關于工民建建筑設計要點的探討

胡亞春

（蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

近年來，隨著工業與民用建筑規模、空間體系的不斷擴大，結構高度的不斷增加，其在具體建設與使用中產生的能源消耗也越來越大。為滿足現代社會對工民建的多樣化需求，建筑單位應明確建筑設計要點，充分注重工民建建筑設計的環保、節能、抗震性能，并基于建筑實體結構的位置、布局、朝向、功能、環境等方面進行科學統籌規劃與建筑設計，同時，要注意現代節能技術的合理應用，以進一步提高建筑整體的密閉、保溫和隔熱性能，減少非必要的能源消耗與浪費。

1 工民建中建筑設計的地位與作用

工程建設整體分為3 個階段，即決策、設計和實施。項目決策與設計是加強投資控制的兩個關鍵環節。研究顯示，建筑設計費用約占建筑工程項目總費用的1%，但卻對投資成本具有重要影響。建筑方案、建筑材料的選擇與建筑投資之間存在密切聯系。例如，建筑設計方案中外廊式與內廊式平面布置方式的選擇，立面形式、進深、開間、層高與層數的確定，基礎類型與結構形式的選擇等均涵蓋了復雜的技術經濟分析問題。經長期實踐發現，在滿足相同功能的前提下，通過技術經濟設計的建筑方案可將工程造價成本降低5%～10%，最高可降至10%～20%。

調查顯示，約有40%的工程質量問題和安全事故是由建筑設計不當引起的。部分建筑在建設前期因缺乏科學、系統的建筑設計導致建筑功能設置不合理，最終影響建筑質量和整體性能。同時，在建筑設計中往往會出現設計圖紙質量差或專業設計之間存在明顯矛盾等問題，這均會發生停工或返工情況，甚至會因設計質量問題埋下較大的安全隱患。

2 工民建建筑設計要點分析

2.1 設計方案構思

工民建設計主要包括建筑、結構、設備等，既明確分工，又需密切合作。其中，建筑設計占主導地位，通常是以建筑整體規劃為基礎，根據設計要求對建筑使用性能、材料選取、基地環境、結構施工及建筑自身的經濟性和藝術性進行綜合考慮，以滿足建筑使用的多方要求，形成最終的建筑設計方案雛形。同時，建筑設計人員也需要對建筑設計方案進行優化，遵循經濟、適用、美觀等原則設計出多種建筑方案，選出最優建筑設計方案，并對建筑功能分區、建筑材料選擇、基本構造、立面處理、防火疏散、內部裝修等方面進行詳細設計。

2.2 建筑平面、立面布置

建筑平面布置要始終堅持簡潔、實用原則，做到功能分區明確，以提高建筑空間的利用率。實現這一設計目標，就要高度重視建筑設計的實用性和美觀性。在設計建筑立面時，應在經濟條件允許、建筑使用功能得到滿足的提前下，采用多種結構形式、建筑材料、構圖手法等構建出大方、簡潔、樸素、挺拔的意境，以滿足人們個性化的精神文明需求。以某多層框架結構辦公大樓為例，雙通道寬度最小為1.8m，因此，走廊軸線尺寸應為2.2m，除去100mm 內墻尺寸，走道凈寬度為2.0m；位于兩部疏散樓梯間之間的辦公樓房間門與封閉樓梯間或外部出口最長距離為19.65m，不足40m；位于袋型走道兩側或近端的房間門與樓梯間或外部出口最長距離為16m，不足20m。樓梯前室面積為6.1m2，大于6m2，電梯前室面積為32.3m2，合用前室大于10m2，上述設計均符合行業內的規范要求。

2.3 合理布置消防系統

工民建中消防栓的間距與數量應根據火災發生時室內消防所需用水量進行確定，并符合《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）規定：高層建筑消防栓之間的距離需要進行科學計算，不可超出30m。并保證建筑室內同一樓層內的任何位置有2 個消火栓水槍的水柱可同時到達。于高層建筑而言，通過調節噴嘴流量可滿足相關規范中要求達到的全水柱長度。若口徑為19mm 的水槍充實水柱小于10m 時，綜合考慮火災煙霧大、輻射熱量高、火災撲救難度大等因素，需對充實水柱的長度進行計算，以滿足高層建筑消防水槍充實水柱的下限值。

