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高层钢筋混凝土结构设计优化研究夏宗保

发表时间：2021/5/13 来源：《城市建设》2021年4月作者：夏宗保

[导读] 根据相关报道，国内的普通民用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，对于高层民用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。

海南常湘建筑劳务有限公司夏宗保 570206

摘要：根据相关报道，国内的普通民用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，对于高层民用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；优化研究
        1高层民用建筑物中框架剪力墙结构的优点及缺陷
        相关设计人员在建筑物的主体结构设计过程之中，有关主体结构的类型选取非常关键，主体结构的选型对于建筑物结构的安全性、抗震能力、总体成本及后续的日常使用的各项功能的发挥起到非常直接的影响。国内时下流行的民用的高层建筑物的主体结构一般为如下几类：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙（框剪）结构、框架-核心筒结构等等。通常高层的住宅项目的主体建筑使用的是多数为剪力墙形式的结构，该类主体的结构在一般的高层住宅中的实际应用在现阶段非常多见，住宅楼建筑一般墙体面积较小并且墙体分件较多，所以适用于使用剪力墙形式的结构；不过此类建筑结构通常不适合应用到常规的公共商业用途的建筑物之中。剪力墙形式的主体结构系统具有一定的优点和优点某些缺陷，详细来讲：(1)优点：该形式的主体结构的承重墙、分隔墙体是处于连接成一个有机整体的状态，具有比较优良的经济性，特别是对于楼层较多的宾馆类、住宅类建筑非常适用；相关用户能够依照自身实际要求进行相对较大的装修及改造，提升现有的功能性；此类建筑结构抵抗横向荷载的承受能力较强，产生的侧向位移较小；此类建筑结构的内在特征使得其能够吸收相较其他结构来讲更多的地震灾害发出的能量，具有较高的抗震能力和安全性。(2)缺陷：该建筑结构的抗侧向位移刚度较大，导致在某种状况下可能出现比较强烈的地震反应，对于建筑物整体的安全带来一定的威胁；整体结构的延性相对较差，因为此方案使用的是构造配筋，配筋的比率较低，所以在保证结构的灵活性的前提下，使得整体结构的延性受到了较大的制约。
        2高层钢筋混凝土建筑结构优化设计的基本准则
        相关工程设计人员对于建筑项目实施主体结构的优化设计工作，和普通的常规结构设计工作不同，需要设计者全方位掌握相关设计成稿的优点及缺陷的前提下，尽量不对原有的设计进行颠覆性的大改动，最大限度地使得原有设计与工程实际的要求的契合度更加理想，依据如下设计工作的基本准则实施优化设计工作：（1）确保主体结构的完整性、稳定性及安全性；（2）确保主体结构的抗震能力及结构总体强度满足相关标准，特定区域需要进行局部强化设计；（3）设定必要的冗余量，尽量压缩不必要的功能构件的数量，最大限度地压缩施工作业的难度及最大限度地节约建安成本。
        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。
        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]杨军科，王小军.有关高层建筑结构设计问题及对策的探讨[J].山西建筑，2015，02：43～44.
[2]陈晓卫，陈永.混凝土房屋建筑施工期结构性能的研究分析[J].科技信息，2016，05：212.