民用建筑結構設計的相關問題研究

郭凌凱

摘要：隨著我國經濟社會的不斷發展以及科學技術的不斷進步，城市化建設的進程不斷加快，民用建筑也隨之在城市中不斷涌現出來。而隨著民用建筑的不斷出現，其在結構設計上的問題也越來越顯著。對于民用建筑工程來說，它本身的結構設計問題是整體設計中最重要的一部分，所以，越來越多的人開始將研究的重點放在了結構設計上。筆者也將在本文針對民用建筑結構設計中的一些問題，進行關于其對策的探討。

關鍵詞：民用建筑；結構設計；原則；問題；

中圖分類號： TB482.2 文獻標識碼： A

引言

民用建筑工程質量的優劣直接關系到人們的生命安全。建筑質量的好壞主要由設計質量和施工質量兩個方面來衡量。相對而言,結構設計是一項繁重而又責任重大的工作,直接影響到建筑物的安全、適用、經濟和美觀。然而，很多情況下，由于甲方給的設計周期有限，設計人員難免會出現這樣那樣的錯誤，更沒時間深入研究結構設計工程中的一些問題。本文結合筆者近年來參加施工圖設計和校審的工作經驗，對民用建筑結構設計中所遵循的原則進行了論述，分析了民用建筑結構設計滿足結構設計規范要求應注意的問題及對應措施，以避免或減少類似的情況發生，確保設計質量能上一個臺階。

一、 民用建筑結構設計中應遵守的原則

一個完美的建筑結構設計，需要遵循一定的設計原則來進行，對于設計師來說，只有將各方面的因素進行合理科學的搭配，才能做出優秀的設計方案，遵循相應的設計原則，可以簡化設計過程，避免設計中出現一些不必要的問題，提高建筑結構的設計效率。

（一） 安全的原則。在進行建筑結構設計時，我們需要要考慮相關的安全問題，包括施工現場的安全，以及建筑物的安全，因此安全問題是我們必須重視的，尤其要重視的是抗震的設計，為了提高建筑物的安全性，在進行設計時要盡可能的提高建筑物的抗震能力，這不僅嚴重影響工程質量，也會對后期的使用帶來更多的不穩定因素。

（二） 適用的原則。在進行建筑結構設計時，要考慮施工場地的實際環境，以及施工要求，還要考慮自然因素的影響，對于施工中所采用的施工技術以及施工工藝進行預測，在設計時盡量避免高難度工藝的使用，同時要因地制宜，考慮施工中所使用到的相關設備，避免出現現場施工中設備與場地不適合的狀況，在設計中的每一個細節都盡量符合適用的原則，這樣才能保證我們所進行的設計符合實際要求，有利于建筑施工的進行。

（三） 經濟的原則。由于建筑行業的投資巨大，不合理的荷載參數選擇、結構布置等都會直接導致資源的浪費，因此我們在進行建筑結構設計時，要綜合考慮各方面的因素，合理選擇計算參數，優化結構方案，在保證建筑質量的前提下，也可以節約資源。

（四） 美觀的原則。現代社會人們的生活觀念已經發生了改變，對于生活環境也有了較高的要求，因此在進行設計時，我們不僅僅要考慮建筑的功能，還要考慮建筑的美觀性，在最大程度上滿足人們的審美需求。

二、民用建筑結構設計結構體系選擇分析

民用建筑的結構體系作為對垂直和水平方向荷載的傳力途徑進行抵抗作用，它主要是利用抗側力體系、相關的水平構件以及豎向構件將荷載傳到基礎部分。

民用建筑結構體系按照建筑材料可以分為，砌體結構、鋼筋混凝土結構，鋼—混凝土組合結構，鋼結構。這里面，磚混結構由于造價低，施工方便而被廣泛采用，但隨著我國限制粘土磚的力度加大以及其他砌塊的應用，其在國內的應用會進一步減小。底框結構是我國及底框結構是我國現階段特有的一種結構體系，可以滿足底部大空間的要求，也可節約建設資金，但因其上部下部為不同的建筑材料，對結構抗震不利，因而在結構設計時，應注意其抗震措施及構造措施的加強。鋼筋混凝土結構體系因為其成本低、耐火耐久等優良的性能而廣泛應用于各類工程中，但是它本身仍舊存在一些如施工慢、自重大等缺點。而鋼結構體系除了具有施工方便、抗震性能好、強度高等優點外，同時還有著例如防火性差、成本高等缺點。鋼筋混凝土組合結構雖然繼承了二者的優點，但是其節點部分的構造復雜，所以并不能被廣泛應用。同樣地，鋼筋混凝土組合結構也將兩者的優點相互結合，然而在兩種材料的連接方面仍舊存在技術問題。

三、民用建筑結構設計中存在問題分析及措施

鑒于篇幅有限，且由于混凝土結構的廣泛應用以及其在結構設計中的代表性，本文僅將混凝土結構中存在的問題進行分析。

（一）、結構計算應注意的問題

1、混凝土容重取值：在SATWE參數選取中， 混凝土容重（KN/m3）取26-27，是因為考慮框架梁、柱、剪力墻雙面粉刷荷載；而在PMCAD中，若是勾選自動計算板重，樓面荷載考慮面層做法輸入荷載，而往往在荷載計算時已考慮面層抹灰，而出現重復計算的情況。建議在PMCAD中不勾選自動計算板重，將樓板荷載直接按樓面荷載輸入，比較準確。

