关于高层民用建筑结构设计探讨

摘　要：本文以民用建筑结构设计为主题，根据笔者多年的工作经验，针对民用建筑结构设计原则、民用建筑结构新技术的发展等方面进行了浅要的探讨。
关键词：民用建筑；结构设计；分析
民用建筑工程质景的优劣直接关系到人们的生命安全。建筑质量的好坏主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。相对而言，建筑设计是一项繁重而又责任重大的工作，直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。因此，在进行民用建筑结构设计时，一定要严格控制设计质量。
　　1.建筑结构设计的概念及内容
　　结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结
构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础，墙。柱，粱，板。楼梯，大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。在我国现阶段的民用建筑，大多部分都是使用钢筋混凝土结构，民用建筑的结构体系有剪力墙结构、框架结构、框架剪力墙结构等，这里的剪力墙结构和框架剪力墙结构在民用住宅建筑中使用较多。下面我将介绍这两种结构。
　　(1)剪力墙结构
　　剪力墙结构使用的是钢筋混凝土墙板，用它来代替框架结构中的梁柱，剪力墙结构是竖向承重以及抵抗侧力的，并且用这种钢筋混凝土墙板来承担竖向以及水平力的结构。这种结构一般情况下采用的是平面布置形式，因为有剪力墙受竖向荷载以及水平荷载的共同作用，剪力墙应该呈现双向或多向的布置。由于此结构所有的都是由剪力墙组成，所以说此结构的刚度比框架剪力墙结构的刚度更结实，大部分用于40层以下的比较高的商业、住宅建筑等。还有一点就是结构的高宽比不应大于6，并且它的高度应该考虑到抗震的要求。
　　(2)框架剪力墙结构
　　框架剪力墙结构是由剪力墙和框架组合而成的结构体系。其中大部分的水平方向的荷载是由剪力墙来承担的，竖向的荷载是由框架来承担的，二者都受到力的作用，分工合理。剪力墙应该均匀的布置在建筑物的周边、电梯间的附近、平面形状变化较大以及竖向的荷载较重的部位。因为该结构是以框架结构为主的，剪力墙结构为辅助，所以说，此结构体系适合用于25层以下的建筑物，并且最高的也应该小于30层。

　　2.结构概念设计的原则
　　2.1经济性原则
　　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经济性原则。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。概念设计是依据理论知识与工作经验，结合建筑功能要求与建筑工程条件，在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系的定性设计方法。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。
　　2.2用户空间个性化原则
　　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的空间划分与楼梯和楼梯间、建筑分户墙、外墙或固定的厨房。竖向受力构件的布置时，应使其与电生间隔墙结合设置，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；楼板的设计，也必须考虑隔墙位置的调整。
　　2.3综合性原则
　　在进行结构设计时，应该遵循的第一个原则就是综合考虑的原则，要巨无细遗的考虑到建筑设计中的方方面面，包括建筑结构和施工方面的考虑，从整体到局部都要进行很好的把握，更不能忽视他们之间的关系，还有建筑完成后带给使用者在视觉感受、功能使用方面、成本预算方面等的考虑。从实际出发，结合当地的地域性特点，根据建筑即将坐落地区的自然条件、人文条件、历史文化、资源和材料限制等方面从现实的角度考虑建筑的结构概念。
　　民用建筑拥有自己的自重特点，要从减轻自重的原则出发，建筑结构所承受的荷载大部分都是来自建筑物本身的自重，减轻自重也就减轻了结构的负荷。要让建筑结构合理受力，荷载均匀分布，多跨连续、空间作用、刚性连接、超静定的受力系统都可以使结构的受力状况均匀分布，分析结构的受力状况时，还要从各部分结构构件的直接受力状况和整体结构的宏观受力状况分析。材料尽可能的选用以轴向应力为主的受力状态，合理的组织构件的截面。
优先选型，就是要优化结构体系，根据实际条件优化选择合适的基本构件，并确定他们的联系，确定构件的基本支撑做法。
　　2.4高层民用建筑结构的抗震设计原则
　　现代化的民用建筑都已开始向高层化趋势发展。所谓高层民用建筑，我们完全看以把它想成是一个从地面抛向空中的悬臂挂件，它的高度就决定了这种建筑承受的水平的和竖向的荷载都要强于一般建筑物，对他的抗弯矩和抗剪力的能力在概念设计阶段就要考虑细致，民用建筑特殊的受力特点不同于低层建筑，高度越高，水平荷载越强，例如地震和风力产生的作用就会越强，因此在地震强区若想建造民用建筑，就必须要保证所有的结构，包括结构细部都具有足够的刚度和强度，还必须具有很强的抗震能力。在框架结构体系中，梁柱的节点是这种结构体系的组合点，因此在增强抗震能力的环节中，节点也就成了关键部件，如果梁柱节点遭到破坏，那么框架结构的剪切脆性就会破坏，在节点处相交的梁和柱就会失效，“强柱弱梁”、“强节点弱构件”、“强剪弱弯”的设计原则，可以保证框架结构体系在地震的压力下还能保证足够强的延性和承载力，构造配筋、柱的轴压比，还有截面尺寸的选择，都可以影响到框架结构的抗震能力，尤其是对于节点的构造措施。建筑的平面形状也在很大程度上影响着建筑结构的抗震能力，平面形状越规正，抗震能力就会越强，所以在进行民用建筑设计时，尽可能的避免过大的外延或者是内收。

　　3.民用建筑中结构的新技术发展
　　3.1钢结构民用建筑的推广
　　随着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士结构相比，在民用建筑建筑中应用主要有三个优点：①由于钢材强度高的特点，民用建筑设计 可采用大开间布置。而砖混结构和钢筋混凝土结构由于材料的性质，限制了空间布置的自由。如果结构跨度过大，就会造成构件尺寸加大，不但影响美观，而且造成结构自重增大，增加了造价。②民用建筑采用钢结构体系产生的综合经济效益较好。由于钢结构民用建筑自重轻，约为砖混结构的65％，因此减少了土、沙、石的用量。不仅适用于软弱地基，在其他地基条件下，也同样可以大大减少基础造价。钢结构民用建筑施工周期短，可以大大提高投资效益，加快资金周转。③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”字形等。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，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，我国民用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。
　　结语：
　　通过本文对于民用建筑结构设计的探讨，对于民用建筑结构设计又有了新的认识。但在实际的设计施工操作时，又面临着诸多不定性因素的影响。这就要求设计师在遵循设计规范的条件下，对结构设计方案进行有效地创新和完善，从而设计出满足客户要求的高质量民用建筑。
参考文献：
[1] 李济南．浅谈民用建筑结构设计[J]．江西建材，2006，第四期．
[2] 黄雄辉．民用建筑结构设计与相关问题分析[J]．科技创新导报．2009，第二期．