结构工程中混凝土结构的优化设计

舒颖星

（合肥佳泰装饰工程有限公司 安徽合肥 230000）

摘要：近年来，进行高层建筑混凝土结构设计时，由于缺乏先进的科学技术手段，导致计算、测量参数缺乏较高精准度，再加上施工过程中没有注意细节问题，或者施工存在失误问题，致使高层建筑在投入使用后存在很大的安全隐患。通过优化设计混凝土结构，严格按照设计标准进行设计工作，能够消除传统设计中的不足，提高混凝土结构的合理性和安全性，为高层建筑结构的安全性能提供有效保障。因此，进行高层建筑混凝土结构设计时，需要遵循安全性、适用性、可靠性设计原则，优化设计地基基础、建筑平面结构、剪力墙结构、薄弱层结构、转换层结构，严格控制混凝土的配合比，提高混凝土结构的密实度和强度，全面提升高层建筑的整体建设质量，延长高层建筑的使用年限。

关键词：结构工程；混凝土结构；优化设计；

引言

目前土木工程通常将混凝土作为常用建设材料，其物理化学性质的优劣将直接决定工程质量，继而影响工程效益的呈现。在工程实践中，应考虑如何保持混凝土建材在施工中的耐久性，并采取合理措施加以防范，值得广大工程技术人员深思。

一、强化地基基础设计

地基基础设计在混凝土结构设计中占据着重要地位，地基基础承载着整体的建筑物结构，良好稳定的地基有助于高层建筑混凝土结构质量的提升。因此，在进行混凝土结构优化设计时，需要注重地基与基础设计，根据建筑施工的相关要求选择合适的基础类型，制定多种基础设计方案，对比分析各方案的经济性和安全性，从中选取出最佳方案，以此降低造价成本，提高建筑物的稳定性、抗震性和安全性。设计前需要实地考察施工现场，掌握了解建筑的地理位置、地质条件、水文条件、周围的环境因素等，在此基础上综合分析，制定合适的建筑方案。如果建筑的地理位置优越，地质条件不复杂，建筑的建设高度不是很高，就需要选择一些简单方便的浅性基础，比如独立基础或者条形基础。如果建筑的地理位置条件复杂程度高，建设高度很高，地基基础需要承担较大的负荷，就可以选择桩基础，通过桩基础将建筑物整体的荷载传递到土质稳定良好的土层上，有效避免建筑物的沉降问题。如果建筑物水文地质条件好，而且要求的层数高，筏板基础是较为合适的选择，筏板基础不仅能够提高下部持力层，还能使高层混凝土结构的基础面积得到明显提升，这样能够使土层单位面积的受力值大大降低，确保地基基础具有良好的稳定性，对建筑物的不均匀沉降进行合理控制。

二、有效优化装配式混凝土结构设计

我国装配式混凝土结构工艺正在进一步完善，从设计角度来分析，设计人员需要对衔接节点进行优化，对衔接节点的各类构造及结构的耐久性进行分析与考量。同时，设计人员需要对整体建筑结构的抗震性能进行分析，从而提升房屋建造工程的综合质量与水平。此外，在研究过程中，研究人员需要采用更加科学的计算模型进行综合计算，应用专业技术来有效控制建筑结构的衔接点刚度，应用“强剪弱弯，增强节点”的原则提升预制构件的质量。在对装配式混凝土结构预制件进行加工的过程中，施工人员需要对整体预制构件的质量进行严格把控，在充分保证预制构件质量的前提下，确保建筑的其他性能得到优化，对抗震、装饰、保温等性能进行分析，从而使建筑的综合质量得到大幅度的提升。

三、混凝土材料及其配合比

①原材料基本要求。在对混凝土进行耐久性结构设计时，要合理选择与配置各种混凝土原料，确保得到更加密实的混凝土结构，针对混凝土自身具有的抗裂性、抗冻性以及抗渗性等性能要进一步对其强化。通常判断混凝土耐久性程度可以通过向混凝土中掺入水、二氧化碳或相应化学介质，通过观察渗透度就可分析其结构的耐久性高低。为了获得理想的抗渗性能，必须科学选择水泥品种，采用充足的水泥用量同时应尽量降低水灰自由配比，同时合理选择骨料及其级配；②应用具有良好性能的外加剂。在混凝土中适当添加一些外加剂，比如阻锈剂、减水剂、养护剂以及引气剂等，能够起到改善与提升混凝土结构整体耐久性效果的作用。在选用外加剂时，要明确生产厂家所推荐的掺入量，同时关注其化学成分、减水率、含碱量、含氯离子量以及使用方法等，各项技术性能要充分符合国家及行业相关标准要求；③限制氯盐含量。当存在氯离子时，即便是高碱度混凝土钢筋，也会被腐蚀。氯离子侵入混凝土的途径一般有两种。其一为“混合掺入”，比如掺拌含有氯盐的外加剂、含氯盐的水、在含盐环境当中进行混凝土拌制等；其二为“渗入”，环境当中的氯盐经过混凝土宏观及微观上的缺陷，逐步渗入到混凝土当中达到钢筋表面。其中，前者一般属于施工管理中的问题，表面看比较好解决，但是在工程实践中时有发生。而后者则属于一种综合性技术问题，跟混凝土本质、密实性、混凝土层厚度以及工程建设质量等多种因素直接相关。混凝土内部属于高碱环境，氯离子渗入混凝土内并抵达钢筋表面，需要达到一定浓度才会使钢筋发生锈蚀。具体来说，在工程实践中，对于预应力混凝土，应该将其氯离子重量控制于水泥重量的0.06%以内，而普通混凝土的氯离子总量不应该超过水泥重量的0.1%。

四、优化设计高层建筑剪力墙结构

为了优化设计相关结构的延性水平，需要保证结构的承载力保持不变，再根据建筑主体结构的抗变形效果对其进行优化设计；为了优化设计相关结构的刚度水平，设计人员需要根据建筑物主体结构的侧向位移和自身的自振周期对相关结构进行标定。设计人员需要深入研究剪力墙的构件结构，对构件结构的延性、刚度、极限承载力进行合理分析，在此基础上采取有效的措施提高剪力墙构件结构的支撑强度和稳定性。同时，在进行相关剪力墙结构的优化设计时，需要同步进行减震隔离设计工作，确保两者工作的步调协调一致。通过优化设计高层建筑剪力墙结构，确保高层建筑支座间的弹塑性位移角持续保持在合理范围内，而且通过提高弹性层间位移角限值，能够让钢筋混凝土结构得到进一步优化，显著提升混凝土结构的刚度参数和延伸特性参数。

结束语

在高层建筑施工中，需要提高混凝土结构优化设计的重视度，优化设计高层建筑的各个单元结构，提高各结构的建设质量，确保混凝土结构符合施工要求，提高高层建筑的使用质量和使用安全性，有效保障人们的生命安全和财产安全。

参考文献

[1]韩金玲.基于耐久性的建筑工程混凝土结构设计分析[J].居舍，2019（11）：95.

[2]万宁康.建筑工程中混凝土结构耐久性的影响因素与控制要点分析[J].江西建材，2017（01）：66，69.

[3]蒋明辉，王浩，杭美艳.浅析混凝土结构耐久性[J].江西建材，2020（10）：3-5，7.作者简介：舒颖星，1985.09.29，男，汉族，籍贯：池州，学历：本科，职称：中级职称，研究方向：建筑结构