民用建筑结构设计应注意的事项

摘要：民用建筑结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计。提高民用建筑结构设计水平，确保建筑设计质量不断提升，以使民用建筑的结构设计工作做到更安全、更合理。本文介绍了民用建筑结构设计的的特点，并分析了民用建筑的结构体系，最后对民用建筑结构设计应注意的问题进行探讨。

关键词：民用建筑结构设计特点结构体系

中图分类号T：TU318文献标识码： A

民用建筑工程质量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。但在实际设计工作中，常常发生建筑结构设计方法上的差错，本文重点论述了民用建筑结构设计和地基设计，以避免减少这类似的情况发生，确保建筑结构设计质量能上一个台阶。

一、关于民用建筑结构设计的特点

1.水平力是设计主要因素，在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。在建筑结构设计中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2.侧移成为控制指标，与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比(A=qH4／8EI）。另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内。

3.抗震设计要求很高，有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要，高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义，从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

4.轴向变形不容忽视，采用框架体系和框架――剪力墙体系的建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

二、关于民用建筑的结构体系

1.框架一剪力墙体系，从结构体系上看由于它平面布置灵活，空间大，能适应较多功能的需要，当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替因此成为建筑的主要结构形式。但是，框架结构的侧向刚度较小，在一般节点连接情况下，当承受侧向的风力或地震作用时，将会有较大的变形。因此，限制了这种结构形式的建造高度和层数但是在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。

2.剪力墙结构体系，为了满足更高层数的要求，出现了较高层数的剪力墙结构。剪力墙结构具有良好的侧向刚度和规整的平面布置，按照功能要求，设置自下而上的现浇钢筋混凝土剪力墙，对抵抗侧向风力和地震作用是十分有利的，剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系因此它允许建造的高度远远高于框架结构。

3.筒体体系，筒体结构是近年来发展起来的新体系，凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，它的出现满足了高层建筑更高层数的要求，包括单筒体、筒体一框架、筒中筒、多束筒等多种形式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体结构具有很好的整体性和抗侧力性能，在平面布置和满足功能要求方而也有明显的优势，为众多高层和超高层建筑结构所采用。

三、关于民用建筑结构设计时注意的问题

1.结构选型，对于民用建筑结构而言，在设计的结构选型阶段应注意以下几点：

（1）结构的规则性问题，新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件。而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规的这些限制条件时必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

（2）结构的超高问题，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意。

（3）嵌固端的设置问题，不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构局部的经济性，由于高层建筑一般都带有地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，在这个问题上，结构设计工程师需要注意如下几个方面如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等。

2.地基与基础设计，对高层建筑来说，在抗震设计中，房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是地基基础整个工程造价的决定性因素，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。

3.结构计算分析

（1）首先基本选定结构方案后，紧接着就是高层结构设计的核心部分――结构计算，由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分内容进行了调整和改进，因此，对这一阶段比较常见的问题应该有一个清晰的认识。

（2）周期折减系数，在高层结构中设置了非结构的砌体填充墙，在结构计算时应考虑其对主体结构的影响。周期的折减应考虑到门窗洞口的设置对周期的影响，不同的结构类型和填充墙的多少也决定了周期折减系数的取值，而不能一概而论。

（3)振型数目是否足够，阵型数的多少与结构的层数有关，对振型的取值都有较为明确的规定。在新规范中增加了一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。因此,在计算分析阶段，根据规范要求对计算结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

总之，高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，高层民用建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较。否则任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。

参考文献：

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