论文部分内容阅读
【摘要】钢筋混凝土结构以其突出的耐久性、适用性、以及受力性优势而在当前的高层建筑中得到了广泛应用。然而，传统意义上的结构方案在设计上相对比较保守，存在一定的局限性，因此有待在满足结构使用要求的前提下，对钢筋混凝土结构进行优化设计。文章即围绕钢筋混凝土建筑结构优化设计方面的问题展开探讨与分析，望能够引起本行业工作人员的重视。
【关键词】建筑结构；钢筋混凝土；设计；优化
在当代社会经济水平不断发展的背景下，为了缓解矛盾突出的建筑施工与城市用地问题，高层建筑的建设比例不断增加。高层建筑层高多，整体高度大，且当前建筑规范中对建筑工程的使用年限有较长要求，故而必须通过建筑结构优化设计的方式，更好的发挥钢筋混凝土结构的性能优势，通过对一系列技术手段的综合应用，得到最佳的结构设计方案，以保障钢筋混凝土结构的整体安全性与稳定性。
1 钢筋混凝土建筑结构概述
在高层建筑项目当中，钢筋混凝土是最为常见的结构形式之一。在对高层建筑项目结构进行设计时，为了最大限度的发挥钢筋混凝土结构的优势，增加结构耐久性与稳定性水平，就需要采取各种方法对结构设计方案进行优化。在钢筋混凝土建筑结构的优化设计中，应当遵循以下几个方面的基本原则：
第一，优化设计的安全性原则。当前我国所建设建筑项目使用寿命多以70年为目标，建筑结构设计应当以满足使用年限的要求为前提，加强各方面的设计方案，在使用年限内最大限度的保障建筑结构的稳定性与安全性，确保结构方案能够应对各种突发性状况。
第二，优化设计的耐久性原则。在建筑项目的使用年限内，高层建筑项目必须具备一定的耐久性水平，此方面的要求是使建筑结构的整体承载力水平能够达到规范所要求限度，对结构自重有良好的承载能力。
第三，优化设计的适用性原则。建筑结构中使用钢筋混凝土的适用性原则要求在建筑结构的使用年限范围内，高层建筑的结构功能完整且稳定，能够为居住者提供各项所需的功能，同时兼顾抗震、抗裂缝、以及抗变形的能力，不出现功能方面的问题。
2 如何优化高层建筑钢筋混凝土结构设计
2.1 优化结构方案设计
从结构平面布置的角度上来说，推荐选择的结构布置方案有两种类型，分别为基于竖向荷载作用力传至柱的结构布置形式，以及基于纵横双向框架梁均匀承重的结构布置形式。其中，前者强调荷载传输路径的最短化，在该方案下，要求框架梁以及框梁柱等结构的布置位置以上下层墙体对齐轴线为首选方案，以确保墙体荷载能够通过框架梁传输至框架柱内。而在次梁布置时，则需要尽可能的缩短屋面恒活在相对于框架梁的传力路线长度，进而起到控制梁体布置数量的目的。而后者所强调的则是实现纵向与横向框架梁结构的均匀承重，以提高结构整体抗震能力，并且可以使柱截面大小更加的合理与稳定。
下图（如图1所示）为高层建筑中一种比较理想的次梁布置形式，该结构方案中横向侧梁均设置为一级侧梁，沿内走廊墙下侧梁则设置为二级侧梁，若将图1中A轴～B轴跨次梁调整为沿纵向居中布置的方案，会导致边柱一级顶层角柱受压水平一级配筋量的增大，可能使顶层柱截面尺寸形成为控制截面尺寸。
图1：次梁结构布置方案示意图
2.2 优化建筑结构计算
高层建筑项目钢筋混凝土结构中，若结构填充墙体所使用材料为砌体材料，则在对周期进行计算时，折减系数的取值应当调整为0.6～0.7区间；若结构填充墙体材料为轻质砌块材料，墙体材料用量相对较低，周期计算中对结构优化计算的折减系数取值应当以0.7～0.8为取值区间；而针对以轻质墙板为材料的填充墙体而言，在周期计算中折减系数的推荐取值为0.9。
还需要注意的一点是，在对顶盖结构以及建筑框架结构进行计算时，由于结构实际刚度水平会因填充墙的设置而产生提高，可能会出现实际刚度>设计刚度的情况，导致计算周期远远超过实际周期，这也就意味着计算得到的结构剪力水平<实际结构剪力水平，对房屋建筑结构安全性有不良影响。故而，就要求在建筑结构周期的计算中适当折减计算周期，以提高计算数据的准确性，确保结构性能安全。
