浅论建筑混凝土结构的优化与设计

张华

摘要：本文从建筑的结构特点展开，研究和分析了混凝土结构的建筑结构设计中存在的不足，在混凝土结构设计的基本要求的基础上，分析了混凝土结构设计的特点。同时，考虑混凝土结构及其塑性问题，对混凝土结构的成本优化设计进行了讨论，以及在此过程中应注意的问题，从而提出相应的混凝土优化设计的具体方法，目前在城市建设发展中建筑所占的地位越来越重要，其结构的复杂性为设计师也会增加了困难。

关键词：建筑混凝土；结构设计；优化

中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-179-02

引言

随着城市化的发展，土地资源也日益减少，建筑成为城市发展的象征，城市建筑的地位在这个过程中野变得越来越重要。然而，由于现代建筑的建筑高度较高，即使是最常见的混凝土结构的结构也是非常复杂的。从设计到施工只要任何一个环节出现错误就可能导致建筑存在安全隐患，甚至导致建筑结构的崩溃。因此，建筑混凝土结构设计人员应严格按照规范进行设计。有一份职责心来保证居民安全。

1.当前钢筋混凝土建筑结构设计所存在的不足

1.1地基结构稳定性有待提高

地基部分是钢筋混凝土结构设计的重点部分，地基稳定性在很大程度上影响钢筋混凝土建筑的整体质量和结构强度，但在当前的一些钢筋混凝土建筑结构设计中，有不同程度的地基结构设计缺陷，导致地基的稳定性是不够的，通常表现在地基承载能力不能满足建筑实际的需求，引发沉降、移动等问题，另一方面地基受力分布平衡性也是不足的，容易导致钢筋混凝土结构受力不均匀而引起毁坏两个方面。

1.2框架结构设计方面存在不足。

框架结构作为钢筋混凝土建筑中的主要支撑结构，其设计水平和质量对整个建筑的结构稳定性有着很大的影响，而当前的一些钢筋混凝土建筑工程中框架结构的设计仍然存在一些缺点，主要问题包括角度、横梁的控制不佳、结构的整体协调性不强，并且这些设计问题容易导致建筑的使用过程中潜在的安全隐患发生，对于这种不足的情况必须优化设计，从而也将导致建设项目成本的增加。

1.3设计中存在预应力分配失衡问题。

在钢筋混凝土结构中预应力问题比较常见，基本是由数据结构的设计、受力等因素引起，从而干扰钢筋混凝土的受力，无法标准分配预应力。钢筋混凝土结构设计的预应力问题必须使用科学计算和专业的分配，才能达到平衡分配的状态。

2.高层建筑混凝土结构的基本要求

2.1功能要求

虽然在不同的时期建筑结构有不同的设计要求，但在设计使用年限就功能需求来说是一样的具体要求，有以下三个方面：

安全性建筑结构具有一定的抵抗力，根据设计要求承受各方面的作用力对自然灾害和突发状况有一定的抵抗能力。

适用性建筑结构要能够具有设计预期的使用要求，而且变形，振动和裂缝等情况要在规定的范围内发生，保证建筑的正常使用。

耐久性建筑的保护层厚度应当符合规定裂缝的宽度，需要控制在范围内。另外要严把把控好刚进的抗锈蚀性能

2.2可靠要求

结构可靠性是指结构在规定的期限内，在指定的条件下，完成预定功能的概率，结构可靠性的概率是结构可靠性的概率度量。结构可靠度的分析就是要去合理地确定结构的可靠度水平，可靠度就是使结构设计技术符合先进、经济合理、安全、保证质量的需求。

总之建筑结构设计的根本目的是采用最经济手段，使结构在设计基准期内，拥有各种预期的功能。

2.3概念设计结构

在设计的过程中设计人员一定要注意概念设计，在建筑方案阶段就应积极参与，利用自己的专业知识作出建议，在满足适用、美观的前提下，尽量使结构平面布局和垂直布局很简单，均匀，规则，甚至。因此，结构体系就会具有合理的刚度和承载力的分布。要避免由于局部削弱或突变形成薄弱部位，产生了过多的应力集中或塑性变形集中。

