關(guān)于工民建建筑設計要點的探討

胡亞春

（蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

近年來，隨著工業(yè)與民用建筑規(guī)模、空間體系的不斷擴大，結(jié)構(gòu)高度的不斷增加，其在具體建設與使用中產(chǎn)生的能源消耗也越來越大。為滿足現(xiàn)代社會對工民建的多樣化需求，建筑單位應明確建筑設計要點，充分注重工民建建筑設計的環(huán)保、節(jié)能、抗震性能，并基于建筑實體結(jié)構(gòu)的位置、布局、朝向、功能、環(huán)境等方面進行科學統(tǒng)籌規(guī)劃與建筑設計，同時，要注意現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)的合理應用，以進一步提高建筑整體的密閉、保溫和隔熱性能，減少非必要的能源消耗與浪費。

1 工民建中建筑設計的地位與作用

工程建設整體分為3 個階段，即決策、設計和實施。項目決策與設計是加強投資控制的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。研究顯示，建筑設計費用約占建筑工程項目總費用的1%，但卻對投資成本具有重要影響。建筑方案、建筑材料的選擇與建筑投資之間存在密切聯(lián)系。例如，建筑設計方案中外廊式與內(nèi)廊式平面布置方式的選擇，立面形式、進深、開間、層高與層數(shù)的確定，基礎類型與結(jié)構(gòu)形式的選擇等均涵蓋了復雜的技術(shù)經(jīng)濟分析問題。經(jīng)長期實踐發(fā)現(xiàn)，在滿足相同功能的前提下，通過技術(shù)經(jīng)濟設計的建筑方案可將工程造價成本降低5%～10%，最高可降至10%～20%。

調(diào)查顯示，約有40%的工程質(zhì)量問題和安全事故是由建筑設計不當引起的。部分建筑在建設前期因缺乏科學、系統(tǒng)的建筑設計導致建筑功能設置不合理，最終影響建筑質(zhì)量和整體性能。同時，在建筑設計中往往會出現(xiàn)設計圖紙質(zhì)量差或?qū)I(yè)設計之間存在明顯矛盾等問題，這均會發(fā)生停工或返工情況，甚至會因設計質(zhì)量問題埋下較大的安全隱患。

2 工民建建筑設計要點分析

2.1 設計方案構(gòu)思

工民建設計主要包括建筑、結(jié)構(gòu)、設備等，既明確分工，又需密切合作。其中，建筑設計占主導地位，通常是以建筑整體規(guī)劃為基礎，根據(jù)設計要求對建筑使用性能、材料選取、基地環(huán)境、結(jié)構(gòu)施工及建筑自身的經(jīng)濟性和藝術(shù)性進行綜合考慮，以滿足建筑使用的多方要求，形成最終的建筑設計方案雛形。同時，建筑設計人員也需要對建筑設計方案進行優(yōu)化，遵循經(jīng)濟、適用、美觀等原則設計出多種建筑方案，選出最優(yōu)建筑設計方案，并對建筑功能分區(qū)、建筑材料選擇、基本構(gòu)造、立面處理、防火疏散、內(nèi)部裝修等方面進行詳細設計。

2.2 建筑平面、立面布置

建筑平面布置要始終堅持簡潔、實用原則，做到功能分區(qū)明確，以提高建筑空間的利用率。實現(xiàn)這一設計目標，就要高度重視建筑設計的實用性和美觀性。在設計建筑立面時，應在經(jīng)濟條件允許、建筑使用功能得到滿足的提前下，采用多種結(jié)構(gòu)形式、建筑材料、構(gòu)圖手法等構(gòu)建出大方、簡潔、樸素、挺拔的意境，以滿足人們個性化的精神文明需求。以某多層框架結(jié)構(gòu)辦公大樓為例，雙通道寬度最小為1.8m，因此，走廊軸線尺寸應為2.2m，除去100mm 內(nèi)墻尺寸，走道凈寬度為2.0m；位于兩部疏散樓梯間之間的辦公樓房間門與封閉樓梯間或外部出口最長距離為19.65m，不足40m；位于袋型走道兩側(cè)或近端的房間門與樓梯間或外部出口最長距離為16m，不足20m。樓梯前室面積為6.1m2，大于6m2，電梯前室面積為32.3m2，合用前室大于10m2，上述設計均符合行業(yè)內(nèi)的規(guī)范要求。

