钢筋混凝土结构设计的优化措施分析
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摘要：伴随着我国城市化建设的不断发展，使得钢筋混凝土作为建筑材料不断被广泛运用于城市设施建造中。下文主要就钢筋混凝土结构设计的现状、设计原则以及优化措施进行一一分析。
关键词：钢筋混凝土；结构设计；优化
前言
简言之，和其他材料相比，钢筋混凝土具有较强的优势，所以在建筑工程中广泛应用。钢筋混凝土的优势不仅体现原材料上，还体现在设计方法、施工技术，制各工艺等方面。综合其优势分析，使得钢筋混凝土在结构建筑材料领域扮演的角色越来越重要。
一、钢筋混凝土建筑结构设计的现状
20世纪后期以后，在建筑工程行业，由于钢材料的不断提高，钢筋混凝土组合结构得到了发展，建筑造型和功能要求日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑，都在结构设计中遇到乐各种难题。因此作为一个结构设计人员需要在遵循各种规范的条件下大胆灵活的解决这些问题。在实际设计过程中对于各结构设计人员经常遇到的这些问题，每个人的理解不同，就可能对整个设计带来相当大的区别。因此在规范条文中没有具体规定，往往容易被忽视，给工程质量留下巨大的隐患。
二、钢筋混凝土结构设计的优化措施
钢筋混凝土结构设计优化是在保证建筑使用功能和总体效果的前提下，通过结构体系的合理选择、结构布置的科学优化、结构受力的详细计算分析等，使整个钢筋混凝土结构既安全可靠，又经济合理。优化设计后的建筑结构，既满足结构设计规范要求，又使结构各构件之间达到最佳比例关系，以提高结构整体的抗震、抗风、防火等性能。根据笔者的总结归纳，钢筋混凝土结构设计优化可从五个方面来开展。
1.结构计算方法的优化
钢筋混凝土结构计算分析方法是结构设计优化的关键。首先是对结构体系选择的优化，主要是确定经济合理的结构型式、柱网尺寸和剪力墙布置等；其次是对结构构件进行优化，在已确定结构体系和结构布置的前提下，确定经济合理的构件截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋强度等级和配筋量。在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计在初始假设后，需按一定的方法通过多次分析和调整，从而获得最优的设计方案。在传统设计中，构件尺寸一般先按经验确定，然后进行强度验算。在优化设计时，应对不同构件布置方式和不同截面尺寸进行配筋计算，并作经济比较，以确定最优构件布置方式和截面尺寸。如抗震等级为三级的较大跨度的梁，支座配筋较大且采用大直径钢筋时，梁面通长钢筋可采用小直径通长钢筋如2根12，与支座钢筋搭接或焊接，以减少钢筋量节约成本。
2.结构设计规范的理解
钢筋混凝土结构优化设计须深入地掌握相关结构设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）进行桩基设计时，必须注意所采用规范与参数取值的匹配性。在计算桩数时，荷载效应采用标准组合，对应的抗力采用单桩承载力特征值；在确定承台高度及配筋，验算材料强度时，荷载效应取基本组合，采用相应的分项系数，对应的抗力计算采用材料强度设计值。抗震墙分加强部位和非加强部位，边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件，这两种边缘构件的配筋相差很大，应分别按不同的构造要求进行配筋。设计优化前必须透彻地理解概念，勿盲目提高标准，以免造成设计浪费。
3.设计参数取值的优化
为取得良好的优化效果，在设计参数取值上要进行优化。对毛坯房，要根据各地具体情况和房屋设计标准，合理考虑各功能空间的二次装修荷载。在计算墙体荷载时，应考虑实际墙体高度、长度和开洞影响，墙体高度的取值应扣除钢筋混凝土梁板的高度，墙体长度的取值应扣除钢筋混凝土墙柱的长度，并应扣除洞口面积。消防车等荷载宜按等效荷载取值。楼面活荷载按实际使用功能合理取值，并按规范规定考虑楼面活荷载的折减。正确取用抗震设防烈度、场地类别，合理确定风荷载标准值和风载体型系数，必要时可根据风洞试验确定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时，当上部结构传给基础的荷载为设计值时，应将设计值转换成标准值。
4.高性价比材料的选用
钢筋的选用。在选用钢筋强度等级时，应尽可能采用性价比高的高强度钢筋。对于配筋按强度控制的构件，应优先选用HRB400钢筋。对于按最小配筋率控制配筋的受弯构件，在现版GB50010-2010#混凝土结构设计规范$出台前大家的认知是，当混凝土强度等级大于C30时，采用 HRB400比HPB235 可降低20%用钢量；当混凝土强度等级等于C30时，采用HRB400比HPB235可降低7.5%用钢量；当混凝土强度等级小于C30时，采用HRB400与HPB235的用钢量相同。故对于按最小配筋率控制配筋的受弯构件，当混凝土强度等级大于C30时，应优先采用HRB400钢筋，而当混凝土强度等级小于C30时，宜采用价格较低的 HRB335或HPB235钢筋。现版GB50010-2010《混凝土结构设计规范》在第8.5.1条注解的第二条明确：板内受弯构件（不包括悬臂板）的受拉钢筋，当采用强度等级400MPa、500MPa的钢筋时，其最小配筋百分率允许采用0.15和 45ft/f y中的较大值，比起原规范的0.20和45ft/f y中的较大值，采用HRB400钢筋在采用C30混凝土时的最小配筋率约为0.18，在采用C25混凝土时的最小配筋率约为0.16，远小于采用 HRB235的0.2和45ft/f y中的较大值。由新规范的条文可以看出国家开始提倡采用高强度的钢筋，推广HRB400、HRB500作为主导钢筋。
混凝土的选用。常用强度等级的混凝土强度每提高一级，单价提高5%-18%；混凝土强度对柱及剪力墙轴压比的影响很明显，应优先使用高强度等级的混凝土；对梁来说，混凝土的强度等级对梁的承载力变化不大，应使用低强度等级混凝土；对板来说，虽然提高强度等级对承载力有提高，但强度等级提高后最小配筋率相应增大，楼板开裂的几率也增大，所以板应使用低强度等级的混凝土。
目前设计机构中对混凝土强度等级确定有一种认识：墙柱与梁板强度等级相差在两级以内；关于这一条在旧版规范中有，新版规范中已经去掉了，所以当墙柱混凝土强度等级很高时，梁板混凝土强度等级可以不跟随墙柱变化；但是在施工中要采取严格措施：控制梁柱节点区为高强度等级，保证高低强度等级交界区的混凝土密实性。
实际工程中混凝土强度等级的选择应该注意以下几点：①普通的结构梁板一般宜选用C251C30；②剪力墙、柱混凝土强度等级按轴压比控制，宜选用较高强度等级混凝土，并使轴压比尽量接近规定上限，同时又要使绝大部分竖向构件为构造配筋；③高层建筑墙、柱混凝土强度等级应分段选用不同强度等级。
结语
综上可知，建筑工程的结构优化是一个复杂切急需解决的的难题，结构优化带来的经济效益也是巨大的，因此，上文主要研究了钢筋混凝土结构优化设计。
参考文献：
[1]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].
[2]鲁智.浅谈钢筋混凝土框架结构的优化设计[J].中外建筑.2009.