高层钢筋混凝土结构优化设计分析

徐斌

【摘要】自从改革开放以后，我国国民经济整体的迅速发展，国内各个行业都得到了巨大的发展，整体的行业水平稳步提高，其中，建筑行业的提升水平是比较快的。近些年来，高层建筑的自身发展趋势也越来越呈现出技术表现综合化、创作观念多元化、建筑形象个性化和近地空间城市化等特点，而在对钢筋混凝土高层建筑进行结构设计时，其中有许多的重点和细节需要加以注意，本文主要对高层钢筋混凝土结构优化设计进行分析。

【关键词】高层建筑、结构优化、混凝土

一、前言

随着我国人民生活水平的逐步提高，在日常生活中由于振动致使的人体的舒适问题逐渐体现出来。但是由于土地价格不断上涨，使得开发商的建筑总成本在不断地增加，这就给开发商的成本控制带来了极大压力，因此降低工程造价就成为开发商首要的追求目标了，要实现这个目标就需要利用结构设计的优化设计方法，增强人们对建筑物结构设计的信任度和稳定性

二、建筑结构优化设计的概念及意义

1、建筑结构优化设计的内涵

本文涉及的“建筑结构优化设计”这一概念主要是指其广义上的含义，是科学的涵盖建筑各个方面的结构综合，不同于“结构分析”。建筑结构优化从一开始的结构选型入手就已经开始了，之后加之对构件的布置和每一个设计程序的优化，优化选用准确的建筑工程材料，上述各环节共同构成了建筑结构优化设计，并产生最优的结果。建筑结构优化设计包括许多步骤，如建立相关数学模型；选取优化方法；确定目标函数、约束条件、变量；确定计算机计算方法；对计算结果的分析等。

2、高层建筑结构优化设计的现实意义

随着对耕地的不断保护和城市化进程的加快，高层建筑的建设也十分迅速，因此对高层建筑结构进行优化设计有极强的现实意义。首先，高层建筑结构优化设计是控制建造成本最有效的武器。结構成本（钢筋、混凝土、砌体等材料费）约占建造成本的60%以上，而结构优化设计一般可以节省结构成本的10～40%，即节省建造成本的8～30%。其次，结构优化设计是设计单位结构设计的有效补充。设计单位水平参差不齐，需要专业知识更强的技术人员把关。最后，高层建筑结构优化设计有利于节能节材，符合国家“低碳、节能、环保”的理念。

3、选取合理的结构方案

高层建筑结构方案的质量高低直接影响着结构优化设计的成败，对于相同的高层建筑设计方案，结构优化设计方案往往是有许多种的，并不唯一。选取不同的高层建筑结构优化设计方案会带来造价、质量和美观性上巨大的差别，所以，依据一切从实际出发的原则，选择合适的高层建筑结构优化方案十分重要。

三、如何优化高层建筑钢筋混凝土结构设计

1、优化结构方案设计

结构方案的确定对于之后进行的结构计算以及施工图制作有极大的影响，简而言之，只有确定一种合理、科学的结构方案后，之后两步才能顺利、有序地进行。所以在对高层建筑钢筋混凝土结构开展优化设计的过程中应当充分重视这一部分的优化。具体可以采取的优化措施有三类，

第一，在确定结构方案时，让结构工程师参与其中。建筑师需要做到的就是确保建筑的外形美观，而结构工程师需要做到就是确保建筑的结构安全。让两者同时参与到结构方案设计中能让两种思想融会贯通，最终产生安全与美观兼备的建筑结构方案。在进行结构设计时需要遵循的原则包括建筑外形的简洁、美观、规则以及对称，尽量保证建筑平面形心、建筑质量中心重合，保证建筑立面形状规则、并且分布规则、均匀，避免让建筑外形上产生过多的外凸以及内凹。

第二，使建筑拥有直接、简单的受力、传力途径。简洁的受力、传力途径能减少建筑在建设过程中结构构件的使用量，完成对建筑造价成本的控制。过于复杂的受力、传力结构需要用到更多用于转换力的结构构建，会造成建筑成本的大幅增加。

