混凝土结构基本设计原则汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇混凝土结构基本设计原则范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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高等教育应用型本科人才土木工程专业主要培养面向社会一线需要的高技能人才，学生毕业后从事的职业有结构工程师、土建工程师、监理工程师等；混凝土结构课程是建筑工程技术专业的专业主干课，也是工程建设中大量使用的一种结构形式，对培养具备职业岗位和工种要求的基本能力、基本技能和专业综合素质有着重要的作用。按照培养“服务为宗旨、就业为导向”人才培养模式，我们对混凝土结构设计课程体系、教学内容、教学环节、教学方法和手段、实践教学等方面进行了深入的改革和大胆的实践，形成了完整的课程教学体系，取得了良好的教学效果。

一、课程改革的理念

1.服务企业，突出职业能力培养

长期以来，混凝上结构课程受本科教学模式的影响，教学大纲和教学环节围绕培养设计、兼顾施工和管理的人才目标制订，而且，在教学过程中，重课堂教学和理论知识传授，轻应用能力的培养，使得学生毕业后需要很长一段时间才能胜任岗位工作。近年来，随着我国建筑设计企业改革的不断深入，企业对本专业学生就业要求是懂得设计的基本原理，会正确应用规范、图集、能进行电算操作、直接承担施工图绘制，编辑的工作任务。因此，对混凝土结构设计课程，必须紧紧围绕建筑设计单位对一线设计人员的需求，能力与素质的要求，以突出应用能力培养为主线进行教学改革。

2.校企合作，构建“教、学、做”的教学模式

混凝土结构设计课程不仅包括混凝土结构构件的基本受力性能、设计计算理论和方法及配图的绘制，而且涵盖了大景直接涉及混凝土结构细节的构造、大样方面的内容。显然，使学生更好地掌握这些基本知识和技能，仅由专任教师在学校进行教学足不可能完全实现的。只有通过学校与企业合作，以学生完成混凝上结构工程设计的真实工作任务及其工作流程为依据，共同构建“教、学、做”的工学结合教学模式，将工程基本技能的训练贯彻到教学的伞过程，才能使学生在掌握混凝土结构基本知识的基础上，具备较强的从事职业岗位的工作能力，并获得工程设计实践经验，同时，使学生加深对社会的了解和职业的认识，正确地选择就业岗位。

二、课程体系的构建

混凝土结构课程传统的课程教学体系一般是先讲授受弯、受剪、受扭、受压及受拉构件的截面计算，然后再讲授相应的结构设计，最后集中时间进行课程设计。这种体系不仅使构件的截而计算与相应的结构设计教学内容不连续，不利于学生在混凝土结构设计的真实工作过程中系统地掌握所需的专业知识，而且实践教学只安排课程设计，时间少，内容仅为设计手工计算与施工图的绘制，缺乏对学生进行所从事的PKPM电算和平法施工图表达的训练。为此，我们根据混凝土的结构的组成和受力特点，本着便于工学结合的原则，对教学内容进行了有机地整合和序化，构建了对不同受力类型的构件及其组成的相应结构为工作任务载体的6个学习情境(见下图)。对每一个学习情境，除了讲授学生必备的混凝土结构构件设计的知识外，根据实际工程应用情况，按真实设计过程进行常用结构构件的设计计算、施工图绘制的实训指导，形成了混凝土结构原理性知识―平法电算―施工图绘制“三位一体”的“教、学、做”教学模式。

三、教学环节的组织

根据建筑设计类企业对本专业人才的要求，遵循学生职业能力的培养规律，对混凝土结构课程的每一个学习情境，采用下表所列的两阶段四步教学法组织教学。通过每个阶段的资讯、决策、计划、实施、检查、评价教学过程的实施，培养学生在真实工程环境条件下，正确地选用结构工程材料，能够进行常用结构构件的设计计算和施工图的绘制。

四、教学方法和手段的改革

在混凝剂结构课程的教学中，我们除了灵活地应用传统的教学方法和手段外，结合教学内容和教学环节，采用现场教学、工程实例教学、动手操作教学、相互评价教学等方法和现代教育技术手段进行教学，有效地提高了教学质量。

1.现场教学

在进行楼盖结构、单层厂房排架结构、框架结构以及预应力混凝土结构等教学时，利用课内、外时间组织学生到校外实训基地的工程现场，由兼职教师讲授结构的组成、布置、工程构造要求以及施工工序。直观的现场教学，不仅有利于学生更好地理解、掌握教学内容，而且也有利于增强学生的工程意识，激发学习兴趣。

2.工程实例教学

通过外伸梁、雨蓬、楼盖结构以及单层厂房排架结构等工程设计计算实例教学，使学生在理解混凝土结构构件的基本知识和原理的基础上，熟悉结构构件的计算方法和过程，提高结构施工图的绘图和识图能力，并积累一定的工程经验。

3.动手操作与相互评价教学

在专、兼职教师的指导下，学生根据实际项目工程资料进行梁、板、柱、基础等结构构件的设计计算和施工图绘制，同时组织学生分别对绘制的施工图开展相互评价。这种教学方法，不仅学生乐于实践，能够较好地了解工程设计过程，提高职业技能和综合素质水平，而且有利于培养学生的鉴别能力，进一步提高教学效率。

五、实践教学的实施

根据课程实践教学环节的设置，我们与多家建筑设计院本着合作育人、共享资源的原则共同建立了稳定的校外实训基地，同时从设计一线聘请了技术水平高、工程经验丰富、善于教学工作的校外兼职教师，为实践教学的开展奠定了良好的基础。

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在泵站结构设计过程中要根据泵站的结构特点与功能构成划分为易于计算的部分，进而建立起设计与运算的数字模型。泵站地下部分以钢筋混凝土为建模标准，垂直壁板的计算过程中要注意长宽比，低于0.5的地下部分以单向板结构计算，大于0.5的地下部分以双向板计算；泵站地上部分以框架结构为建模标准，要注意模型构建的合理性和结构的完整性。

1.2泵站结构荷载的计算

要根据泵站设计的基本要求和工程实际，对泵站结构进行平面计算，要重点做好泵站自重、土压、活荷载、静水压力、工作荷载等与泵站结构和强度相关的计算，以便确保泵站结构符合建设的实际情况和运行的基本要求，从负荷能力与抗荷载能力上确保泵站的稳定。

