民用建筑結構設計與優化的研究

趙宏康

摘要：本文分析了民用建筑結構設計的常用選型和適用特征,并結合實際重點,分析了建筑結構設計的優化方案。

關鍵詞：選型；適用；優化

中圖分類號：TU3文獻標識碼： A

一、民用建筑結構設計中常用選型及適用特性分析建筑結構按照一定的方法形成造型和空間,并具有一定的荷載能力,能夠承受外界一定的壓力,并保持建筑物的相對穩定性良好的建筑結構設計是保證房屋安全的重要保障,而建筑結構的型式則主要為建筑的美服務,并能滿足建筑功能的相關要求下面,介紹民用建筑中常用的結構選型和適用特征。

1.剪力墻結構；剪力墻屬于建筑物的分隔墻、圍護墻和承重墻,對于剪力墻的布置應符合建筑物結構和平面布置的相關要求剪力墻具有較強的承載能力和良好的空間作用,一般作為抗側力構件在高層建筑中使用,但建筑物的平面開間設計會受到剪力墻的間距的影響,因此剪力墻適用于公寓住宅或旅館等建筑為節約高層,樓面可設梁或不設梁,采用鋼筋混凝土平板作為剪力墻結構中樓蓋結構即可。

2.筒體結構；筒體結構由于具有較強的抗扭性能和抗側力剛度被廣泛用于各種高層或超高層建筑。在選用筒體結構進行平面設計時,宜選用圓形或方形的形式另外,也可選用人字形或對稱三角形的平面形式若選用矩形的平面進行布置,長寬比應小于2。為提高建筑的空間整體性,在布置設計時外筒的邊長宜為內筒的邊長的3倍,并在框筒的頂部可設計一個剛性環梁(1或2層高)。

3.框架結構；框架結構的平面布置應靈活,承重結構與分隔構件、圍護分開,并同時滿足使用功能和生產工藝的相關要求?？蚣芙Y構中一般使用鋼筋混凝土、型鋼材料,這些材料具有較好的抗彎和抗壓性能因此,其抗震性以及延通性良好,一般適用于多層建筑和高度小于60m的建筑另外,進行框架結構平面布置時,宜使建筑物的平面和立面形狀規則而簡單,以保持剛度處于均勻狀態。

4.砌體結構墻體屬于砌體結構的主要組成部分,具有圍護和承重的雙重功效。在進行砌體結構施工時,施工較為簡單,且具有施工進度快、取材方便、技術需求低、設備要求簡單等特點，但砌體在抗剪抗拉性能方面欠佳,導致抗震強度低所以,砌體結構一般不超過7層,不適用于較高層的建筑物。

二、民用建筑結構設計的優化措施分析

1.加強建筑結構設計深度；在進行民用建筑結構設計時,存在設計粗糙、標注不全、圖紙偷工減料、圖紙缺漏等問題?？陀^上是由于工期緊，設計周期短，主觀上是設計師設計水平有限或缺乏責任心造成的,嚴重影響了結構設計的安全性和整個建筑工程的質量因此,為提升建筑結構的設計的深度和質量,設計師應注重自身設計能力的提升,并端正工作態度,做到認真負責,有一顆強烈的責任心。

2.建筑模型的優化結構設計；建筑工程是一項大的工程,施工前進行建筑模型設計非常重要,也十分必要。因此,對建筑工程模型進行優化結構設計方案十分重要,結構優化設計主要有基礎結構的優化設計、房屋樓蓋系統的優化設計、圍護相關結構的優化設計和房屋結構節點部分的優化設計等另外,還包括對造價、受力、選型、布置等方面的內容進行優化設計。對以上的優化設計均應遵循從實際出發的原則,并以實現建筑經濟效益最大化為主要目標進行，結構設計時應注意:為達到設計意圖,可使用平面布置的方法,以控制好剛度與質量中心間的差距,可有效降低水平荷載與建筑之間的扭轉作用力;豎直方向盡量不使用轉換層,以避免應力集中的情況;注意建筑結構中結構設計中的強度約束、應力約束、尺寸約束、裂縫的寬度約束等條件,保證各種約束條件符合標準的規范要求。

3.注重提高結構體系設計水平。在民用建筑結構設計中,普遍存在抗震結構不合理、規則性差以及樓層錯層等情況,這與選用結構體系不合理有很大關系。因此,要優化結構體系設計,主要包括以下結構的優化設計。

(1)異形柱框架結構的應用；建筑結構設計中,除特殊情況下使用圓形或三角形柱作為框架結構柱之外,一般多采用矩形柱形式因為矩形柱的受力性較強,計算理論完善且工程的實踐經驗豐富,能夠保證應用時的安全性和可靠性。但也存在一定的局限性,表現在當民用建筑增加到一定高度時,矩形柱的界面要求相應增大,但矩形柱的截面增大會對建筑結構的使用和布置造成一定影響，此時,異形柱框架結構的出現就能很好地解決這一難題,可有效解決由于民用建筑高度的增加帶來的不利影響。

(2)多采用鋼結構；鋼結構與混凝土結構、磚混結構相比,具有更強的強度、性價比相對較高、綜合經濟效益高等特點因此,在民用建筑中應盡量使用鋼結構，應用鋼結構宜進行大開間布置,以避免結構跨度過大,從而增加建筑結構自身的質量的問題,這使得建筑結構的空間設計布置有更大的自由發揮性另外,使用鋼結構可有效減少石、沙的用量即使是較為軟弱的地基也同樣適用,從而大大減少了基礎造價。鋼結構的大量使用也有助于推動鋼鐵產業和其他新興產業的發展,并可實現環境的可持續發展,對于促進社會產業化發展具有重要意義。

(3)優化下部地基基礎結構設計；對下部地基基礎結構進行優化設計,要選擇適宜的方案例如進行樁地基基礎設計時,應根據實際的地質條件,選擇適合的樁基形式,以減少成本值得注意的是,由于灌注樁樁長受樁端持力層的影響較大,因此在進行選擇時,應選擇多種備用方案進行比較分析,最終選取最佳的方案。

(4)采用預應力大板結構技術；所謂的預應力大板結構在是指在柱間布置一根梁,并將預應力大板作為樓板,直接在預應力大板上布置隔墻的結構類型。隨著預應力大板結構應用技術的不斷發展和成熟,在裝修改造以及平面設計中得到越來越多的應用,其適用性越來越廣另外,若將預應力大板結構與預應力寬扁梁結合應用,可有效提升建筑樓層的凈高度,并有利于結構間的互相轉化,達到美化室內環境的功效。

4.建筑模型的優化，結構設計中的計算方法設定：完成計算方案后,采用相適應的運算程序,就能得到最后的優化結果。但是,在進行結構優化設計時,由于有較多的變量和多種限制條件,導致計算方案并非線性優化問題，進行計算方案設定時,應將限制條件轉化為無限制條件計算。在建筑設計中,應用較多的設計計算程序有PKPM、SAP、MIDAS、ETABS等計算程序,用這些程序的計算結果互相驗證，以達到最終的優化目的。

三、結語

人們對于美觀、實用的追求同樣體現在對房屋建筑的設計構造中，對房屋建筑物的進行優化設計,可使建筑實施技術與結構設計實現密切配合、相互協調,達到經濟、安全、美觀、實用的目標。因此,民用建筑結構設計中的優化技術措施能有效提高建筑的實用性和經濟性,滿足人們不斷提高的居住需求,并實現土地資源利用最大化,降低建筑工程造價成本,使房屋真正成為經濟適用房。