淺談民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

淺談民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：本文首先介紹了當(dāng)前我國民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一些問題及新的要求，然后重點分析了民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些具體內(nèi)容和新技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計會對建筑的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。我國的民用建筑具有明顯的內(nèi)涵和特征，轉(zhuǎn)變了以往單一的住房設(shè)計，對建筑的舒適性、宜居性、耐用性、環(huán)保經(jīng)濟(jì)性和安全性有了更高的要求，因此，應(yīng)該在綜合了信息學(xué)科、控制學(xué)科、材料學(xué)科、建筑學(xué)、美學(xué)、電工學(xué)科之后，對民用建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性的規(guī)劃。1民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題在我國民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在著設(shè)計不合理的現(xiàn)象，一些設(shè)計將底層設(shè)計為很大的空間，沒有抗震墻，最終使結(jié)構(gòu)體系不完善，有很大的安全隱患，沒有明確的傳力，在一些抗震分類當(dāng)中，選擇了不合適的抗震場地，最終導(dǎo)致了整個設(shè)計結(jié)構(gòu)的錯誤，在一些混凝土配件之中，存在著配筋率不合格的現(xiàn)象，計算書和結(jié)構(gòu)設(shè)計不一致，使結(jié)構(gòu)強度降低，存在安全隱患。在設(shè)計的過程中，一些設(shè)計人員偷工減料，設(shè)計的十分粗糙和簡單，在施工圖之中應(yīng)該使用的大樣圖、系統(tǒng)圖存在著漏洞，不能對工程的整體面貌進(jìn)行反映，在設(shè)計之中沒有對消防、耐火等級、安全等級、工程類別和設(shè)計依據(jù)等進(jìn)行明確的交代和標(biāo)明。2民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的設(shè)計要點及要求隨著建筑智能化和經(jīng)濟(jì)區(qū)域化水平的不斷提升，民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計對城市的發(fā)展起著重要的作用，在設(shè)計的過程中，應(yīng)該使用新材料和新技術(shù)。首先，重視對局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為相對于整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，每一個局部的空間設(shè)計都會對整體的規(guī)劃產(chǎn)生影響，如果沒有科學(xué)的區(qū)域設(shè)計和空間劃分，在很大程度上對用戶的生活產(chǎn)生影響，在借助的廳堂設(shè)計、廚衛(wèi)設(shè)計和材料選用等方面，會對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要的影響。第二，應(yīng)該重視突出民用建筑的個性化設(shè)計，我國的國土面積遼闊，在不同的城市之中想要突顯民用建筑的個性十分困難，在西部和東部、南方和北方、沿海和內(nèi)陸城市之中，都存在著很大的差異，應(yīng)該針對地域的自然環(huán)境特征和人民群眾的基本需求，對區(qū)域的差異進(jìn)行反映，在施工的過程中重視個性化選擇。第三，在民用建筑之中，加強鋼結(jié)構(gòu)的使用，鋼結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的混凝土和磚結(jié)構(gòu)相比，具有經(jīng)濟(jì)效益高、施工時間短、抗地震強度高、質(zhì)量輕和強度大的特征，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中應(yīng)該加大對鋼結(jié)構(gòu)的使用。高層民用建筑與其他高層建筑最大的不同在于業(yè)主對于房屋基于居住目的的功能訴求,如采光、通風(fēng)、居住面積與層高、振動舒適度等。一梯多戶的建筑如何讓更多的戶型能夠南向采光?單體設(shè)計中怎樣提高建筑的衛(wèi)生防疫性能?如何設(shè)置共享的空中庭院使住戶不出門即可感受室外的自然景觀?這些現(xiàn)實問題迫使設(shè)計師們開始大膽地嘗試。于是高層民用建筑的結(jié)構(gòu)體型變得日趨復(fù)雜,如平面的不規(guī)則、豎向收進(jìn)與懸挑、結(jié)構(gòu)連體、大底盤多塔、錯層等等。結(jié)構(gòu)設(shè)計師要解決這些復(fù)雜的技術(shù)難題,必須依靠結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,以及結(jié)構(gòu)計算分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用。