1.3泵站结构设计的原则

一是，泵站结构设计要坚持适当原则，泵站结构设计应该满足当前的工程实际和施工技术水平，以此来确保泵站结构设计的可行性，要尽量控制泵站结构的合理性，受力的明确性，真正实现泵站结构设计的安全与经济等目标。二是，泵站结构设计要坚持安全原则，在泵站结构设计中要通盘考虑地基的稳定性、土壤性质，避免出现泵站结构施工中大量挖掘和填埋，在妥善利用地形地利的情况下，做到泵站结构的安全。三是，泵站结构设计要坚持优化选型原则，要通过泵站结构设计工作来控制整个泵站的结构尺寸，减少泵站结构出现过多的裂缝影响结构功能，同时提高泵站结构对震动、温差、负荷的抵抗能力，确保泵站结构的强度。四是，泵站结构设计要坚持经济性原则，泵站结构设计过程中应该结合施工当地的特点，采用因地制宜的措施与方法，控制泵站结构建设的成本，例如：在泵站结构设计中要注意到材料的选择，通过就地取材来降低泵站结构的建设造价，从成本上进行深入的控制和合理的设计。

2泵站结构设计应该突出和把握的关键问题

2.1强化泵站结构混凝土防腐性能设计

设计工作中应根据泵站混凝土结构的特点做好各方面的处理和强化，做到对腐蚀作用的有效防治。一方面要做好泵站混凝土结构溶解性腐蚀的防治设计，要在设计中控制混凝土pH值，避免在pH值超标而出现腐蚀性离子的溶解，预防泵站混凝土结构外部的“泛硷”，控制腐蚀性离子对钢筋、混凝土结构的腐蚀，确保泵站混凝土结构的强度与耐久性。另一方面要做好泵站混凝土结构周围土壤腐蚀的防治设计，在设计中根据土壤中存在的硫酸根、碳酸根、氯酸根离子的特点，采用化学防护和物理保护向结合的措施，确保混凝土结构的性能，控制钢筋腐蚀的速度，做到从设计的角度实现泵站混凝土结构的高抗腐蚀性能。此外，在设计中可以应用防腐涂料来对抗混凝土腐蚀问题，例如：可以在设计中增加喷涂防腐涂料——环氧粉末，以此来达到提高泵站混凝土结构的抗渗性和防腐性，使泵站混凝土结构对盐碱、水分、二氧化碳等腐蚀性物质的抵御能力大幅度提升，做到对混凝土结构的保证，进而从设计的角度提高了泵站结构抗腐蚀性能。最后，在设计中还可以通过规范施工技术来做到对防腐蚀性能的提升，例如规范施工环境，加强混凝土表面等方式都可以实现对腐蚀的有效防治。

2.2强化泵站结构设计施工间的配合

泵站设计牵涉的专业较多,工艺较复杂,各专业之间的配合就显得尤为重要。工艺及通风、配电等各专业应与土建专业多沟通,例如:池壁与池壁之间、壁板与底板之间的构造加腋(八字角)要求;如水工艺不允许加腋,应向土建设计人员讲明。对于各专业设备需要在板上或池壁上开洞的位置,应提前与土建设计人员沟通,避免与结构发生冲突。另外,土建设计人员应尽量满足水工艺要求,以设计规范为依据,专业之间互相配合,对一些构造措施应区分情况,灵活掌握。设计与施工紧密相连,设计应切合施工、方便施工。例如:水池施工为便于支模及浇筑混凝土,一般在离池底及加腋以上300～500mm处留置施工缝,设计人员应考虑施工要求,在此范围内避免设计有预留洞、预埋管、悬挑梁板等。设计应多了解新的施工工艺、新材料、新技术、新方法。

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中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（b）-0204-01

泵站是城市生产生活调配水资源的重要设施，是整个市政工程中关键的结构与节点，在城市化发展趋势和特点逐步显现的今天，泵站的设计、施工成为影响城市生活与生产的关键性工作。在具体的泵站结构设计工作中应该从模型计算、荷载计算等主要工作出发，坚持泵站结构设计的经济、安全和优化原则，构建泵站结构设计现代化的体系，在做好伸缩缝控制，控制好混凝土结构防腐性能，设计施工配合等关键性工作的基础上，提升泵站结构设计的质量，实现对市政工程建设、城市化发展的有效支撑与保障。

1 泵站结构设计的主要工作

1.1 泵站结构的模型计算

在泵站结构设计过程中要根据泵站的结构特点与功能构成划分为易于计算的部分，进而建立起设计与运算的数字模型。泵站地下部分以钢筋混凝土为建模标准，垂直壁板的计算过程中要注意长宽比，低于0.5的地下部分以单向板结构计算，大于0.5的地下部分以双向板计算；泵站地上部分以框架结构为建模标准，要注意模型构建的合理性和结构的完整性。

1.2 泵站结构荷载的计算

要根据泵站设计的基本要求和工程实际，对泵站结构进行平面计算，要重点做好泵站自重、土压、活荷载、静水压力、工作荷载等与泵站结构和强度相关的计算，以便确保泵站结构符合建设的实际情况和运行的基本要求，从负荷能力与抗荷载能力上确保泵站的稳定。

1.3 泵站结构设计的原则

一是，泵站结构设计要坚持适当原则，泵站结构设计应该满足当前的工程实际和施工技术水平，以此来确保泵站结构设计的可行性，要尽量控制泵站结构的合理性，受力的明确性，真正实现泵站结构设计的安全与经济等目标。二是，泵站结构设计要坚持安全原则，在泵站结构设计中要通盘考虑地基的稳定性、土壤性质，避免出现泵站结构施工中大量挖掘和填埋，在妥善利用地形地利的情况下，做到泵站结构的安全。三是，泵站结构设计要坚持优化选型原则，要通过泵站结构设计工作来控制整个泵站的结构尺寸，减少泵站结构出现过多的裂缝影响结构功能，同时提高泵站结构对震动、温差、负荷的抵抗能力，确保泵站结构的强度。四是，泵站结构设计要坚持经济性原则，泵站结构设计过程中应该结合施工当地的特点，采用因地制宜的措施与方法，控制泵站结构建设的成本，例如：在泵站结构设计中要注意到材料的选择，通过就地取材来降低泵站结构的建设造价，从成本上进行深入的控制和合理的设计。

