民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題研究

郭凌凱

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，城市化建設(shè)的進(jìn)程不斷加快，民用建筑也隨之在城市中不斷涌現(xiàn)出來。而隨著民用建筑的不斷出現(xiàn)，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的問題也越來越顯著。對于民用建筑工程來說，它本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題是整體設(shè)計中最重要的一部分，所以，越來越多的人開始將研究的重點(diǎn)放在了結(jié)構(gòu)設(shè)計上。筆者也將在本文針對民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些問題，進(jìn)行關(guān)于其對策的探討。

關(guān)鍵詞：民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；原則；問題；

中圖分類號： TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言

民用建筑工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到人們的生命安全。建筑質(zhì)量的好壞主要由設(shè)計質(zhì)量和施工質(zhì)量兩個方面來衡量。相對而言,結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項(xiàng)繁重而又責(zé)任重大的工作,直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和美觀。然而，很多情況下，由于甲方給的設(shè)計周期有限，設(shè)計人員難免會出現(xiàn)這樣那樣的錯誤，更沒時間深入研究結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中的一些問題。本文結(jié)合筆者近年來參加施工圖設(shè)計和校審的工作經(jīng)驗(yàn)，對民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所遵循的原則進(jìn)行了論述，分析了民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求應(yīng)注意的問題及對應(yīng)措施，以避免或減少類似的情況發(fā)生，確保設(shè)計質(zhì)量能上一個臺階。

一、 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)遵守的原則

一個完美的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要遵循一定的設(shè)計原則來進(jìn)行，對于設(shè)計師來說，只有將各方面的因素進(jìn)行合理科學(xué)的搭配，才能做出優(yōu)秀的設(shè)計方案，遵循相應(yīng)的設(shè)計原則，可以簡化設(shè)計過程，避免設(shè)計中出現(xiàn)一些不必要的問題，提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計效率。

（一） 安全的原則。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們需要要考慮相關(guān)的安全問題，包括施工現(xiàn)場的安全，以及建筑物的安全，因此安全問題是我們必須重視的，尤其要重視的是抗震的設(shè)計，為了提高建筑物的安全性，在進(jìn)行設(shè)計時要盡可能的提高建筑物的抗震能力，這不僅嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，也會對后期的使用帶來更多的不穩(wěn)定因素。

（二） 適用的原則。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮施工場地的實(shí)際環(huán)境，以及施工要求，還要考慮自然因素的影響，對于施工中所采用的施工技術(shù)以及施工工藝進(jìn)行預(yù)測，在設(shè)計時盡量避免高難度工藝的使用，同時要因地制宜，考慮施工中所使用到的相關(guān)設(shè)備，避免出現(xiàn)現(xiàn)場施工中設(shè)備與場地不適合的狀況，在設(shè)計中的每一個細(xì)節(jié)都盡量符合適用的原則，這樣才能保證我們所進(jìn)行的設(shè)計符合實(shí)際要求，有利于建筑施工的進(jìn)行。

（三） 經(jīng)濟(jì)的原則。由于建筑行業(yè)的投資巨大，不合理的荷載參數(shù)選擇、結(jié)構(gòu)布置等都會直接導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，因此我們在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要綜合考慮各方面的因素，合理選擇計算參數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，在保證建筑質(zhì)量的前提下，也可以節(jié)約資源。

（四） 美觀的原則?，F(xiàn)代社會人們的生活觀念已經(jīng)發(fā)生了改變，對于生活環(huán)境也有了較高的要求，因此在進(jìn)行設(shè)計時，我們不僅僅要考慮建筑的功能，還要考慮建筑的美觀性，在最大程度上滿足人們的審美需求。

二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系選擇分析

民用建筑的結(jié)構(gòu)體系作為對垂直和水平方向荷載的傳力途徑進(jìn)行抵抗作用，它主要是利用抗側(cè)力體系、相關(guān)的水平構(gòu)件以及豎向構(gòu)件將荷載傳到基礎(chǔ)部分。

