現代民用建筑結構設計探討

摘 要：民用建筑是以居住為主要使用目的的建筑。當前，民用建筑設計追求“以人為本”，這就要求結構設計人員設計思想的開拓和設計方法的創新。

關鍵詞：現代民用建筑；結構設計；推廣應用

1 民用建筑對結構設計的新要求

1．1 材料和資金的節省

因土地、能源和材料價格的持續上漲，開發商要求設計單位必須注意材料和資金的節約，這一點符合結構設計的指導思想“安全適用，經濟合理”。要從根本上做到經濟，結構設計人員必須把握好民用建筑結構的概念設計。概念設計主要依靠結構工程師自身的經驗、悟性、判斷力和創造力，從整體上把握和控制結構體系的各項性能，對內力異常的構件或部位應從明確的結構概念出發進行分析和處理，并對計算結果分析判斷其合理性，滿足規范要求后方可用于工程設計。一幢民用建筑的設計沒有經過正確的概念設計，是難以實現效果最好、造價最低的結構方案的。

1．2 民用建筑的高層化

高層民用建筑與其他高層建筑最大的不同在于業主對于房屋基于居住目的的功能訴求，如采光、通風、居住面積與層高、振動舒適度等。一梯多戶的建筑如何讓更多的戶型能夠南向采光?單體設計中怎樣提高建筑的衛生防疫性能?如何設置共享的空中庭院使住戶不出門即可感受室外的自然景觀?這些現實問題迫使設計師們開始大膽地嘗試。于是高層民用建筑的結構體型變得日趨復雜，如平面的不規則、豎向收進與懸挑、結構連體、大底盤多塔、錯層等等。結構設計師要解決這些復雜的技術難題，必須依靠結構設計理論的不斷發展和創新，以及結構計算分析軟件的開發和應用。

1．3 戶型內部空間個性化

業主具有個性化的思維方法和審美意識，不同時期住戶對建筑空間有不同的要求。在結構設計上應考慮讓住戶擁有建筑內部空間劃分的權利，樓板的設計，考慮隔墻位置的調整；豎向受力構件的布置時，應使其與房間隔墻結合設置，避免在戶型內部其他部位出現。這樣既在開間和進深兩個方向保留了較大的靈活性，也充分利用了承重墻隔聲好的性能。同時外墻部位的梁、柱、墻的設置，要為窗戶的靈活布置創造條件。

2 現代民用建筑結構設計的特點

2．1 整體的計算力求平面立面的完美

圖1為純矩型板式民用建筑樓，其平面形式為兩梯六戶，其中有四個單元的房間有間接采光，廚房無陽臺。這樣的民用建筑戶型，房間光線偏暗，用起來多有不便，平面、立面缺乏變化，但它的整體計算運行完好，無超限現象。

圖2為新型板式樓，其特點在于它融合了點式樓的特點，立面上不為單一的一個平面，既有點式樓的凹凸進退，又有板式樓的主要房間為南向采光的特點；從平面布局上看，雖也為兩梯六戶，但間接采光無陽臺僅兩戶，比單一的矩形平面既有立面上的多變，又有平面上的優勢。

主要是由于平面凹凸不平造成結構剛度不均勻，形成一定的扭矩而造成的。為了克服這種不均勻現象，在結構整體計算方面采用如下的方案措施：把整體化為兩個獨立的結構單體，單體平面如圖3單元(A)、單元(B)所示。

2．2 局部構造突出建筑功能

圖1、圖2兩平面圖中都標有起居室，其功能不單為了方便休閑，還有一重要功能，作為家庭健身房，它的平面大小可容納一個家庭健身器。結構平面布置見圖3單元(A)、單元(B)所示。這樣樓板既隔音防振，又不失去樓板的剛度，充分發揮了躍層的建筑功能。總之，無論建筑造型如何多樣化、復雜化，結構方案的確定都應具體情況具體分析，從整體到局部加以簡化，使之整體受力明了化，局部構造具體化，特殊的受力部位特殊處理，使建筑精巧的構思、創新的造型真正體現出它的完美性和理想性。