2 泵站结构设计应该突出和把握的关键问题

2.1 强化泵站结构混凝土防腐性能设计

设计工作中应根据泵站混凝土结构的特点做好各方面的处理和强化，做到对腐蚀作用的有效防治。一方面要做好泵站混凝土结构溶解性腐蚀的防治设计，要在设计中控制混凝土pH值，避免在pH值超标而出现腐蚀性离子的溶解，预防泵站混凝土结构外部的“泛硷”，控制腐蚀性离子对钢筋、混凝土结构的腐蚀，确保泵站混凝土结构的强度与耐久性。另一方面要做好泵站混凝土结构周围土壤腐蚀的防治设计，在设计中根据土壤中存在的硫酸根、碳酸根、氯酸根离子的特点，采用化学防护和物理保护向结合的措施，确保混凝土结构的性能，控制钢筋腐蚀的速度，做到从设计的角度实现泵站混凝土结构的高抗腐蚀性能。此外，在设计中可以应用防腐涂料来对抗混凝土腐蚀问题，例如：可以在设计中增加喷涂防腐涂料――环氧粉末，以此来达到提高泵站混凝土结构的抗渗性和防腐性，使泵站混凝土结构对盐碱、水分、二氧化碳等腐蚀性物质的抵御能力大幅度提升，做到对混凝土结构的保证，进而从设计的角度提高了泵站结构抗腐蚀性能。最后，在设计中还可以通过规范施工技术来做到对防腐蚀性能的提升，例如规范施工环境，加强混凝土表面等方式都可以实现对腐蚀的有效防治。

2.2 强化泵站结构设计施工间的配合

泵站设计牵涉的专业较多，工艺较复杂，各专业之间的配合就显得尤为重要。工艺及通风、配电等各专业应与土建专业多沟通，例如：池壁与池壁之间、壁板与底板之间的构造加腋（八字角）要求；如水工艺不允许加腋，应向土建设计人员讲明。对于各专业设备需要在板上或池壁上开洞的位置，应提前与土建设计人员沟通，避免与结构发生冲突。另外，土建设计人员应尽量满足水工艺要求，以设计规范为依据，专业之间互相配合，对一些构造措施应区分情况，灵活掌握。设计与施工紧密相连，设计应切合施工、方便施工。例如：水池施工为便于支模及浇筑混凝土，一般在离池底及加腋以上300～500 mm处留置施工缝，设计人员应考虑施工要求，在此范围内避免设计有预留洞、预埋管、悬挑梁板等。设计应多了解新的施工工艺、新材料、新技术、新方法。

3 结语

在具体的泵站设计工作中要强化结构设计，要以科学、合理的结构来确保泵站的整体稳定与安全运行，应该将泵站的功能、城市未来发展、施工实际等环节做到通盘考量，从方案、地基、材料、工艺等方面出发做到对泵站结构的有效强化，以此来实现泵站在结构的上的价值与意义，达到对市政工程科学化设计、合理化建设的有效支撑。

参考文献

[1] 曲春成.污水总泵站的设计[J].水利科技与经济，2009（3）：203-205.

[2] 方春.大型泵站的技术改造[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2009（2）：55-56.

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Abstract: compared with the civil, commercial buildings, industrial building for the safety of the structure, vibrate resistance, resistance to put forward such as more strict requirements, particularly in the concrete structure design, must take effective process and technical measures, not only to improve the overall performance of the structure, but also for of the construction of the project schedule, quality, safety and cost have important influence. The author discusses industrial building engineering management experience for many years, this paper analyzes the concrete structure design of related problems, only for reference to fellow.

Keywords: industrial architecture; Concrete structure; design

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

目前，国内建设的工业建筑主要采取混凝土结构，与传统的建筑结构形式相比，其具有较为理想的综合性能，造价也较为合理，在国内工业建筑行业得到了广泛的应用。在工业建筑混凝土结构的设计中，必须结合建筑的基本功能和使用要求，选择最为合理的结构形式，并且逐步完善细节部分的设计，从而达到预期的工业建筑建设目标。

1工业建筑结构选型的一般规定

在工业建筑混凝土结构设计中，为了保证设计方案具有可行性与经济性，必须合理确定其结构形式，国家建设主管部门相继出台了一系列的规定，对于工业建筑的结构选型作出了具体的要求，其中较为重要的几条规定如下：

1.1在常规工业建筑的结构设计中，应优先选择预应力混凝土装配式钢结构，必要时也可以采用现浇混凝土的结构形式。

1.2当工业建筑结构为柱距≤4m，跨度≤15m的单层厂房，并且满足以下两方面的要求：1）柱顶的高度≤6.5m，无吊车或者有≤2t悬挂吊车的厂房；2）吊车的起重量≤3t，轨道顶的高度≤5.4m的轻级或者中级厂房，可以结合实际情况和相关要求，优先选择砖混结构，其中砖墙起到承重作用，钢筋混凝土楼板、顶板等组成主体结构。

1.3除工业建筑的顶层外，如果楼层的总高度≤15m，各层主梁的跨度≤7.5m，楼面荷载≤1000kg/m2四层或四层以下的厂房，可以采用钢筋混凝土内框架的建筑结构形式。

1.4在大中型厂房的结构选型中，宜采用预应力结构或者装配式钢筋混凝土结构。如果厂房独立砖柱的截面≥490mm×490mm，则应采用组合砖柱或者钢筋混凝土结构。

1.5对于具有耐高温要求的工业建筑，如果建筑构件的表面温度长期≥50℃，避免采用木结构；如果建筑构件的表面温度长期≥150℃，，应尽量采用钢结构，并且采取相应的隔热与防护措施；在屋面梁、屋架、托架≥80℃，吊车梁≥60℃，以及其他建筑构件≥100℃的工业建筑中，钢筋混凝土结构设计中，其强度与弹性模量必须进行折减。

2工业建筑混凝土结构设计中应注意的问题

在工业建筑混凝土结构的设计中，需要综合考虑各方面的影响因素和技术条件，不断对于设计方案进行修改与完善，进而才能保障施工作业的有序开展和进行。结合笔者多年的工业建筑混凝土结构设计经验，总结了以下需要注意的问题：

2.1框架基础设计1）设计人员应仔细阅读与使用相关地质报告，了解地质勘察结论与计算指标的可靠性，进而判断工程建设方提出了的框架基础设计方案是否具有可行性；2）在满足变形与承载力等基本要求的前提下，尽量选择天然地基中的浅基础，综合考虑项目所在地土层的实际分布情况、物理力学性质与稳定性，以及土建筑物的形状、结构类型、地下水、荷载性质与大小等，合理进行框架基础设计。

