浅析民用住宅的结构设计

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   摘要:随着现代社会的迅速发展,人们对设计的要求越来越专业化、多样化和社会化。一般设计单位不可能有许多专业部门,因此建筑师不但要精通自己的专业,还得掌握其他专业的知识,才能设计出令人满意的作品来。比如做小区规划必须与住宅设计同时进行,全面考虑住宅与群体组合、空间环境以及城市的关系;做住宅的室内设计还得全面掌握不同居住对象的使用要求,人们的活动规律和空间的有效利用。总之,设计人要熟悉设计对象,熟悉发展中的社会,一切从人的需求出发进行构思。本文介绍了民用住宅的结构设计的思想和设计细节,还对住宅结构的有关承受力做了理论性验算。
  关键词:民用住宅;结构设计建筑
  Abstract: with the rapid development of modern society, people on the requirement of design more and more professional, diversification and socialization. The general design units may not have many professional departments, so architects to master not only their own professional, still have to master the other professional knowledge, to design a satisfied work. Such as do district planning must and residential design simultaneously, overall consideration of housing and groups, space environment and the city of combination, the relations of the Do interior design of the residence still have to a comprehensive grasp of the different living object requests, people's activity rules and the effective use of space. In short, the designer must be familiar with the design object, familiar with the social, all from the conception of the needs of the people. This paper introduces the design of the structure of civil residence of thinking and the design details of residential structure of the relevant theoretical spins are checked.
  Keywords: civil residence; Structure design and construction of
  
  
  中图分类号:TU318文献标识码:A 文章编号:
  前言:
  住宅建筑工程与人们的生活和生产密切相关,建筑质量的好坏很大程度上与设计质量优劣有关。相对而言,住宅建筑设计工作繁重而又责任重大,直接影响到建筑物的安全性、舒适性、耐久性和经济性。住宅建筑是以居住为主要使用目的的建筑。当前,住宅建筑设计追求“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。
  一、 建筑设计
  1.1 建筑设计的要求和依据
  本设计满足用户正常生活的基础上,并为使用者提供良好舒适的环境;采用合理的技术措施,正确选用建筑材料,根据建筑空间组合的特点,选择合理的结构、施工方案,使房屋整体性较好,坚固稳定,经久耐用,建造施工方便;考虑建筑外型美观要求。建筑物不仅仅要满足人们正常使用的需要,同时还要很好的与周围的现有环境有机的结合起来,满足使用者对建筑美观的要求和需要,以达到视觉和精神上统一的效果;符合总体规划要求。设计要考虑人体尺度和人体活动所需的空间尺度,预留家具、设备的尺寸和使用它们的必要空间;结合所在地的气候特征。日照和主导风向通常是确定房屋制。为了提高建筑施工技术的水平,降低工程成本并提高房屋设计和建造的质量
  和速度,建筑设计应采用国家规定的建筑统一模数制。本建筑的柱距、开间、进深和层高等尺寸都采用3M的模数。
  1.2 建筑平面设计
  鉴于篇幅,本文选择有代表性的主体,卧房、起居室和厨房来展示设计构思。
  (1)卧室设计:卧室可分为主、次两种,功能有睡眠、休息、读写、储藏和化妆等。设计要点:面积满足人体活动、家具及使用家具所占空间、交通路线所占空间要求;形状采用矩形,以便灵活布置家具、施工和统一开间和进深,进深和开间之比要小于2;卧室宜布置在南向,两卧室之间不要互相串通形成套间,要通过门窗的设置组织良好的通风和采光;每户至少有一个卧室能获得冬至日满窗日照不少于1小時。
  (2)起居室设计:起居室俗称客厅,用于团聚、会客、娱乐,往往兼做交通的枢纽。设计要点:)空间设计原则是开放灵活、弹性利用、增强应变、突出个性、适于表现自我;起居室有一个或几个不设门的完整墙面以便布置沙发、茶几、饭桌、家用电器等家具陈设,在开间、进深尺寸上要与卧室、厨厕及楼梯间一起综合考虑。起居室在住宅套的布局中应处于住宅套的前部,靠近门厅、餐厅布置,应有直接采光和通风;保证起居室安定性,在平面设计中应尽量减少交通穿越干扰,起居室穿越交通最好角穿越或短边穿越;起居室设计应做到公私分明、动静分离、合理分区、尽量避免户内干扰。
  (3)厨房设计:厨房里的炊具设备包括:灶台、冰柜、水池和碗柜等,要求给排水管道相对集中,并采用现浇楼板,能直接对外开窗进行通风采光。厨房设计应满足炊事的设备及操作活动要求,并使操作者伸手弯腰的动作减少到最低限度;应充分考虑厨房通风排烟,利用主导风向组织穿堂风;厨房通风派风应与居室通风相分割开,避免厨房油烟气味对居室内干扰。
  1.3 剖面设计
  建筑剖面表示建筑物在垂直方向的房屋各部分的组合关系。剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、层数、建筑空间的组合和利用,以及建筑剖面中的结构、构造关系。住宅层高2.8m。对于易积水且经常用水冲洗的房间,如卫生间、厨房,室内地面应低于同层其它房间地面20mm,以防溢水;窗台的高度主要根据室内使用要求、人体尺度和家具设备的高度来确定,卧室、厨房窗台高度取0.9mm,窗台的构造处理上注意防水;楼梯间开间2.6m,进深5.4m,取h=175mm、b=280mm;底层:踏步数n=2450/156=14级;设为两跑楼梯n1=6、n2=8级;梯段宽B=1100mm;息平台宽D=1500mm;标准层:踏步数N=2800/175=16级。
  1.4 屋面排水设计
  混凝土屋面渗漏,应做到排水畅通,本工程屋面坡度为2%,落水洞口坡度为5%,并呈凹坑;屋面防水材料采用合成高分子、高聚物改性沥青等新型防水卷材。采用有组织排水。雨水管沿建筑物四周共8个,满足排水要求。雨水管直径为100mm,材质为PVC。
  二、 结构设计
  2.1 结构布置与选型
  本建筑设计使用年限50 年。活荷载资料如下,楼面活载均布活荷载标准值:2.0 kN/m2;厨房楼面均布活荷载标准值:2.0 kN/m2;浴室、卫生间楼面均布活荷载标准值:2.0 kN/m2;走廊、楼梯均布活荷载标准值:2.0 kN/m2 ;屋面均布活荷载标准值:非上人屋面:0.5 kN/m2。设计选用材料如下,混凝土:采用C30、C25;钢筋:纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB235;墙体:外墙、分户墙采用灰砂砖,其尺寸为240mm×120mm×60mm,重量γ=18 kN/m2;窗:钢塑窗,γ=0.35 kN/m2;门:木门,γ=0.2kN/m2。平面结构布置如图2-1所示。竖向结构布置图如图2-2所示。
  
