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摘要：据统计，在我国的高层建筑工程中，钢筋混凝土主体框架结构的施工成本占到了总项目成本的70%~80%，并且结构强度占到了85%以上，因此，如何对高层建筑钢筋混凝土建筑结构进行设计优化，具有重要的理论和现实际意义。本文对建筑工程中高层钢筋混凝土结构的优化设计进行分析，以供参考。
关键词：建筑工程；钢筋混凝土；优化
引言
随着我国经济发展人民生活水平的提高，对高层住宅的品质、功能要求越来越高，高层住宅的发展趋势越来越国际化，设计样式越来越多，这对高层住宅的结构设计优化提出了更高的要求和挑战，高层住宅的结构设计难度也越来越大，结构设计受重视的程度日趋提高，在一定程度上将确保各类建设项目的顺利运行。
1高层建筑的结构特征
高层住宅在进行结构设计时，主要要考虑竖向荷载和水平荷载两个因素。其中竖向荷载主要包括结构本身自重、施工或建成使用中的活荷载以及竖向地震作用等；水平荷载主要包括风荷载和水平地震作用。竖向荷载作用下的受力情况相对简单，根据传统的力学知识即可进行分析设计，但水平荷载作用下的受力情况相对复杂，而且对高层住宅的结构起控制作用的往往是风荷载和水平地震作用。
2结构方案优化
在建筑处于方案图设计时，结构专业设计人员便应与建筑师进行相关的沟通，确定建筑的基本结构方案，以使结构形式能满足建筑里面要求和使用功能方面的要求，并有合理的经济性。普通建筑中，使用较多的有框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、框架核心筒结构，设计人员需要针对不同的建筑方案选择合适的结构。但不应局限于这些常见的结构体系，应根据建筑的特性，寻找和构建更多的结构方案，运用科学合理的方法，对各个方案的安全性、适用性、经济性等方面进行比较，选出最佳方案。
3结构设计优化的要点
3.1结构体系的选择
目前，普通高层住宅常用的结构形式有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。框架结构是指由梁、柱组成框架来抵抗水平荷载和竖向荷载的结构形式。其特点是空间布置灵活可改造性大，结构自重轻，但也存在刚度较差、抗侧力能力弱等缺陷，对水平荷载承载力较低，所以普遍用于低烈度且对住宅品质要求不高的小高层结构。框架剪力墙结构的受力特点兼有框架及剪力墙结构体系的优点，即在剪力墙结构中布置一定数量的框架柱，这种结构布置及使用上比剪力墙结构灵活、方便，刚度及抗震能力上比框架结构有着明显的提升，但其抗侧刚度不如剪力墙结构体系，所以主要还是用于低烈度高层中。
3.2嵌固端的选择
现在的高层住宅往往都有大底盘地下室，如何选择嵌固端对建筑结构的经济性及合理性起到重要作用。《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》中对嵌固端的要求较高（主要是地下室与地上一层的刚度比），所以很多结构工程师习惯将嵌固端设置在地下室底板。但这种计算模型的假定所得出的嵌固端仅为计算嵌固端，笔者认为不妥。嵌固端为预期出现塑性铰的位置，大底盘的地下室即使通过计算无法满足规范嵌固要求，但实际还是对结构起到嵌固作用。根据笔者的经验，在选取嵌固端的时候应结合实际情况，尽量将嵌固端取到地下室顶板，实在无法满足刚度比的情况下，应按嵌固在顶板（实际嵌固端）与嵌固在地下室底板（计算嵌固端）两个计算模型进行包络设计。
4结构体系优化
4.1框架结构的优化
