1、1高层建筑混凝土结构的优化设计与施工探析摘要：随着我国经济的快速发展，城市化进程的速度不断加快，建筑行业的支柱性地位越来越得到凸显，节约建筑成本在国民经济中的地位就显得十分重要。要节约建筑成本就有必要对建筑设计与施工进行优化设计。文章结合高层建筑混凝土结构的基本特点、施工的要求，提出如何对高层建筑混凝土结构进行优化设计，以期和同仁共同探讨。 关键词: 结构优化设计施工 Pick to: with the rapid development of our countrys economy, the acceleration of urbanization process, the backbon
2、e of the construction industry status more and more get highlighted, save construction cost is very important in the position in national economy. To save construction cost it is necessary to optimize the construction design and construction design. Combining with the basic characteristics of concre
3、te structures of tall building and the construction requirements, puts forward how to optimize the concrete structures of high-rise building design, in order to and colleagues to discuss. Keywords: structure optimization design and construction 中图分类号： TG580.23 文献标识码：A 文章编号： 2在当今倡导可持续发展的时代，建筑业进行节约成本建
4、设是必然的选择，这就需要对建筑设计的反方面面进行优化设计。对于混凝土结构设计来说，优化设计的前提是考虑到施工的特点，结合施工的特点才能做到真正的优化设计。现在，国内建筑行业混凝土施工中逐步引进了一些新技术和新建材，这些新技术和新建材在很大程度上提高了建筑混凝土行业的施工效率，减少了很多不必要的浪费，达到了节约的目的。我们知道混凝土拌制物一个最明显的特点就是可塑性，可塑性的主要作用就在于它能够促使混凝土和钢筋牢固地结合在一起。使用混凝土的目的是它具高强度、经济且耐久、坚固抗震的优点。因而在现代建筑中钢筋混凝土结构已经越来越在建筑施工中的占有重要地位。此外，随着建筑行业越来越火热的发展趋势，建筑浪
5、费尤其是混凝土结构上的浪费现象也越来越明显。要减少浪费，做到可持续发展，就必须对混凝土的结构设计进行优化改造。下面首先介绍一下高层建筑混凝土结构的基本要求。一、高层建筑混凝土结构的基本要求和类型。 建筑因其高低的不同，它承受力的大小和方向也是不同的。对高层建筑来说，建筑结构承受力的方向同时有水平和竖向两种力的作用。这与低层建筑是不同的，低层建筑结构承受的离力的方向主要是竖向的荷载，几乎没有水平力和作用的承受，或者说可以忽略。所以，对于低层建筑结构设计来说，主要考虑的控制因素就是竖向荷载。这种设计方法不能应用在高层建筑结构中设计，因为高层建筑的高度影响，它还有水平荷载的压力。水平荷载不仅仅在高层
6、建筑中是一种主要的荷载，而且3它和竖向荷载相互影响，相互作用，共同对建筑施加影响，成为混凝土就够设计中主要考虑的因素。 考虑到高层建筑的这些特点，在混凝土的选用上就需要提高混凝土的质量和数量。首先，我们要对混凝土出厂前进行相关的技术处理，目的是减少水泥的水化热作用，这样可以降低混凝土自身的温度，保证其质量。其次，施工前必不可少的要进行一些必要的应急措施准备，以防在施工时出现意想不到的情况，以确保精心组织、精心施工，万无一失地完成任务。最后，在施工当中，最好采用预拌泵送混凝土，加大对混凝土施工细节的注意，比如混凝土施工缝等。我们讨论的混凝土结构优化设计以及节约建筑成本，都应该在达到高层建筑混凝土