  
  图2-1 结构平面布置图
  
  图2-2 竖向结构布置图
  三、 对设计进行安全性能验算
  3.1 框架柱截面尺寸设计
  假设结构的荷载设计值为12kN/m2,则底层中柱的轴力设计值为N=12×3.6×5.4×6=1399.68kN
  结构采用C30 混凝土, fc =14.3 N/mm2 假设柱截面尺寸b×h=400mm×400mm,则柱的轴压比为:
  
  故确定取柱截面尺寸为400mm×400mm。为了简化施工,各柱截面从底层到顶层不改变。
  3.2 框架梁柱线刚度验算
  工程采用现浇钢筋混凝土结构,对于中框架梁I=2I ,结构采用C30 混凝土Ec=3×10 4 N/mm 2。
  左跨梁:i左梁=EI/L=3.0×107×2×1/12×0.25×(0.5)3/5.4=2.89×104 kNm
  右跨梁:i右梁=EI/L=3.0×107×2×1/12×0.25×(0.5)3 /5.4=2.89×104 kNm
  A~C 轴底层柱:
  i底柱=EI/h=3.0×107×1/12 (0.4)4/4.65=1.37×104kNm
  其余各层柱:
  i 余柱=EI/h=3.0×107×1/12 (0.4)4/2.8=2.06×104kNm
  令i 余柱=1.0 , 其余各杆的相对线刚度为:
  i,左跨梁=2.89×104/2.06×104=1.4;
  i,右跨梁=2.89×104/2.06×104=1.4;
  i,余柱=1.37×104/2.06×104=0.66;
  框架梁柱的相对线刚度计算简图,如图2-3 所示。
  
