民用建筑結構設計初探

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【摘要】民用建筑是直接為廣大人民日常生活服務的建筑工程，其普遍性和重要性不言而喻，民用建筑對建筑質(zhì)量的要求很高，建筑質(zhì)量的高低直接關系到廣大人民的人身舒適度和生命財產(chǎn)安危。本文探討了民用建筑設計中的問題，對民用建筑設計中的技術問題提出了見解。 

【關鍵詞】民用建筑；結構設計；問題 意見  民用建筑最重要的是安全可靠，它的關鍵在于設計工作環(huán)節(jié)上，結構設計的質(zhì)量直接影響到建筑物的安全性、舒適性、耐久性和經(jīng)濟性。另外，經(jīng)濟性和實用性也是民用建筑設計中所需要考慮的問題。  1 民用建筑結構設計要求  1.1 設計內(nèi)容  民用建筑結構的內(nèi)容包括設計程序和要求。如，在一個建筑的設計中，除了結構設計以外，還有給排水設計以及暖氣通風設計、電氣設計等等。無論是哪個部分的設計都要求具備美觀性、功能性以及經(jīng)濟性和環(huán)保性的特征。建筑物要想有效的發(fā)揮其功能，就必須在建筑結構設計上格外注意，因為這也是保證建筑物質(zhì)量的一個基礎；對于建筑物結構設計的計算要求對構件在正常狀態(tài)和極限承載能力的狀態(tài)下進行計算，例如疲勞強度的驗算等。如果有多種的作用力同時發(fā)生在構件上，那么必須對構件在各種作用力下的效應進行仔細的分析，將最不利的組合考慮進去。對于抗震的設計也是非常重要的，我國對于抗震設防的烈度一般在六到九度，還可以根據(jù)建筑物所在地區(qū)的不同以及建筑物的結構類型和高度等實際情況采取不同的抗震等級標準。而抗震等級不同，那么在計算和構件等方面的要求也就有所不同。  1.2 民用建筑結構設計應當遵守的原則  1.2.1 剛柔相濟  合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的，結構剛度過大則適應變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的荷載很大，容易造成局部受損至最后全部毀壞；而剛度過柔的結構雖然可以很好的釋壓、傳遞外力，但容易造成變形過大而無法運用甚至全體傾覆。結構是剛多一點好，還是柔多一點好？到什么程度才算合適呢？這些問題需要建筑結構設計師認真的揣摩與衡量。  1.2.2 經(jīng)濟合理  因土地、能源和材料價格的持續(xù)上漲，開發(fā)商要求設計單位必須注意材料和資金的節(jié)約， 這一點符合結構設計的指導思想“安全適用，經(jīng)濟合理”。要從根本上做到經(jīng)濟，結構設計人員必須把握好民用建筑結構的概念設計。概念設計是依據(jù)理論知識與工作經(jīng)驗，結合建筑功能要求與建筑工程條件，在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計，并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系的定性設計方法。一幢民用建筑的設計沒有經(jīng)過正確的概念設計，是難以實現(xiàn)效果最好、造價最低的結構方案的。  1.2.3 圈出節(jié)點  在結構體系中，所謂節(jié)點，是指各構件交接之處．或連接異常的地方。不同類型的構件相連接，同一構件截面改變之處，都會形成需要在設計圖中表示清楚的節(jié)點。廣義上，諸如結構錯層，體型改變，設置轉換層是大型節(jié)點。節(jié)點無處不在，因為結構體系乃是錯綜變化的統(tǒng)一。當強大的荷載突然襲來之時，對于單一的構件，力量傳遞合理，因而可以控制。對于復雜的結構體系，各節(jié)點的復雜性難于預測和控制，即使從理論上保證了每個組成構件的強度和剛度，但因各個節(jié)點的力量傳遞往往不很順暢而出現(xiàn)應力集中而無法傳遞甚至中斷，破壞由此而發(fā)生。歷次災害表明，從設計不合理的節(jié)點開始破壞的建筑占了相當大的比例。  2 民用建筑結構設計中的問題  2.1 構造設計的問題  構造設計的問題中主要存在于地基基礎設計以及框架結構設計中。前者是設計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。高層建筑基礎在有效的埋置深度上經(jīng)常出現(xiàn)不足的情況。如果對于柱基的類型選擇不當?shù)脑拰τ谄涫┕ど系牟僮骺尚行砸约巴旯べ|(zhì)量都可能造成嚴重影響，還可能對周圍的施工環(huán)境帶來損壞。而當樁間距不夠，不符合相關的規(guī)定的時候，尤其是錨樁和試樁的間距經(jīng)常被設計者忽略，這都會對試樁結果的正確性造成較大影響。此外，當樁身的鋼筋籠不夠長時，其在擠土灌注樁的時候就可能無法穿越軟弱土層的深度，不符合相關的樁基規(guī)范，這也是建筑設計中常常出現(xiàn)的問題。