民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(wù)的建筑工程，其普遍性和重要性不言而喻，民用建筑對(duì)建筑質(zhì)量的要求很高，建筑質(zhì)量的高低直接關(guān)系到廣大人民的人身舒適度和生命財(cái)產(chǎn)安危。本文探討了民用建筑設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，對(duì)民用建筑設(shè)計(jì)中的技術(shù)問(wèn)題提出了見(jiàn)解。 

【關(guān)鍵詞】民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題 意見(jiàn)  民用建筑最重要的是安全可靠，它的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)性。另外，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性也是民用建筑設(shè)計(jì)中所需要考慮的問(wèn)題。  1 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求  1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容  民用建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)容包括設(shè)計(jì)程序和要求。如，在一個(gè)建筑的設(shè)計(jì)中，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以外，還有給排水設(shè)計(jì)以及暖氣通風(fēng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)等等。無(wú)論是哪個(gè)部分的設(shè)計(jì)都要求具備美觀性、功能性以及經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上格外注意，因?yàn)檫@也是保證建筑物質(zhì)量的一個(gè)基礎(chǔ)；對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算要求對(duì)構(gòu)件在正常狀態(tài)和極限承載能力的狀態(tài)下進(jìn)行計(jì)算，例如疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算等。如果有多種的作用力同時(shí)發(fā)生在構(gòu)件上，那么必須對(duì)構(gòu)件在各種作用力下的效應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的分析，將最不利的組合考慮進(jìn)去。對(duì)于抗震的設(shè)計(jì)也是非常重要的，我國(guó)對(duì)于抗震設(shè)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(jié)構(gòu)類(lèi)型和高度等實(shí)際情況采取不同的抗震等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。而抗震等級(jí)不同，那么在計(jì)算和構(gòu)件等方面的要求也就有所不同。  1.2 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵守的原則  1.2.1 剛?cè)嵯酀?jì)  合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的，結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大則適應(yīng)變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來(lái)時(shí)，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(guò)柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的釋壓、傳遞外力，但容易造成變形過(guò)大而無(wú)法運(yùn)用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)是剛多一點(diǎn)好，還是柔多一點(diǎn)好？到什么程度才算合適呢？這些問(wèn)題需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師認(rèn)真的揣摩與衡量。  1.2.2 經(jīng)濟(jì)合理  因土地、能源和材料價(jià)格的持續(xù)上漲，開(kāi)發(fā)商要求設(shè)計(jì)單位必須注意材料和資金的節(jié)約， 這一點(diǎn)符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想“安全適用，經(jīng)濟(jì)合理”。要從根本上做到經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須把握好民用建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是依據(jù)理論知識(shí)與工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)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(lái)完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系的定性設(shè)計(jì)方法。一幢民用建筑的設(shè)計(jì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)正確的概念設(shè)計(jì)，是難以實(shí)現(xiàn)效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案的。  1.2.3 圈出節(jié)點(diǎn)  在結(jié)構(gòu)體系中，所謂節(jié)點(diǎn)，是指各構(gòu)件交接之處．或連接異常的地方。不同類(lèi)型的構(gòu)件相連接，同一構(gòu)件截面改變之處，都會(huì)形成需要在設(shè)計(jì)圖中表示清楚的節(jié)點(diǎn)。廣義上，諸如結(jié)構(gòu)錯(cuò)層，體型改變，設(shè)置轉(zhuǎn)換層是大型節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)無(wú)處不在，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系乃是錯(cuò)綜變化的統(tǒng)一。當(dāng)強(qiáng)大的荷載突然襲來(lái)之時(shí)，對(duì)于單一的構(gòu)件，力量傳遞合理，因而可以控制。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，各節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性難于預(yù)測(cè)和控制，即使從理論上保證了每個(gè)組成構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，但因各個(gè)節(jié)點(diǎn)的力量傳遞往往不很順暢而出現(xiàn)應(yīng)力集中而無(wú)法傳遞甚至中斷，破壞由此而發(fā)生。歷次災(zāi)害表明，從設(shè)計(jì)不合理的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始破壞的建筑占了相當(dāng)大的比例。  2 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題  2.1 構(gòu)造設(shè)計(jì)的問(wèn)題  構(gòu)造設(shè)計(jì)的問(wèn)題中主要存在于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。前者是設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。高層建筑基礎(chǔ)在有效的埋置深度上經(jīng)常出現(xiàn)不足的情況。如果對(duì)于柱基的類(lèi)型選擇不當(dāng)?shù)脑拰?duì)于其施工上的操作可行性以及完工質(zhì)量都可能造成嚴(yán)重影響，還可能對(duì)周?chē)氖┕きh(huán)境帶來(lái)?yè)p壞。