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高层钢筋混凝土结构设计优化研究郎建高1冯兰2

发表时间：2021/5/10 来源：《建筑科技》2020年10月下作者：郎建高1冯兰2

[导读] 根据相关报道，国内的普通高层建筑物工程之中，采用钢筋混凝土作为建筑主体框架构造的建筑安装成本在项目总体预算资金成本中的比重大约能够达到约65%～75%左右，并且钢筋混凝土框架对于高层建筑主体的结构强度的贡献的比重大于80%，所以，对于高层建筑的钢筋混凝土结构进行优化设计，具有非常重要的现实际应用价值。

1浙江绍兴身份证号：3306821987062****7 郎建高1 312300
2浙江绍兴身份证号：3306021982040****7 冯兰2 312300

摘要：根据相关报道，国内的普通高层建筑物工程之中，采用钢筋混凝土作为建筑主体框架构造的建筑安装成本在项目总体预算资金成本中的比重大约能够达到约65%～75%左右，并且钢筋混凝土框架对于高层建筑主体的结构强度的贡献的比重大于80%，所以，对于高层建筑的钢筋混凝土结构进行优化设计，具有非常重要的现实际应用价值。
关键词：高层；钢筋混凝土结构；设计优化
        1钢筋混凝土结构的概述
        在高层建筑施工中，混凝土是应用比较广泛的复合材料，其优势在于经济性强、效果良好，现已在各种建筑工程项目中得到积极应用。它一般由两大材料构成：一是作为凝胶材料的水泥，二是作为骨料的砂石，两种材料按照一定的比例进行配备，添入适量的水、添加剂后进行规范合理地搅拌，定型后硬度非常大，抗压性加强。关于钢筋混凝土结构，主要指的是配有钢筋增强的混凝土制成的结构，将钢筋与混凝土进行科学合理地结合，将钢筋规范合理地布设于构件受力截面的受弯区，之后科学合理地浇筑混凝土，完成对钢筋的全面包裹。钢筋、混凝土是两种特性截然有别的材料，它们之间能够有效结合、协同工作的关键是两种材料之间能够产生较强的黏结力，温度线膨胀系数大致相同，另外，钢筋被混凝土包裹能够避免受到外界环境的腐蚀。
        2钢筋混凝土结构的优势
        第一，原材料能够实现最大化使用。钢筋混凝土是最常用的一种施工材料，主要由钢筋、混凝土及纤维等构成，这些原材料的性能和规格通常会对工程质量产生决定性影响。众所周知，混凝土材料的受拉能力差，而钢筋结构也存在抗压能力弱的缺陷，所以为保障项目质量安全需使用复合材料，钢筋混凝土就成为了优选材料，原因在于它同时具备两种材料的优势特性，而且只要科学配比就能起到优势互补的效果，因此更能满足施工需求。第二，结构整体性优势显著。由于钢筋混凝土材料同时集成了多种材料的优势性能为一身，所以表现出令人满意的整体性，而这种整体性是一个相对广泛的概念，不单单反映在安全上，还反映在耐久性、可模性上。随着社会经济的迅猛发展，生活水平的大幅改善，人们对建筑的要求也日益多元化，既要满足质量要求，还要满足更多功能需求，比如防火防潮。此外，钢筋混凝土不仅具有良好的抗压抗拉性能，同时也表现出较好的耐火、耐久性。由于钢筋由混凝土包裹着，所以不容易锈蚀，而混凝土独有的隔热功能则能防止钢筋软化，由此可大大增强整体结构的稳定性。不仅如此，该材料在抗震、抗爆方面也表现突出。
        3高层钢筋混凝土建筑结构优化设计的制约因素
        3.1构件方面的制约因素
        构件方面的制约因素指的是推进优化设计的过程中，需要参考有关构件的刚度数值、承载能力及系统的稳定性，特殊情况下，例如需要考虑抗震设计因素的情况，还需要额外参考构件的最大变形量及其拉伸方面的能力。针对相关构件进行优化后使其可以在高层建筑物的结构中体现更优良的实际效果。如实施框架柱体的优化设计过程中，工程设计人员必须在框架梁的两侧设计箍筋加密箍筋的区域，与此同时，必须校核框架柱体的轴压比值，用以保证相关设计满足各项数据参数的要求。
        3.2组件方面的制约因素
        组件指的是由实现一致的或者相互关联的各类功能的一整套构件，工程设计人员在针对组件方面的原有设计实施优化改善的过程中，必须保证组件作用超过构件作用。比如，在高层建筑物架构核心筒组件构造中，核心筒及外部框架均能够视为独立的结构件实施单独设计，然而在进行框架核心筒组件构造优化设计的过程中，相关工程设计人员必须保证组件的框架剪力及倾覆力矩大于单独构件的剪力及倾覆力矩总和。

