民用建筑結構設計和優化

蔡宇

摘要：建筑結構是形成一定空間及造型，并具有承受人為和自然界施加于建筑物的各種荷載作用，建筑結構的設計中，由于實際工程結構中存在多種不確定性，所以結構設計就是研究建筑工程設計中的各種不確定性問題，取得安全可靠與經濟合理之間的平衡的關鍵。本文就建筑結構設計基于經濟性原則的角度分析民用建筑結構進行優化設計的相關措施。

關鍵詞： 民用建筑;結構設計;優化措施

一、常見民用建筑結構設計與選型。

建筑結構是建筑三大構成要素中建筑技術的組成內容，是保證房屋安全的重要手段。建筑結構的形式是為了滿足建筑功能要求，為創造建筑的美而服務。建筑結構與建筑設計是兩個既相互獨立又緊密聯系的專業工種。

建筑結構是解決堅固問題，處于服務地位，建筑設計是解決功能、適用和美觀的問題，處于先行與主導地位，由注冊建筑師完成。建筑設計必須和建筑結構有機結合起來，只有真正符合結構邏輯的建筑才具有真實的表現力和實際的可行性，富有建筑的個性。

（一）砌體結構

砌體結構的墻體具有承重和圍護的雙重作用，所用材料便于就地取材，施工較簡單，施工進度快，技術要求低，施工設備簡單。由于砌體抗拉抗剪強度低，因此砌體結構的抗震性能差，一般不超過七層，砌體結構一般不適用于高層建筑及需要大空間的建筑。由于墻體承重，在其上開設門窗受到限制，建筑立面效果顯得厚實。

（二）框架結構

框架結構的承重結構和圍護、分隔構件完全分開，墻只起圍護和分隔作用;平面布置要靈活，能夠滿足生產工藝和使用功能的要求。采用的材料是型鋼和鋼筋混凝土，要有很好的抗壓和抗彎能力，由于梁、柱剛接，抗側移和抗振動能力強，因此，其抗震性、整體性和延通性較好，適用于多層和高度不超過60m的高層建筑。框架結構的平面布置時，建筑平面形狀和立面體型宜簡單、規則，使各部分剛度均勻對稱。

（三）剪力墻結構

剪力墻是建筑物的承重墻，同時也是圍護墻和分隔墻，因此，剪力墻的布置必須滿足建筑平面布置和結構布置的要求。有較強的承載能力，同時也具有很好的整體性和空間作用，因此，剪力墻作為抗側力構件用于高層建筑。受剪力墻間距的限制，建筑物的平面開間布置不靈活，所以多用于旅館、公寓住宅等建筑較為適宜。剪力墻結構的樓蓋結構一般采用鋼筋混凝土平板，可不設梁，這樣可節約層高。

（四）簡體結構：

筒體結構的空間結構有很大的抗側力剛度和抗扭能力，同時剪力墻集中布置使建筑平面設計具有很大的靈活性，因此主要用于各種高層和超高層公共建筑。如美國的漢考克大樓、西爾斯大樓、芝加哥標準石油公司大樓和紐約世界貿易中心大樓等結構都是筒體結構體系。簡單結構平面布置時，形式選用方形、圓形為好，也可用對稱的三角形或人字形平面。當采用矩形平面時，長寬比不宜大于2。外框筒密柱間距一般為1.22～3m。平面四角處的柱子截面做成L形或八字形，截面尺寸加大2～3倍。內筒邊長尺寸一般是外筒邊長的1/3為好。在框筒頂部設置1～2層高的剛性環梁，以提高整體框筒的空間整體性。

二、民用結構設計中的成本優化分析

（一）結構成本離散性大的成因

區域不一樣導致的地震烈度和風荷載的不同、結構體型的不同、基礎的形式不同是結構成本離散性大的主要原因。而結構成本也是房地產開發商最容易忽視，也最應該關注的成本。當前深圳、上海等一線城市控制含鋼量很嚴格，結構成本的降低必然會導致結構安全儲備的下降，在地震的時候反而成了不利的條件，所以結構成本的控制要綜合最低要求即綜合美觀和實用性的平衡。所以對結構設計進行優化必須對整個設計和策劃的全過程進行管理，包括：前期策劃階段、方案階段、擴初階段、施工圖階段、施工配合階段。

（二）結構超限對項目的影響

常見結構超限會建筑設計方案、設計周期以及對成本造成的增大等等;對建筑方案的不利影響主要表現在：剪力墻布置會加厚等;結構超限對設計周期的影響主要表現為：設計前要做地震安全性評估報告，擴初設計時間比常規設計多出更久的時間;結構超限對項目成本的影響：由于超限采取比規范更嚴格的措施，如加強連板、加強配筋等，會直接增加費用。也包括地震安全性評估報告的費用，而如果因為轉換超限，一個轉換層的鋼筋含量相當于三個標準層得鋼筋含量。

（三）較常見的結構的優化措施

1、鋼筋規格的選取，例如：箍筋選用三級鋼（強度較二級鋼提高1.2倍，較一級鋼提高1.7倍），能一定程度上節省鋼材的用量，如采購不到小直徑的三級鋼，樓板鋼筋建議用冷軋帶肋鋼筋，強度等級同三級鋼，也能節省鋼材用量。

2、樓層歸并系數，常用樓層歸并系數為三層（住宅），歸并系數太大會引起鋼筋的浪費，因為隨著樓層的變化，每層配筋會出現變化。

3、結構參數的選取，例如：場地粗糙程度，規范上B類指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區;C類指有密集建筑群的城市市區。如果場地類別選擇B類會比選擇C類鋼筋含量增加25%，對結果影響很直接，所以在選取參數的時候可以與設計院和審圖公司提前溝通。

三、結語

在民用建筑結構設計中，需要各個系統相互協調的工作。在工作當中會存在很多涉及到其他領域的問題，想要解決這些問題就需要建筑師經驗豐富、專業技能強、有強烈的責任心全身心的投入到民用建筑設計中，這樣不僅能提高民用建筑結構設計水平，還能使建筑業得到全面的發展。

參考文獻：

[1]胡文芳，施磊.高層剪力墻住宅結構優化設計[J].中國科技博覽，2011，（33）：465-465.

[2]邵珍奇.多層鋼框架結構的優化設計分析[D].西安建筑科技大學，2009.