3.具体结构优化设计方法

3.1高强硷和高强钢筋的合理使用

建筑的总造价一般包括框架结构建筑的材料，建筑施工和基本材料费用等等，而其中用钢数量和建筑横截面积对建设房屋造价的影响较大，因此，合理的使用高强硷和高强度钢筋在建筑设计过程中可以有效的控制建筑用钢量，从而大幅度的节约了建筑成本。如果建筑的设计是厚软的地基之上进行，那么由于大荷载的建筑矗立在地基上，高效、合理的使用高强度钢筋和高强硷来优化结构横截面积，以减轻结构的重量，这将大大降低工程造价和基础设施的施工难度，最终以取得良好的经济效果。对于我国一些在震区的建筑楼房来说，地震力的作用力大小是和建筑的自重成正相关的，所以有目的的降低建筑物自重，并进一步控制建筑结构在地震中的荷载。可以大大提高建筑的安全性。在建筑设计中合理高效的使用高强度的钢筋和收藏硷，能够有效缩小梁、墙、板、柱等的构件截面积，达到减少钢铁的用量，降低工程造价的目的。

3.2注意剪力墙的平面布置。

注意剪刀墙的平面布局重点要注重以下几点：

a.在结构平面布局中，需要在满足建筑功能的基础上，剪力墙应沿周边均匀，相对集中布局。在建筑物的楼梯间、平面形状发生变化及承载较大的部位应当有剪刀墙的布置，墙与墙之间的距离不宜太大。

b.在剪力墙结构中，剪力墙应双向布置在沿主轴方向或另一个方向上，剪力墙结构要具有抗震设计，应避免只有单向的墙的结构布置形式。

c.应当以简单、规则为原则设计剪力墙墙肢截面，剪力墙结构的侧向刚度不宜太大。

d.设计中应注意尽可能减少短肢剪力墙的数量，不应全部使用具有短肢剪力墙的剪力墙结构。

3.3综合考虑平面性状、各部分的刚度和承载力三个方面

首先要遵循的原则是以平面结构形状简单的规则，将长度和隆起部分控制在一定的范围内垂直方向的布置要采用规则均匀的结构形状。其次均匀分布每个部分的刚度和承载力，垂直布局要采用下大上小向刚度要均匀变化的规则结构形状。有时候会因为严格按照标准设计，却导致结构设计造型不够美观，在这种情况下，结构设计人员就需要专注于结构的概念设计，以及在整个设计在保证建筑结构合理适用的前提下美化建筑的外部形象。

3.4注重结构抗震性能

要特别强调混合结构体系的建筑在混凝土简体的延性以及简体的承载能力方面的合理性。在建筑结构的抗震性能方面，需根据不同高度的建筑来选择钢柱的设置位置和设置方法。当建筑高度还没有超过130m时抗震设防等级水平多为7级：简体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱，建筑整体结构的高度通常高于130米的，在简体四角中钢柱的位置抗震设防等级设置为7，8，9级避免外围框架具有不符合标准的刚度和承载力。如果加强外围框架刚度和水平承载力想通过刚性连接外围框架平面内柱和梁的方法来，减少水平作用力使楼层侧移的可能性可使用下列的方法：均匀布置贯通性的刚接析架与抗侧力墙体：设置加强层水平外伸构件：利用简体剪力墙与分段拼装外伸析架刚接的方法。

3.5地下室层数处理

多层性的房屋框架结构通常是设置地下室结构。由于隔墙分区较少所以常使用板筏基础。设计时应将上层结构和地下室层数结合一起考虑，并且在地下室图纸中根据实际层数计算。同时，通过对侧层刚度系数的比较分析，可以正确的调整并判断相应的内嵌的房屋位置，并采取适当的加固施工措施，确保楼板的最小配筋率和必要的厚度：如果当建筑结构表现出纵向不规则结构时，就需要重点检查最薄弱层。

4.总结

在如今的人类社会中，随着人民生活水平的逐步改善，在我们的日常生活中房屋的质量问题也逐渐体现出来。因此，在建筑结构设计优化时，可需要充分发挥建筑材料的力学特点，对混凝土结构进行相应的优化与设计，以获得理想的低成本造价且实用的设计。随着建筑行业的进一步发展，建筑的数量将不断增加，但其中最重要的要保证对房屋建筑结构安全质量的把关，做到其中结构的理想优化和设计。

总之，在设计建筑的混凝土结构，应充分考虑建筑建所在地的风和地震等水平荷载和自重、活载等垂直荷载等因素。同时确保建筑结构有足够的强度，适当的刚度和良好的延性。整个系统之间具有清晰的总体系结构和主要体系间的最佳受力要求，确定最优结构方案、内里数据、结构计算模型，帮助未来建筑的建设和使用可以快速省力，为人们提供一个安全、快捷、方便、舒适的空间和高效率的环境，保证人们生命和财产安全。