民用建筑结构设计与优化的研究

赵宏康

摘要：本文分析了民用建筑结构设计的常用选型和适用特征,并结合实际重点,分析了建筑结构设计的优化方案。

关键词：选型；适用；优化

中图分类号：TU3文献标识码： A

一、民用建筑结构设计中常用选型及适用特性分析建筑结构按照一定的方法形成造型和空间,并具有一定的荷载能力,能够承受外界一定的压力,并保持建筑物的相对稳定性良好的建筑结构设计是保证房屋安全的重要保障,而建筑结构的型式则主要为建筑的美服务,并能满足建筑功能的相关要求下面,介绍民用建筑中常用的结构选型和适用特征。

1.剪力墙结构；剪力墙属于建筑物的分隔墙、围护墙和承重墙,对于剪力墙的布置应符合建筑物结构和平面布置的相关要求剪力墙具有较强的承载能力和良好的空间作用,一般作为抗侧力构件在高层建筑中使用,但建筑物的平面开间设计会受到剪力墙的间距的影响,因此剪力墙适用于公寓住宅或旅馆等建筑为节约高层,楼面可设梁或不设梁,采用钢筋混凝土平板作为剪力墙结构中楼盖结构即可。

2.筒体结构；筒体结构由于具有较强的抗扭性能和抗侧力刚度被广泛用于各种高层或超高层建筑。在选用筒体结构进行平面设计时,宜选用圆形或方形的形式另外,也可选用人字形或对称三角形的平面形式若选用矩形的平面进行布置,长宽比应小于2。为提高建筑的空间整体性,在布置设计时外筒的边长宜为内筒的边长的3倍,并在框筒的顶部可设计一个刚性环梁(1或2层高)。

3.框架结构；框架结构的平面布置应灵活,承重结构与分隔构件、围护分开,并同时满足使用功能和生产工艺的相关要求。框架结构中一般使用钢筋混凝土、型钢材料,这些材料具有较好的抗弯和抗压性能因此,其抗震性以及延通性良好,一般适用于多层建筑和高度小于60m的建筑另外,进行框架结构平面布置时,宜使建筑物的平面和立面形状规则而简单,以保持刚度处于均匀状态。

4.砌体结构墙体属于砌体结构的主要组成部分,具有围护和承重的双重功效。在进行砌体结构施工时,施工较为简单,且具有施工进度快、取材方便、技术需求低、设备要求简单等特点，但砌体在抗剪抗拉性能方面欠佳,导致抗震强度低所以,砌体结构一般不超过7层,不适用于较高层的建筑物。

二、民用建筑结构设计的优化措施分析

1.加强建筑结构设计深度；在进行民用建筑结构设计时,存在设计粗糙、标注不全、图纸偷工减料、图纸缺漏等问题。客观上是由于工期紧，设计周期短，主观上是设计师设计水平有限或缺乏责任心造成的,严重影响了结构设计的安全性和整个建筑工程的质量因此,为提升建筑结构的设计的深度和质量,设计师应注重自身设计能力的提升,并端正工作态度,做到认真负责,有一颗强烈的责任心。

2.建筑模型的优化结构设计；建筑工程是一项大的工程,施工前进行建筑模型设计非常重要,也十分必要。因此,对建筑工程模型进行优化结构设计方案十分重要,结构优化设计主要有基础结构的优化设计、房屋楼盖系统的优化设计、围护相关结构的优化设计和房屋结构节点部分的优化设计等另外,还包括对造价、受力、选型、布置等方面的内容进行优化设计。对以上的优化设计均应遵循从实际出发的原则,并以实现建筑经济效益最大化为主要目标进行，结构设计时应注意:为达到设计意图,可使用平面布置的方法,以控制好刚度与质量中心间的差距,可有效降低水平荷载与建筑之间的扭转作用力;竖直方向尽量不使用转换层,以避免应力集中的情况;注意建筑结构中结构设计中的强度约束、应力约束、尺寸约束、裂缝的宽度约束等条件,保证各种约束条件符合标准的规范要求。

3.注重提高结构体系设计水平。在民用建筑结构设计中,普遍存在抗震结构不合理、规则性差以及楼层错层等情况,这与选用结构体系不合理有很大关系。因此,要优化结构体系设计,主要包括以下结构的优化设计。

(1)异形柱框架结构的应用；建筑结构设计中,除特殊情况下使用圆形或三角形柱作为框架结构柱之外,一般多采用矩形柱形式因为矩形柱的受力性较强,计算理论完善且工程的实践经验丰富,能够保证应用时的安全性和可靠性。但也存在一定的局限性,表现在当民用建筑增加到一定高度时,矩形柱的界面要求相应增大,但矩形柱的截面增大会对建筑结构的使用和布置造成一定影响，此时,异形柱框架结构的出现就能很好地解决这一难题,可有效解决由于民用建筑高度的增加带来的不利影响。

(2)多采用钢结构；钢结构与混凝土结构、砖混结构相比,具有更强的强度、性价比相对较高、综合经济效益高等特点因此,在民用建筑中应尽量使用钢结构，应用钢结构宜进行大开间布置,以避免结构跨度过大,从而增加建筑结构自身的质量的问题,这使得建筑结构的空间设计布置有更大的自由发挥性另外,使用钢结构可有效减少石、沙的用量即使是较为软弱的地基也同样适用,从而大大减少了基础造价。钢结构的大量使用也有助于推动钢铁产业和其他新兴产业的发展,并可实现环境的可持续发展,对于促进社会产业化发展具有重要意义。

(3)优化下部地基基础结构设计；对下部地基基础结构进行优化设计,要选择适宜的方案例如进行桩地基基础设计时,应根据实际的地质条件,选择适合的桩基形式,以减少成本值得注意的是,由于灌注桩桩长受桩端持力层的影响较大,因此在进行选择时,应选择多种备用方案进行比较分析,最终选取最佳的方案。

(4)采用预应力大板结构技术；所谓的预应力大板结构在是指在柱间布置一根梁,并将预应力大板作为楼板,直接在预应力大板上布置隔墙的结构类型。随着预应力大板结构应用技术的不断发展和成熟,在装修改造以及平面设计中得到越来越多的应用,其适用性越来越广另外,若将预应力大板结构与预应力宽扁梁结合应用,可有效提升建筑楼层的净高度,并有利于结构间的互相转化,达到美化室内环境的功效。

4.建筑模型的优化，结构设计中的计算方法设定：完成计算方案后,采用相适应的运算程序,就能得到最后的优化结果。但是,在进行结构优化设计时,由于有较多的变量和多种限制条件,导致计算方案并非线性优化问题，进行计算方案设定时,应将限制条件转化为无限制条件计算。在建筑设计中,应用较多的设计计算程序有PKPM、SAP、MIDAS、ETABS等计算程序,用这些程序的计算结果互相验证，以达到最终的优化目的。

三、结语

人们对于美观、实用的追求同样体现在对房屋建筑的设计构造中，对房屋建筑物的进行优化设计,可使建筑实施技术与结构设计实现密切配合、相互协调,达到经济、安全、美观、实用的目标。因此,民用建筑结构设计中的优化技术措施能有效提高建筑的实用性和经济性,满足人们不断提高的居住需求,并实现土地资源利用最大化,降低建筑工程造价成本,使房屋真正成为经济适用房。