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浅谈高层建筑中混凝土结构优化设计1 混凝土结构设计的基本原则 1.1 建筑结构的功能要求建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求，有下列三个：①安全性。建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。②适用性。建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。③耐久性。建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。 1.2 结构可靠性是指结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的能力。但是当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。 结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠度的分析就是要合理地确定结构的可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。 2 混凝土结构优化中应注意的问题 2.1 结构的内力重分布和延性设计延性结构容许构件的某些截面有一定的转动能力，形成塑性铰，产生塑性内力重分布。通过塑性铰区域的变形，能有效的吸收和耗散地震能量，有利于抗震。采用梁型侧移机构，塑性铰首先出现在梁中，当部分以至全部梁端出现塑性铰时结构仍能继续承受外荷载，当全部梁端及柱子的底部均出现塑性铰时结构才破坏。超静定结构内力重分布的计算方法采用弯矩调幅法，按规范应采用弯矩调幅系数取0.8。 2.2 地震力的计算采用振型分解反应谱法计算地震力，应用振型分解和振型正交性的原理将质点体系的运动微分方程组进行解耦，分别求出每一振型的地震作用和相应的作用效应，然后再用平方和开方的方法将各振型的作用效应进行组合以获得总作用效应。 2.3 设计人员要注重概念设计，满足美观、适用的前提下，尽可能使建筑结构的平面和竖向布置简单、规则和均匀。这样结构体系就会具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样，到扩初设计和施工图设计阶段的截面尺寸优化才会有实质性的意义。 3 高层建筑中混凝土结构优化的具体方法 3.1 高强砼和高强钢筋的合理使用建筑的总造价包括上部结构的材料、基础及施工等费用，构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大，设计中合理使用高强钢筋可有效降低用钢量，节约成本。如果高层建筑位于深厚软弱地基上，由于作用于地基上的荷载很大，合理使用高强砼和高强钢筋优化构件截面尺寸，减轻结构自重，将会降低基础施工的难度和造价，取得显著的经济效果。 同时，对于地震区的高楼，地震作用的大小几乎与建筑自重成正比，减轻自重能够减小结构的地震荷载，有利于提高结构的安全度。在设计中合理的使用高强砼和高强钢筋，能快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，降低用钢量，减轻建筑自重，最终达到降低造价的目的。 3.2 确保建筑结构设计均匀在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。 结构设计人员一定要注重概念设计，在建筑方案阶段就应积极介入，运用自己的专业知识提出建议，在满足美观、适用的前提下，尽可建筑结构的平面布置和竖向布置简单、规则和均匀。 综上所述，高层建筑混凝土结构的优化设计可以从诸多方面入手，更加合理，有效地节约成本。 1