民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化對策分析

盛承財(cái)（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東　東莞　523000）

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化對策分析

盛承財(cái)
（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東東莞523000）

摘要：隨著我國建筑水平的不斷提高與發(fā)展，人們對于建筑的安全要求越來越高，這就為我國民用建筑在結(jié)構(gòu)方面提出了更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的良好與否決定了其安全性能的好壞，因此，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行民用建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加以重視。

關(guān)鍵詞：民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化對策

建筑物的結(jié)構(gòu)是一個(gè)建筑物的基本構(gòu)架，其結(jié)構(gòu)的好壞對于建筑物的整體質(zhì)量有著決定性作用。隨著人們對于住房要求的不斷提高，住房的安全性將對人們?nèi)松戆踩斐珊艽笥绊?。在進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)槭艿降母鞣N因素的影響，其設(shè)計(jì)的類型以及方式也會產(chǎn)生很大差異。

一、我國民用建筑結(jié)構(gòu)類型的劃分

我國的民用建筑的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

（一）結(jié)構(gòu)墻（剪力墻）結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)墻又稱抗風(fēng)墻或抗震墻、剪力墻。結(jié)構(gòu)墻是建筑物主要承受空氣流動產(chǎn)生的壓力或地震作用引起的水平作用力和重力的墻體。在對結(jié)構(gòu)墻進(jìn)行施工時(shí)，其結(jié)構(gòu)的安排與設(shè)計(jì)要同相關(guān)建筑平面布置的要求相符合。結(jié)構(gòu)墻具有很好的承載能力以及空間作用能力，在一般情況下，其在民用建筑中的運(yùn)用比較廣泛，因?yàn)榻ㄖ谑┕r(shí)容易受到結(jié)構(gòu)墻之間的間距的影響，其平面開間的空間布置上很受限制，因此，結(jié)構(gòu)墻在公寓或者旅館的應(yīng)用中比較普遍。

（二）構(gòu)架式結(jié)構(gòu)。建筑的構(gòu)架式結(jié)構(gòu)指的是建筑的梁通過剛結(jié)點(diǎn)或者鉸鏈同柱之間加以連接，二者共同構(gòu)成建筑的承重體系，來抵抗建筑在人們居住過程中所產(chǎn)生的豎直方向上的重力以及水平方向上的作用力。采用構(gòu)架式結(jié)構(gòu)的建筑墻體不承受作用力，僅僅起到對建筑內(nèi)部的圍護(hù)以及分隔作用。構(gòu)架式結(jié)構(gòu)在進(jìn)行平面布置時(shí)要靈活，能夠滿足建筑工藝以及使用功能的要求。在對構(gòu)架式結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，一般采用的材料是鋼筋混凝土以及型鋼。因?yàn)椴牧显谑艿阶饔昧r(shí)的抗損壞能力比較好，其抵抗壓力的能力比較，且由于其梁柱之間進(jìn)行的是剛接或者鉸接，因此其抵抗震動的能力以及防止側(cè)移的能力也比較好。構(gòu)架式結(jié)構(gòu)比較適用于多層建筑以及高度在60m以下的建筑。在對構(gòu)架式結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面上的設(shè)置時(shí)，盡量對平面或者立面的形狀多加以利用，從而促進(jìn)建筑的各部分結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力得以均勻?qū)ΨQ分布。

（三）筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)由構(gòu)架—結(jié)構(gòu)墻結(jié)構(gòu)與全結(jié)構(gòu)墻結(jié)構(gòu)綜合演變和發(fā)展而來。筒體結(jié)構(gòu)是將結(jié)構(gòu)墻或密柱框架集中到建筑的內(nèi)部和外圍而形成的空間封閉式的筒體。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)墻集中而獲得較大的自由分割空間，這種結(jié)構(gòu)多用于寫字樓。進(jìn)行筒體結(jié)構(gòu)的平面設(shè)置時(shí)，一般選用方形或者圓形的形式，同時(shí)，也可以選擇對稱的三角形或者人字型平面對其加以設(shè)置。當(dāng)采用長方形的平面時(shí)，其長度與寬度之間的比值最好不要超過2∶1。外框的筒密柱之間的距離一般為1m多～3m之間。在建筑的平面四角處的柱子截面應(yīng)當(dāng)要呈八字形或者L形，其截面的尺寸要加大至2～3倍。外筒的邊長尺寸要比內(nèi)筒的大出兩倍。同時(shí)在建筑的頂部設(shè)置一到二層的剛性環(huán)梁，對建筑的框筒結(jié)構(gòu)的空間整體性加以提高。