2.2框架柱设计1）在各种内外力组合的情况下，工业建筑混凝土结构的框架柱必须满足高强度的要求，特别是在配筋计算中，应选择最为不利的方向进行框架计算，也可以在两个方向均进行计算，在确定较大方向配筋数据后，采用对称配筋的设计方案；2）为了增强工业建筑底部的整体性，减少发生位移的几率，一般采取框架柱附近合理设置基础连系梁的方法。将基础连系梁的以下部分视为底层，框架柱的高度值则是依据基础顶面、连系梁顶面而定，将实际建筑的底层视为第二层。在框架柱的设计中，底层柱配筋要选取基础顶面、连系梁顶面中最大的内力进行计算，以保证设计结果的合理性和可行性。

2.3框架梁设计1）如果工业建筑混凝土框架的主梁与次梁之间的截面相差较小，而次梁的荷载相对较大，则要在设计中适量增加附加筋。如果主梁的高度较高，而次梁的截面、荷载较小，主粱则无需增加附加筋；2）当工业建筑混凝土结构的外部梁跨度相差较小时，梁高宜采取等高的形式，尤其是外部框架梁应尽量保证高度相等。当梁底距离外窗顶的尺寸相对较小时，设计中应适当加大梁高，一般情况要做至窗顶；3）在工业建筑混凝土结构框架梁的设计中，原则上梁纵筋宜采用小直径、小间距的形式，这样更有利于结构的抗裂性能，但是必须应注意钢筋间距满足相关要求，并且与梁的断面相对应。

2.4抗裂设计

1）根据《砌体结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》的相关规定，合理控制工业建筑混凝土结构的长度，以避免因主体结构过长，而增加局部裂缝的几率。为了有效控制由于温度收缩应力而引起的结构裂缝，可以在结构设计中适当增设伸缩缝，伸缩缝的间距一般为30mm-50mm；2）在混凝土结构浇筑方法的设计中，由于混凝土的仓面相对较大，所以，通常选用分层浇筑的方法，即在第一层浇筑完成后，浇筑第二层，直至全部施工作业项目完成；3）在工业建筑混凝土结构设计中，为了防止裂缝现象的发生，必须严格规定各种温差，其中包括内部温差、外部温差、温度徒降等容许值，上述容许温差必须结合相关理论计算结果，以及以往的工程实践经验确定。2.5抗震设计在工业建筑混凝土结构的设计中，抗震设计通常是以强度、延性为基点，特别是在单层厂房的布置中，应坚持平面与立面简单、规则、对称等基本原则。在混凝土结构的抗震设计中，应注意以下问题：1)平面布置应做到简单、规则、对称，尽量减少偏心，而且要考虑有可能出现的各种不利影响；2)尽量保证刚度中心、质量中心的重合；3)重量相对较大的框架梁、柱不宜布置于结构单元边缘，应尽量布置于距刚度中心相对较近的部位；4)尽量避免大悬挑结构；5)围护结构应尽量采用轻质材料。

3结束语

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（一）设计原则

现阶段，设计人员在设计高层建筑混凝土结构设计时，必须遵循其设计原则，以保障混凝土结构的稳定性和安全性。

1、适用性。主要是指混凝土结构设计必须以高层建筑计划使用年限为前提，保证高层建筑在计划的使用年限中的稳定性和安全性。

2、安全性。主要是指混凝土结构设计必须保障高层建筑在使用年限中的安全性，避免出现较大范围的混凝土裂缝等。

3、耐久性。主要是指高层建筑在是使用年限内，必须保障混凝土结构的耐久性，保障高层建筑工程的质量安全和正常使用。

4、可靠性。主要是指高层建筑在使用年限内，必须达到相关规定的稳定性、安全性和耐久性，有利于延长高层建筑的使用年限。

（二）设计要求

1、延展性。高层建筑混凝土结构的延展性主要作用是在遇到一些地质灾害时，能够有效的避免高层建筑出现较大幅的变形或是坍塌等问题。

2、侧向力。随着层数的不断增加，其高层建筑的水平作用力会不断的增加，其侧向力会发生变化。在高层建筑的结构设计中，需要重视其结构内力、变形等问题，将地震作用、外部环境等因素的影响予以考虑。

3、刚度要求。由于高层建筑容易受到水平作用力的影响，比较容易出现侧向位移的变化。在混凝土结构的设计中，在保证混凝土结构强度的同时，还需要保障混凝土的刚度、自振频率，最大程度的将水平位移的变化控制在允许范围内。

二、高层建筑结构中混凝土结构的具体设计方法

（一）单元结构布局设计的完善

高层建筑的结构设计的主要内容是对各个单元结构进行独立设计。单元结构设计通常应用于一些建筑结构比较简单、规则的平面设计，在设计过程中，需要注意适当的控制平面结构中的整体、突出部分的长度，确保各个部分的承载力和结构强度均匀。在竖向结构的设计中，通常采用一些比较均匀、规则的设计，能够有效的控制建筑外观与内部结构之间的问题。

在其设计过程中，设计人员需要制定结构设计方案，以现有的设计理念和设计专业知识作为依据，以高层建筑实用性、安全性和美观作为前提保障，对混凝土结构进行优化设计，保障其各个单位结构在水平方向和竖直方向的结构强度、承载力等均匀合理的分布。

（二）高强混凝土与钢筋使用的优化

混凝土和钢筋是高层建筑的主要施工原料，在具体的设计过程中，需要保障在高层建筑质量的前提下，对高强度的混凝土和钢筋的使用进行相关的优化，减少混凝土和钢筋的使用量，提高资源的配置效率。

例如，在地壳运动较活跃的地区进行高层建筑设计时，设计人员应该明确高层建筑的重量越大，地震的作用程度就越剧烈，在保障高层建筑的质量的前提下，对其进行优化设计，尽量的减少混凝土和钢筋的使用量，降低振动作用程度，提高其建筑结构的稳定性和安全性，延长其使用年限。

（三）对剪力墙平面结构设计的合理化

设计人员在对高层建筑混凝土结构进行优化设计时，还需要重视剪力墙平面结构布局对高层整体建筑结构承载力均匀程度的影响。在进行剪力墙平面结构的优化设计时，主要是通过以下几点：一是将高层建筑的基本结构功能作为其设计的依据，最大程度的将剪力墙进行集中化和均匀化设计;二是将找准高层建筑的设计基准，对剪力墙进行双向布置，尽可能的减少使用一些短肢剪力墙。

