民用建筑结构设计初探

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【摘要】民用建筑是直接为广大人民日常生活服务的建筑工程，其普遍性和重要性不言而喻，民用建筑对建筑质量的要求很高，建筑质量的高低直接关系到广大人民的人身舒适度和生命财产安危。本文探讨了民用建筑设计中的问题，对民用建筑设计中的技术问题提出了见解。 

【关键词】民用建筑；结构设计；问题 意见  民用建筑最重要的是安全可靠，它的关键在于设计工作环节上，结构设计的质量直接影响到建筑物的安全性、舒适性、耐久性和经济性。另外，经济性和实用性也是民用建筑设计中所需要考虑的问题。  1 民用建筑结构设计要求  1.1 设计内容  民用建筑结构的内容包括设计程序和要求。如，在一个建筑的设计中，除了结构设计以外，还有给排水设计以及暖气通风设计、电气设计等等。无论是哪个部分的设计都要求具备美观性、功能性以及经济性和环保性的特征。建筑物要想有效的发挥其功能，就必须在建筑结构设计上格外注意，因为这也是保证建筑物质量的一个基础；对于建筑物结构设计的计算要求对构件在正常状态和极限承载能力的状态下进行计算，例如疲劳强度的验算等。如果有多种的作用力同时发生在构件上，那么必须对构件在各种作用力下的效应进行仔细的分析，将最不利的组合考虑进去。对于抗震的设计也是非常重要的，我国对于抗震设防的烈度一般在六到九度，还可以根据建筑物所在地区的不同以及建筑物的结构类型和高度等实际情况采取不同的抗震等级标准。而抗震等级不同，那么在计算和构件等方面的要求也就有所不同。  1.2 民用建筑结构设计应当遵守的原则  1.2.1 刚柔相济  合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的，结构刚度过大则适应变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的荷载很大，容易造成局部受损至最后全部毁坏；而刚度过柔的结构虽然可以很好的释压、传递外力，但容易造成变形过大而无法运用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好？到什么程度才算合适呢？这些问题需要建筑结构设计师认真的揣摩与衡量。  1.2.2 经济合理  因土地、能源和材料价格的持续上涨，开发商要求设计单位必须注意材料和资金的节约， 这一点符合结构设计的指导思想“安全适用，经济合理”。要从根本上做到经济，结构设计人员必须把握好民用建筑结构的概念设计。概念设计是依据理论知识与工作经验，结合建筑功能要求与建筑工程条件，在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系的定性设计方法。一幢民用建筑的设计没有经过正确的概念设计，是难以实现效果最好、造价最低的结构方案的。  1.2.3 圈出节点  在结构体系中，所谓节点，是指各构件交接之处．或连接异常的地方。不同类型的构件相连接，同一构件截面改变之处，都会形成需要在设计图中表示清楚的节点。广义上，诸如结构错层，体型改变，设置转换层是大型节点。节点无处不在，因为结构体系乃是错综变化的统一。当强大的荷载突然袭来之时，对于单一的构件，力量传递合理，因而可以控制。对于复杂的结构体系，各节点的复杂性难于预测和控制，即使从理论上保证了每个组成构件的强度和刚度，但因各个节点的力量传递往往不很顺畅而出现应力集中而无法传递甚至中断，破坏由此而发生。历次灾害表明，从设计不合理的节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。  2 民用建筑结构设计中的问题  2.1 构造设计的问题  构造设计的问题中主要存在于地基基础设计以及框架结构设计中。前者是设计中经常出现的问题。高层建筑基础在有效的埋置深度上经常出现不足的情况。如果对于柱基的类型选择不当的话对于其施工上的操作可行性以及完工质量都可能造成严重影响，还可能对周围的施工环境带来损坏。而当桩间距不够，不符合相关的规定的时候，尤其是锚桩和试桩的间距经常被设计者忽略，这都会对试桩结果的正确性造成较大影响。此外，当桩身的钢筋笼不够长时，其在挤土灌注桩的时候就可能无法穿越软弱土层的深度，不符合相关的桩基规范，这也是建筑设计中常常出现的问题。