑战。因此作为一个结构设计人员需要在遵循各种规范的条件下要与时俱进，不断的进取，有更高的知识理论，技能和创新精神去迎接挑战。现行的规范只是对一般工程的规定及要求，随着人们对房屋建筑
3、使用功能需求的不断变化，和建筑艺术的不断创新和多样化，所以结构设计人员应根据已有的经验或收集必要的有关资料，甚至于试验研究去创新，不能完全依据规范，规程的条款。建筑结构设计，应做多方案比较，不仅要安全可靠技术可行，还应经济合理节省造价。 2 结构优化设计的开展形式 结构优化设计对专业业务能力的要求很高，需委托在结构优化设计方面具有丰富经验的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式： 1、从方案设计阶段开始，聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问，在设计全过程提供结构优化的合理化建议，通过过程控制，使结构施工图设计达到经济合理； 2、在初步设计图纸完成后，进行结构方案优化和构件优化，
4、提出详细的优化后的结构方案例如剪力墙的布置包括墙体的位置，长度，墙体厚度，混凝土等级，基础处理方案采用换填方法还是 CFG 桩处理等，与设计院沟通并在施工图设计阶段实施； 3、在设计院设计施工图完成后，进行优化设计研究，提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并修改结构施工图。 上述三种形式中第一种形式操作较方便，不影响工期，不增加设计单位工作量，但优化效果难于评判；第二种形式不增加设计单位工作量，可对优化效果进行评判，但对工期有一定影响；第三种形式优化经济效果可进行详细计算，但设计施工图返工工作量大，对工期影响较大。 3 结构优化设计基本方法
5、 3.1 结构计算方法的优化 工程结构计算分析方法的优化是结构优化的关键。首先，是对结构体系选择的优化，主要是确定经济合理的结构型式、柱网尺寸和剪力墙布置等；其次，是对结构构件进行优化，在已确定结构体系和结构布置的前提下，确定经济合理的构件截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋强度等级和配筋量等。在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计在初始假设后，需按一定的方法通过多次分析和调整，从而获得接近最优的设计。 在大部分设计中，像截面尺寸，方案选型及布
6、置一般先按经验确定，然后再进行具体计算。在优化设计时，应对不同构件布置方式和不同截面尺寸进行配筋计算，并作经济比较，以确定最优方案。如地下车库的楼盖结构形式，采用无梁式或楼板式，应根据地基，地下水位，车库层数及与楼房地下室标高相互关系确定，地库按净距 7.2 米停放三辆车，柱网间距一般为 88.2 米，车库顶板以上填土厚度通常为 1.23 米，地下车库内设有通风管，喷洒水管等机电管线，净高最低点要求不小于 2.2米（小型汽车库） ，有许多工程为了减小层高争取有较大净高，减少土方及水浮力，采用了无梁楼盖，为解决板的抗冲切，楼板设托板，顶板设反柱帽，层高可为 3.3 米或 3.4 米，这种结构形式
7、综合经济效益是比较好的，还有比较好的室内空间效果，楼盖为梁板式时，层高 3.73.9 米。3.2 准确理解和把握规范 结构设计人员须认真学习和掌握国家和当地有关设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。在采用建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008） 、 建筑地基基础设计规范 （GB50007-2011）进行桩基设计必须注意所采用规范与参数取值匹配性。如按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。 3.3 建筑结构设计的抗震方面 抗震结构是
8、目前我国建筑设计机构的重点设计内容,不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施，不应采用严重不规则的建筑方案。 结构体系应符合下列各项要求第一.应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。第二.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力。第三.应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。第四，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。 在做钢筋混凝土结构的抗震设计时,要注意:首先平面要简单、对称,符合规则,减少偏心,否则会产生不利影响。第二,刚度中心与质量中心尽量重合。第三,竖向宜规则，不宜突变，楼层刚度宜
9、沿建筑物竖向不变或自下而上逐渐减小。第四,适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服以后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有约束屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。例如在民用建筑和公共建筑的平面布局中,应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距布置,这样可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯距,可以使各跨梁截面趋于一致,提高结构的整体刚度。另外结构方案还应该结合工程场地的地质情况和建筑功能的要求进行综合考虑。 3.4 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20mm3
10、0mm 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。 3.5 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,。另外还要注意相邻地下建筑物及各类地下设施的位置,以保证施工的安全。 结束语 总之，钢筋混凝土建
11、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。 参考文献 1高新艳,杜秀丽.钢筋混凝土结构优化设计J. 山西建筑. 2007(08) 2陈翠荣.关于工程抗震设计中应注意的问题J. 山西建筑. 2007(03) 3陈翠荣.关于工程抗震设计中应注意的问题J.山西建筑,2007,33(3) 4 李国胜. 多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造. 中国建筑工业出版社. 2009
