民用建筑結構設計與優化對策分析

趙變青

（太原市建筑設計研究院，山西太原 030002）

0 引言

現代化民用建筑結構設計，除了需要滿足安全性、耐久性這些基本要求以外，還要體現出舒適性、節能性、美觀性設計，為人們提供更加安全健康的活動空間。以此，需要全體民用建筑設計人員在堅持相關設計原則的基礎上，積極探索新型設計理念以及優化設計對策，不斷提升自身設計水平，設計出讓廣業滿意的優質方案，推動我國建筑行業的健康發展。

1 民用建筑結構設計原則

1.1 安全牢固性原則

確保民用建筑結構的安全牢固性，是民用建筑結構設計的第一要務，所有設計思路都要圍繞這一點展開。比如在考慮運用新型建筑材料、引進創新結構設計時，都要優先保證建筑結構的安全牢固性，還要充分考慮建筑物使用年限與耐久性問題。只有這樣，所有的優化與創新設計才有意義，為建筑施工安全、工程質量以及使用性能獲得可靠保障。

1.2 經濟適用性原則

開發商之所以投資興建民用建筑，其主要目標之一便是獲取經濟效益。因此，在建筑結構設計中，需要在保證施工質量和房屋使用安全的基礎上，或者說在滿足建筑結構個性化設計的同時，最大限度減少建筑材料的使用、資源占用、縮短工期、節省人工成本，避免浪費。這不僅是為了滿足企業盈利與發展的需要，更是積極響應構建節能環保型社會、實現資源高效利用的重要途徑。

1.3 美觀個性化原則

之所以需要針對民用建筑結構設計進地優化與創新，很大一部分原因源自于人們希望居住環境的越來越符合自己的審美需求、越來越能夠體現個性與品味。因此，建筑設計師在開展方案設計時，需要充分結合現化人的審美傾向、文化層次與心理需求。只有這樣，才能設計出符合市場需求的優質方案。

2 民用建筑結構設計分析

2.1 砌體結構

在當前的民用建筑工程當中，很多豎向受力構件都是采用磚墻或其他類砌體構建而成，而橫向受力構件大多為鋼筋混凝土結構。這種結構設計可以更好地承受來自于屋面、樓面以及梁的壓力。砌體結構主要適用于多層建筑、房間面積和開間進深相對較小的低層建筑。在進行砌體結構設計的過程中，墻體是主要的受力構件。所以墻體必須保證體壇具有足夠的厚度，從而滿足建筑物抗震性和穩定性需求。另外，在設計方案當中，還要體現施工過程的方便性與快捷性，達到縮短工期、控制成本的目的[1]。

2.2 框架式結構設計

當前的民用建筑框架結構，主要由鋼筋混凝土梁和柱共同合成而成，這種結構的優勢在于可以最大限度承載側向水平力和豎向荷載。而且平面布置中，框架結構具有較強的靈活性、抗彎能力和抗震性，但它卻容易受到房屋高度上的限制。因此，框架設計適合用于建筑高度不超過60m 的民用房屋工程。在框架式結構的用料方面，主要以鋼筋混凝土或者型鋼類材料為主。這種材料與其他材料相比，具有更強的抗壓彎曲能力，可以有效保證建筑結構使用年限。

2.3 簡體結構設計

簡體結構是由構架式結構和全構架墻結構發展而來，通過這種結構設計，將建筑物內部和外圍形成一個封閉式空間。因此，在很多簡體結構設計中，設計師可以結合設計需求對空間進行自由分割。在針對三角形或人字型的民用建筑進行平面設置時，大多采用方形或者圓形的設計形式。在實際設計的過程中，為提高簡體結構的空間整體性，通常會在建筑結構頂部設置多層剛性環梁，以此保證設計方案的科學合理性[2]。

2.4 剪力墻結構設計

剪力墻結構同時發揮承受荷載和分割空間的雙重作用，所以在針對剪力墻結構進行設計是，要賦予其較強的整體性和抗震性，使其具備較大的剛度。在民用建筑領域內，剪力墻結構擁有非常廣泛的適用范圍，可同時適用于多層、高層民用建筑。但是，剪力墻結構也存一些設計上的弊端問題，比如容易受到剪力墻間距的影響。在這種情況下，一旦設計方案不合理，會導致平面空間布置受到一定的限制；而且剪力墻結構靈活性相對較差，如果房屋業主想要改變空間布置方式，則存在一定的難度與限制。