2.3 合理布置消防系統(tǒng)

工民建中消防栓的間距與數(shù)量應根據(jù)火災發(fā)生時室內(nèi)消防所需用水量進行確定，并符合《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016-2014）規(guī)定：高層建筑消防栓之間的距離需要進行科學計算，不可超出30m。并保證建筑室內(nèi)同一樓層內(nèi)的任何位置有2 個消火栓水槍的水柱可同時到達。于高層建筑而言，通過調(diào)節(jié)噴嘴流量可滿足相關(guān)規(guī)范中要求達到的全水柱長度。若口徑為19mm 的水槍充實水柱小于10m 時，綜合考慮火災煙霧大、輻射熱量高、火災撲救難度大等因素，需對充實水柱的長度進行計算，以滿足高層建筑消防水槍充實水柱的下限值。

2.4 工民建建筑節(jié)能設計

2.4.1 墻體節(jié)能設計

工民建筑墻體有內(nèi)、外保溫墻體之分，最終設計目的是為了充分發(fā)揮其保溫功能。墻體外保溫的作用要明顯優(yōu)于內(nèi)保溫，在工民建工程中，應充分發(fā)揮墻體的外保溫作用，采用先進的技術(shù)和材料提高墻體的外保溫效應。首先，為保證建筑熱能的穩(wěn)定，應優(yōu)先選擇復合絕熱材料作為墻體外側(cè)的施工材料，防止出現(xiàn)“熱橋”現(xiàn)象，增強墻體保溫效果，延長墻體結(jié)構(gòu)的壽命。其次，墻體內(nèi)保溫除需按照科學的面積比例合理布局內(nèi)側(cè)復合絕熱材料以外，還應針對用戶對墻體的使用情況展開實地調(diào)查，防止人為因素對墻體內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)造成破壞。同時，在節(jié)能設計方面，設計人員應充分考慮“保溫隔熱外墻技術(shù)”的應用，以直接消除“熱橋現(xiàn)象”，提升保溫效果，有效控制和減少建筑物的熱能消耗。為充分發(fā)揮保溫隔熱技術(shù)的節(jié)能、降耗優(yōu)勢，設計人員應合理設計保溫隔熱層的施工流程，以保證建筑內(nèi)保溫性能；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)間隙，結(jié)合環(huán)境因素選擇聚苯乙烯板、泡沫水泥、膠粉聚苯顆粒等具有環(huán)保性能的隔熱保溫材料；在墻體施工中加設空氣隔離層，防止墻體受潮，確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)可直接吸收因溫差變化引起的冷凝水，并排出室外。

2.4.2 門窗節(jié)能設計

門窗設計要綜合考慮工民建筑的采光、通風等基礎條件。要想在建筑設計理念中充分體現(xiàn)節(jié)能概念，就要在保證滿足房間窗地比和建筑基本性能的基礎上縮小門窗面積，降低門窗的傳熱效率，防止建筑內(nèi)部熱量散失。同時，在設計門窗安裝方案時，應重點保障門窗的氣密性，減少空氣流動形成的對流傳熱。門窗對于建筑物而言具有“采光通風”“保溫隔熱”的作用，為凸顯其節(jié)能效果，在門窗施工中應優(yōu)先選用環(huán)保性能良好的門窗施工材料。同時，可采用“鍍膜”“雙層窗”“中空玻璃”等施工設計方案進一步增強和優(yōu)化門窗結(jié)構(gòu)的環(huán)保性能。在設計門窗安裝施工中，應從如下兩方面保障門窗的節(jié)能環(huán)保性能：第一，保證門窗結(jié)構(gòu)質(zhì)量，規(guī)范施工工序，合理使用和布置密封材料。采用環(huán)保材料完成門窗的節(jié)能設計以后，還需將中空玻璃材料、斷橋鋁結(jié)構(gòu)應用到門窗結(jié)構(gòu)中。第二，科學控制窗墻的面積比。根據(jù)建筑朝向合理確定比值，并在此基礎上對門框和窗框結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以增強門窗結(jié)構(gòu)的隔熱性能和氣密性能，滿足工民建筑門窗施工對節(jié)能環(huán)保的多樣化要求。