2.3 优化基础结构方案
基础结构作为影响整个钢筋混凝土结构性能的重要因素之一，可以结合高层建筑的实际需求以及结构设计规范，对基础结构设计方案进行适当的调整与优化。例如，可以对主楼与裙楼基础进行分别设计，根据前期地质勘探资料，对主楼与裙楼采取不同的基础方案，基础底板或桩基承台要按照经验和计算结果设置，不得随意增加厚度或加大钢筋。例如在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程成本目的。故而，以地下室基础结构为例，可以采取增加抗浮锚杆的措施对方案进行优化。
3 结语
高层建筑是当前建筑工程领域最为主要的建筑形式之一，由于其高度较高，故而对结构稳定性与耐久性有非常严格的要求。在当前的高层建筑结构设计施工中，最常用的结构形式为钢筋混凝土结构。有关研究中分析认为，高层建筑结构功能的影响因素众多，包括环境、人员、技术等。在结构方案的优化设计中，必须以安全性、耐久性、以及适用性为基本原则，从结构方案、建筑结构计算、基础结构方案这些方面进行优化，以保障建筑结构的稳定、耐久。
参考文献：
[1] 孙鹏程，吴祖安，毕佳等.水平地震力作用下钢筋混凝土异形柱框架结构设计[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2008，9（3）：293-297.
[2] 金峰，董娟霞.浅析建筑结构设计中的钢筋混凝土构造的主要方法[J].建筑工程技术与设计，2014，（17）：305-305.
[3] 顾渭建，冯丽，王静等.高烈度区大跨度钢筋混凝土悬挑梁结构设计[C].//2012建筑结构抗震技术国际论坛论文集.2012：154-156.
[4] 张如杭，范波.钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构设计的几个问题——国家环保总局履约中心大楼工程结构设计[C].//第十二届高层建筑抗震技术交流会暨北京市建筑设计研究院60周年院庆学术交流会论文集.2009：469-474.
【关键词】建筑结构；钢筋混凝土；设计；优化
在当代社会经济水平不断发展的背景下，为了缓解矛盾突出的建筑施工与城市用地问题，高层建筑的建设比例不断增加。高层建筑层高多，整体高度大，且当前建筑规范中对建筑工程的使用年限有较长要求，故而必须通过建筑结构优化设计的方式，更好的发挥钢筋混凝土结构的性能优势，通过对一系列技术手段的综合应用，得到最佳的结构设计方案，以保障钢筋混凝土结构的整体安全性与稳定性。
1 钢筋混凝土建筑结构概述
在高层建筑项目当中，钢筋混凝土是最为常见的结构形式之一。在对高层建筑项目结构进行设计时，为了最大限度的发挥钢筋混凝土结构的优势，增加结构耐久性与稳定性水平，就需要采取各种方法对结构设计方案进行优化。在钢筋混凝土建筑结构的优化设计中，应当遵循以下几个方面的基本原则：
第一，优化设计的安全性原则。当前我国所建设建筑项目使用寿命多以70年为目标，建筑结构设计应当以满足使用年限的要求为前提，加强各方面的设计方案，在使用年限内最大限度的保障建筑结构的稳定性与安全性，确保结构方案能够应对各种突发性状况。
第二，优化设计的耐久性原则。在建筑项目的使用年限内，高层建筑项目必须具备一定的耐久性水平，此方面的要求是使建筑结构的整体承载力水平能够达到规范所要求限度，对结构自重有良好的承载能力。
第三，优化设计的适用性原则。建筑结构中使用钢筋混凝土的适用性原则要求在建筑结构的使用年限范围内，高层建筑的结构功能完整且稳定，能够为居住者提供各项所需的功能，同时兼顾抗震、抗裂缝、以及抗变形的能力，不出现功能方面的问题。
2 如何优化高层建筑钢筋混凝土结构设计
2.1 优化结构方案设计