第三，结构概念设计。目前全球建筑都面临着地震类地质危害等问题，在设计建筑结构时考虑建筑的抗震性能是十分必要的。结构概念设计是建筑结构工程师通过长时间的实践以及总结得出的经验，合理利用能保证建筑的实际抗震性能与预期抗震性能达到统一。

2、优化建筑结构计算

随着计算机技术的不断发展，建筑结构计算这一项原本极为复杂的工作变得十分简便，显著降低了建筑结构设计师的工作难度，并且可以让结构设计师通过不断调整输入的数据在短时间完成大量的计算，从而得出最优的设计方案，对于提升我国建筑结构设计水平有极大的促进作用。但是结构设计师在使用计算机软件的时候需要注意：

第一，在使用计算机软件进行结构计算时，需要将大量的数据、图形资料，在输入完成后，操作人员应当对各输入数据准确性的重要作用有正确认识，输入完成后进行全面的检查与核对，保证数据的准确性。

第二，正确设置计算机计算参数。计算参数的设置对于计算结果起到了决定性的作用，在设置参数时需要考虑两方面的因素，工程造价与建筑安全，遵循的原则就是在保证建筑安全系数达标的情况下尽量减少建筑的结构造价成本。

3、优化建筑图纸制作

建筑施工图纸直接用于指导施工现场的施工过程，所以在其设计过程中应当遵循三项原则，这里重点讲解的是建筑的结构施工部分。首先，施工图纸面向的是施工现场，也就是说需要施工人员能对图纸有正确的理解，这就要求结构设计师在设计过程中需要规范地进行各类符号的标记，同时建筑施工图纸中的说明内容中不能包含可能产生歧义的内容，确保施工人员理解的准确性。其次，建筑结构设计施工前，结构设计人员应当与施工现场的技术人员以及施工人员进行技术交底，将施工中需要注意的部分详细地说明，并与施工技术人员进行协商，保证各项施工过程的可操作性。最后，结构施工尽量选用从业时间长，施工经验多的施工人员进行，保证施工质量，从而保证建筑的整体安全。

4、合理选用各类施工材料

在钢筋混凝土结构中，最常使用的两种材料分别为钢筋与混凝土。以下针对这两方面进行了详细的说明。

（1）钢筋的选用。我国对于钢筋混凝土结构建筑中的钢筋型号有明确规定，要求在进行材料选用时要尽量使用HRB400、HRB500等普通热轧带肋钢筋，避免HRB355热轧带肋钢筋的使用。同时结构施工中通过高强钢筋的合理应用能有效减少建筑施工中需要付出的结构成本。

（2）混凝土的选用。混凝土工艺经过100多年的发展，在现代社会依然有极大的应用空间，究其原因就是其根据现代建筑的需求进行了大量的创新。在建筑结构施工中选用现代高强度混凝土能在保证建筑安全的情况下完成对建筑结构体积的缩小，并且此种混凝土还具有形变系数小，耐久度高的特点。实践经验表明，在进行建筑结构施工时选用高强度的材料能显著降低建筑成本，通常能节约15%左右的混凝土使用量。

四、结束语

综上所述，本文主要对高层钢筋混凝土结构优化设计进行了分析，想要实现高层建筑钢筋混凝土结构的优化，需要从建筑结构的各方各面进行优化改进。但是高层建筑结构优化设计是一项十分复杂且繁琐的工作，要综合考虑到安全性、经济性、实用性和美观性。所以，建筑结构设计师在进行结构设计时需要对建筑的外形、功能以及安全各方面进行全面的考虑，这样才能有效的实现建筑钢筋混凝土结构的优化

参考文献

[1] 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010

[2]金俊杰，王桉华.建筑结构方案优化设计探究.中国房地产业，2011（8）：191.

[3]赵扬.钢筋混凝土框架-剪力墙结构优化设计[J].城市建设理论研究，2013（04）.