2．3 異形柱框架結構

2．3．1 異形柱框架結構的基本形式

在結構設計中，原則上要求框架結構的柱采用矩形柱(除非建筑專業有特殊要求可采用其他截面形式，如圓形、梯形等)，矩形柱有良好的受力性能，計算理論比較完善，傳力途徑明確，而且在長期的工程實踐中積累了大量的經驗，使得矩形柱的計算模型及理論更加接近實際。圖4為一幢十一層全現澆框架結構民用建筑（非抗震區），采用矩形柱為600×600mm，外墻200mm厚與柱外皮平，內墻200mm厚，對于每一戶柱在室內突出部位占掉使用面積的0．5%，加上后期住房的裝修，造成使用面積的浪費較大。近年來采用的異形柱框架結構就可以解決這個問題(圖5)。

所謂異形柱框架就是根據墻體布置情況，將柱截面做成“L”“T”“+”形，也有采用“Z”形。“L”形多用于墻的轉角部位，“T”形截面多用于縱橫墻交接處，柱肢寬度最適宜用與墻體相同的厚度，使得柱表面與墻體表面平齊。

2．3．2 異形柱框架結構的計算

由于異形柱截面的特殊性，在柱截面對稱軸內受水平力作用時，彈性分析計算其翹曲應力很小，此時如同承受水平力的偏壓構件，仍可按平截面假定分析，按砼設計規范計算，特別是在框剪，框筒結構中，對6度及其以下烈度區的Ⅰ、Ⅱ類場地，框架柱只承擔水平風載的一小部分，如按一般偏壓柱計算，誤差較小。在異形柱布置時應注意偏心，轉角的應用；在TAT或SATWE計算時，要了解異形柱的剛度計算、剛域計算、整體內力到柱肢內力的分配計算，尤其是軸力的分配計算問題、以及異形柱配筋計算；在繪施工圖時，要了解異形柱的構造要求，角點筋的配置，架立分布筋的設置等。

3 民用建筑中結構的技術推廣應用

3．1 鋼結構民用建筑的推廣

我國鋼鐵工業的迅猛發展，為建筑鋼結構建設事業創造了極好的時機。鋼結構與磚混結構和混凝土結構相比，在民用建筑建筑中應用主要有三個優點：首先，由于鋼材強度高的特點，民用建筑設計可采用大開間布置。最后，鋼結構建筑具有較高的性價比，有利于環境的可持續發展、適宜產業化發展，極具發展前途，可帶動鋼鐵產業和新型材料產業的發展。

3．2 短肢剪力墻的廣泛應用

短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度5～8倍的剪力墻結構。其吸收了框架結構的優點，發展形成的民用建筑結構型式。常用的短肢剪力墻有“T”字型、“L”字型、“十”字型“一”字型等。在這種結構里剪力墻能結合建筑平面，利用間隔墻位置靈活布置，可選擇的方案較多，能避免與建筑使用功能發生矛盾。而連接各墻的梁，隨墻肢位置也可隱蔽設于間隔墻豎向平面內。短肢剪力墻結構里剪力墻數量的多少，墻肢的長短，主要由結構抗側力的需要而決定。這種新的結構克服了普通框架和普通剪力墻結構的一些缺點，得到了建筑師、開發商和廣大住戶的肯定與歡迎。

3．3 預應力混凝土大板結構技術的應用

預應力大板結構是在柱與柱之間布置明梁，樓板采用預應力大板，并在預應力大板上直接布置隔墻的結構體系。若這種大板配合預應力寬扁梁使用，則能更大限度的提升樓層凈高，如9米跨的預應力寬扁梁可以比普通預應力梁及普通混凝土梁高度分別減少200mm和350mm，對于底部需要大柱網、大空間的多功能商住樓常設置結構轉換層。隨著預應力技術的逐漸成熟，預應力材料及施工費不斷下降，我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多。預應力大板結構在建筑上避免了室內難看的次梁景觀，使住宅的建筑平面布置更加靈活，有利于二次裝修時室內布局的改造，滿足了住戶個性化要求。

參考文獻

[1]徐培福主編.復雜高層建筑結構設計.中國建筑工業出版社，2005