结构工程中混凝土结构的优化设计

彭佳 安徽南巽建筑规划设计院有限公司

一、混凝土结构优化设计的重要性

目前，我国经济发展很快，居民生活环境逐步优化。设计师需要不断优化建筑结构，使建筑满足人们安全性、耐久性、适用性、经济性和感官视觉的要求。混凝土结构优化设计是根据实际情况，在经济的前提下进行优化设计。主要内容是充分利用基本结构、方案和围护结构，建立合理的模型。对结构中的各种参数进行科学计算，确定最终的施工方案。混凝土结构的优化设计对于结构工程来说具有重要意义，首先，它可以大大提高建筑物的经济性能。建筑结构的优化可以节约成本，节约混凝土等材料，提高抗震性能。它可以减少建筑结构内外层不必要的修改，提高结构的受力能力。其次，混凝土结构的优化设计也能够大大降低工程的造价。

二、结构工程中的混凝土结构设计问题

（一）混凝土材料配合比不稳定

混凝土并不是建筑材料的单一属性，混凝土主要由水泥、骨料、砂等建筑材料经搅拌、凝结而成，因此在施工过程中，各种混凝土材料的配比不同，会导致混凝土标号的降低，在混凝土施工中，会使混凝土表面出现麻面、气孔等情况，给混凝土结构带来严重的问题。如在混凝土拌和过程中发现砂石配合比过高，会导致混凝土拌和中骨料过多，造成混合料离析，使混凝土干燥甚至硬化，降低混凝土的密实度。

（二）混凝土衬砌易渗漏

目前，在我国结构工程施工过程中，混凝土结构的设计存在着明显的问题，即在使用混凝土衬砌时，由于设计不合理而发生渗漏，不利于航道工程的安全。总之，衬砌施工中渗漏的主要原因是混凝土结构的裂缝，其主要原因有以下几点：1）混凝土模板设计不合理；2）渠道施工中渠道位置选择不当，岩土工程上方的沉降会对管道产生一定的压力衬砌，导致混凝土开裂；3）混凝土施工原材料存在质量问题；4）混凝土在运输、拌和过程中，养护管理未加强。

（三）水热化、应力过于集中，出现裂缝

混凝土结构更容易产生结构裂缝，这是由多种原因引起的，但最常见的两个原因是温度和应力。混凝土浇筑作业结束后，应给予混凝土结构足够的养护时间。大体积混凝土的温度需要在整个过程中保持水平。混凝土结构内外温差尽量不要过大，造成裂缝。养护温度平均控制在25℃左右。结构应力也容易导致裂缝。如果混凝土结构某一部位的应力超过结构的承载极限，就可能导致裂缝。

（四）其他部件设计不合理

在当前的结构工程中，在处理地下管网时，通常采用“一孔多机”的布置方案。然而，在设置岔管时，对混凝土原结构设计有很高的要求。同时，对于混凝土岔管，目前还没有比较完善和实用的设计规范。基于这种情况，在混凝土岔管的设计中，施工人员很难了解其承载力，在地形和计算过程比较复杂的情况下，设计也不合理，这样会严重影响混凝土结构的安全。

三、结构工程中混凝土结构的优化设计

（一）混凝土材料的合理选择

一般来说，为了保证选用优质混凝土，应对实际选用的材料进行检测和试验。如果其参数满足施工的基本要求和规范，就可以运到现场，以保证混凝土本身的结构质量。由于水泥易发生水化反应，影响其质量，造成这一问题的主要原因是水泥内部随时会有大量有害物质存在。如果不及时处理，混凝土本身的强度就会下降，对工程建设产生巨大影响。在配料时，同样需要进行检测和试验，以确定最佳配比。

（二）提高结构设计水平

首先，为了保证基础数据内容有足够的准确性和完整性。在结构工程结构设计中，应参照我国有关规定完成相关资料的收集。数据采集完成后，要进行严格复核。如果数据有任何问题，将不予使用，以确保数据足够准确。其次，设计师还需要明确结构的内部层次标准。在确定等级标准的过程中，需要分别考虑实际的规模、效益和类别，以保证等级标准本身具有足够的科学价值。同时，要明确水利建筑结构设计等级标准，一方面可以有效完成造价控制，另一方面可以提高工程整体质量。再次，不断优化现有监管体系，完善监管体系。通过合理的监理制度的运用，可以完成对建筑结构设计全过程的监督管理，同时要了解结构设计中存在的问题，从而保证设计工作具有足够的科学性。不仅如此，完善监理制度一方面可以保证工程建设本身的连续性，另一方面可以防止生产过程中的断点问题。最后，设计人员应注意加强结构工程的硬件。在结构设计中，使用相关设备切实做好相关工作。基于这种情况，要保证工程结构本身的质量，就要更加注重加强硬件建设，改进不足，促进结构工程行业的快速发展。

（三）混凝土裂缝的控制

裂缝是混凝土结构施工方案设计中的一个常见问题，因此在设计工作中往往会注意这部分内容，用科学的防治措施来控制裂缝的数量和位置。首先，在混凝土结构设计中要科学控制混凝土的承载力，防止裂缝的产生。如果裂缝不可避免，那么就需要通过一定的方法来控制裂缝的范围。一般来说，可以根据工程施工的基础环境，科学地控制荷载性质、水压变化等因素。特别是在现代结构工程施工过程中，弯拉构件的一些裂缝很难得到控制，给控制工作的效果带来了很大的困难。例如，对于水工建筑物中的一些非常规构件，应严格控制裂缝宽度。裂缝宽度可根据混凝土构件的裂缝评定确定，裂缝开度可根据构件截面受力变化指标确定。同时需要注意的是，在实际应用过程中，要对钢筋和混凝土的极限承载力进行测量，然后对裂缝的规模控制要更加专业化、科学化，切实确保裂缝不会影响工程主体结构，进而保证工程的质量水平。

四、结束语

在结构工程中，混凝土材料的利用率越来越高，应用范围越来越广。质量优化已成为众多多维特征的焦点。因此，在混凝土结构优化设计中，我们要对其设计原则和标准有清醒的认识，在混凝土结构优化设计领域，专业的设计人员要不断积累设计经验，通过合理的方法提高施工质量，找出施工过程中的不足。同时也通过自己丰富的工作经验，使整个过程做得更好。