民用建筑結(jié)構(gòu)體系按照建筑材料可以分為，砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)。這里面，磚混結(jié)構(gòu)由于造價低，施工方便而被廣泛采用，但隨著我國限制粘土磚的力度加大以及其他砌塊的應(yīng)用，其在國內(nèi)的應(yīng)用會進(jìn)一步減小。底框結(jié)構(gòu)是我國及底框結(jié)構(gòu)是我國現(xiàn)階段特有的一種結(jié)構(gòu)體系，可以滿足底部大空間的要求，也可節(jié)約建設(shè)資金，但因其上部下部為不同的建筑材料，對結(jié)構(gòu)抗震不利，因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意其抗震措施及構(gòu)造措施的加強(qiáng)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系因?yàn)槠涑杀镜?、耐火耐久等?yōu)良的性能而廣泛應(yīng)用于各類工程中，但是它本身仍舊存在一些如施工慢、自重大等缺點(diǎn)。而鋼結(jié)構(gòu)體系除了具有施工方便、抗震性能好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)外，同時還有著例如防火性差、成本高等缺點(diǎn)。鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)雖然繼承了二者的優(yōu)點(diǎn)，但是其節(jié)點(diǎn)部分的構(gòu)造復(fù)雜，所以并不能被廣泛應(yīng)用。同樣地，鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)也將兩者的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合，然而在兩種材料的連接方面仍舊存在技術(shù)問題。

三、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題分析及措施

鑒于篇幅有限，且由于混凝土結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用以及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的代表性，本文僅將混凝土結(jié)構(gòu)中存在的問題進(jìn)行分析。

（一）、結(jié)構(gòu)計算應(yīng)注意的問題

1、混凝土容重取值：在SATWE參數(shù)選取中， 混凝土容重（KN/m3）取26-27，是因?yàn)榭紤]框架梁、柱、剪力墻雙面粉刷荷載；而在PMCAD中，若是勾選自動計算板重，樓面荷載考慮面層做法輸入荷載，而往往在荷載計算時已考慮面層抹灰，而出現(xiàn)重復(fù)計算的情況。建議在PMCAD中不勾選自動計算板重，將樓板荷載直接按樓面荷載輸入，比較準(zhǔn)確。

2、偶然偏心和雙向地震作用：現(xiàn)行2010版PKPM在結(jié)構(gòu)計算時，已經(jīng)可以同時勾選偶然偏心作用及雙向地震作用，進(jìn)行最不利考慮；雖然質(zhì)量偶然偏心和雙向地震作用都是客觀存在的事實(shí)，同時考慮兩者的影響計算地震作用原則上是合理的；但筆者認(rèn)為這也應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定和實(shí)際情況進(jìn)行分析。對于質(zhì)量與剛度分布不均勻，不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，宜同時考慮雙向地震作用計算及質(zhì)量偶然偏心的影響；而對于質(zhì)量與剛度分布均勻，且規(guī)則的結(jié)構(gòu)來說，可僅考慮偶然偏心作用，以免造成不必要的浪費(fèi)。

3、柱的單偏壓和雙偏壓計算：理論上講，柱子都是雙向偏心受力狀態(tài)，因此按雙偏壓計算是柱子配筋的通用方法，適用于柱子的各種受力情況，即考慮同一組合中雙向彎矩與軸力的共同作用和截面全部鋼筋對承載力的貢獻(xiàn)，結(jié)果較為合理。但由于柱截面及軟件配筋配筋的計算模式局限，直接勾選按雙向偏壓計算，則會使配筋結(jié)果偏大。則一般先按單偏壓計算，再按雙偏壓進(jìn)行承載力驗(yàn)算，對不能通過驗(yàn)算的柱子調(diào)整配筋，使其通過驗(yàn)算，更加合理；而對于按雙偏壓計算配筋的柱子，如果個別配筋偏大，可以調(diào)整鋼筋減少用鋼梁，并需使其通過雙偏壓驗(yàn)算即可。