对于框架结构设计，一般设计者很容易忽视纵向框架而只重视横向框架。根据我国现行的抗震设计要求，应该按照两个主轴的方向来进行分别的计算。当不进行抗震设计时，一些设计人员将纵向框架按照普通的连续梁来进行设计，这也是不符合相关的构造要求的。  2.2 设计深度不达标  一些设计人员制作图纸“偷工减料”，设计粗糙，过于简单，施工图中应有的系统图、大样图、相关剖视图漏缺；一些重要的、应该用图纸反映的内容只标注“见图集”、“由设备厂家确定”等，施工图设计表述不全，细部大样不详，不能反映工程的全貌；一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等在设计总说明中没有标明或交待不全。  2.3 结构计算的问题  对建筑物结构计算的问题主要体现在荷载取值不当、对底框砌体结构进行验算的问题和结构周期折减系数的确定上。比如对于民用多层框架的建筑在采取独立基础的情况下，一般其地基的主要受力部分没有软弱黏性土层的时候，如果建筑物的高度没有超过八层，并且其高度在25米以下，是作为一般性的民用房屋，或者是荷载相当的厂房时，就没有必要去验算地基的抗震承载力了，不过在设计其基础时还是要考虑到风荷载的作用。所以风荷载的输入是必须的，无论其是否位于地震区或者是否是高层建筑。只有当刚度较为均匀的多层结构才可以适用底部剪力法，如果其结构中具有薄弱层，那么就必须对其塑性变形集中造成的影响进行考虑；另外，框架结构等因为有填充墙，所以其实际刚度比计算刚度更大，而实际的周期又小于计算的周期，所以计算出的地震剪力一般是要偏小的，结构就存在一定的安全隐患，所以对计算周期进行折减就显得非常必要。  3 民用建筑结构设计技术探讨  3.1 钢结构民用建筑的推广  钢结构与砖混结构和混凝土结构相比，在民用建筑建筑中应用主要有三个优点：首先，由于钢材强度高的特点，民用建筑设计可采用大开间布置。而砖混结构和钢筋混凝土结构由于材料的性质，限制了空间布置的自由。如果结构跨度过大，就会造成构件尺寸加大，不但影响美观，而且造成结构自重增大，增加了造价。其次，民用建筑采用钢结构体系产生的综合经济效益较好。由于钢结构民用建筑自重轻，约为砖混结构的 65%，因此减少了土、沙、石的用量。不仅适用于软弱地基，在其他地基条件下，也同样可以大大减少基础造价。钢结构民用建筑施工周期短，可以大大提高投资效益，加快资金周转。最后，钢结构建筑具有较高的性价比，有利于环境的可持续发展、适宜产业化发展，极具发展前途，可带动钢铁产业和新型材料产业的发展。  3.2 异形柱框架结构的基本形式  在结构设计中，原则上要求框架结构的柱采用矩形柱(除非建筑专业有特殊要求可采用其他截面形式，如圆形、三角形等)，矩形柱有良好的受力性能，计算理论比较完善，传力途径明确，而且在长期的工程实践中积累了大量的经验，使得矩形柱的计算模型及理论更加接近实际。但矩形柱用在民用建筑，尤其是民用建筑建筑中，随着建筑高度的增加，柱截面也随着增大，给房屋内部的布置及使用造成很多不便，采用异形柱框架结构就可以解决。  3.3 预应力混凝土大板结构技术  预应力大板结构是在柱与柱之间布置明梁，楼板采用预应力大板，并在预应力大板上直接布置隔墙的结构体系。若这种大板配合预应力宽扁梁使用，则能更大限度的提升楼层净高，如9米跨的预应力宽扁梁可以比普通预应力梁及普通混凝土梁高度分别减少200毫米和 350毫米对于底部需要大柱网、大空间的多功能商住楼常设置结构转换层。随着预应力技术的逐渐成熟，预应力材料及施工费不断下降，我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多。预应力大板结构在建筑上避免了室内难看的次梁景观，使住宅的建筑平面布置更加灵活，有利于二次装修时室内布局的改造，满足了住户个性化要求。  4 结语  综上所述，民用建筑结构的设计是民用建筑施工前的必经环节，民用建筑的性能和质量取决于结构设计的质量。要以人为本、坚持科学设计的原则，把好民用建筑设计环节关，确保民用建筑的安全实用。  参考文献：  [1]刘彬传 对民用建筑结构设计的研究 2007  [2]孔雅莎 建筑结构设计杂谈 2006  [3][英]chris howard 住宅建筑建筑结构设计2003