首先，确定合理的柱网，力求结构平面简单、规则、对称，使结构有良好的受力状况。柱网尺寸的大小也很重要，在柱网尺寸确定后，梁板的布置及尺寸也能随之大概确定，即确定柱网尺寸也就大概确定了混凝土的用量。因此，需要结合建筑方案以及建筑尺度，对不同柱网尺寸和梁板布置进行比选，确定合理有效的柱网。其次，在框架结构设计中，梁柱是主要的受力构件，梁柱的截面尺寸直接影响混凝土用量及钢筋用量，因此合理的梁柱截面尺寸能够有效的提高经济性。通常情况下，框架梁的截面尺寸是由梁的跨度来估算的，梁的的高度取计算跨度的1/10～1/15，然后综合荷载、混凝土材料强度、跨度、配筋率等，确定最佳经济梁高。
4.2基础优化
基础工程作为整个建筑工程的一部分，其成本费用占比较大，对于高层建筑深基础一般为20%～30%，因此，对基础的优化对整个工程优化有着显著的重要性。在工程设计中，合理的基础形式是确保基础结构安全、减少项目建设费用、减少施工工期的重要前提，设计人员应综合考虑建筑结构形式、场地地质条件、施工技术来确定。要用科学合理的方法对不同的选型进行比选，以选出最经济和合理的基础形式。
5建筑结构优化设计的具体措施
5.1结构抗震设计优化
民用高层建筑中很注重通过结构设计达到隔震和减震的目的。设计阶段，应详细地分析当地记录的历年地震强度等级，并结合自然地质水文分布情况预测该建筑物可能受到的地震冲击力度，出具地震安全评估报告。在地震安全评估报告中，要计算出建筑物的抗震强度，根据计算数据指导相应的结构抗震设计。
5.2建筑基础结构的优化措施
建筑基础结构的设计水平在很大程度上决定了整栋建筑物的稳固性和安全性，因此，要重视对建筑基础结构的优化设计。一般裙楼部分采用独立基础，主楼部分采用筏板基础，对桩基承台和基础底板进行优化设计时，需要在满足设计要求的基础上，结合地质勘察报告对设计数据留有适当的余量，避免意外情况的发生；同时，要注意不可随意加大钢筋长度和密度，杜绝浪费现象的发生。将建筑物地下室基础部分由通用的筏板基础结构改造成独立基础加抗浮锚杆和防水底板的结构，以减少钢筋和混凝土的用量，并提升建筑物的结构安全性。对于地下室，顶板可以采用十字形梁支撑较薄的覆土层，起到提高稳定性的目的。同时，对于地质勘察报告中发现的特殊地质，如在建筑物下部的持力层为中密卵石层，可以采用“独立基础加抗水底板的裙楼基础+筏板基础的主楼+抗浮锚杆的地下室”这样的组合结构实现结构优化设计，增强建筑物稳定性。
6混凝土结构耐久性提升措施
6.1限制混凝土碱-集料反应
我国混凝土强度等级偏低，混凝土结构碱-集料反应难以引起建筑物开裂退化，但碱-集料反应对混凝土结构的影响具有不可逆性和危害性。为避免碱-集料反应危害混凝土结构，在混凝土中应尽量不使用活性集料，同时应掺入混合料并降低混凝土碱量。
6.2预防钢筋锈蚀
对钢筋表面喷涂环氧树脂粉末可以减轻氯离子和氧等对钢筋的侵蚀，同时，对混凝土表面进行涂层也可以减少侵蚀物质与钢筋发生化学反应。在混凝土中掺入亚硝酸钠、高效减水剂、高活性矿物等也可以有效地阻止钢筋发生锈蚀。
6.3减缓化学侵蚀
通过调整水灰比例提高混凝土的抗渗透能力是限制氯盐、镁盐等侵蚀性物质的侵蚀主要途径。同时，降低混凝土碱度和增加掺合料也能增加混凝土结构抗氯离子的渗透能力。
结束语
对高层建筑结构设计的优化对整个工程项目的建设很重要，能够有效提高工程设计质量并降低工程造价，具有很积极的作用。结构设计人员在设计工作中应从整体出发，将结构优化设计的重点和原则落实到整个设计阶段，并积极探索新方案、新技术。
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