淺談民用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化對(duì)策

王 磊王 剛

（1.中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 710018 2.陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司 710032）

淺談民用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化對(duì)策

王 磊1王 剛2

（1.中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 710018 2.陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司 710032）

不論是在哪一種建筑建設(shè)以及設(shè)計(jì)的形式之中，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建設(shè)施工都顯得十分的重要。人們對(duì)于自身居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑布局，施工質(zhì)量，都越來(lái)越影響到人們的生活品質(zhì)，但是綠色節(jié)能環(huán)保高效也是今后建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，如何優(yōu)化兩者的要求，平衡需求，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要。本文將主要探討民用建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，希望為民用建筑的建設(shè)設(shè)計(jì)以及為現(xiàn)代人類(lèi)居住環(huán)境質(zhì)量的提高提供有價(jià)值的參考。

民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化對(duì)策

結(jié)構(gòu)對(duì)民用建筑而言具有重要的室溫調(diào)節(jié)、保溫效果以及自然通風(fēng)、太陽(yáng)能應(yīng)用等作用。這些都與人類(lèi)的居住環(huán)境以及居住狀態(tài)之間緊密相連。最初的民用建筑就是為了遮風(fēng)擋雨，形成一個(gè)相對(duì)安全、舒適的室內(nèi)小氣候，給人類(lèi)以安全、舒適之感，并且又時(shí)刻能夠保持與外界、與自然之間的交流與溝通，形成良好的居住效果。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及現(xiàn)代人們生活水平的不斷提高，人類(lèi)對(duì)于自身居住環(huán)境以及民用建筑的質(zhì)量、舒適等方面的要求越來(lái)越高，基于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)效果等方面的不斷發(fā)展與提高，本文將主要從幾種民用建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型以及民用建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，對(duì)現(xiàn)代民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析與探討[1～3]。

1 我國(guó)常見(jiàn)的幾種民用建筑結(jié)構(gòu)形式

1.1 框架式結(jié)構(gòu)

在框架式結(jié)構(gòu)中建筑的承重體系主要是由梁通過(guò)鉸鏈同柱或者剛結(jié)點(diǎn)之間以連續(xù)的狀態(tài)構(gòu)成，主要作用是建筑使用過(guò)程中產(chǎn)生的水平方向以及豎直方向的作用力。在該結(jié)構(gòu)下的墻體不做承載力設(shè)計(jì)，僅發(fā)揮分隔與維護(hù)的作用。為了滿足建筑工藝的功能要求，在進(jìn)行框架式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用時(shí)，需要采用靈活的平面布置方式。在施工過(guò)程中，該類(lèi)結(jié)構(gòu)的主要材料為型鋼以及鋼筋混凝土，主要優(yōu)勢(shì)是具有較好的抗損壞能力。該類(lèi)型的結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高度不超過(guò)60m的多層建筑的設(shè)計(jì)建設(shè)之中，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑各個(gè)部位的均勻受力，具有較好的抗彈性變形能力[4]。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是民用建筑中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，其主要的優(yōu)勢(shì)是能夠承受地震作用下產(chǎn)生的重力與水平作用力，能夠承受空氣流動(dòng)影響下產(chǎn)生的壓力。通常在平面設(shè)計(jì)要求下，采取剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)的空間作用能力以及承載能力都較強(qiáng)，在旅舍以及公寓設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分的普遍。

1.3 混合結(jié)構(gòu)

混合結(jié)構(gòu)的墻體既具有承重功能，又具有維護(hù)功能。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)選材的要求較為寬泛，且簡(jiǎn)單方便。其施工難度較小，施工技術(shù)要求較少。該結(jié)構(gòu)具有較高的抗壓強(qiáng)度，但是抗拉伸作用不足，會(huì)受到小偏心壓力以及軸心力的影響。故而不適合在樓層較高的建筑設(shè)計(jì)中使用，通常應(yīng)用于樓層不高于7層的建筑設(shè)計(jì)中。

1.4 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)的主要作用是能夠擴(kuò)大自由分割空間，該結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)通常表現(xiàn)為圓形或方形、人字形、三角形的結(jié)構(gòu)形式，多應(yīng)用于寫(xiě)字樓的建筑設(shè)計(jì)中。筒密柱與外框之間的距離在1～3m的范圍內(nèi)，長(zhǎng)方形平面設(shè)計(jì)中長(zhǎng)與寬的比例不能超過(guò)2：1，通常建筑的平面四角處的柱子截面尺寸擴(kuò)大2～3倍，為L(zhǎng)型或者八字形，外筒的邊長(zhǎng)尺寸是內(nèi)筒的三倍。為了提高筒體結(jié)構(gòu)下建筑的空間整體性，通常在建筑的頂部設(shè)置1～2層的剛性環(huán)梁[5]。

2 我國(guó)民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要問(wèn)題與相關(guān)對(duì)策

