民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化

蔡宇

摘要：建筑結(jié)構(gòu)是形成一定空間及造型，并具有承受人為和自然界施加于建筑物的各種荷載作用，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，由于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中存在多種不確定性，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是研究建筑工程設(shè)計(jì)中的各種不確定性問(wèn)題，取得安全可靠與經(jīng)濟(jì)合理之間的平衡的關(guān)鍵。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于經(jīng)濟(jì)性原則的角度分析民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)措施。

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

一、常見(jiàn)民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型。

建筑結(jié)構(gòu)是建筑三大構(gòu)成要素中建筑技術(shù)的組成內(nèi)容，是保證房屋安全的重要手段。建筑結(jié)構(gòu)的形式是為了滿足建筑功能要求，為創(chuàng)造建筑的美而服務(wù)。建筑結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)計(jì)是兩個(gè)既相互獨(dú)立又緊密聯(lián)系的專業(yè)工種。

建筑結(jié)構(gòu)是解決堅(jiān)固問(wèn)題，處于服務(wù)地位，建筑設(shè)計(jì)是解決功能、適用和美觀的問(wèn)題，處于先行與主導(dǎo)地位，由注冊(cè)建筑師完成。建筑設(shè)計(jì)必須和建筑結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，只有真正符合結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才具有真實(shí)的表現(xiàn)力和實(shí)際的可行性，富有建筑的個(gè)性。

（一）砌體結(jié)構(gòu)

砌體結(jié)構(gòu)的墻體具有承重和圍護(hù)的雙重作用，所用材料便于就地取材，施工較簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，技術(shù)要求低，施工設(shè)備簡(jiǎn)單。由于砌體抗拉抗剪強(qiáng)度低，因此砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能差，一般不超過(guò)七層，砌體結(jié)構(gòu)一般不適用于高層建筑及需要大空間的建筑。由于墻體承重，在其上開(kāi)設(shè)門窗受到限制，建筑立面效果顯得厚實(shí)。

（二）框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)的承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)、分隔構(gòu)件完全分開(kāi)，墻只起圍護(hù)和分隔作用;平面布置要靈活，能夠滿足生產(chǎn)工藝和使用功能的要求。采用的材料是型鋼和鋼筋混凝土，要有很好的抗壓和抗彎能力，由于梁、柱剛接，抗側(cè)移和抗振動(dòng)能力強(qiáng)，因此，其抗震性、整體性和延通性較好，適用于多層和高度不超過(guò)60m的高層建筑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的平面布置時(shí)，建筑平面形狀和立面體型宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，使各部分剛度均勻?qū)ΨQ。

（三）剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻是建筑物的承重墻，同時(shí)也是圍護(hù)墻和分隔墻，因此，剪力墻的布置必須滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。有較強(qiáng)的承載能力，同時(shí)也具有很好的整體性和空間作用，因此，剪力墻作為抗側(cè)力構(gòu)件用于高層建筑。受剪力墻間距的限制，建筑物的平面開(kāi)間布置不靈活，所以多用于旅館、公寓住宅等建筑較為適宜。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土平板，可不設(shè)梁，這樣可節(jié)約層高。

（四）簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)：

筒體結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)有很大的抗側(cè)力剛度和抗扭能力，同時(shí)剪力墻集中布置使建筑平面設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，因此主要用于各種高層和超高層公共建筑。如美國(guó)的漢考克大樓、西爾斯大樓、芝加哥標(biāo)準(zhǔn)石油公司大樓和紐約世界貿(mào)易中心大樓等結(jié)構(gòu)都是筒體結(jié)構(gòu)體系。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，形式選用方形、圓形為好，也可用對(duì)稱的三角形或人字形平面。當(dāng)采用矩形平面時(shí)，長(zhǎng)寬比不宜大于2。外框筒密柱間距一般為1.22～3m。平面四角處的柱子截面做成L形或八字形，截面尺寸加大2～3倍。內(nèi)筒邊長(zhǎng)尺寸一般是外筒邊長(zhǎng)的1/3為好。在框筒頂部設(shè)置1～2層高的剛性環(huán)梁，以提高整體框筒的空間整體性。