三、高层建筑中混凝土结构优化设计策略

（一）结构安全性

高层建筑的人群密度较高，在灾难发生时，不方便逃生，其灾难后果比一般的建筑要严重很多。在具体的设计过程中，设计人员必须重视混凝土结构的设计，并采取相关的优化策略，最大程度的降低灾难程度。其结构安全性优化策略：一是在保证高层建筑的整体功能和质量的前提下，将能够影响高层建筑结构稳定性、结构自振性和环境因素予以考虑，尽可能的减少混凝土和钢筋的使用量;二是需要综合的考虑高层建筑的承载力，应该将建筑结构承载标准与施工材料的最大承载力进行相关的计算，最大程度的减少高层建筑的自身重量，提高其自身的结构安全性。

（二）抗震性

地震对高层建筑的稳定性具有很大的威胁，在设计过程中，设计人员需要重视高层建筑的抗震性。在具体的设计过程中，设计人员尽可能的选择平面布局比较简单规则的，减少一些不对称或是过长延伸翼的使用，多使用一些对称的结构，对高层建筑的整体结构进行科学合理的规划设计，确保高层建筑的自身重量和结构强度能够均匀的分布，提高其抗震性。

（三）耐久性

耐久性主要体现在其混凝土结构的耐久性，其优化策略主要表现在以下几个方面：

1、混凝土材料的选择。设计人员需要在保障混凝土质量和基本性能的前提下，尽可能的选用一些在稳定性、抗入侵性等方面强的混凝土进行高层建筑的施工，在具体的施工过程中，可以添加一些外加剂增强混凝土自身结构的稳定性。

2、优化结构设计。在具体的设计过程中，需要充分的考虑不同构件所处的环境差异，将其混凝土结构的设计进行差异化的设计和材料的选用，保障其结构的稳定性，延长建筑的使用年限。

3、结构构造设计合理化。设计人员需要结合建筑的使用年限和环境特点，设计并使用45毫米厚的混凝土保护层，减少对高层建筑混凝土、钢筋的腐蚀程度，提高其整体结构的稳定性，延长使用年限。

四、结论

混凝土结构设计对高层建筑的质量具有至关重要的影响。本文从高层建筑中混凝土结构设计的原则和要求出发，对具体的设计方法进行相关的分析，提出了几点优化策略，提高高层建筑的稳定性、安全性和抗震性，延长其使用年限。

篇（6）

预应力结构具有厚大的几何尺寸，通常情况下，预应力大梁截面宽度在400～600mm的范围内，大部分梁高超过1000mm，预应力结构不但有着轻巧美观、耐久性高、受力性能好、跨域能力大等基本特征，同时还具有节约能源、节约材料、经济等优势，在各个在建工程中均获得较为广泛的应用[1]。但是预应力混凝土结构在投入使用后，均会由于张拉工艺不合理、混凝土材料、施工支撑体系不合理、截面设计尺寸不合理等原因导致出现裂缝等质量问题，对结构使用周期产生一定的影响。因此，如何有效控制预应力混凝土结构的裂缝问题，并完善其抗裂设计，是相关工作人员、设计人员面临的主要难题。

一、预应力混凝土裂缝的控制对策

在控制预应力混凝土结构裂缝质量问题的过程中，要根据相关规范要求进行裂缝宽度的设计，且对周边环境条件、混凝土结构的相关性综合考虑，掌握荷载与结构状态的相关性，从根本上减少对裂缝控制产生的影响。

（一）加强混凝土配比设计

设计人员在进行预应力混凝土结构配比设计时，应该对各方面因素影响混凝土裂缝的情况进行全面考虑，若构件具有较大的截面尺寸，需要对混凝土配合比进行合理、正确的设计，确保水泥的实际用量得以减少，从而降低水灰比，满足降低混凝土体积收缩的要求。

（二）重视混凝土浇筑施工

为了避免预应力混凝土出现裂缝问题，通常情况下，均是以分层对称浇筑的方式完成混凝土浇筑施工，要及时、到位的进行振捣。如果混凝土浇筑施工具有较大的工程量，那么施工人员需要合理的控制混凝土浇筑施工的间隔时间，避免混凝土浇筑施工的凝固时间具有较大的区别，导致混凝土出现不一致的收缩变形。

（三）重视张拉施工工艺

施工人员要对预应力钢筋锚固区域的挤压力进行良好的控制，确保预压总体应力得到明显降低。为了避免预应力混凝土结构出现开裂的情况，在预应力混凝土设计时需要对混凝土强度进行考虑，必须要确保其与要求数值互相符合，通过一次预应力对结构进行张拉，防止预应力混凝土结构在使用初期出现裂缝质量缺陷。

（四）加强支撑体系施工

预应力混凝土结构会由于模板支撑体系施工不合理而出现混凝土裂缝问题，而超载预压可以有效避免这一情况，主要是利用脚手支架在进行混凝土浇筑施工前按照施工流程的要求做好加载处理。为了防止预应力混凝土施工过程中支架出现不均匀沉降的情况，应该对支架非弹性变形进行消除。在进行超载预压施工时要对脚手支架实际的弹性变形进行测量，通过实现启动支架的方式满足工程设计对脚手架施工线型的要求，避免出现混凝土裂缝问题。另外，通过拆除模板的方法进行施工时，要综合考虑规范要求、养护时间、跨度大小等方面的现场施工情况确定拆除支架的时间，要以有序、均匀、对称作为原则进行支架拆除的施工 [3]。

二、预应力混凝土抗裂设计要点

目前，国内外大部分工程对于预应力混凝土构件裂缝控制计算方法主要分成4种类型，具体为：第一，通过索梁分载法全面简化以及验算裂缝控制；第二，受拉钢筋在消压以及控制后会增多其应力；第三，采用预应力混凝土梁受拉边缘对拉应力的大小进行计算，对裂缝宽度进行间接控制；第四，按照规范要求对裂缝宽度进行直接计算，且对裂缝宽度进行校验以及核算[4]。预应力混凝土设计人员在结构设计工作中可以通过上述4种控制方法完成抗裂设计，详细步骤如下。

