现代民用建筑结构设计的关键技术发展

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。本文就现代民用建筑结构设计的关键技术发展进行了深入的探讨，提出了自己的建议和看法，具有一定的参考价值。
关键词：现代民用建筑；结构设计；关键技术；发展
1.    前言
民用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,民用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。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。
2.现代民用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，梁，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。结构设计的内容由上可知为：基础的设计上部结构的设计和下部设计。
3.现代民用建筑结构设计的关键技术
3.1异形柱框架结构
（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、三角形等），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。但矩形柱用在民用建筑，尤其是民用建筑建筑中，随着建筑高度的增加，柱截面也随着增大，给房屋内部的布置及使用造成很多不便，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。
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）异形柱框架结构的计算
由于异形截面柱的受力特点及抗振性能与常用的矩形截面柱有很多不同之处,现阶段对这方面理论分析和试验研究的资料很少,目前的结构专业软件尚不能直接计算异形柱框架。因此在过渡阶段,笔者建议按如下两种方法计算。有限元法:利用现有的通用有限元计算程序(如SAP系列),按杆单元模型,将异形柱的实际截面面积及惯性矩等输入程序求出各柱单元的内力,然后按有关规范进行计算配筋。这种方法的计算模型简明可靠,计算精度高,但需要花大量时间进行数据准备,而且要求设计人员有一定的有限元知识。近似等效截面法:根据截面等惯性矩原则将异形柱等效成矩形柱,然后利用计算机程序(如TBSA5.0)进行计算,求出柱的内力,将矩形柱的内力加给相应位置的异形柱,手算求出异形柱的配筋。对于“T”形柱,根据混凝土规范有关“T”形截面的要求进行柱配筋计算;对于“L”形柱,按等宽翼缘对应于“T”形截面柱,进行计算,然后附加一个扭矩进行抗扭复核;对于“+”形截面柱,直接根据两个方向的内力及几何参数进行配筋计算。由于在内力计算时输入的截面积是一种等效面积,因此,需对异形柱的轴压比按其真实面积进行验算。此法省时省工,但计算精度较低,需对计算结果进行定性分析,并对结构进行概念设计。
3.2构造设计应注意的问题
混凝土收缩及温度变化引起的拉应力是沿板的整个厚度作用，所以特别强调上、下表面同时配置附加钢筋的必要性，GB50010-10.1.9条，根据国内、外工程经验给出板上、下表面每个方向的附加钢筋均不宜小于0.1％的建议。对于阳角房间、屋面所有板块，计算不配钢筋的部位另加抗温度、收缩分布钢筋，板厚120，φ6-200，板厚100，φ6-220。板厚120以下的、适宜的钢筋直径为8～12。
屋面天沟、雨蓬应考虑满水荷载，当天沟、鱼蓬深度超过500时，应在天沟、雨蓬侧板设泄水孔，此时水重可计至泄水孔底面，此外还须考虑找坡层的重量。
现浇板楼面，考虑在使用周期灵活布置轻质隔墙时，可将隔墙每米长自重的30％作为每平方米楼面的均布荷载标准值计算，且不小于1.0Kpa，其永久值系数可取0.5。现浇板内埋设设备暗管时，管外径不得大于板厚的1/3，交叉管线应妥善处理，并使管壁至板上下边净距不小于25mm。挑檐转角位于阳角时的加强配筋。挑檐转角位于阴角时的加强配筋。结构平面图中，所有受力构件都应相对于轴线标注定位尺寸（阳台、雨篷挑出长度、梁距轴线距离等）。连续跨梁配钢筋时，支座两侧的钢筋直径尽可能相同，以便钢筋穿过支座，避免两侧不同的钢筋都在支座锚固，造成节点钢筋过密，影响节点混凝土浇灌筑。
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。
3.4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。
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