、結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題

1、底層計算高度確定

在工程設(shè)計中，因功能要求，而不能從建筑角度調(diào)整層高時，一般都通過結(jié)構(gòu)措施來調(diào)整其計算高度。常用的方法有以下幾種：1）設(shè)置柱墩，即在室外地面下50mm,柱原有位置設(shè)置尺寸為原柱1.5~2倍的柱墩，使基礎(chǔ)頂面上移至柱墩頂；2）在首層地面設(shè)置拉梁及剛性地坪（剛性地坪：指可以協(xié)調(diào)抗側(cè)力構(gòu)件之間變形的鋼筋混凝土板，其板厚不宜小于150，混凝土強(qiáng)度等級不低于C20，板配筋不小于雙層雙向直徑10mm間距200mm的鋼筋網(wǎng)）；3)首層地面只設(shè)置拉梁而無剛性地坪；4）首層地面僅設(shè)置剛性地坪而無拉梁。其中2）~4）均是將首層地面至基礎(chǔ)頂面假定為一個標(biāo)準(zhǔn)層，結(jié)構(gòu)計算時，將嵌固端分別設(shè)置在基礎(chǔ)頂和首層地面，進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計（取最不利）。

對于高層建筑而底層較高或由于雜填土層較深，而不采用換填處理地基的框架結(jié)構(gòu)來說，由于其基礎(chǔ)埋置較深，選用1）則柱墩做的很長，增加造價，一般都選擇2）~4）；而對于一般基礎(chǔ)埋置較淺的多層框架結(jié)構(gòu)，，采用2）~4）極易形成短柱（短柱：剪跨比小于2的柱，對于框架結(jié)構(gòu)來說，剪跨比一般按Hn/(2h0)確定，Hn為柱凈高，h0 為柱截面有效高度），造成剪切破壞，對抗震不利。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用不同的措施進(jìn)行處理。

2、較大大跨度樓蓋方案比選

對于有較大跨度（大于10m,小于18m）要求的建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計上傳統(tǒng)的做法是設(shè)置井字梁樓蓋、門式剛架。采用井字梁雖然可以達(dá)到要求，但因其自重大，施工麻煩，工程造價較高。門式鋼架雖結(jié)構(gòu)自重較輕，但因主體仍采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計算時，仍需單獨(dú)計算，且造價也不低。

近年來，隨著國外先進(jìn)技術(shù)及材料的逐步引入，也使我們結(jié)構(gòu)設(shè)計在處理較大跨度樓蓋設(shè)計時，有了更多的選擇空間，SP預(yù)應(yīng)力空心板就是其代表之一。和普通空心板相比，它具有跨度大，承載力高，外觀尺寸誤差小、平整度好，隔音性能好、耐火等級高等特點(diǎn)。且其最大適用跨度已達(dá)18m,而SP預(yù)應(yīng)力板的厚度最大僅380mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)混凝土梁，又因其采用機(jī)械施工，安裝快捷、可在任何季節(jié)施工，不受天氣影響、有利于縮短工期，節(jié)約成本.我國已經(jīng)對在國內(nèi)生產(chǎn)的SP預(yù)應(yīng)力空心板進(jìn)行了必要的試驗(yàn)，其抗震性能及整體性都能滿足要求，并根據(jù)有關(guān)規(guī)范，對板的性能進(jìn)行了核對，在此基礎(chǔ)上，編制了國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集《SP預(yù)應(yīng)力空心板》（05SG408），作為選用預(yù)應(yīng)力空心板的技術(shù)文件。應(yīng)該說，隨著節(jié)約型社會的逐步形成，以及我國房屋結(jié)構(gòu)布置向著以大開間、靈活隔斷的開放式建筑方向發(fā)展，SP預(yù)應(yīng)力空心板必將成為實(shí)現(xiàn)我國建筑可持續(xù)發(fā)展的重要材料之一 。

結(jié)束語

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個將理論實(shí)踐化的過程，包含內(nèi)容很多：從結(jié)構(gòu)體系的選取到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，從荷載計算到內(nèi)力分析，從模型的建立到參數(shù)的選取，都要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員根據(jù)不同的工程，及地理?xiàng)l件進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊统浞值目紤]，只有這樣，才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理。由于筆者經(jīng)驗(yàn)有限，不妥之處，敬請指正。

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