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        3.3整体结构方面的制约要素
        整体结构方面的制约要素条件是和高层建筑物总体构造相互联系的设计制约要素。相关工程设计人员在实施整体结构方面的制约要素条件时，必须综合参考钢筋水泥混凝土构造的各个层级之间角度位移数值、抵抗侧向形变的刚度及抵抗扭转的刚度等，用以保证总体结构满足舒适度及稳定性要求。
        4高层建筑总体构造优化设计过程的具体方案
        4.1高层建筑框架构造的优化设计方案
        对于高层建筑框架构造实施优化设计是一项持续更新及逐渐完善的过程。依据高层建筑物主体结构内力研究报告，相关工程设计人员研究梁、柱各个构件之间的内力大小及方向，找到符合载荷要求的各个结构件的几何参数特征及外形尺寸，并且依据相关特征校核配筋数量。针对框架结构实施了优化改善之后，可以确保被优化结构在原有外部载荷作用下内力的分布状态产生改变，使结构件的受力状态更加均匀，进而提升建筑物内部结构的安全稳定性。
        4.2高层建筑抗震结构设计优化方案
        我国高层建筑物中非常关注借助结构设计实现减震及隔震的目标。相关工程设计人员在进行优化设计的过程中，必须认真地研究本地记录的往年地震强度等级，并且配合当地水文自然地质分布状况评估该高层建筑物可能遭遇地震影响程度，生成相关高层建筑物抗震安全等级评测报告。在地震评测报告中，相关工程设计人员需要评估出高层建筑物的抗震等级，依据评估得到的相关数据信息指导对应的抗震结构设计。
        4.3高层建筑剪力墙构造的优化方案
       高层建筑的剪力墙构造的优化设计方案通常为两个角度的问题：即参考相关建筑的构造的刚度角度及延展性角度。实现相关构造的延展性层面的优化设计，必须依据相关建筑物在维持其承载能力不变的基础上针对建筑主体的构造的抵抗形变效果实施优化设计；实现相关构造的刚度层面的优化设计，通常是依据勘测所得到的建筑主体结构的侧方向位移及其本身的固有震动周期校准相关构造。工程设计人员对于剪力墙的构造实施优化设计，先要对于相关剪力墙的组件结构实施深入的研究，研究和分析其延展性能、刚度及最大承载力数值，借此强化相关剪力墙的支撑力度及稳固特性。与此同时，工程设计人员进行相关剪力墙构造的优化设计工作过程必须和减震及隔震设计工作相配合，经过相关剪力墙的一系列优化设计工作使得高层建筑物的支撑座发生的弹塑性各层之间的位移角度数值始终处于标准范围之内，并且借助提升弹性层间的位移角度数值的极限数值达到针对钢筋水泥混凝土构造的进一步优化，使其在刚度及延伸特性参数上得到更大的提升。
        4.4高层建筑基础构造的优化方案
        相关工程设计人员必须关注建筑基础构造的优化设计工作。对桩基承台及基础底座实施优化设计的过程中，必须对相关数据保留相应的余量，保证建筑主体的安全；与此同时，必须重点关注设计过程中不能轻易改变钢筋长度及密度，尽量避免出现浪费现象。把高层建筑物地下基础部分由常规的筏板基础构造优化为独立基础加抗浮锚杆及防水底板的构造，最大限度地降低钢筋水泥混凝土的使用数量，并且大幅度提高高层建筑物构造的稳定性性。针对地下室部分，顶板区域可使用十字形梁结构对于较薄的覆土层进行支撑，实现提升整体结构稳定性的目标。
        5结语
        高层建筑钢筋水泥混凝土构造的设计工作对于强化高层建筑物安全稳定性起到关键作用，相关工程设计人员必须在规划进程中予以关注，并且借助持续改进完成其设计结果的最优化。与此同时，高层建筑物的结构优化设计是一类复杂的工程，需要相关设计人员坚持稳定及安全的准则，在符合构件制约因素的前提条件下，找出优化设计的解决方案。
参考文献:
[1]张浩.高层建筑钢筋混凝土结构设计的现状及策略分析[J].中国住宅设施，2020，（10）：12-13.
[2]王浩.钢筋混凝土高层结构设计的常见问题和处理[J].现代物业（中旬刊），2020，（07）：62-63.