二、民用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的成本優(yōu)化分析

（一）結(jié)構(gòu)成本離散性大的成因

區(qū)域不一樣導(dǎo)致的地震烈度和風(fēng)荷載的不同、結(jié)構(gòu)體型的不同、基礎(chǔ)的形式不同是結(jié)構(gòu)成本離散性大的主要原因。而結(jié)構(gòu)成本也是房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商最容易忽視，也最應(yīng)該關(guān)注的成本。當(dāng)前深圳、上海等一線城市控制含鋼量很嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)成本的降低必然會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備的下降，在地震的時(shí)候反而成了不利的條件，所以結(jié)構(gòu)成本的控制要綜合最低要求即綜合美觀和實(shí)用性的平衡。所以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化必須對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)和策劃的全過(guò)程進(jìn)行管理，包括：前期策劃階段、方案階段、擴(kuò)初階段、施工圖階段、施工配合階段。

（二）結(jié)構(gòu)超限對(duì)項(xiàng)目的影響

常見(jiàn)結(jié)構(gòu)超限會(huì)建筑設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)周期以及對(duì)成本造成的增大等等;對(duì)建筑方案的不利影響主要表現(xiàn)在：剪力墻布置會(huì)加厚等;結(jié)構(gòu)超限對(duì)設(shè)計(jì)周期的影響主要表現(xiàn)為：設(shè)計(jì)前要做地震安全性評(píng)估報(bào)告，擴(kuò)初設(shè)計(jì)時(shí)間比常規(guī)設(shè)計(jì)多出更久的時(shí)間;結(jié)構(gòu)超限對(duì)項(xiàng)目成本的影響：由于超限采取比規(guī)范更嚴(yán)格的措施，如加強(qiáng)連板、加強(qiáng)配筋等，會(huì)直接增加費(fèi)用。也包括地震安全性評(píng)估報(bào)告的費(fèi)用，而如果因?yàn)檗D(zhuǎn)換超限，一個(gè)轉(zhuǎn)換層的鋼筋含量相當(dāng)于三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層得鋼筋含量。

（三）較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施

1、鋼筋規(guī)格的選取，例如：箍筋選用三級(jí)鋼（強(qiáng)度較二級(jí)鋼提高1.2倍，較一級(jí)鋼提高1.7倍），能一定程度上節(jié)省鋼材的用量，如采購(gòu)不到小直徑的三級(jí)鋼，樓板鋼筋建議用冷軋帶肋鋼筋，強(qiáng)度等級(jí)同三級(jí)鋼，也能節(jié)省鋼材用量。

2、樓層歸并系數(shù)，常用樓層歸并系數(shù)為三層（住宅），歸并系數(shù)太大會(huì)引起鋼筋的浪費(fèi)，因?yàn)殡S著樓層的變化，每層配筋會(huì)出現(xiàn)變化。

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取，例如：場(chǎng)地粗糙程度，規(guī)范上B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū);C類指有密集建筑群的城市市區(qū)。如果場(chǎng)地類別選擇B類會(huì)比選擇C類鋼筋含量增加25%，對(duì)結(jié)果影響很直接，所以在選取參數(shù)的時(shí)候可以與設(shè)計(jì)院和審圖公司提前溝通。

三、結(jié)語(yǔ)

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要各個(gè)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的工作。在工作當(dāng)中會(huì)存在很多涉及到其他領(lǐng)域的問(wèn)題，想要解決這些問(wèn)題就需要建筑師經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)技能強(qiáng)、有強(qiáng)烈的責(zé)任心全身心的投入到民用建筑設(shè)計(jì)中，這樣不僅能提高民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，還能使建筑業(yè)得到全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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