民用建筑结构设计和优化

蔡宇

摘要：建筑结构是形成一定空间及造型，并具有承受人为和自然界施加于建筑物的各种荷载作用，建筑结构的设计中，由于实际工程结构中存在多种不确定性，所以结构设计就是研究建筑工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的平衡的关键。本文就建筑结构设计基于经济性原则的角度分析民用建筑结构进行优化设计的相关措施。

关键词： 民用建筑;结构设计;优化措施

一、常见民用建筑結构设计与选型。

建筑结构是建筑三大构成要素中建筑技术的组成内容，是保证房屋安全的重要手段。建筑结构的形式是为了满足建筑功能要求，为创造建筑的美而服务。建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业工种。

建筑结构是解决坚固问题，处于服务地位，建筑设计是解决功能、适用和美观的问题，处于先行与主导地位，由注册建筑师完成。建筑设计必须和建筑结构有机结合起来，只有真正符合结构逻辑的建筑才具有真实的表现力和实际的可行性，富有建筑的个性。

（一）砌体结构

砌体结构的墙体具有承重和围护的双重作用，所用材料便于就地取材，施工较简单，施工进度快，技术要求低，施工设备简单。由于砌体抗拉抗剪强度低，因此砌体结构的抗震性能差，一般不超过七层，砌体结构一般不适用于高层建筑及需要大空间的建筑。由于墙体承重，在其上开设门窗受到限制，建筑立面效果显得厚实。

（二）框架结构

框架结构的承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护和分隔作用;平面布置要灵活，能够满足生产工艺和使用功能的要求。采用的材料是型钢和钢筋混凝土，要有很好的抗压和抗弯能力，由于梁、柱刚接，抗侧移和抗振动能力强，因此，其抗震性、整体性和延通性较好，适用于多层和高度不超过60m的高层建筑。框架结构的平面布置时，建筑平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称。

（三）剪力墙结构

剪力墙是建筑物的承重墙，同时也是围护墙和分隔墙，因此，剪力墙的布置必须满足建筑平面布置和结构布置的要求。有较强的承载能力，同时也具有很好的整体性和空间作用，因此，剪力墙作为抗侧力构件用于高层建筑。受剪力墙间距的限制，建筑物的平面开间布置不灵活，所以多用于旅馆、公寓住宅等建筑较为适宜。剪力墙结构的楼盖结构一般采用钢筋混凝土平板，可不设梁，这样可节约层高。

（四）简体结构：

筒体结构的空间结构有很大的抗侧力刚度和抗扭能力，同时剪力墙集中布置使建筑平面设计具有很大的灵活性，因此主要用于各种高层和超高层公共建筑。如美国的汉考克大楼、西尔斯大楼、芝加哥标准石油公司大楼和纽约世界贸易中心大楼等结构都是筒体结构体系。简单结构平面布置时，形式选用方形、圆形为好，也可用对称的三角形或人字形平面。当采用矩形平面时，长宽比不宜大于2。外框筒密柱间距一般为1.22～3m。平面四角处的柱子截面做成L形或八字形，截面尺寸加大2～3倍。内筒边长尺寸一般是外筒边长的1/3为好。在框筒顶部设置1～2层高的刚性环梁，以提高整体框筒的空间整体性。

二、民用结构设计中的成本优化分析

（一）结构成本离散性大的成因

区域不一样导致的地震烈度和风荷载的不同、结构体型的不同、基础的形式不同是结构成本离散性大的主要原因。而结构成本也是房地产开发商最容易忽视，也最应该关注的成本。当前深圳、上海等一线城市控制含钢量很严格，结构成本的降低必然会导致结构安全储备的下降，在地震的时候反而成了不利的条件，所以结构成本的控制要综合最低要求即综合美观和实用性的平衡。所以对结构设计进行优化必须对整个设计和策划的全过程进行管理，包括：前期策划阶段、方案阶段、扩初阶段、施工图阶段、施工配合阶段。

（二）结构超限对项目的影响

常见结构超限会建筑设计方案、设计周期以及对成本造成的增大等等;对建筑方案的不利影响主要表现在：剪力墙布置会加厚等;结构超限对设计周期的影响主要表现为：设计前要做地震安全性评估报告，扩初设计时间比常规设计多出更久的时间;结构超限对项目成本的影响：由于超限采取比规范更严格的措施，如加强连板、加强配筋等，会直接增加费用。也包括地震安全性评估报告的费用，而如果因为转换超限，一个转换层的钢筋含量相当于三个标准层得钢筋含量。

（三）较常见的结构的优化措施

1、钢筋规格的选取，例如：箍筋选用三级钢（强度较二级钢提高1.2倍，较一级钢提高1.7倍），能一定程度上节省钢材的用量，如采购不到小直径的三级钢，楼板钢筋建议用冷轧带肋钢筋，强度等级同三级钢，也能节省钢材用量。

2、楼层归并系数，常用楼层归并系数为三层（住宅），归并系数太大会引起钢筋的浪费，因为随着楼层的变化，每层配筋会出现变化。

3、结构参数的选取，例如：场地粗糙程度，规范上B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类指有密集建筑群的城市市区。如果场地类别选择B类会比选择C类钢筋含量增加25%，对结果影响很直接，所以在选取参数的时候可以与设计院和审图公司提前沟通。

三、结语

在民用建筑结构设计中，需要各个系统相互协调的工作。在工作当中会存在很多涉及到其他领域的问题，想要解决这些问题就需要建筑师经验丰富、专业技能强、有强烈的责任心全身心的投入到民用建筑设计中，这样不仅能提高民用建筑结构设计水平，还能使建筑业得到全面的发展。

参考文献：

[1]胡文芳，施磊.高层剪力墙住宅结构优化设计[J].中国科技博览，2011，（33）：465-465.

[2]邵珍奇.多层钢框架结构的优化设计分析[D].西安建筑科技大学，2009.