论文部分内容阅读
摘 要：民用建筑是以居住为主要使用目的的建筑。当前，民用建筑设计追求“以人为本”，这就要求结构设计人员设计思想的开拓和设计方法的创新。
关键词：现代民用建筑；结构设计；推广应用
1 民用建筑对结构设计的新要求
1．1 材料和资金的节省
因土地、能源和材料价格的持续上涨，开发商要求设计单位必须注意材料和资金的节约，这一点符合结构设计的指导思想“安全适用，经济合理”。要从根本上做到经济，结构设计人员必须把握好民用建筑结构的概念设计。概念设计主要依靠结构工程师自身的经验、悟性、判断力和创造力，从整体上把握和控制结构体系的各项性能，对内力异常的构件或部位应从明确的结构概念出发进行分析和处理，并对计算结果分析判断其合理性，满足规范要求后方可用于工程设计。一幢民用建筑的设计没有经过正确的概念设计，是难以实现效果最好、造价最低的结构方案的。
1．2 民用建筑的高层化
高层民用建筑与其他高层建筑最大的不同在于业主对于房屋基于居住目的的功能诉求，如采光、通风、居住面积与层高、振动舒适度等。一梯多户的建筑如何让更多的户型能够南向采光?单体设计中怎样提高建筑的卫生防疫性能?如何设置共享的空中庭院使住户不出门即可感受室外的自然景观?这些现实问题迫使设计师们开始大胆地尝试。于是高层民用建筑的结构体型变得日趋复杂，如平面的不规则、竖向收进与悬挑、结构连体、大底盘多塔、错层等等。结构设计师要解决这些复杂的技术难题，必须依靠结构设计理论的不断发展和创新，以及结构计算分析软件的开发和应用。
1．3 户型内部空间个性化
业主具有个性化的思维方法和审美意识，不同时期住户对建筑空间有不同的要求。在结构设计上应考虑让住户拥有建筑内部空间划分的权利，楼板的设计，考虑隔墙位置的调整；竖向受力构件的布置时，应使其与房间隔墙结合设置，避免在户型内部其他部位出现。这样既在开间和进深两个方向保留了较大的灵活性，也充分利用了承重墙隔声好的性能。同时外墙部位的梁、柱、墙的设置，要为窗户的灵活布置创造条件。
2 现代民用建筑结构设计的特点
2．1 整体的计算力求平面立面的完美
图1为纯矩型板式民用建筑楼，其平面形式为两梯六户，其中有四个单元的房间有间接采光，厨房无阳台。这样的民用建筑户型，房间光线偏暗，用起来多有不便，平面、立面缺乏变化，但它的整体计算运行完好，无超限现象。
图2为新型板式楼，其特点在于它融合了点式楼的特点，立面上不为单一的一个平面，既有点式楼的凹凸进退，又有板式楼的主要房间为南向采光的特点；从平面布局上看，虽也为两梯六户，但间接采光无阳台仅两户，比单一的矩形平面既有立面上的多变，又有平面上的优势。
主要是由于平面凹凸不平造成结构刚度不均匀，形成一定的扭矩而造成的。为了克服这种不均匀现象，在结构整体计算方面采用如下的方案措施：把整体化为两个独立的结构单体，单体平面如图3单元(A)、单元(B)所示。
2．2 局部构造突出建筑功能
图1、图2两平面图中都标有起居室，其功能不单为了方便休闲，还有一重要功能，作为家庭健身房，它的平面大小可容纳一个家庭健身器。结构平面布置见图3单元(A)、单元(B)所示。这样楼板既隔音防振，又不失去楼板的刚度，充分发挥了跃层的建筑功能。总之，无论建筑造型如何多样化、复杂化，结构方案的确定都应具体情况具体分析，从整体到局部加以简化，使之整体受力明了化，局部构造具体化，特殊的受力部位特殊处理，使建筑精巧的构思、创新的造型真正体现出它的完美性和理想性。
2．3 异形柱框架结构
2．3．1 异形柱框架结构的基本形式
在结构设计中，原则上要求框架结构的柱采用矩形柱(除非建筑专业有特殊要求可采用其他截面形式，如圆形、梯形等)，矩形柱有良好的受力性能，计算理论比较完善，传力途径明确，而且在长期的工程实践中积累了大量的经验，使得矩形柱的计算模型及理论更加接近实际。图4为一幢十一层全现浇框架结构民用建筑（非抗震区），采用矩形柱为600×600mm，外墙200mm厚与柱外皮平，内墙200mm厚，对于每一户柱在室内突出部位占掉使用面积的0．5%，加上后期住房的装修，造成使用面积的浪费较大。近年来采用的异形柱框架结构就可以解决这个问题(图5)。
所谓异形柱框架就是根据墙体布置情况，将柱截面做成“L”“T”“+”形，也有采用“Z”形。“L”形多用于墙的转角部位，“T”形截面多用于纵横墙交接处，柱肢宽度最适宜用与墙体相同的厚度，使得柱表面与墙体表面平齐。
2．3．2 异形柱框架结构的计算
由于异形柱截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按砼设计规范计算，特别是在框剪，框筒结构中，对6度及其以下烈度区的Ⅰ、Ⅱ类场地，框架柱只承担水平风载的一小部分，如按一般偏压柱计算，误差较小。在异形柱布置时应注意偏心，转角的应用；在TAT或SATWE计算时，要了解异形柱的刚度计算、刚域计算、整体内力到柱肢内力的分配计算，尤其是轴力的分配计算问题、以及异形柱配筋计算；在绘施工图时，要了解异形柱的构造要求，角点筋的配置，架立分布筋的设置等。