2、偶然偏心和雙向地震作用：現行2010版PKPM在結構計算時，已經可以同時勾選偶然偏心作用及雙向地震作用，進行最不利考慮；雖然質量偶然偏心和雙向地震作用都是客觀存在的事實，同時考慮兩者的影響計算地震作用原則上是合理的；但筆者認為這也應根據規范規定和實際情況進行分析。對于質量與剛度分布不均勻，不規則的結構，宜同時考慮雙向地震作用計算及質量偶然偏心的影響；而對于質量與剛度分布均勻，且規則的結構來說，可僅考慮偶然偏心作用，以免造成不必要的浪費。

3、柱的單偏壓和雙偏壓計算：理論上講，柱子都是雙向偏心受力狀態，因此按雙偏壓計算是柱子配筋的通用方法，適用于柱子的各種受力情況，即考慮同一組合中雙向彎矩與軸力的共同作用和截面全部鋼筋對承載力的貢獻，結果較為合理。但由于柱截面及軟件配筋配筋的計算模式局限，直接勾選按雙向偏壓計算，則會使配筋結果偏大。則一般先按單偏壓計算，再按雙偏壓進行承載力驗算，對不能通過驗算的柱子調整配筋，使其通過驗算，更加合理；而對于按雙偏壓計算配筋的柱子，如果個別配筋偏大，可以調整鋼筋減少用鋼梁，并需使其通過雙偏壓驗算即可。

、結構設計時應注意的問題

1、底層計算高度確定

在工程設計中，因功能要求，而不能從建筑角度調整層高時，一般都通過結構措施來調整其計算高度。常用的方法有以下幾種：1）設置柱墩，即在室外地面下50mm,柱原有位置設置尺寸為原柱1.5~2倍的柱墩，使基礎頂面上移至柱墩頂；2）在首層地面設置拉梁及剛性地坪（剛性地坪：指可以協調抗側力構件之間變形的鋼筋混凝土板，其板厚不宜小于150，混凝土強度等級不低于C20，板配筋不小于雙層雙向直徑10mm間距200mm的鋼筋網）；3)首層地面只設置拉梁而無剛性地坪；4）首層地面僅設置剛性地坪而無拉梁。其中2）~4）均是將首層地面至基礎頂面假定為一個標準層，結構計算時，將嵌固端分別設置在基礎頂和首層地面，進行包絡設計（取最不利）。

對于高層建筑而底層較高或由于雜填土層較深，而不采用換填處理地基的框架結構來說，由于其基礎埋置較深，選用1）則柱墩做的很長，增加造價，一般都選擇2）~4）；而對于一般基礎埋置較淺的多層框架結構，，采用2）~4）極易形成短柱（短柱：剪跨比小于2的柱，對于框架結構來說，剪跨比一般按Hn/(2h0)確定，Hn為柱凈高，h0 為柱截面有效高度），造成剪切破壞，對抗震不利。因此，在結構設計時，應根據實際情況，采用不同的措施進行處理。

2、較大大跨度樓蓋方案比選

對于有較大跨度（大于10m,小于18m）要求的建筑，結構設計上傳統的做法是設置井字梁樓蓋、門式剛架。采用井字梁雖然可以達到要求，但因其自重大，施工麻煩，工程造價較高。門式鋼架雖結構自重較輕，但因主體仍采用混凝土框架結構，結構計算時，仍需單獨計算，且造價也不低。

近年來，隨著國外先進技術及材料的逐步引入，也使我們結構設計在處理較大跨度樓蓋設計時，有了更多的選擇空間，SP預應力空心板就是其代表之一。和普通空心板相比，它具有跨度大，承載力高，外觀尺寸誤差小、平整度好，隔音性能好、耐火等級高等特點。且其最大適用跨度已達18m,而SP預應力板的厚度最大僅380mm,遠遠小于傳統混凝土梁，又因其采用機械施工，安裝快捷、可在任何季節施工，不受天氣影響、有利于縮短工期，節約成本.我國已經對在國內生產的SP預應力空心板進行了必要的試驗，其抗震性能及整體性都能滿足要求，并根據有關規范，對板的性能進行了核對，在此基礎上，編制了國家建筑標準設計圖集《SP預應力空心板》（05SG408），作為選用預應力空心板的技術文件。應該說，隨著節約型社會的逐步形成，以及我國房屋結構布置向著以大開間、靈活隔斷的開放式建筑方向發展，SP預應力空心板必將成為實現我國建筑可持續發展的重要材料之一 。

結束語

民用建筑結構設計是一個將理論實踐化的過程，包含內容很多：從結構體系的選取到結構構件的布置，從荷載計算到內力分析，從模型的建立到參數的選取，都要結構設計人員根據不同的工程，及地理條件進行嚴謹的分析和充分的考慮，只有這樣，才能使結構設計更加安全、經濟、合理。由于筆者經驗有限，不妥之處，敬請指正。

參考文獻

[1] 陳園園.高層建筑結構設計難題待解[J].中國建設報，2010（10）

[2] 石祚國，陳霞.SP預應力空心板施工技術.施工技術，2007，（07）

[3] 江樁生.淺談結構系統在土木工程中的應用[J].華章,2011.