2.4 工民建建筑節能設計

2.4.1 墻體節能設計

工民建筑墻體有內、外保溫墻體之分，最終設計目的是為了充分發揮其保溫功能。墻體外保溫的作用要明顯優于內保溫，在工民建工程中，應充分發揮墻體的外保溫作用，采用先進的技術和材料提高墻體的外保溫效應。首先，為保證建筑熱能的穩定，應優先選擇復合絕熱材料作為墻體外側的施工材料，防止出現“熱橋”現象，增強墻體保溫效果，延長墻體結構的壽命。其次，墻體內保溫除需按照科學的面積比例合理布局內側復合絕熱材料以外，還應針對用戶對墻體的使用情況展開實地調查，防止人為因素對墻體內保溫結構造成破壞。同時，在節能設計方面，設計人員應充分考慮“保溫隔熱外墻技術”的應用，以直接消除“熱橋現象”，提升保溫效果，有效控制和減少建筑物的熱能消耗。為充分發揮保溫隔熱技術的節能、降耗優勢，設計人員應合理設計保溫隔熱層的施工流程，以保證建筑內保溫性能；根據建筑結構間隙，結合環境因素選擇聚苯乙烯板、泡沫水泥、膠粉聚苯顆粒等具有環保性能的隔熱保溫材料；在墻體施工中加設空氣隔離層，防止墻體受潮，確保內部結構可直接吸收因溫差變化引起的冷凝水，并排出室外。

2.4.2 門窗節能設計

門窗設計要綜合考慮工民建筑的采光、通風等基礎條件。要想在建筑設計理念中充分體現節能概念，就要在保證滿足房間窗地比和建筑基本性能的基礎上縮小門窗面積，降低門窗的傳熱效率，防止建筑內部熱量散失。同時，在設計門窗安裝方案時，應重點保障門窗的氣密性，減少空氣流動形成的對流傳熱。門窗對于建筑物而言具有“采光通風”“保溫隔熱”的作用，為凸顯其節能效果，在門窗施工中應優先選用環保性能良好的門窗施工材料。同時，可采用“鍍膜”“雙層窗”“中空玻璃”等施工設計方案進一步增強和優化門窗結構的環保性能。在設計門窗安裝施工中，應從如下兩方面保障門窗的節能環保性能：第一，保證門窗結構質量，規范施工工序，合理使用和布置密封材料。采用環保材料完成門窗的節能設計以后，還需將中空玻璃材料、斷橋鋁結構應用到門窗結構中。第二，科學控制窗墻的面積比。根據建筑朝向合理確定比值，并在此基礎上對門框和窗框結構進行優化，以增強門窗結構的隔熱性能和氣密性能，滿足工民建筑門窗施工對節能環保的多樣化要求。

2.4.3 屋頂節能設計

現階段，多數工民建筑屋頂的節能作用均未得到充分發揮，未實現能量儲備。因此，建筑設計人員應高度重視工民建屋頂的節能設計，合理應用環保型建筑材料和節能技術。首先，應用屋面施工節能環保技術加強“保溫層”與“隔熱層”的控制，減少室外環境對建筑內部溫度的影響，降低內部溫度損失，這就需要建筑設計人員根據屋面節能施工要求優先選擇導熱系數小、儲熱性能良好的環保型施工材料。例如，在屋面施工中均勻噴涂聚氨酯硬泡，構建集屋面防水、保溫于一體的“冷屋面”系統，此種材料具有重量輕、防水性好等特點，在屋面節能施工中可充分發揮其節能作用。針對跨度較大的工民建工程，在屋面施工時應優先選用鋼結構輔助施工人員有序開展屋面保溫隔熱施工作業。其次，在屋頂節能設計中使用綠色屋面施工技術。例如，在建筑屋頂種植綠色植物，以改善建筑物的溫度環境，有效控制和減少室內空調的運行時間。并綜合考慮屋頂、屋面的荷載力，嚴格控制植物的種植厚度，對綠化植物進行合理配置，優先選擇多年生、淺根系的矮生灌木和草本植物。最后，加強蓄水屋面技術的應用。屋面蓄水技術原理是在屋面剛性防水層上蓄水，借助水分蒸發帶走多余熱量，減少太陽輻射在屋面形成的熱量，以實現屋面溫度和傳熱量的有效控制，起到降低室內空調能耗的作用。