對于框架結構設計，一般設計者很容易忽視縱向框架而只重視橫向框架。根據(jù)我國現(xiàn)行的抗震設計要求，應該按照兩個主軸的方向來進行分別的計算。當不進行抗震設計時，一些設計人員將縱向框架按照普通的連續(xù)梁來進行設計，這也是不符合相關的構造要求的。  2.2 設計深度不達標  一些設計人員制作圖紙“偷工減料”，設計粗糙，過于簡單，施工圖中應有的系統(tǒng)圖、大樣圖、相關剖視圖漏缺；一些重要的、應該用圖紙反映的內(nèi)容只標注“見圖集”、“由設備廠家確定”等，施工圖設計表述不全，細部大樣不詳，不能反映工程的全貌；一些重要的設計依據(jù)、設計參數(shù)、工程類別、安全等級、耐火等級、防火消防處理等在設計總說明中沒有標明或交待不全。  2.3 結構計算的問題  對建筑物結構計算的問題主要體現(xiàn)在荷載取值不當、對底框砌體結構進行驗算的問題和結構周期折減系數(shù)的確定上。比如對于民用多層框架的建筑在采取獨立基礎的情況下，一般其地基的主要受力部分沒有軟弱黏性土層的時候，如果建筑物的高度沒有超過八層，并且其高度在25米以下，是作為一般性的民用房屋，或者是荷載相當?shù)膹S房時，就沒有必要去驗算地基的抗震承載力了，不過在設計其基礎時還是要考慮到風荷載的作用。所以風荷載的輸入是必須的，無論其是否位于地震區(qū)或者是否是高層建筑。只有當剛度較為均勻的多層結構才可以適用底部剪力法，如果其結構中具有薄弱層，那么就必須對其塑性變形集中造成的影響進行考慮；另外，框架結構等因為有填充墻，所以其實際剛度比計算剛度更大，而實際的周期又小于計算的周期，所以計算出的地震剪力一般是要偏小的，結構就存在一定的安全隱患，所以對計算周期進行折減就顯得非常必要。  3 民用建筑結構設計技術探討  3.1 鋼結構民用建筑的推廣  鋼結構與磚混結構和混凝土結構相比，在民用建筑建筑中應用主要有三個優(yōu)點：首先，由于鋼材強度高的特點，民用建筑設計可采用大開間布置。而磚混結構和鋼筋混凝土結構由于材料的性質(zhì)，限制了空間布置的自由。如果結構跨度過大，就會造成構件尺寸加大，不但影響美觀，而且造成結構自重增大，增加了造價。其次，民用建筑采用鋼結構體系產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟效益較好。由于鋼結構民用建筑自重輕，約為磚混結構的 65%，因此減少了土、沙、石的用量。不僅適用于軟弱地基，在其他地基條件下，也同樣可以大大減少基礎造價。鋼結構民用建筑施工周期短，可以大大提高投資效益，加快資金周轉。最后，鋼結構建筑具有較高的性價比，有利于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、適宜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，極具發(fā)展前途，可帶動鋼鐵產(chǎn)業(yè)和新型材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。  3.2 異形柱框架結構的基本形式  在結構設計中，原則上要求框架結構的柱采用矩形柱(除非建筑專業(yè)有特殊要求可采用其他截面形式，如圓形、三角形等)，矩形柱有良好的受力性能，計算理論比較完善，傳力途徑明確，而且在長期的工程實踐中積累了大量的經(jīng)驗，使得矩形柱的計算模型及理論更加接近實際。但矩形柱用在民用建筑，尤其是民用建筑建筑中，隨著建筑高度的增加，柱截面也隨著增大，給房屋內(nèi)部的布置及使用造成很多不便，采用異形柱框架結構就可以解決。  3.3 預應力混凝土大板結構技術  預應力大板結構是在柱與柱之間布置明梁，樓板采用預應力大板，并在預應力大板上直接布置隔墻的結構體系。若這種大板配合預應力寬扁梁使用，則能更大限度的提升樓層凈高，如9米跨的預應力寬扁梁可以比普通預應力梁及普通混凝土梁高度分別減少200毫米和 350毫米對于底部需要大柱網(wǎng)、大空間的多功能商住樓常設置結構轉換層。隨著預應力技術的逐漸成熟，預應力材料及施工費不斷下降，我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多。預應力大板結構在建筑上避免了室內(nèi)難看的次梁景觀，使住宅的建筑平面布置更加靈活，有利于二次裝修時室內(nèi)布局的改造，滿足了住戶個性化要求。  4 結語  綜上所述，民用建筑結構的設計是民用建筑施工前的必經(jīng)環(huán)節(jié)，民用建筑的性能和質(zhì)量取決于結構設計的質(zhì)量。要以人為本、堅持科學設計的原則，把好民用建筑設計環(huán)節(jié)關，確保民用建筑的安全實用。  參考文獻：  [1]劉彬傳 對民用建筑結構設計的研究 2007  [2]孔雅莎 建筑結構設計雜談 2006  [3][英]chris howard 住宅建筑建筑結構設計2003