7、结构的基本要求的基础之上进行。 现在，我国采用的高层建筑混凝土结构按照时间的发展顺序主要以下几种： 1、钢筋混凝土结构： 与钢结构相比，钢筋混凝土结构的优点在于整体性好、耐高温性强、舒适度较好、抗腐蚀强、成本低、刚度大、位移不大、维护方便等。现在，随着我国混凝土技术的发展和混凝土理论（高强混凝土、钢管混凝土、钢混凝土、轻混凝土）的发展，我国的钢筋混凝土的发展已经达到了成熟的中后期水平。所以，在我国钢筋混凝土材料受到了很高的重视，应用在很大一部分高层建筑中。 2、组合结构： 相对于钢筋混凝土来说，组合结构更具优点。这些优点主要在于节4约钢材、减少污染、提高科技含量、加快施工进程等。所以，对于高层
8、建筑来说，组合结构可以在一定程度上取代钢筋混凝土结构，这就较少了高层建筑的横向和纵向的压力。不仅如此，组合结构在冶金、造船、电力、交通等方面也逐步开始得到应用。 3、新型结构： 相对于钢筋混凝土结构和组合结构，新型结构体系的区分标准时筒体的组成方式。新型结构体系主要由三种类型：框筒体系、筒中筒体系、多束筒体系。之所以称之为新型结构主要是因为与传统的单片平面结构相比，筒体结构可以承受更多的荷载力。在我国，筒体结构的应用并不少见，主要应用的高层建筑的特点是功能多、用途多、楼层高、层数多等。 二、建筑混凝土施工技术的注意点。 1、混凝土裂缝： 混凝土裂缝的预防与控制是混凝土施工中常遇到的问题。由于一
9、些人为的或者非人为的因素，包括作业影响、机械操作、天气变化、技术限制等，常常会遇到裂缝现象，主要出现在建筑墙体和地面。所以，在设计和施工时都必须照顾到这些外在的因素，认识到由于外在因素的不同，同样的混凝土结构也会发生不一样的变化，然后根据裂缝大小、深浅的不同，选择相适应的控制措施。 工程质量问题必须做到未雨绸缪，这就是说在建筑物出现裂缝之前，技术人员就必须想办法提高混凝土的韧性和抗压性。假如等到问题出现，再采取补救措施，很难收到理想的安全效果，同时在美观上也会收5到影响。所以，现在国内建筑混凝土结构设计在施工时就注意对裂缝问题的预防，增强施工期间的强化和监管。可是，实际的施工过程往往会遇到很多
10、临时出现的问题，加之混凝土使用量很大，有一定的不可控制性，这就不可避免会出现建筑物墙体裂缝现象。因此，施工人员在具体操作中，应该严格按照比例标准来，以保证混凝土的强度和抗荷载力，同时不影响后期的美观和安全系数。 2、技术要点： 混凝土的浇筑技术要点主要是指在混凝土进行浇筑之前，施工人员要对几个重要的数据进行检查，同时,把统计到的数据结果记录在案,主要数据有: （1）混凝土模板的刚度、强度、标高、尺寸和放置预定位置； （2）预埋件以及钢筋的预定位置、数量多少、保护层厚度等数据； 另一个需要注意的方面就是，在混凝土浇筑前，确保模板内的清洁，这就要求施工人员提前清除模板内存在的杂物和淤泥，确保模板的
11、缝隙和孔洞已经堵严。然后，必须用清水对木模板进行湿润，湿润完成后还要及时清理积水，不能让积水残留在模板上。 浇筑混凝土的方向大体上是由低往高，进行分层浇筑。在混凝土的厚度方面不可以一成不变,每层的具体厚度要依据混凝土结构的配筋情况、捣实方式、天气情况等因素判断。在对于竖向结构的混凝土，在浇筑之前，要提前在底部填入厚厚的一层与混凝土成分相同的水泥砂浆，这样做的目的是保证混凝土结构不会发生裂缝。在每一个完整的结构的浇筑中禁止发生离析现象，这就为混凝土的稳定性打下了基础。同时，在这6个过程中应该不断仔细观察预埋件、钢筋、模板、支架、预留孔洞等是否出现变形、移位等不合理现象时，如果出现及时采取措施进行
12、处理。 3、养护措施: 现在,随着人们生活节奏的加快,对工期的要求也越来越短。在建筑施工过程中，泵送混凝土的施工技术就得到了很广泛的应用,因为这种技术不仅可以大大缩短工期，而且在改善混凝土的整体性能方面也很有优势。但是,在具体的施工过程中,往往会出现混凝土强度难以达标的现象,这主要是因为施工人员在进行原材料配比、振捣、浇灌填充等技术时没有严格依照标准进行。这时就需要对混凝土进行养护，具体措施主要有：（1）顶板混凝土浇捣完成并终凝后，为了避免出现起皮、起灰等情况，要在 6h 内禁止浇水养护；根据凝结情况，在 8h- 12h 内可以用薄膜将混凝土覆盖严密，气温低的时候还要在表面加上几层麻袋进行保温