3 民用建筑中结构的技术推广应用
3．1 钢结构民用建筑的推广
我国钢铁工业的迅猛发展，为建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。钢结构与砖混结构和混凝土结构相比，在民用建筑建筑中应用主要有三个优点：首先，由于钢材强度高的特点，民用建筑设计可采用大开间布置。最后，钢结构建筑具有较高的性价比，有利于环境的可持续发展、适宜产业化发展，极具发展前途，可带动钢铁产业和新型材料产业的发展。
3．2 短肢剪力墙的广泛应用
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度5～8倍的剪力墙结构。其吸收了框架结构的优点，发展形成的民用建筑结构型式。常用的短肢剪力墙有“T”字型、“L”字型、“十”字型“一”字型等。在这种结构里剪力墙能结合建筑平面，利用间隔墙位置灵活布置，可选择的方案较多，能避免与建筑使用功能发生矛盾。而连接各墙的梁，随墙肢位置也可隐蔽设于间隔墙竖向平面内。短肢剪力墙结构里剪力墙数量的多少，墙肢的长短，主要由结构抗侧力的需要而决定。这种新的结构克服了普通框架和普通剪力墙结构的一些缺点，得到了建筑师、开发商和广大住户的肯定与欢迎。
3．3 预应力混凝土大板结构技术的应用
预应力大板结构是在柱与柱之间布置明梁，楼板采用预应力大板，并在预应力大板上直接布置隔墙的结构体系。若这种大板配合预应力宽扁梁使用，则能更大限度的提升楼层净高，如9米跨的预应力宽扁梁可以比普通预应力梁及普通混凝土梁高度分别减少200mm和350mm，对于底部需要大柱网、大空间的多功能商住楼常设置结构转换层。随着预应力技术的逐渐成熟，预应力材料及施工费不断下降，我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多。预应力大板结构在建筑上避免了室内难看的次梁景观，使住宅的建筑平面布置更加灵活，有利于二次装修时室内布局的改造，满足了住户个性化要求。
参考文献
[1]徐培福主编.复杂高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社，2005
关键词：现代民用建筑；结构设计；推广应用
1 民用建筑对结构设计的新要求
1．1 材料和资金的节省
因土地、能源和材料价格的持续上涨，开发商要求设计单位必须注意材料和资金的节约，这一点符合结构设计的指导思想“安全适用，经济合理”。要从根本上做到经济，结构设计人员必须把握好民用建筑结构的概念设计。概念设计主要依靠结构工程师自身的经验、悟性、判断力和创造力，从整体上把握和控制结构体系的各项性能，对内力异常的构件或部位应从明确的结构概念出发进行分析和处理，并对计算结果分析判断其合理性，满足规范要求后方可用于工程设计。一幢民用建筑的设计没有经过正确的概念设计，是难以实现效果最好、造价最低的结构方案的。
1．2 民用建筑的高层化
高层民用建筑与其他高层建筑最大的不同在于业主对于房屋基于居住目的的功能诉求，如采光、通风、居住面积与层高、振动舒适度等。一梯多户的建筑如何让更多的户型能够南向采光?单体设计中怎样提高建筑的卫生防疫性能?如何设置共享的空中庭院使住户不出门即可感受室外的自然景观?这些现实问题迫使设计师们开始大胆地尝试。于是高层民用建筑的结构体型变得日趋复杂，如平面的不规则、竖向收进与悬挑、结构连体、大底盘多塔、错层等等。结构设计师要解决这些复杂的技术难题，必须依靠结构设计理论的不断发展和创新，以及结构计算分析软件的开发和应用。
1．3 户型内部空间个性化
业主具有个性化的思维方法和审美意识，不同时期住户对建筑空间有不同的要求。在结构设计上应考虑让住户拥有建筑内部空间划分的权利，楼板的设计，考虑隔墙位置的调整；竖向受力构件的布置时，应使其与房间隔墙结合设置，避免在户型内部其他部位出现。这样既在开间和进深两个方向保留了较大的灵活性，也充分利用了承重墙隔声好的性能。同时外墙部位的梁、柱、墙的设置，要为窗户的灵活布置创造条件。
2 现代民用建筑结构设计的特点
2．1 整体的计算力求平面立面的完美
图1为纯矩型板式民用建筑楼，其平面形式为两梯六户，其中有四个单元的房间有间接采光，厨房无阳台。这样的民用建筑户型，房间光线偏暗，用起来多有不便，平面、立面缺乏变化，但它的整体计算运行完好，无超限现象。