而當(dāng)樁間距不夠，不符合相關(guān)的規(guī)定的時(shí)候，尤其是錨樁和試樁的間距經(jīng)常被設(shè)計(jì)者忽略，這都會(huì)對(duì)試樁結(jié)果的正確性造成較大影響。此外，當(dāng)樁身的鋼筋籠不夠長(zhǎng)時(shí)，其在擠土灌注樁的時(shí)候就可能無(wú)法穿越軟弱土層的深度，不符合相關(guān)的樁基規(guī)范，這也是建筑設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般設(shè)計(jì)者很容易忽視縱向框架而只重視橫向框架。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該按照兩個(gè)主軸的方向來(lái)進(jìn)行分別的計(jì)算。當(dāng)不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一些設(shè)計(jì)人員將縱向框架按照普通的連續(xù)梁來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這也是不符合相關(guān)的構(gòu)造要求的。  2.2 設(shè)計(jì)深度不達(dá)標(biāo)  一些設(shè)計(jì)人員制作圖紙“偷工減料”，設(shè)計(jì)粗糙，過(guò)于簡(jiǎn)單，施工圖中應(yīng)有的系統(tǒng)圖、大樣圖、相關(guān)剖視圖漏缺；一些重要的、應(yīng)該用圖紙反映的內(nèi)容只標(biāo)注“見(jiàn)圖集”、“由設(shè)備廠家確定”等，施工圖設(shè)計(jì)表述不全，細(xì)部大樣不詳，不能反映工程的全貌；一些重要的設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、工程類(lèi)別、安全等級(jí)、耐火等級(jí)、防火消防處理等在設(shè)計(jì)總說(shuō)明中沒(méi)有標(biāo)明或交待不全。  2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算的問(wèn)題  對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)計(jì)算的問(wèn)題主要體現(xiàn)在荷載取值不當(dāng)、對(duì)底框砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算的問(wèn)題和結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定上。比如對(duì)于民用多層框架的建筑在采取獨(dú)立基礎(chǔ)的情況下，一般其地基的主要受力部分沒(méi)有軟弱黏性土層的時(shí)候，如果建筑物的高度沒(méi)有超過(guò)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(dāng)?shù)膹S房時(shí)，就沒(méi)有必要去驗(yàn)算地基的抗震承載力了，不過(guò)在設(shè)計(jì)其基礎(chǔ)時(shí)還是要考慮到風(fēng)荷載的作用。所以風(fēng)荷載的輸入是必須的，無(wú)論其是否位于地震區(qū)或者是否是高層建筑。只有當(dāng)剛度較為均勻的多層結(jié)構(gòu)才可以適用底部剪力法，如果其結(jié)構(gòu)中具有薄弱層，那么就必須對(duì)其塑性變形集中造成的影響進(jìn)行考慮；另外，框架結(jié)構(gòu)等因?yàn)橛刑畛鋲Γ云鋵?shí)際剛度比計(jì)算剛度更大，而實(shí)際的周期又小于計(jì)算的周期，所以計(jì)算出的地震剪力一般是要偏小的，結(jié)構(gòu)就存在一定的安全隱患，所以對(duì)計(jì)算周期進(jìn)行折減就顯得非常必要。  3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)探討  3.1 鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的推廣  鋼結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)相比，在民用建筑建筑中應(yīng)用主要有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，由于鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn)，民用建筑設(shè)計(jì)可采用大開(kāi)間布置。而磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于材料的性質(zhì)，限制了空間布置的自由。如果結(jié)構(gòu)跨度過(guò)大，就會(huì)造成構(gòu)件尺寸加大，不但影響美觀，而且造成結(jié)構(gòu)自重增大，增加了造價(jià)。其次，民用建筑采用鋼結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。由于鋼結(jié)構(gòu)民用建筑自重輕，約為磚混結(jié)構(gòu)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(chǔ)造價(jià)。鋼結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)。最后，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有較高的性?xún)r(jià)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(dòng)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(jié)構(gòu)的基本形式  在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，原則上要求框架結(jié)構(gòu)的柱采用矩形柱(除非建筑專(zhuān)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(jì)算理論比較完善，傳力途徑明確，而且在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，使得矩形柱的計(jì)算模型及理論更加接近實(shí)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(jié)構(gòu)就可以解決。  3.3 預(yù)應(yīng)力混凝土大板結(jié)構(gòu)技術(shù)  預(yù)應(yīng)力大板結(jié)構(gòu)是在柱與柱之間布置明梁，樓板采用預(yù)應(yīng)力大板，并在預(yù)應(yīng)力大板上直接布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。若這種大板配合預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力寬扁梁可以比普通預(yù)應(yīng)力梁及普通混凝土梁高度分別減少200毫米和 350毫米對(duì)于底部需要大柱網(wǎng)、大空間的多功能商住樓常設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，我國(guó)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來(lái)越多。預(yù)應(yīng)力大板結(jié)構(gòu)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(shí)室內(nèi)布局的改造，滿足了住戶(hù)個(gè)性化要求。  4 結(jié)語(yǔ)  綜上所述，民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。要以人為本、堅(jiān)持科學(xué)設(shè)計(jì)的原則，把好民用建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)關(guān)，確保民用建筑的安全實(shí)用。  參考文獻(xiàn)：  [1]劉彬傳 對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究 2007  [2]孔雅莎 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雜談 2006  [3][英]chris howard 住宅建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2003