民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施探討

馬 輝

武漢源作建筑設(shè)計(jì)有限公司

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施探討

馬 輝

武漢源作建筑設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)性，所以在民用建筑的設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素，更好地提高建筑的功能。

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

1 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念

所謂建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是建筑設(shè)計(jì)師和建筑專業(yè)工程師把自己對(duì)建筑物的想法和設(shè)計(jì)通過(guò)圖紙的形式勾勒出來(lái)，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(jì)，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(jì)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(jì)中存在的關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算比較復(fù)雜

民用建筑的計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值等；二是在計(jì)算荷載的時(shí)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(jì)算方法也不相同。

2.2 設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)比較低

一些設(shè)計(jì)者以為手算是粗枝大葉不精確的想法是大錯(cuò)特錯(cuò)，以國(guó)內(nèi)PKPM軟件為例，其內(nèi)核依然是一個(gè)手算的模擬過(guò)程，本質(zhì)上仍然是按照國(guó)內(nèi)規(guī)范進(jìn)行的模型假定，并不是完全的有限元受力分析，它的優(yōu)點(diǎn)在于程式化，加快了設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量控制。然而作為一個(gè)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，不了解手算的過(guò)程，對(duì)電算軟件也是不了解的。很多設(shè)計(jì)人，缺乏對(duì)傳力體系的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)于手算原理過(guò)度輕視，盲目依賴計(jì)算機(jī)程序，導(dǎo)致計(jì)算參數(shù)設(shè)置不合理，除影響工作效率，還會(huì)造成計(jì)算錯(cuò)誤，與實(shí)際受力完全不符，從而直接影響最終的安全和與經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)優(yōu)化從何談起？

2.3 地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與上部樓層的設(shè)計(jì)

一個(gè)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(huì)影響整個(gè)建筑的建筑質(zhì)量。建筑初期勘探不充分，會(huì)導(dǎo)致后期的工程在施工甚至投入使用的時(shí)候，出現(xiàn)下陷、承載能力不足的現(xiàn)象。民用建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須按照規(guī)范將樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減，對(duì)于上部樓層的設(shè)計(jì)，計(jì)算長(zhǎng)度往往會(huì)出現(xiàn)取值錯(cuò)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(xiǎn)。

2.4 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理

設(shè)計(jì)人員常常在追求空間效益的時(shí)候忽略對(duì)抗震墻承重柱等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理，常常使得上下節(jié)點(diǎn)不在同一位置上。這種狀況會(huì)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(wèn)題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型與實(shí)際情況不符，設(shè)計(jì)圖紙的受力計(jì)算與構(gòu)件實(shí)際受力存在較大的差距，與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)底部框架抗震設(shè)計(jì)要求不符。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著較大的隱患，不遵守荷載計(jì)算的規(guī)范，出現(xiàn)漏算、算錯(cuò)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(jì)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(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)比較復(fù)雜的體系，要有效解決結(jié)構(gòu)體系中的問(wèn)題，就要保持認(rèn)真、負(fù)責(zé)的態(tài)度，以科學(xué)的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題也越來(lái)越突出，備受國(guó)家重視，開(kāi)始逐漸完善對(duì)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(jì)師的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)對(duì)施工方提出了嚴(yán)格的要求，使其必須按照國(guó)家的相關(guān)規(guī)定進(jìn)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(wú)論從規(guī)范編制者，還是國(guó)際上的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，無(wú)一不在討論概念設(shè)計(jì)的重要性。

3.2 提高建筑設(shè)計(jì)師的質(zhì)量意識(shí)和理念，加強(qiáng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的溝通交流

民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)師首先要掌握民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范，對(duì)不符合相關(guān)規(guī)定的違規(guī)設(shè)計(jì)提出有效修改意見(jiàn)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施，以免引發(fā)安全問(wèn)題。一個(gè)建筑設(shè)計(jì)師只有具有良好的設(shè)計(jì)理念，才能繪制出一份高品質(zhì)的設(shè)計(jì)圖，才能造出好的民用建筑。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的，需要建筑設(shè)計(jì)師具有牢固的專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念，還要有靈活、跳躍的思維，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)巨大的工程，想要完成得出色，就需要建筑設(shè)計(jì)師完美的配合。建筑設(shè)計(jì)師還要保持高度負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，對(duì)人民的人身財(cái)產(chǎn)安全負(fù)責(zé)。

3.3 加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算

對(duì)于初步設(shè)計(jì)時(shí)整體計(jì)算，可先用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層計(jì)算，確定比較合理的梁、柱、剪力墻后再細(xì)化計(jì)算。超限高層建筑先用3～4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行電算，確定比較合理的梁、柱、剪力墻后再進(jìn)行彈性時(shí)程分析(是否做彈塑性時(shí)程分析待具體工程定)。

更早的時(shí)候，可以通過(guò)手算對(duì)剛度是否合適，進(jìn)行早期評(píng)判，減小無(wú)用功，實(shí)際上，一個(gè)地面上的高層結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)慢慢接近懸臂梁的過(guò)程，而受力變形的形態(tài)也是慢慢從剪切型到彎曲型的過(guò)程。知道了這個(gè)根本的原理，一切結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在心中便胸有成竹。一切優(yōu)化，一切計(jì)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(guò)對(duì)配筋率的控制來(lái)控制局部?jī)?yōu)化效果

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，一切的設(shè)計(jì)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(jì)性。所以根據(jù)筆者從事一線民用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)有以下個(gè)人總結(jié)，和大家交流。

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

結(jié)語(yǔ)

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

[1]吳洪寬.關(guān)于民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)優(yōu)化探討[J].現(xiàn)代國(guó)企研究，2016，12：188+190.