2.4.3 屋頂節(jié)能設計

現(xiàn)階段，多數(shù)工民建筑屋頂?shù)墓?jié)能作用均未得到充分發(fā)揮，未實現(xiàn)能量儲備。因此，建筑設計人員應高度重視工民建屋頂?shù)墓?jié)能設計，合理應用環(huán)保型建筑材料和節(jié)能技術(shù)。首先，應用屋面施工節(jié)能環(huán)保技術(shù)加強“保溫層”與“隔熱層”的控制，減少室外環(huán)境對建筑內(nèi)部溫度的影響，降低內(nèi)部溫度損失，這就需要建筑設計人員根據(jù)屋面節(jié)能施工要求優(yōu)先選擇導熱系數(shù)小、儲熱性能良好的環(huán)保型施工材料。例如，在屋面施工中均勻噴涂聚氨酯硬泡，構(gòu)建集屋面防水、保溫于一體的“冷屋面”系統(tǒng)，此種材料具有重量輕、防水性好等特點，在屋面節(jié)能施工中可充分發(fā)揮其節(jié)能作用。針對跨度較大的工民建工程，在屋面施工時應優(yōu)先選用鋼結(jié)構(gòu)輔助施工人員有序開展屋面保溫隔熱施工作業(yè)。其次，在屋頂節(jié)能設計中使用綠色屋面施工技術(shù)。例如，在建筑屋頂種植綠色植物，以改善建筑物的溫度環(huán)境，有效控制和減少室內(nèi)空調(diào)的運行時間。并綜合考慮屋頂、屋面的荷載力，嚴格控制植物的種植厚度，對綠化植物進行合理配置，優(yōu)先選擇多年生、淺根系的矮生灌木和草本植物。最后，加強蓄水屋面技術(shù)的應用。屋面蓄水技術(shù)原理是在屋面剛性防水層上蓄水，借助水分蒸發(fā)帶走多余熱量，減少太陽輻射在屋面形成的熱量，以實現(xiàn)屋面溫度和傳熱量的有效控制，起到降低室內(nèi)空調(diào)能耗的作用。

2.4.4 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計

傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)已無法滿足工民建筑的性能需求，建筑設計人員要充分了解空調(diào)設備的本質(zhì)，針對空調(diào)的負荷指標和安全性能進行詳細的試驗，選擇與工民建筑空調(diào)系統(tǒng)相適用的能源輸出與冷熱系統(tǒng)，以降低資金投入，提高節(jié)能水平。目前，蓄冷、蓄熱技術(shù)是一種新型綠色節(jié)能技術(shù)，主要是通過特定的方式將冷量或熱量儲存起來，在有需要的情況下釋放出來，并加以利用。常見的蓄冷、蓄熱方式主要包括顯熱蓄冷（熱）和潛熱蓄冷（熱）。其中，顯熱蓄冷（熱）是借助物質(zhì)的比熱容，其內(nèi)能可隨溫度降低或升高而儲存冷量或熱量，常見的儲存介質(zhì)包括水、陶瓷、巖石等；潛熱蓄冷（熱）則是利用物質(zhì)發(fā)生相變時，其內(nèi)能產(chǎn)生的變化儲存冷（熱）量。工民建筑夜間用電需求會減少，蓄熱、蓄冷技術(shù)裝置就會將冷（熱）量儲存在水中或冰中，當建筑在白天的用電需求明顯增加時，蓄熱、蓄冷裝置就可將儲存在水中或冰中的冷（熱）量再次釋放出來，這不僅可有效保證暖通空調(diào)的有序、穩(wěn)定運行，同時也可減少暖通空調(diào)制熱、制冷過程中所需消耗的能源，以加強生態(tài)環(huán)境保護，減少空調(diào)系統(tǒng)運行對大氣環(huán)境造成的污染。