（一）索梁分载法

索梁分载法主要是将预应力混凝土结构分别分成普通钢筋混凝土结构、预应力索结构等两种类型，两种结构分别承担荷载情况。通常情况下，预应力混凝土结构的裂缝宽度与普通钢筋应力、荷载效应作用力的比例以正比呈现，采用实验的方式对裂缝限值、普通钢筋应力、荷载应力等三者的关系进行归纳，可以促进裂缝控制验算过程得以简化。另外，在设计现浇预应力混凝土实心板的工作中，若钢筋距离以及板厚均小于200mm时，需要根据极限的承载力对配筋数量进行设计，无需对裂缝宽度进行验算。

（二）规范法设计

根据规范GB50010-2002的要求，按照荷载效应的标准对长时间作用影响进行考虑后，得出计算最大裂缝的公司如下：

据分析该设计公式得知，预应力混凝土抗裂设计中可以对裂缝不均匀性进行考虑，但是由于在公式具体计算时相对复杂，贴别是在计算纵向受拉钢筋应力时，相对于国外规范要求来说，在正常使用状态下，预应力混凝土结构构件抗裂控制的设计相对严格。

（三）名义拉应力法

首先，名义拉应力法主要是将混凝土结构开裂的截面作为不开裂的均匀截面进行计算，从而获得截面受拉边缘位置最大名义接应力为，其次，通过分析大量实验数据得知，可以确定最大裂缝允许宽度设置为，与混凝土结构受拉边缘互相对应的允许名义拉应力设置为[]，对截面高度以及非预应力筋产生的影响进行考虑，根据裂缝宽度设置互相对应的计算允许名义拉应力公式如下：

通过分析上述公式得知，允许名义拉应力以及截面高度的修正系数以表示，和张拉工艺有一定关系的数值以表示，先张法构件以及后张法构件分别取3.0N/ram、4.0N/mm2的数值，而非预应力筋配筋率有效数值以表示，拉区非预应力筋以及未考虑截面高度影响的允许名义拉应力数值以表示。通过名义法拉应力法对预应力混凝土结构裂缝宽度进行控制与工程设计的需求互相符合，该计算方法具有简便、快速等基本特征。但是实际采用名义拉应力法进行抗裂设计时，应该对预应力钢筋张拉方法、非预应力钢筋配筋率、混凝土强度等级、混凝土构件截面高度等影响原因进行综合考虑。

（四）控制应力增量法

在控制预应力混凝土裂缝时可以通过控制消压后受拉钢筋应力增量的方法进行计算，但由于具体计算过程中，对具体数值计算相对复杂，因此，建立的计算公式来表示名义拉应力，确保数值的计算能够有所简化，与预应力混凝土抗裂设计对精度的要求互相符合。

结束语

工程建设中预应力混凝土裂缝是较为常见的质量缺陷，会严重影响结构的安全性以及稳定性。所以，需要分析预应力混凝土结构的基本特征，并采取针对性的措施控制裂缝质量缺陷。对预应力混凝土结构抗裂设计时，应该对工程的实际情况进行全面分析，且进行精密的计算，确保能够与工程具体精度要求互相符合。同时，还需要在工程实践中存在控制裂缝宽度的相关对策，促进预应力混凝土结构的使用寿命得以有效延长。

参考文献：

[1]熊学玉，高峰，苏小卒.预应力型钢混凝土框架试验研究和设计理论[J].湖南大学学报（自然科学版），2012（08）：182-183.

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一、概述

少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。

这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

ρmin=ρ0min ()

也可按下列近似公式计算：

底板 ρmin= (规范9.5.2-1)

墩墙 ρmin= (规范9.5.2-2)

此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

ρ＇min=ρ′0min ()

按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

上列诸式中 M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；

e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；

Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；

b、ho——截面宽度及有效高度；

fy——钢筋受拉强度设计值；

γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。

采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

3．特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

转贴于 三、规范的应用举例

例1 一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。

解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

αs= ==0.012556

ξ=1-=1-=0.0126

As===591mm2

计算配筋率ρ= = =0.041%

2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，

则 As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin

ρmin===0.0779%

As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）

讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。

2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：

ρmin===0.0461%

则 As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。

例2 一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

解：1) b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：

N≤φ(fcA+fy′As′)

==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，

As′===3809mm2

ρ′===0.38%

由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋

As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

2) b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则

As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：

ρmin′=ρ0min′()

式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。

①假定As′=4000mm2。

Nu=fy′As′+ fyAs

=210×4000+10×4.0×106=40.84×106 N

ρmin′=ρ0min′()

=0.4%()=0.106%

As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

②假定As′=4231mm2。

Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106 N

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【中图分类号】 G642.0

前言

近年来的大学毕业生的就业压力和用人单位对土木工程专业人才的需求，加强对学生执业能力的培养已变得极为迫切。混凝土结构课程作为土木工程专业主干课程，在整个课程体系占有举足轻重的地位，对混凝土结构课程内容、教学方法进行适时顺势的调整和实践是十分有必要的。基于混凝土结构课程特点及以上原因，笔者大胆尝试，对混凝土结构课程内容及教学方法进行了改革，已取得了良好的成效。

1、课程特点及其在土木工程专业中的地位

混凝土结构课程通常按内容的性质可分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面计算和构造等基本理论，属于专业基础课内容，具有概念多、公式多、符号多、计算量大和构造措施繁杂等特点。后者主要讲述梁板结构、单层工业厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容，具有系统性强，概念设计内容多等特点。

混凝土结构是理论性和工程应用性并重的一门课程，土木工程专业学生无论将来从事结构设计、施工监控、结构安全性评价、结构加固等，其实归根结底问题的本质就在于进行不同受力形式的混凝土构件截面的设计和校核，这恰恰是混凝土结构着重解决的问题。它决定了混凝土结构作为土木工程专业核心课程的地位，对混凝土结构知识的掌握和运用也将成为学生在毕业设计和日后从事专业技术工作的一把利器。