13、、养护。经过 3d 到 4d，大多数情况下混凝土的核心温度高峰期已经过去，这时就可以进行正常洒水养护，洒水养护应该一直持续到 14d。 （2）浇捣后，养护措施大体上和顶板混凝土一致，只是在时间上有一些差别。对墙板混凝土进行带模养护的时间不应该少于 7d；拆模后同样要用两层麻袋保温措施，然后洒水养护至 14d。 三、 高层建筑混凝土结构的优化设计的具体方法: 根据前面介绍的高层建筑混凝土结构的基本要求和类型、建筑混凝土施工技术的注意点等知识，再来探讨高层建筑混凝土结构的优化设计的具体方法就有了依据，即设计应与施工相互衔接，设计时要考虑到施7工的情况。 我们追求的目标是混凝土结构的各个构件的内力都
14、能够达到最大的承载力。但是经过了很多研究人员的研究，都没有形成一个最优化的设计规范。因而，尽可能低达到这个标准就成了我们追求的目标。我们知道任何整体都是由局部构成的，进行结构的优化设计就必须有整体和局部的概念，要依据局部服从整体、局部和整体相互呼应的原则。 结合本人的实际工作经验，提出三个混凝土结构的优化设计的具体方法： 1、总造价内容： 要进行建筑结构的优化设计，必须首先了解建筑总造价包括的内容，即上部结构的材料、基础及施工等费用。如果使用了不必要的高强度水泥和钢筋，必然会影响造价。因而能，构件的截面大小和钢量使用的多少对造价的影响非常大。在设计时合理使用高强钢筋，可以有效降低用钢量，减少不
15、必要的浪费，达到节约成本的目的。这里有两种特殊情况需要提出： （1）在深厚软弱地基上的高层建筑，地基的荷载力非常大，这时就要使用高强砼及高强钢筋，这样可以优化构件截面尺寸，从而减轻结构本身的重力，减少地基的荷载力。 。 （2）在地震区地基上的高楼，建筑自重的大小直接影响地震作用力的大小，这时如果能够减轻建筑自重，就能够直接减少地震荷载，显而易见这样就提高了结构的安全度。 2、独立单元： 8在建筑的每一个独立单元都有相对独立的结构单元。对这种独立单元内的结构平面形状的要求就是规则、简单、刚度和承载力分布均匀。对于竖向体型的混凝土结构，最好采用均匀变化的规则结构，减少过大外挑和内收的结构的使用。设
16、计时在考虑到施工的可行性的前提下，不可忽视概念设计，即设计人员应该在自己的脑海里形成一种预设的方案，这种方案要在自己的专业知识和实用、美观的原则以内。理论来源于实际，但又高于实际，只有把预设方案和施工的可行性相结合，每个独立单元内的设计和施工图才会有实际意义，才能达到节约成本的目的。 3、剪力墙的平面布置的注意点： （1）在平面布置中,结构在满足要求的建筑功能的基础上，剪力墙最好分散开来，即沿周边平均分散、重点突出。剪力墙的布置主要看建筑物的的荷载力的大小，例如电梯间、楼梯间等部位的荷载力比较大，这时的剪力墙的布置就要相对集中。 （2）在剪力墙本身的结构中，为了保证结构的稳定性，剪力墙要避免单
17、向有墙的结构，最好的方式是沿主轴方向或其他方向双向均匀布置。（3）在设计时要在最大可能上减少短肢剪力墙的数量，更不能采用全部是短肢剪力墙的剪力墙结构，这样就减小了结构的稳定性，同时也不利于分散承受重力。 四、结束语： 总而言之，高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须9严格依照设计标准，如果出现施工不可行的情况下，重新审视设计规范。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。 参考文献： 1 杨克家,梁兴文,张茂雨.带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设 计J.地震工程与工程振动,2010. 2张小龙.建筑混凝土裂缝的施工技术J.建材发展导 向，2011， （17）：138-139. 3沈守全.建筑施工技术中混凝土的管理J.建材世界， 2011， （ 4）：22-24. 4陆明军.论述建筑工程混凝土施工技术的若干问题J. 建材与装饰（上旬） ，2011， （ 9）：174-174. 5 JG J3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程.2002. 6 G B 50011-2010,建筑抗震设计规范.2010.