3 民用建筑結構設計優化對策

3.1 加強建筑結構的設計深度

當代民用建筑設計師，要本著與時俱進的發展觀，及時更新設計理念，學習先進科學的設計方法，本著較強的責任意識、質量意識、安全意識與創新意識探索設計思路，把握設計方向。在實際設計中，要全面掌握工程測量數據和重要參數，針對數據計算結果、設計方案的科學合理性、可行性與安全可靠性進行反復驗證。在不斷提高自身設計水平、積極豐富設計經驗的同時，在設計方案當中注重體現自身設計理念與設計意圖，賦予于建筑結構較強的設計深度[3]。

3.2 民用建筑模型的優化設計

現代民用建筑工程往往具有體量大、結構復雜、功能性強等特點。因為，為了確保建筑結構設計的科學合理性與節能性，很多建筑設計師都會借助BIM 技術、依據工程實際情況構建建筑模型。之后，便可以圍繞此模型展開優化設計。在此類設計中，除了針對建筑房屋基礎結構進行優化設計以外，還可以針對屋蓋系統、圍護結構和房屋結構當中的細節之處進行精細化設計。在有效控制房屋造價的基礎上，使受力結構、選型、布置方面具備科學合理性，力爭實現民用建筑經濟效益最大化。另外，在設計過程中，還存在以下要點，需要設計師給予關注：①優先采用平面布置方法，這方式可以更加合理地控制剛度與質量中心之間的差距，確保水平荷載與建筑物扭轉作用力達到最佳狀態；②在豎直方向要避免出現轉換層，以免對應力水平造成不良影響；③在設計過程中，要全面關注強度、應力、尺寸、裂縫寬度這些約束條件，確保各項設計參數均符合建筑行業規范要求，為建筑物的整體使用性能提供可靠保障[4]。

3.3 建筑結構體系的優化設計

在民用建筑結構設計中，最關鍵的一點也是最大的難點問題就是確保建筑物具有較強的抗震性能。因此，建議所有高層建筑結構設計從業人員從提高建筑抗震性這一角度著手，開展以下優化設計：①針對異形截面柱進行優化設計。在民用建筑截面柱設計中，除了常規的矩形柱以外，又涌現出多種異形截面柱設計需求，例如圓形柱、三角形柱等。這些展異形截面柱雖然可以滿足個性化設計需求，但在載重能力方面需要設計師給予優化設計[5]。在滿足民用建筑安全規范要求的基礎上，實現個性化與差異化設計。但是，對于矩形柱而言，將其運用到框架結構柱當中，存在諸多注意事項。比如當高層建筑物的層數達到上限值時，則需要適當加大矩形柱的截面尺寸，使其承重性能獲得提升。在有些高層建筑結構設計方案當中，還采用異形柱與矩形柱相結合的方式消除建筑樓層數方面的限制，從而達到安全設計與優化設計的目的；②在受力方面，鋼結構與其他建筑結構形式相比較而言，表現更好的抗壓強度，可以抵御永久變形和結構斷裂等現象的發生。因此，在民用建筑結構進行優化設計中，鋼結構更加適合用于大開間布局，建筑設計師也擁有更大的設計余地，從而設計方案的科學合理性獲得保障[6]；③在針對民用建筑地基基礎結構進行優化設計時，需要設計師根據施工場地土壤性質、地下水文等實際選用適合的設計方法。如果遇到軟土地基，需要在多種地基加固方法當中進行合理選擇，確保地基結構的壓實度、整體抗壓強度符合工程建設要求；同樣要優先考慮鋼結構進行地基結構設計，確保地基具備較強的安全穩定性。必要時，要同時設計出多款方案，召集工程技術人員、施工團隊和監理工程師進行方案比選，確保將最佳方案應用于建筑施工當中。

3.4 建筑結構安全的優化設計

在建筑結構安全設計方面，需要針對各類質量通病給予高度關注，例如混凝土結構裂縫、墻體漏洞、地基不均勻沉降等等。對此，需要建筑設計師本著較強的責任意識開展設計工作，在各項技術參數方面嚴格落實國家及建筑行業相關標準，引進各種新型建筑施工材料與新型施工藝，明確每一道工序的質量控制標準，將設計方案打造成施工質量的重要保障。只有這樣，才能確保民用建筑結構的使用壽命和使用安全，實現真正意義上的優化設計[7]。

4 結語

伴隨我國民用建筑工程體量和施工難度的不斷加大，民用建筑結構設計面臨更高的設計要求與質量要求。以此，全體民用建筑設計師要盡快更新完善自身設理念，主動學習先進的設計方法，借鑒其他工程的成功設計經驗，拓展自身的設計思維。只有這樣，才能設計出兼具安全性、耐久性、美觀性、經濟性等多項優勢特點的優秀方案，為工程建設質量、經濟效益和使用安全提供全面保障。