2.5 工民建建筑抗震設計

2.5.1 根據(jù)工民建結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造進行抗震設計

通常情況下，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的工民建筑是通過控制鋼筋混凝土構(gòu)件的截面面積，配以最小配筋率進行抗震設計。其中，磚混結(jié)構(gòu)建筑常用的構(gòu)造方法為限制房屋高度、建筑層數(shù)和層高；在建筑橫縱墻內(nèi)加用鋼筋混凝土構(gòu)造柱，合理設置防震縫。經(jīng)修訂后的工民建結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范中新增了強制性的條例，如要求建筑構(gòu)造柱延伸至建筑頂部，與頂部圈梁緊密銜接在一起，拉結(jié)突出部分與主體結(jié)構(gòu)形成一個整體，以增強建筑總體的承載力，提高結(jié)構(gòu)剛度。

2.5.2 根據(jù)工民建結(jié)構(gòu)性能目標進行抗震設計

地震發(fā)生時，建筑物有很高的安全性是工民建筑抗震設計的最終目標。為此，工民建結(jié)構(gòu)抗震設計應以建筑物地區(qū)可能發(fā)生大地震烈度為主要設計標準，將建筑自身及內(nèi)部未形成破壞作為抗震設計的最終目標，以確定工民建結(jié)構(gòu)的抗震性能指標。同時，工民建結(jié)構(gòu)的部分非抗震下部結(jié)構(gòu)與基礎部位也需要具備一定的抗震能力，以便在地震發(fā)生時工民建結(jié)構(gòu)處于可承受的彈性范圍。另外，設計人員也要高度重視工民建結(jié)構(gòu)的抗風性能。受風壓影響，建筑水平振動極易降低建筑使用的安全性能，破壞建筑抗震構(gòu)造的耐久性。為此，工民建結(jié)構(gòu)應具備良好的性能指標，以達到更高水平的抗震設計要求。

2.5.3 根據(jù)建筑場地與規(guī)劃進行抗震設計

要保證工民建結(jié)構(gòu)的抗震性能，就要將建筑建設在穩(wěn)定性較強的場地，設置抗震層，并基于舒適、安全性能等角度對工民建結(jié)構(gòu)的外部空間進行考慮，如鄰棟間距、建筑外觀等。在規(guī)劃設計工民建結(jié)構(gòu)建設場地時，應在適應建筑上部結(jié)構(gòu)位移等特點和性能等角度進行綜合考量。例如，工民建結(jié)構(gòu)經(jīng)長時間使用后會發(fā)生不同程度的位移，因此，在設計規(guī)劃結(jié)構(gòu)建設場地時，要確保工民建結(jié)構(gòu)可能發(fā)生移動的范圍內(nèi)沒有任何障礙物。一般情況下，建議施工單位在工民建結(jié)構(gòu)可能發(fā)生移動的范圍內(nèi)設置建筑出入口。同時，為避免對過往行人和車輛造成傷害，方便人與車輛快速通過出入口，應在門前顯眼位置處設置相應的指示標記。

3 結(jié)語

科學的建筑設計方案會直接影響建筑整體質(zhì)量，工民建建筑設計更加注重節(jié)能與環(huán)保設計。在自然與人為因素的基礎上、在先進建筑理念與施工技術(shù)的指導配合下充分彰顯現(xiàn)代化節(jié)能理念。嚴格按照《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015-2021）進行節(jié)能計算和碳排放計算。同時，工民建建筑設計也應高度重視建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，以提高建筑結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性為主要設計目標，在保證建筑結(jié)構(gòu)簡單的基礎上，大大提升工民建結(jié)構(gòu)的抗震等級，保障人民生命財產(chǎn)安全。