2、改革教学内容和教学方法

2.1 教学内容的改革

首先，将“土木工程材料”、“混凝土结构设计原理”、“混凝土结构设计”、“建筑结构抗震设计”、“高层建筑结构”等课程分别进行系列的整合和优化，避免重复，精简混凝土结构课程内容。如将荷载和设计原则等内容从其他同类课程中抽出，单独设一门“荷载和结构设计方法”课程；将混凝土和钢筋的材料性能部分归并于“土木工程材料”课程中，“混凝土结构设计原理”仅简单介绍混凝土和钢筋的力学性能；将构件和结构的抗震设计部分归并于“建筑结构抗震设计”课程中；将框-剪结构、剪力墙结构、筒体结构等部分归并于“高层建筑结构”课程中。当然，在授课过程中，我们也注重了专业课程之间的相互衔接。如在讲解第2章混凝土和钢筋的基本力学性能时，可结合前面课程《土木工程材料》对这部分的内容作以复习和补充，而学生对一些实际结构提取计算简图的能力则需要通过“结构力学”、“混凝土结构设计原理”、后续“房屋建筑结构设计”或“桥梁工程”等诸多专业课程学习来培养[1]。

另外，对土木工程专业的建筑结构和道桥工程方向，由于引用规范的不同导致混凝土结构设计原理的教学内容有较大的差异，如矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算，在《混凝土结构设计规范》和《公路桥规》中是大有不同的，具体见表1。

从表1所列内容可知：《混凝土结构设计规范》和《公路桥规》在偏心受压构件计算时都考虑了构件纵向弯曲引起的二阶弯矩的影响，即采用初始偏心距乘以一个偏心距增大系数来考虑。而在这两个规范中取值是不同的，在结构规范中，为轴向力对截面重心的偏心距与附加偏心距之和，而在桥涵规范中未考虑附加偏心距，初始偏心距就取成。而且，在两个规范中材料强度的表达符号也是有差别的等。

2.2 教学方法的改革

针对混凝土结构设计原理知识的“繁”、“杂”，在“教”的过程中更要注重授课的条理性、重点突出并指明规律。例如繁杂的计算公式主要来源于两个方面：一是基于构件在不同荷载作用下的破坏机理和形态，掌握各个临界状态下构件截面的应力分布情况，然后基于力的平衡条件、力矩平衡条件列出力学平衡方程，进而摆脱记忆公式带来的烦恼；而对于那些通过理论推导不能得出的半经验半理论公式，我们将教材和规范结合，以教材为蓝本分析构件破坏的影响因素，通过查规范得到相关计算方法，使学生在学习的过程中逐步熟悉如何正确使用规范。此外，对于那些琐碎的构造要求，以实际工程的介绍配合规范相关条文的要求，使同学们更加容易理解和记忆。

3、教学效果反馈

2009年以来，基于应用型土木工程人才的培养思路，我们对混凝土结构进行了有益的考试改革。混凝土结构设计原理的考核，采用平时成绩加期末考试成绩的方法，平时成绩主要是量化的练习、作业成绩，占总成绩的30%，期末考试成绩占70%，形式上采用闭卷。对混凝土结构设计采用开卷形式，考试题型和形式模拟国家注册结构工程师执业资格考试，允许学生带入教材、规范等参考资料，使学生在学校里就体验到日后执业考试的要求。表2是2008年（教改前）与2009年以来（教改后）教学效果的对比。

表2中的数据表明，2009年以来的教学改革和实践取得了良好的效果。同时，由于加强了在专业课程教学中对工程软件的学习，使同学们提前对结构设计过程中结构分析、截面设计、施工图绘制等各个过程有了较为深刻的了解。这样以来，一方面使学生在毕业设计中更容易入手，为部分同学考研复习取得了时间，也缓解了毕业设计时间紧、任务重和毕业生求职时间提前间的矛盾；另一方面学生的实际应用能力的强化，毕业生求职的竞争力就得以提升，实现了毕业生和用人单位的无缝连接。

参考文献

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2.高层建筑中的混凝土结构具体设计优化措施

1）在高层建筑中结构符合安全性①设计人员应当在保证建筑各项功能的同时，通过考虑结构自身的抗震性能及外部人为因素可能造成的结构破坏，有目的地将高层建筑的抗震构造提升。②设计人员要从建筑建设过程中及投入应用后的各个方面入手，综合考虑其荷载变化的状况。2）高层建筑设计中的抗震概念高层建筑的混凝土结构在应用过程中，最容易受到的破坏，便是来自于地震威胁，在进行设计的过程中，设计人员要以抗震概念设计为依据，通过进行抗震试验得出该建筑结构的抗震等级，或者借鉴相似建筑的抗震设计经验等，对高层建筑的结构体系、平立面设计、结构构件延展性等进行优化设计，以使建筑的抗震能力得到有效的提升。3）在结构设计中对于耐久性的把握①选择质量良好的混凝土材料。设计人员应当在保证混凝土材料的质量与基本性能的基础上，重点从结构的稳定性能、抗侵入性能、抗裂性能等几个方面入手，选择坚固、耐久、洁净的骨料，含碱量与水化热反应较低的水泥，减少对于硅酸盐水泥与用水量的应用，并适当地将矿物掺合料加入到材料中。②优化结构方面的设计工作。高层建筑中的混凝土结构普遍包括多个构件，每一个构件所处的环境存在显著的差别，这就决定了不同构件具备的耐久性寿命存在差异，因此，设计人员要根据实际的使用环境，明确建筑中不同结构构件的使用界限与注意事项。以屋面、阳台及女儿墙的设计为例，这些部位的梁柱构件，耐久性寿命普遍低于室内，必须合理设定这些部件维修或更换的时间。③如何应用合理设计结构构造形式。设计人员根据建筑的具体侵蚀环境与设计使用年限，设计厚度在20mm～70mm之间的混凝土保护层，并通过协调构件的截面积与表面积，避免侵蚀性物质集中停留区域的形成，同时注意高侵蚀度的环境中，混凝土墙板的通风效果，并注意配筋间距的合理设计，以减少钢筋锈蚀、保护层剥离等问题的出现。

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中图分类号：TU97 文献标识码：A

在现代建筑中，混凝土结构以其强度高、耐久性好、坚固抗震等优点获得了广泛的应用，并且近年来一些新材料、新技术的逐步应用，在很大程度上提高了混凝土结构的施工效率，减少了施工成本，但是在建筑设计中依然存在一些不合理的现象，因此必须进行优化，才能促进建筑行业的可持续发展。

一、高层建筑混凝土结构的基本要求和类型。

建筑因其高低的不同，它承受力的大小和方向也是不同的。对高层建筑来说，建筑结构承受力的方向同时有水平和竖向两种力的作用。这与低层建筑是不同的，低层建筑结构承受的力方向主要是竖向的荷载，水平力的作用对结构的影响不大。[1]水平荷载不仅仅在高层建筑中是一种主要的荷载，而且它和竖向荷载相互影响，相互作用，共同对建筑施加影响，成为混凝土就够设计中主要考虑的因素。