（四）混合結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)的墻體具有承重和圍護(hù)的雙重作用，其所用的材料比較簡單，便于就地取材。并且在對混合結(jié)構(gòu)加以施工時(shí)的技術(shù)要求也比較簡單，施工難度比較小。由于砌體的抗壓強(qiáng)度較高但是其抗拉強(qiáng)度很低，因此，其主要受到軸心力或小偏心壓力的影響，其抵抗震動的能力比較弱。因此，運(yùn)用混合結(jié)構(gòu)的建筑一般不超過七層。

二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化對策

（一）加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深度。建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)端正自己的態(tài)度，明確自己的責(zé)任意識，對于設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)要認(rèn)真計(jì)算以及驗(yàn)算，保證所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及完整性。同時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)對自己的專業(yè)設(shè)計(jì)能力進(jìn)行提升，在實(shí)踐中不斷完善自己的理論體系。

（二）民用建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。民用建筑的建設(shè)施工是一項(xiàng)龐雜的工程，為防止施工人員對設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)產(chǎn)生理解上的錯(cuò)誤，因此，要在建筑施工之前，對設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行建筑模型的設(shè)計(jì)。進(jìn)行民用建筑的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的主要方面除了包括對于建筑自身各方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)之外，還包括對于建筑工程的造價(jià)、受力等情況的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作時(shí)，要以設(shè)計(jì)建筑的實(shí)際情況為依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)民用建筑的經(jīng)濟(jì)最大化效益為設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以對建筑使用平面布置的方法，以滿足對于建筑設(shè)計(jì)目的需要。在進(jìn)行建筑豎直方向設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免建筑結(jié)構(gòu)以及相關(guān)部件在受到作用力的影響下產(chǎn)生變形，建筑的上半部分同下半部分之間盡量不要使用轉(zhuǎn)換層。同時(shí)，要對民用建筑的相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)加以明確，使其設(shè)計(jì)能夠滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定的要求。

（三）注重提高結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)水平。在目前，我國的大多數(shù)民用建筑的抗震結(jié)構(gòu)不符合相關(guān)規(guī)定要求，這種情況的發(fā)生同建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理有著很大的關(guān)系。要解決這種問題就必須要對民用建筑的結(jié)構(gòu)體系加以優(yōu)化。（1）對建筑異形截面柱設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在進(jìn)行建筑的異形截面柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，一般普遍采用矩形柱來作為建筑構(gòu)架的結(jié)構(gòu)柱，但是，在特別的情況下，也可以利用圓形柱或者三角形柱來對矩形柱加以代替。在民用建筑的各種形狀的結(jié)構(gòu)柱中，矩形的結(jié)構(gòu)柱相對于其他的形狀的結(jié)構(gòu)柱來說受力能力比較強(qiáng)，能夠?qū)γ裼媒ㄖ谑褂脮r(shí)的安全性加以保證。但是，矩形柱作為框架結(jié)構(gòu)柱也存在著一定的局限性，當(dāng)民用建筑的層數(shù)達(dá)到一定的高度之后，矩形柱的相關(guān)截面要相應(yīng)的擴(kuò)大，但是這會對建筑的使用以及構(gòu)造上產(chǎn)生一定程度上的影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用異形柱對矩形柱加以取代便可以對民用建筑的高度增加時(shí)出現(xiàn)的問題加以解決，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）多采用鋼結(jié)構(gòu)。同其他的建筑結(jié)構(gòu)形式相比，鋼結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗永久變形和斷裂的能力更強(qiáng)，并且，其性價(jià)比要比其它的結(jié)構(gòu)形式要高。因此，在進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，使用鋼結(jié)構(gòu)要比混凝土結(jié)構(gòu)等其他結(jié)構(gòu)形式具有更好的效益。鋼結(jié)構(gòu)比較適用于平面上的大開間布局，使得民用建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行空間設(shè)計(jì)時(shí)具有更大的發(fā)揮余地。此外，鋼結(jié)構(gòu)的適用性較強(qiáng)，即使是在較軟地基上也可以使用。（3）優(yōu)化下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行民用建筑的下部基礎(chǔ)地基設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)施工場地的實(shí)際情況選用不同的設(shè)計(jì)方法。比如，在對樁基基礎(chǔ)加以設(shè)計(jì)時(shí)，要以建筑施工場地的土壤地質(zhì)以及地形條件為依據(jù)對其進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，減少資源浪費(fèi)。因?yàn)樵谶M(jìn)行灌注樁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，容易受到各種因素的影響，因此要進(jìn)行多種備案，并根據(jù)實(shí)際情況對最佳方案進(jìn)行選擇。

三、民用建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算方法

在對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算

中圖分類號：TU2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A