2.4.4 空調系統節能設計

傳統的空調系統已無法滿足工民建筑的性能需求，建筑設計人員要充分了解空調設備的本質，針對空調的負荷指標和安全性能進行詳細的試驗，選擇與工民建筑空調系統相適用的能源輸出與冷熱系統，以降低資金投入，提高節能水平。目前，蓄冷、蓄熱技術是一種新型綠色節能技術，主要是通過特定的方式將冷量或熱量儲存起來，在有需要的情況下釋放出來，并加以利用。常見的蓄冷、蓄熱方式主要包括顯熱蓄冷（熱）和潛熱蓄冷（熱）。其中，顯熱蓄冷（熱）是借助物質的比熱容，其內能可隨溫度降低或升高而儲存冷量或熱量，常見的儲存介質包括水、陶瓷、巖石等；潛熱蓄冷（熱）則是利用物質發生相變時，其內能產生的變化儲存冷（熱）量。工民建筑夜間用電需求會減少，蓄熱、蓄冷技術裝置就會將冷（熱）量儲存在水中或冰中，當建筑在白天的用電需求明顯增加時，蓄熱、蓄冷裝置就可將儲存在水中或冰中的冷（熱）量再次釋放出來，這不僅可有效保證暖通空調的有序、穩定運行，同時也可減少暖通空調制熱、制冷過程中所需消耗的能源，以加強生態環境保護，減少空調系統運行對大氣環境造成的污染。

2.5 工民建建筑抗震設計

2.5.1 根據工民建結構基本構造進行抗震設計

通常情況下，采用鋼筋混凝土框架結構的工民建筑是通過控制鋼筋混凝土構件的截面面積，配以最小配筋率進行抗震設計。其中，磚混結構建筑常用的構造方法為限制房屋高度、建筑層數和層高；在建筑橫縱墻內加用鋼筋混凝土構造柱，合理設置防震縫。經修訂后的工民建結構抗震設計規范中新增了強制性的條例，如要求建筑構造柱延伸至建筑頂部，與頂部圈梁緊密銜接在一起，拉結突出部分與主體結構形成一個整體，以增強建筑總體的承載力，提高結構剛度。

2.5.2 根據工民建結構性能目標進行抗震設計

地震發生時，建筑物有很高的安全性是工民建筑抗震設計的最終目標。為此，工民建結構抗震設計應以建筑物地區可能發生大地震烈度為主要設計標準，將建筑自身及內部未形成破壞作為抗震設計的最終目標，以確定工民建結構的抗震性能指標。同時，工民建結構的部分非抗震下部結構與基礎部位也需要具備一定的抗震能力，以便在地震發生時工民建結構處于可承受的彈性范圍。另外，設計人員也要高度重視工民建結構的抗風性能。受風壓影響，建筑水平振動極易降低建筑使用的安全性能，破壞建筑抗震構造的耐久性。為此，工民建結構應具備良好的性能指標，以達到更高水平的抗震設計要求。

2.5.3 根據建筑場地與規劃進行抗震設計

要保證工民建結構的抗震性能，就要將建筑建設在穩定性較強的場地，設置抗震層，并基于舒適、安全性能等角度對工民建結構的外部空間進行考慮，如鄰棟間距、建筑外觀等。在規劃設計工民建結構建設場地時，應在適應建筑上部結構位移等特點和性能等角度進行綜合考量。例如，工民建結構經長時間使用后會發生不同程度的位移，因此，在設計規劃結構建設場地時，要確保工民建結構可能發生移動的范圍內沒有任何障礙物。一般情況下，建議施工單位在工民建結構可能發生移動的范圍內設置建筑出入口。同時，為避免對過往行人和車輛造成傷害，方便人與車輛快速通過出入口，應在門前顯眼位置處設置相應的指示標記。

3 結語

科學的建筑設計方案會直接影響建筑整體質量，工民建建筑設計更加注重節能與環保設計。在自然與人為因素的基礎上、在先進建筑理念與施工技術的指導配合下充分彰顯現代化節能理念。嚴格按照《建筑節能與可再生能源利用通用規范》（GB 55015-2021）進行節能計算和碳排放計算。同時，工民建建筑設計也應高度重視建筑結構的抗震性能，以提高建筑結構剛度、承載力和延性為主要設計目標，在保證建筑結構簡單的基礎上，大大提升工民建結構的抗震等級，保障人民生命財產安全。