考虑到高层建筑的这些特点，在混凝土的选用上就需要提高混凝土的质量和数量。首先，我们要对混凝土出厂前进行相关的技术处理，目的是减少水泥的水化热作用，这样可以降低混凝土自身的温度，保证其质量。其次，施工前必不可少的要进行一些必要的应急准备措施，以防在施工时出现意想不到的情况，以确保精心组织、精心施工，万无一失地完成任务。最后，在施工当中，最好采用预拌泵送混凝土，加大对混凝土施工细节的注意，比如混凝土施工缝等。我们讨论的混凝土结构优化设计以及节约建筑成本，都应该在达到高层建筑混凝土结构的基本要求的基础之上进行。

目前我国采用的高层建筑混凝土结构按照时间的发展顺序主要以下几种[2]：

1、钢筋混凝土结构：

与钢结构相比，钢筋混凝土结构的优点在于整体性好、耐高温性强、舒适度较好、抗腐蚀强、成本低、刚度大、维护方便等。现在，随着我国混凝土技术的发展和混凝土理论（高强混凝土、钢管混凝土、钢混凝土、轻混凝土）的发展，我国的钢筋混凝土的发展已经达到了成熟阶段。在我国钢筋混凝土材料受到了很高的重视，应用在很大一部分高层建筑中。

2、组合结构：

相对于钢筋混凝土来说，组合结构更具优点。这些优点主要在于节约钢材、减少污染、提高科技含量、加快施工进程等。所以，对于高层建筑来说，组合结构可以在一定程度上取代钢筋混凝土结构，这就较少了高层建筑的横向和纵向的压力。不仅如此，组合结构在冶金、造船、电力、交通等方面也逐步开始得到应用。

3、新型结构：

相对于钢筋混凝土结构和组合结构，新型结构体系的区分标准是筒体的组成方式。新型结构体系主要有三种类型：框筒体系、筒中筒体系、多束筒体系。之所以称之为新型结构主要是因为与传统的单片平面结构相比，筒体结构可以承受更多的荷载力。在我国，筒体结构的应用并不少见，主要应用的高层建筑的特点是功能多、用途多、楼层高、层数多等。

二、高层建筑混凝土结构设计特点

与多层建筑的结构设计不同，高层建筑的结构设计需要考虑的因素更多，设计中所涉及到的问题更为复杂，设计难度更大。这是因为高层建筑不但增大了对地基基础的荷载与强度要求，同时其自身的结构构件柱、墙、梁、板的承载能力、抗震能力也都需要得到保证，只有这样才能确保建筑自身的稳定性与安全性[3]。

1、水平侧向力是影响高层建筑结构设计中关于变形设计的主要影响因素。高层建筑受到的水平力主要为日常的风荷载及地震荷载作用下产生的水平地震力。与普通多层建筑相比，高层建筑的结构中更需要考虑到侧向力对建筑结构的影响，这是因为高层建筑受到水平荷载会产生较大的水平位移，影响到建筑结构的整体稳定性和舒适性。因此在结构设计中要尤其注意考虑到这一点。

2、结构的刚度布置需适宜。有人认为在建筑结构的设计中，结构的刚度越大则其承载能力越强，抗震性能就越好。其实不然，高层建筑的结构并非是刚度越大越好，刚度及质量越大，吸引的地震力也越大，同时造价也会提高，所以高层建筑结构需同时具备一定的柔性，这样才能增大其抗震性能，保证其在外力作用下，不会因刚度和脆性过大而发生倒塌。因此在设计中应该将建筑的刚度控制在适宜的范围内，不可过大，也不可过小。这也就要求高层建筑应当具备一定的延性，同时满足建筑的承载能力和抗震能力。

三、钢筋混凝土结构优化设计应用分析

1、工程概况

某钢筋混凝土框架——剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，地下两层为停车库和设备用房。总建筑面积约2万m2，房屋平面布置为不规则形状[4]。

2、结构设计要求

本工程采用钢筋混凝土框架——剪力墙结构，建筑结构的安全等级为二级。地震基本烈度为7度（0.1g，第二组，特征周期0.4s），抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.1g，第二组）。地基基础设计等级为乙级。上部结构和负一层的框架抗震等级为二级，剪力墙为二级结构，负二层的框架抗震等级为三级。基本风压：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。

3、设计优化的原则

在满足结构设计现行规范和相关规定的前提下，通过大量计算和经验分析进行优化，遵循以下原则：保证结构的安全性和正常使用；保证结构具有合理的刚度，特殊部位应有局部加强；可以减小的结构构件，应进行有效的核减。

4、结构优化设计

高层框架剪力墙结构体系中，主要是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计，其中剪力墙的设计位置和数量就是关键。

1）结构最优设防的选择

在预测地震烈度概率分析的基础下，使用专业地震安全评价报告的数据，采用模糊综合评定分析法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度，损失等级概率和震害损失的概率预估期望值，在满足最大投资期望和最大损失约束条件下，求出最优地震设防烈度值。

2）框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计

框架——剪力墙结构的设计主要是结构刚度和结构延性的最佳组合。结构刚度对结构的主要影响为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力能力的前提下的变形能力，因此可以采用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性，按规范对层间位移量和顶点位移总侧移的限值来控制结构的刚度和延性设计。

3）框架——剪力墙结构的优化设计

框架——剪力墙结构优化设计的原则就是优化结构的各个杆件，结构模型计算时，通过一次性完成的结构构件的输入，然后逐步优化各个杆件，以达到结构杆件合适、配筋合理，节约工程造价。

4）基础优化设计

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造价目的。

5）强化“强柱弱梁、强剪弱弯”设计理念

框架结构的柱、剪力墙设计要引起重视，要加强设计；而梁和板的配筋不宜调大，梁的设计变量主要是截面高、宽及纵向受拉钢筋的截面积和架立钢筋的截面积，优化设计主要针对以上设计变量进行优化，因此梁的截面尽量按正常值取定，少做宽扁梁，配筋率也应控制在 1.5%左右，次梁的箍筋宜分为加密区和非加密区。

四、结束语：

通过优化设计后，本工程的最终优化的结果为：节约钢筋65t，节约资金约32万元。高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须严格依照设计标准。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。

参考文献：