業(yè)主具有個性化的思維方法和審美意識,不同時期住戶對建筑空間有不同的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)考慮讓住戶擁有建筑內(nèi)部的空間劃分與樓梯間、建筑分戶墻、外墻或固定的廚房的權(quán)利。豎向受力構(gòu)件的布置時,應(yīng)使其與衛(wèi)生間、隔墻結(jié)合設(shè)置,避免在戶型內(nèi)部其他部位出現(xiàn)。這樣既在開間和進(jìn)深兩個方向保留了較大的靈活性,也充分利用了承重墻隔聲好的性能。同時外墻部位的梁、柱、墻的設(shè)置,要為窗戶的靈活布置創(chuàng)造條件;樓板的設(shè)計,也必須考慮隔墻位置的調(diào)整。3現(xiàn)代民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)3.1整體的計算力求平面立面的完美圖1為純矩型板式民用建筑樓,其平面形式為一梯六戶,其中有四個單元的房間有間接采光,廚房無陽臺。這樣的民用建筑戶型,房間光線暗的很,因無陽臺,對東北地區(qū)冬天存儲蔬菜、水果等,用起來多有不便。這樣的板式樓無特點可言,但它的整體計算運行完好,無超限現(xiàn)象。圖2為新型板式樓,其特點在于它融合了點式樓的特點,立面上不為單一的一個平面,既有點式樓的凹凸進(jìn)退,又有板式樓的主要房間為南向采光的特點;從平面布局上看,雖也為一梯六戶,但間接采光無陽臺僅兩戶,比單一的矩形平面既有立面上的多變,又有平面上的優(yōu)勢,但在結(jié)構(gòu)整體計算中,其不同點主要有兩點:(1)結(jié)構(gòu)整體計算周期比圖1平面結(jié)構(gòu)周期大,它們的整體計算其周期與位移分別見表1。(2)兩側(cè)有部分連梁截面強度出現(xiàn)超限,即抗剪強度不夠。剪壓比超限范圍見表2。主要是由于平面凹凸不平造成結(jié)構(gòu)剛度不均勻,形成一定的扭矩而造成的。為了克服這種不均勻現(xiàn)象,在結(jié)構(gòu)整體計算方面采用如下的方案措施:把整體化為兩個獨立的結(jié)構(gòu)單體,單體平面如圖3,單元(A)、單元(B)所示。這樣雖然平面還是凹凸不平,但整體長度縮減了一半,整體扭矩大為減弱,整體計算全部通過,無連梁截面抗剪強度不夠的超限現(xiàn)象。通過以上兩例說明,對現(xiàn)在類型眾多的建筑平面、立面,乃至新型精典的板式樓、連排式樓,都可以化過長的整體為簡單的獨立單元體進(jìn)行整體計算,以解決板式樓、連排式樓整體計算扭矩過大、截面抗剪強度不夠的問題。3.2局部構(gòu)造突出建筑功能圖1、圖2兩平面圖中都標(biāo)有起居室,其功能不單為了方便休閑,還有一重要功能,作為家庭健身房,它的平面大小可容納一個家庭健身器。它的布局在越層之上,為了滿足建筑功能的需求,既達(dá)到健身的目的又不造成振動對下層住戶的影響,我們把起居室與周邊剪力墻結(jié)構(gòu)看成一個受力單元,在這個受力單元上,把這塊局部樓板加以結(jié)構(gòu)處理,即采用帶空心的現(xiàn)澆樓板(薄壁管現(xiàn)澆混凝土空心樓板),這也是結(jié)構(gòu)構(gòu)件新技術(shù)的合理應(yīng)用。此局部樓板厚達(dá)200-300mm,樓板四周設(shè)有邊梁,結(jié)構(gòu)平面布置見圖3,單元(A)、單元(B)所示。這樣樓板既隔音防振,又不失去樓板的剛度,充分發(fā)揮了越層的建筑功能。總之,無論建筑造型如何多樣化、復(fù)雜化,結(jié)構(gòu)方案的確定都應(yīng)具體情況具體分析,從整體到局部加以簡化,使之整體受力明了化,局部構(gòu)造具體化,特殊的受力部位特殊處理,使建筑精巧的構(gòu)思、創(chuàng)新的造型真正體現(xiàn)出它的完美性和理想性。3.3剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須選擇合理的設(shè)計方案，這是保證建筑主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。剪力墻結(jié)構(gòu)處于受彎工作狀態(tài)時才能有展現(xiàn)良好的延性，所以，剪力墻的形式應(yīng)以高細(xì)為主，如果剪力墻過長，可能形成低寬剪力墻，由于剪力墻呈現(xiàn)為脆性，難以滿足抗震要求。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須經(jīng)過精確的計算，雖然國內(nèi)在設(shè)計工作中已經(jīng)基本實現(xiàn)了計算機(jī)代替人工操作，但是在部分環(huán)節(jié)的計算中仍需依靠設(shè)計人員豐富的工作經(jīng)驗予以解決。目前，在國內(nèi)外應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中，尚缺少專業(yè)的結(jié)構(gòu)計算軟件，為了提高結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的效率與質(zhì)量，設(shè)計人員應(yīng)在合理應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計與計算工具的同時，結(jié)合自己的觀念與經(jīng)驗進(jìn)行雙重判定。在剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，在相關(guān)構(gòu)件的實際計算中，為了保證計算結(jié)果的可靠性，必要時可以采取結(jié)構(gòu)試