图2为新型板式楼，其特点在于它融合了点式楼的特点，立面上不为单一的一个平面，既有点式楼的凹凸进退，又有板式楼的主要房间为南向采光的特点；从平面布局上看，虽也为两梯六户，但间接采光无阳台仅两户，比单一的矩形平面既有立面上的多变，又有平面上的优势。
主要是由于平面凹凸不平造成结构刚度不均匀，形成一定的扭矩而造成的。为了克服这种不均匀现象，在结构整体计算方面采用如下的方案措施：把整体化为两个独立的结构单体，单体平面如图3单元(A)、单元(B)所示。
2．2 局部构造突出建筑功能
图1、图2两平面图中都标有起居室，其功能不单为了方便休闲，还有一重要功能，作为家庭健身房，它的平面大小可容纳一个家庭健身器。结构平面布置见图3单元(A)、单元(B)所示。这样楼板既隔音防振，又不失去楼板的刚度，充分发挥了跃层的建筑功能。总之，无论建筑造型如何多样化、复杂化，结构方案的确定都应具体情况具体分析，从整体到局部加以简化，使之整体受力明了化，局部构造具体化，特殊的受力部位特殊处理，使建筑精巧的构思、创新的造型真正体现出它的完美性和理想性。
2．3 异形柱框架结构
2．3．1 异形柱框架结构的基本形式
在结构设计中，原则上要求框架结构的柱采用矩形柱(除非建筑专业有特殊要求可采用其他截面形式，如圆形、梯形等)，矩形柱有良好的受力性能，计算理论比较完善，传力途径明确，而且在长期的工程实践中积累了大量的经验，使得矩形柱的计算模型及理论更加接近实际。图4为一幢十一层全现浇框架结构民用建筑（非抗震区），采用矩形柱为600×600mm，外墙200mm厚与柱外皮平，内墙200mm厚，对于每一户柱在室内突出部位占掉使用面积的0．5%，加上后期住房的装修，造成使用面积的浪费较大。近年来采用的异形柱框架结构就可以解决这个问题(图5)。
所谓异形柱框架就是根据墙体布置情况，将柱截面做成“L”“T”“+”形，也有采用“Z”形。“L”形多用于墙的转角部位，“T”形截面多用于纵横墙交接处，柱肢宽度最适宜用与墙体相同的厚度，使得柱表面与墙体表面平齐。
2．3．2 异形柱框架结构的计算
由于异形柱截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按砼设计规范计算，特别是在框剪，框筒结构中，对6度及其以下烈度区的Ⅰ、Ⅱ类场地，框架柱只承担水平风载的一小部分，如按一般偏压柱计算，误差较小。在异形柱布置时应注意偏心，转角的应用；在TAT或SATWE计算时，要了解异形柱的刚度计算、刚域计算、整体内力到柱肢内力的分配计算，尤其是轴力的分配计算问题、以及异形柱配筋计算；在绘施工图时，要了解异形柱的构造要求，角点筋的配置，架立分布筋的设置等。
3 民用建筑中结构的技术推广应用
3．1 钢结构民用建筑的推广
我国钢铁工业的迅猛发展，为建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。钢结构与砖混结构和混凝土结构相比，在民用建筑建筑中应用主要有三个优点：首先，由于钢材强度高的特点，民用建筑设计可采用大开间布置。最后，钢结构建筑具有较高的性价比，有利于环境的可持续发展、适宜产业化发展，极具发展前途，可带动钢铁产业和新型材料产业的发展。
3．2 短肢剪力墙的广泛应用
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度5～8倍的剪力墙结构。其吸收了框架结构的优点，发展形成的民用建筑结构型式。常用的短肢剪力墙有“T”字型、“L”字型、“十”字型“一”字型等。在这种结构里剪力墙能结合建筑平面，利用间隔墙位置灵活布置，可选择的方案较多，能避免与建筑使用功能发生矛盾。而连接各墙的梁，随墙肢位置也可隐蔽设于间隔墙竖向平面内。短肢剪力墙结构里剪力墙数量的多少，墙肢的长短，主要由结构抗侧力的需要而决定。这种新的结构克服了普通框架和普通剪力墙结构的一些缺点，得到了建筑师、开发商和广大住户的肯定与欢迎。
3．3 预应力混凝土大板结构技术的应用
预应力大板结构是在柱与柱之间布置明梁，楼板采用预应力大板，并在预应力大板上直接布置隔墙的结构体系。若这种大板配合预应力宽扁梁使用，则能更大限度的提升楼层净高，如9米跨的预应力宽扁梁可以比普通预应力梁及普通混凝土梁高度分别减少200mm和350mm，对于底部需要大柱网、大空间的多功能商住楼常设置结构转换层。随着预应力技术的逐渐成熟，预应力材料及施工费不断下降，我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多。预应力大板结构在建筑上避免了室内难看的次梁景观，使住宅的建筑平面布置更加灵活，有利于二次装修时室内布局的改造，满足了住户个性化要求。
参考文献
[1]徐培福主编.复杂高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社，2005