从结构平面布置的角度上来说，推荐选择的结构布置方案有两种类型，分别为基于竖向荷载作用力传至柱的结构布置形式，以及基于纵横双向框架梁均匀承重的结构布置形式。其中，前者强调荷载传输路径的最短化，在该方案下，要求框架梁以及框梁柱等结构的布置位置以上下层墙体对齐轴线为首选方案，以确保墙体荷载能够通过框架梁传输至框架柱内。而在次梁布置时，则需要尽可能的缩短屋面恒活在相对于框架梁的传力路线长度，进而起到控制梁体布置数量的目的。而后者所强调的则是实现纵向与横向框架梁结构的均匀承重，以提高结构整体抗震能力，并且可以使柱截面大小更加的合理与稳定。
下图（如图1所示）为高层建筑中一种比较理想的次梁布置形式，该结构方案中横向侧梁均设置为一级侧梁，沿内走廊墙下侧梁则设置为二级侧梁，若将图1中A轴～B轴跨次梁调整为沿纵向居中布置的方案，会导致边柱一级顶层角柱受压水平一级配筋量的增大，可能使顶层柱截面尺寸形成为控制截面尺寸。
图1：次梁结构布置方案示意图
2.2 优化建筑结构计算
高层建筑项目钢筋混凝土结构中，若结构填充墙体所使用材料为砌体材料，则在对周期进行计算时，折减系数的取值应当调整为0.6～0.7区间；若结构填充墙体材料为轻质砌块材料，墙体材料用量相对较低，周期计算中对结构优化计算的折减系数取值应当以0.7～0.8为取值区间；而针对以轻质墙板为材料的填充墙体而言，在周期计算中折减系数的推荐取值为0.9。
还需要注意的一点是，在对顶盖结构以及建筑框架结构进行计算时，由于结构实际刚度水平会因填充墙的设置而产生提高，可能会出现实际刚度>设计刚度的情况，导致计算周期远远超过实际周期，这也就意味着计算得到的结构剪力水平<实际结构剪力水平，对房屋建筑结构安全性有不良影响。故而，就要求在建筑结构周期的计算中适当折减计算周期，以提高计算数据的准确性，确保结构性能安全。
2.3 优化基础结构方案
基础结构作为影响整个钢筋混凝土结构性能的重要因素之一，可以结合高层建筑的实际需求以及结构设计规范，对基础结构设计方案进行适当的调整与优化。例如，可以对主楼与裙楼基础进行分别设计，根据前期地质勘探资料，对主楼与裙楼采取不同的基础方案，基础底板或桩基承台要按照经验和计算结果设置，不得随意增加厚度或加大钢筋。例如在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程成本目的。故而，以地下室基础结构为例，可以采取增加抗浮锚杆的措施对方案进行优化。
3 结语
高层建筑是当前建筑工程领域最为主要的建筑形式之一，由于其高度较高，故而对结构稳定性与耐久性有非常严格的要求。在当前的高层建筑结构设计施工中，最常用的结构形式为钢筋混凝土结构。有关研究中分析认为，高层建筑结构功能的影响因素众多，包括环境、人员、技术等。在结构方案的优化设计中，必须以安全性、耐久性、以及适用性为基本原则，从结构方案、建筑结构计算、基础结构方案这些方面进行优化，以保障建筑结构的稳定、耐久。
参考文献：
[1] 孙鹏程，吴祖安，毕佳等.水平地震力作用下钢筋混凝土异形柱框架结构设计[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2008，9（3）：293-297.
[2] 金峰，董娟霞.浅析建筑结构设计中的钢筋混凝土构造的主要方法[J].建筑工程技术与设计，2014，（17）：305-305.
[3] 顾渭建，冯丽，王静等.高烈度区大跨度钢筋混凝土悬挑梁结构设计[C].//2012建筑结构抗震技术国际论坛论文集.2012：154-156.
[4] 张如杭，范波.钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构设计的几个问题——国家环保总局履约中心大楼工程结构设计[C].//第十二届高层建筑抗震技术交流会暨北京市建筑设计研究院60周年院庆学术交流会论文集.2009：469-474.