馬 輝

武漢源作建筑設(shè)計有限公司

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施探討

馬 輝

武漢源作建筑設(shè)計有限公司

民用建筑與人們生產(chǎn)生活有密切聯(lián)系，建筑的好壞與設(shè)計質(zhì)量有很大的關(guān)系，直接影響建筑物的耐久性、安全性、舒適性和經(jīng)濟性，所以在民用建筑的設(shè)計工作中，設(shè)計人員應(yīng)該充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計因素，更好地提高建筑的功能。

民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化措施

1 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念

所謂建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，就是建筑設(shè)計師和建筑專業(yè)工程師把自己對建筑物的想法和設(shè)計通過圖紙的形式勾勒出來，那些建筑結(jié)構(gòu)元素主要包括，建筑整體框架、建筑外形設(shè)計，以及一切基本的建筑元素，如墻、柱等。而作為民用型建筑，主要以住戶的滿意程度和舒適度為依據(jù)，與商業(yè)樓房相比更面向居民居住，在建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計理念上更面向大眾適用。

2 現(xiàn)代民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的關(guān)鍵問題

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算比較復(fù)雜

民用建筑的計算要考慮很多方面：一是考慮結(jié)構(gòu)的可靠度，抗壓抗拉能力，軸心抗拉彎曲抗拉及抗剪強度設(shè)計值等；二是在計算荷載的時候，條件不同選用的修正系數(shù)也不同；三是建筑物修建的環(huán)境不同，選用的計算方法也不相同。

2.2 設(shè)計人員的專業(yè)素質(zhì)比較低

一些設(shè)計者以為手算是粗枝大葉不精確的想法是大錯特錯，以國內(nèi)PKPM軟件為例，其內(nèi)核依然是一個手算的模擬過程，本質(zhì)上仍然是按照國內(nèi)規(guī)范進行的模型假定，并不是完全的有限元受力分析，它的優(yōu)點在于程式化，加快了設(shè)計的速度和質(zhì)量控制。然而作為一個設(shè)計師來說，不了解手算的過程，對電算軟件也是不了解的。很多設(shè)計人，缺乏對傳力體系的認識，同時對于手算原理過度輕視，盲目依賴計算機程序，導(dǎo)致計算參數(shù)設(shè)置不合理，除影響工作效率，還會造成計算錯誤，與實際受力完全不符，從而直接影響最終的安全和與經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)優(yōu)化從何談起？

2.3 地基基礎(chǔ)的設(shè)計與上部樓層的設(shè)計

一個完整的建筑物由地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)兩部分組成，地基基礎(chǔ)的不穩(wěn)定會影響整個建筑的建筑質(zhì)量。建筑初期勘探不充分，會導(dǎo)致后期的工程在施工甚至投入使用的時候，出現(xiàn)下陷、承載能力不足的現(xiàn)象。民用建筑的設(shè)計過程中必須按照規(guī)范將樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減，對于上部樓層的設(shè)計，計算長度往往會出現(xiàn)取值錯誤的現(xiàn)象，造成底層的截面和配筋率偏小，結(jié)構(gòu)體系不安全，降低了民用建筑的可使用年限。甚至?xí)l(fā)生坍塌，有人身安全的風(fēng)險。

2.4 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理

設(shè)計人員常常在追求空間效益的時候忽略對抗震墻承重柱等關(guān)鍵節(jié)點的處理，常常使得上下節(jié)點不在同一位置上。這種狀況會導(dǎo)致傳力減弱，結(jié)構(gòu)抗震能力減弱的情況發(fā)生。在工程中常出現(xiàn)的問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計模型與實際情況不符，設(shè)計圖紙的受力計算與構(gòu)件實際受力存在較大的差距，與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中對底部框架抗震設(shè)計要求不符。結(jié)構(gòu)設(shè)計存在著較大的隱患，不遵守荷載計算的規(guī)范，出現(xiàn)漏算、算錯的現(xiàn)象，這些都是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性因素。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施

