民用建筑结构设计的优化措施探讨

2017-03-10马辉

环球市场 2017年11期

关键词：筋率抗震结构设计

马辉

武汉源作建筑设计有限公司

民用建筑结构设计的优化措施探讨

马辉

武汉源作建筑设计有限公司

民用建筑与人们生产生活有密切联系，建筑的好坏与设计质量有很大的关系，直接影响建筑物的耐久性、安全性、舒适性和经济性，所以在民用建筑的设计工作中，设计人员应该充分考虑结构设计因素，更好地提高建筑的功能。

民用建筑；结构设计；优化措施

1 民用建筑结构设计的基本概念

所谓建筑结构设计，就是建筑设计师和建筑专业工程师把自己对建筑物的想法和设计通过图纸的形式勾勒出来，那些建筑结构元素主要包括，建筑整体框架、建筑外形设计，以及一切基本的建筑元素，如墙、柱等。而作为民用型建筑，主要以住户的满意程度和舒适度为依据，与商业楼房相比更面向居民居住，在建筑结构和设计理念上更面向大众适用。

2 现代民用建筑结构设计中存在的关键问题

2.1 结构设计中的计算比较复杂

民用建筑的计算要考虑很多方面：一是考虑结构的可靠度，抗压抗拉能力，轴心抗拉弯曲抗拉及抗剪强度设计值等；二是在计算荷载的时候，条件不同选用的修正系数也不同；三是建筑物修建的环境不同，选用的计算方法也不相同。

2.2 设计人员的专业素质比较低

一些设计者以为手算是粗枝大叶不精确的想法是大错特错，以国内PKPM软件为例，其内核依然是一个手算的模拟过程，本质上仍然是按照国内规范进行的模型假定，并不是完全的有限元受力分析，它的优点在于程式化，加快了设计的速度和质量控制。然而作为一个设计师来说，不了解手算的过程，对电算软件也是不了解的。很多设计人，缺乏对传力体系的认识，同时对于手算原理过度轻视，盲目依赖计算机程序，导致计算参数设置不合理，除影响工作效率，还会造成计算错误，与实际受力完全不符，从而直接影响最终的安全和与经济性，结构优化从何谈起？

2.3 地基基础的设计与上部楼层的设计

一个完整的建筑物由地基基础与上部结构两部分组成，地基基础的不稳定会影响整个建筑的建筑质量。建筑初期勘探不充分，会导致后期的工程在施工甚至投入使用的时候，出现下陷、承载能力不足的现象。民用建筑的设计过程中必须按照规范将楼面活荷载标准值折减，对于上部楼层的设计，计算长度往往会出现取值错误的现象，造成底层的截面和配筋率偏小，结构体系不安全，降低了民用建筑的可使用年限。甚至会发生坍塌，有人身安全的风险。

2.4 局部结构设计的不合理

设计人员常常在追求空间效益的时候忽略对抗震墙承重柱等关键节点的处理，常常使得上下节点不在同一位置上。这种状况会导致传力减弱，结构抗震能力减弱的情况发生。在工程中常出现的问题是结构设计模型与实际情况不符，设计图纸的受力计算与构件实际受力存在较大的差距，与《建筑抗震设计规范》中对底部框架抗震设计要求不符。结构设计存在着较大的隐患，不遵守荷载计算的规范，出现漏算、算错的现象，这些都是导致结构安全的不确定性因素。

3 民用建筑结构设计的优化措施

3.1 调整好结构体系完善构建布置，强调概念设计

民用建筑结构设计中的结构体系是一个比较复杂的体系，要有效解决结构体系中的问题，就要保持认真、负责的态度，以科学的理论知识和丰富的实践经验作为指导。随着建筑行业的快速发展，建筑结构的安全性问题也越来越突出，备受国家重视，开始逐渐完善对于建筑结构方面的规定，这不只是规范了建筑设计师的设计理念，同时对施工方提出了严格的要求，使其必须按照国家的相关规定进行施工。这样能够更好地调整结构体系，有效完善构建的布置。近些年，无论从规范编制者，还是国际上的先进设计思想，无一不在讨论概念设计的重要性。

3.2 提高建筑设计师的质量意识和理念，加强与结构设计者的沟通交流

民用建筑结构设计是建筑施工的关键，为了保证建筑施工的可行性与安全性，建筑设计师首先要掌握民用建筑结构设计的规范，对不符合相关规定的违规设计提出有效修改意见，及时采取补救措施，以免引发安全问题。一个建筑设计师只有具有良好的设计理念，才能绘制出一份高品质的设计图，才能造出好的民用建筑。而结构设计是非常复杂的，需要建筑设计师具有牢固的专业知识、创新的设计理念，还要有灵活、跳跃的思维，建筑结构设计是一个巨大的工程，想要完成得出色，就需要建筑设计师完美的配合。建筑设计师还要保持高度负责的工作态度，对人民的人身财产安全负责。

3.3 加强对结构的计算

对于初步设计时整体计算，可先用一个标准层计算，确定比较合理的梁、柱、剪力墙后再细化计算。超限高层建筑先用3～4个标准层进行电算，确定比较合理的梁、柱、剪力墙后再进行弹性时程分析(是否做弹塑性时程分析待具体工程定)。

更早的时候，可以通过手算对刚度是否合适，进行早期评判，减小无用功，实际上，一个地面上的高层结构，从结构简化者的眼中，就是一根立在地面之上的悬臂梁，从框架到剪力墙，是一个慢慢接近悬臂梁的过程，而受力变形的形态也是慢慢从剪切型到弯曲型的过程。知道了这个根本的原理，一切结构设计在心中便胸有成竹。一切优化，一切计算，便是以让这根类悬臂梁以最小的成本得到最大的刚度，以最短的传力路径把风力，地震作用传递至地面。

3.4 通过对配筋率的控制来控制局部优化效果

市场经济下，一切的设计目的最终都是应当除满足可靠性(即安全、适用、耐久)外，要追求经济性。所以根据笔者从事一线民用结构设计的经验有以下个人总结，和大家交流。

梁跨中1%～1.7%较经济，支座1.5%～2%较经济，梁端支座纵向受拉钢筋配筋率不大于2.5%，当大于2%时需加大箍筋，板的经济配筋率0.2%～0.4%较经济，柱的经济配筋率1%～3%较经济。