  图2-3 梁柱相对线刚度
  3.3 地震荷载验算
  本工程设计为市郊的民用住宅楼,设计采用某市抗震设防标准,设防烈度为7 度,Ⅱ类场地,设计抗震分组为第一组。考虑边柱偏心力矩的影响,建筑高度为19.4 米,在地震作用下以剪切变形为主。结构的质量和刚度沿高度均匀分布,采用底部剪力法计算水平地震的作用。
  (1) 重力荷载代表值计算
  屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×雪荷载标准值。
  楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×楼面活荷载标准值。
  其中结构和构配件自重取楼面上、下各半层层高范围内(屋面处取顶层的一半)的结构及构配件的自重。
  ● 屋面处重力荷载标准值的计算:
  板自重=7.02×11.04×47.04=3645.64kN
  梁自重=1012.25kN
  柱自重=3×4.27×(20+23×2)=845.46kN
  女儿墙自重=3.5×(11.04+47.04)=203.28kN
  外墙自重=782.54kN
  G顶层=ΣG=3645.64+1012.25+845.46+203.28+782.54=6489.17kN
  ● 标准层楼面处重力荷载标准值的计算
  G 板=4.33×11.04×47.04=2248.66kN
  G 梁=1012.25kN
  G 柱=845.46kN
  G 外墙=782.54kN
  G标准层=ΣG=2248.66+1012.25+845.46+203.28+782.54=4792.4kN
  ● 底层楼面处重力荷载标准值的计算
  G 板=4.33×11.04×47.04=2248.66kN
  G 梁=1012.25kN
  G 柱=845.46×1.34=1132.92kN
  
  G 底=2248.66+1132.92+1048.6+1012.25=5442.43kN
  ● 屋面雪荷載标准值:
  G 雪=0.4×11.04×47.04=207.73kN
  ● 楼面活荷载标准值:
  G 活=2.0×11.04×47.04=1038.64kN
  ● 总荷载代表值计算:
  屋面处:G EW = G 顶层+0.5 G 雪=6489.17+0.5×207.73=6593.035kN
  楼面处:G Ei = G 标准层+0.5 G 活=4792.4+0.5×1038.64=5311.72kN
  底层处:G EI = G 底+0.5 G 活=5442.43+0.5×1038.64=5961.75kN
  3.4 风荷载计算
  (1) 风荷载标准值计算
  将计算单元范围内的外墙面上的分布风荷载,简化为等量作用于楼面处的集
  中风荷载,计算公式如公式2-1 所示:
  W=βΖμsμΖWo(hi+hj)B/Z
  μS―风荷载体形系数,本工程H/B=17.55/10.8=1.67<4,取μS =1.3
  μZ―风压高度变化系数,本工程建设地点为城市郊区,取B类地面粗糙程度;
  ω0―风荷载基本风压值;
  βZ― 风振系数。基本自振周期T1对于钢筋混凝土框架结构可用T1=0.08n
  估算,大约为0.64s~0.25s,应考虑风压脉动对结构的影响
  hi―下层柱高;
  hj―上层柱高,对于顶层女儿墙取墙高的2倍;
  B―值计算单元迎风面积宽度。B=3.6m
  风振系数:βZ=1+ξυψZ/μ Z
  ξ―脉动大系数,取ξ=1.18;
  υ―脉动影响系数,查表得υ=0.475;
  ψZ―振型系数,ψZ= Hi/H ;μZ―风压高度变化系数。
  计算过程如表2-1 所示:
  表2-1 各层楼面处集中风荷载标准值计算
  
  
  (2)风载作用下的位移验算
  位移计算时,各荷载值均采用标准值
  抗侧移刚度D 的计算如表2-2~2-3 所示:
  表2-2 横向A~C 轴2~6 层D 值计算
  
  表2-3 横向A~C 轴底层D 值计算
  
  四、总结
  住宅建筑设计工作繁重而又责任重大,直接影响到建筑物的安全性、舒适性、耐久性和经济性。因此,在新形势下研究住宅建筑设计技术就显得尤为重要。民用住宅设计形式灵活多样,因势而动。本文从安全、实用、规范、环境等多方面设计了本民用居民楼工程,只能起抛砖引玉的作用,对设计各部分数据的验算显示,设计合理、安全系数高,符合当前对民用住宅设计的总体规划和要求。
  参考文献:
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  建筑工业出版社.2005.7-24
  [2]孙家骥.民用建筑平面设计图集.GB50176-93.中国建筑工业出版社.1993
  [3]霍达,何益斌.高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社.2010
  [4]包世华.新编高层建筑结构.中国水利水电出版社.2009.
  
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