3.1 調(diào)整好結(jié)構(gòu)體系完善構(gòu)建布置，強調(diào)概念設(shè)計

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)體系是一個比較復(fù)雜的體系，要有效解決結(jié)構(gòu)體系中的問題，就要保持認真、負責(zé)的態(tài)度，以科學(xué)的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗作為指導(dǎo)。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的安全性問題也越來越突出，備受國家重視，開始逐漸完善對于建筑結(jié)構(gòu)方面的規(guī)定，這不只是規(guī)范了建筑設(shè)計師的設(shè)計理念，同時對施工方提出了嚴格的要求，使其必須按照國家的相關(guān)規(guī)定進行施工。這樣能夠更好地調(diào)整結(jié)構(gòu)體系，有效完善構(gòu)建的布置。近些年，無論從規(guī)范編制者，還是國際上的先進設(shè)計思想，無一不在討論概念設(shè)計的重要性。

3.2 提高建筑設(shè)計師的質(zhì)量意識和理念，加強與結(jié)構(gòu)設(shè)計者的溝通交流

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑施工的關(guān)鍵，為了保證建筑施工的可行性與安全性，建筑設(shè)計師首先要掌握民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范，對不符合相關(guān)規(guī)定的違規(guī)設(shè)計提出有效修改意見，及時采取補救措施，以免引發(fā)安全問題。一個建筑設(shè)計師只有具有良好的設(shè)計理念，才能繪制出一份高品質(zhì)的設(shè)計圖，才能造出好的民用建筑。而結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常復(fù)雜的，需要建筑設(shè)計師具有牢固的專業(yè)知識、創(chuàng)新的設(shè)計理念，還要有靈活、跳躍的思維，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個巨大的工程，想要完成得出色，就需要建筑設(shè)計師完美的配合。建筑設(shè)計師還要保持高度負責(zé)的工作態(tài)度，對人民的人身財產(chǎn)安全負責(zé)。

3.3 加強對結(jié)構(gòu)的計算

對于初步設(shè)計時整體計算，可先用一個標(biāo)準(zhǔn)層計算，確定比較合理的梁、柱、剪力墻后再細化計算。超限高層建筑先用3～4個標(biāo)準(zhǔn)層進行電算，確定比較合理的梁、柱、剪力墻后再進行彈性時程分析(是否做彈塑性時程分析待具體工程定)。

更早的時候，可以通過手算對剛度是否合適，進行早期評判，減小無用功，實際上，一個地面上的高層結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)簡化者的眼中，就是一根立在地面之上的懸臂梁，從框架到剪力墻，是一個慢慢接近懸臂梁的過程，而受力變形的形態(tài)也是慢慢從剪切型到彎曲型的過程。知道了這個根本的原理，一切結(jié)構(gòu)設(shè)計在心中便胸有成竹。一切優(yōu)化，一切計算，便是以讓這根類懸臂梁以最小的成本得到最大的剛度，以最短的傳力路徑把風(fēng)力，地震作用傳遞至地面。

3.4 通過對配筋率的控制來控制局部優(yōu)化效果

市場經(jīng)濟下，一切的設(shè)計目的最終都是應(yīng)當(dāng)除滿足可靠性(即安全、適用、耐久)外，要追求經(jīng)濟性。所以根據(jù)筆者從事一線民用結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗有以下個人總結(jié)，和大家交流。

梁跨中1%～1.7%較經(jīng)濟，支座1.5%～2%較經(jīng)濟，梁端支座縱向受拉鋼筋配筋率不大于2.5%，當(dāng)大于2%時需加大箍筋，板的經(jīng)濟配筋率0.2%～0.4%較經(jīng)濟，柱的經(jīng)濟配筋率1%～3%較經(jīng)濟。

結(jié)語

只要按照相關(guān)規(guī)定，進行對建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計，這樣的民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的高標(biāo)準(zhǔn)高要求能夠從宏觀上提高我國民用建設(shè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平，帶領(lǐng)我國的建筑質(zhì)量踏上更高的臺階，讓我國的民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計走上更科學(xué)更合理更安全的前進道路。

[1]吳洪寬.關(guān)于民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化的研究[J].城市建筑，2013，24：69+94.

[2]莫建中.淺析工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計優(yōu)化探討[J].現(xiàn)代國企研究，2016，12：188+190.