2.1 主要問(wèn)題

（1）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。主要表現(xiàn)在對(duì)異形截面柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，沒(méi)有依據(jù)實(shí)際的受力承力狀況進(jìn)行選擇，沒(méi)有考慮樓層高度以及建筑設(shè)計(jì)的安全性。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的使用較少，沒(méi)有發(fā)揮這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。對(duì)下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理，沒(méi)有結(jié)合實(shí)際情況以及經(jīng)濟(jì)性考慮最佳設(shè)計(jì)方案。

（2）相關(guān)部門(mén)對(duì)于民用建筑的設(shè)計(jì)指標(biāo)沒(méi)有明確的定義，在轉(zhuǎn)換層的布置以及相關(guān)部件的使用上具有較大的爭(zhēng)議。

（3）相關(guān)設(shè)計(jì)人員不具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩珣B(tài)度，具體的表現(xiàn)為模糊了場(chǎng)地使用以及房屋抗震的設(shè)計(jì)，在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤等。

2.2 優(yōu)化對(duì)策

（1）加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。①優(yōu)化異形截面柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)采用對(duì)建筑框架的結(jié)構(gòu)柱形式的靈活應(yīng)用解決一些特殊情況下，結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)問(wèn)題。例如，矩形柱是通常情況下異形截面柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要形式。但是可以在建筑本身對(duì)結(jié)構(gòu)柱的受力能力要求較高且建筑樓層數(shù)較多的情況下，采用具有較強(qiáng)的受力能力且無(wú)需擴(kuò)大截面面積的三角形柱或者是圓形柱進(jìn)行代替。這樣既能夠滿足受力要求，也不會(huì)對(duì)建筑的整體構(gòu)造造成影響。②發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。針對(duì)民用建筑設(shè)計(jì)中較少使用鋼結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，且基于鋼結(jié)構(gòu)較大的經(jīng)濟(jì)效益性以及適用性，可在民用建筑的空間設(shè)計(jì)過(guò)程中較多的采用鋼結(jié)構(gòu)，滿足平面上大開(kāi)間布局的要求，實(shí)現(xiàn)民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。③針對(duì)下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)薄弱的問(wèn)題，通過(guò)考慮實(shí)際建設(shè)情況以及施工場(chǎng)地狀況的前提下，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。

（2）在未來(lái)的民用建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，相關(guān)部門(mén)對(duì)于民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范需要不斷的完善，并進(jìn)行明確的定義，避免出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的爭(zhēng)議現(xiàn)象。

（3）需要不斷加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的對(duì)設(shè)計(jì)安全性的認(rèn)知，民用建筑設(shè)計(jì)應(yīng)該以安全性為前提，以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，減少設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

3 我國(guó)民用建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算

依據(jù)設(shè)計(jì)要求以及實(shí)際情況對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的荷載能力進(jìn)行正確的取值?？紤]獨(dú)立基礎(chǔ)情況下對(duì)民用多層結(jié)構(gòu)框架計(jì)算中受力點(diǎn)的分布，特別注意受力點(diǎn)在軟弱黏性的土層中的情況。并且在高度為15m左右的民用建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中，將抗震荷載考慮在內(nèi)[6]。對(duì)建筑的砌體結(jié)構(gòu)采用剪力法進(jìn)行驗(yàn)算，特別是對(duì)于存在薄弱層的建筑需要著重考慮抗震能力。確定結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)。在民用建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中需要考慮存在填充墻的結(jié)構(gòu)框架的實(shí)際剛度。對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)方案的計(jì)算方式需要對(duì)各種限制條件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)計(jì)算不能采用單純的線性優(yōu)化方式，需要在沒(méi)有限制條件的前提下進(jìn)行計(jì)算。主要計(jì)算方式包括符合型以及拉式乘子法、Powell計(jì)算法，依據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，并考慮上述原則，對(duì)這幾種結(jié)構(gòu)計(jì)算方式進(jìn)行靈活、合理的應(yīng)用。確保民用建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性以及科學(xué)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，民用建筑與我們的生活息息相關(guān)，現(xiàn)代人的生活品質(zhì)的提升時(shí)從多個(gè)方面表現(xiàn)的，而民用建筑設(shè)計(jì)是其中最為主要的一個(gè)方面之一。在民用建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接影響了現(xiàn)代居民的居住狀態(tài)，直接表現(xiàn)了建筑給人來(lái)帶的舒適感以及安全感的不同程度以及不同的角度。因此，本文從幾種民用建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型以及民用建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面探討了民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。希望為現(xiàn)代民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考，促進(jìn)現(xiàn)代民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷革新與發(fā)展，不斷的改善現(xiàn)代人的居住環(huán)境，提高現(xiàn)代人的生活品質(zhì)。

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[2]賈永萍.試論民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2011，16（32）：71+57.

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1673-0038（2015）37-0012-02

2015-8-13