民用建筑结构设计思路及注意事项研究

单洪翥，马金晔

（1.山东省建筑设计研究院有限公司，山东 济南 250000；2.山东建勘集团有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

通过整理现阶段有关民用建筑结构设计思路相关的文献可以发现研究这个领域的文献较少，刘静（2018）分析了民用建筑结构设计中的抗震设计，提出在设计建筑空间布局设计的时候要注意空间结构的均衡性、规则性以及整体性[1]。邵长军（2019）则分析了工业与民用建筑混凝土结构设计的办法研究，分析了结构要求、平面要求以及竖向布置[2]。此外，学者还分析了结构扭转、受力问题以及嵌固端的问题。但是从总体分析，民用建筑设计思路和民用建筑设计中关于注意事项的文献较少。基于此，论文将着重分析民用建筑设计思路和民用建筑设计中的注意事项。

1 民用建筑结构设计思路

1.1 合理选择计算模型

建筑结构设计的各个数值可借助计算模型求得，针对不同类型的建筑所需要选用的计算模型也不同，具体需要选择的计算模型需要依据实际情况来选定。例如，若民用建筑的地理位置处于多地震地带，如四川地区，那么最好选择正型分解的计算模型来对民用建筑的楼板进行数值计算，如图1 所示。运用计算构造方法，将构造节点连接起来，让节点之间保持在水平状态之下，相互制约和约束，这样也可以让彼此的连接更加真实可靠。

图1 常见民用建筑构造

1.2 整体运算

以民用建筑中常见的错层结构为例来分析，在错层结构中，抗震设计时建议不要简单将错开的楼层单独归为一个楼板，要在进行实地考察并对实际情况进行详细的分析之后，将分析模型对所处反应错层对楼面的影响考虑进去再进行设计。其中，在进行错层分析影响计算的过程中，也要严格按照《高层房屋建筑混凝土结构技术章程》中有关错层结构相关的规定来进行分析。在实际考察过程中，还应当将楼板刚度的消减问题考虑进去，楼板刚度对整个平面楼板所造成的影响应当在对结构进行整体计算的过程中，依据实际的情况来得出，通过运用合理的计算推论来建立计算模型，再将楼板的类型情况考虑其中，运用“膜”和“弹性板”的制定来设计模型的假设，通过分析楼层构造中空间状态的情况来进行模拟，进而确定定位，进而避免后期实际施工过程中可能会出现的意外情况，并准确找到结构应力薄弱的地方，以此来改变其后期可能出现突变的位置[3]。

1.3 手工校正

在进行民用建筑楼层结构设计时需要用到许多数据。首先，在四川地区需要考虑到双向地震的作用，在后期增加正形竖直时应当将其考虑进去得出计算结果。其次，在增加正形竖直的过程中，要结合实际的情况，保障错层结构的质量系数不能小于0.9。最后，还需要结合当下的实际情况来选择合适的选曲强和高度，比如所选择的曾经的刚度应当比以前的位移所承受的剪力可以避免计算带来的失误。因此，在使用这些数值进行计算的过程中不能只是机械地使用数据，还应当依据实际情况来进行分析。将计算出来的数据进行人为的校正，避免所选用计算方法带来的系统上的计算失误[4]。需要注意的是在随着时代的发展，很多人会选用人工智能软件来进行测量计算，可是实际上，使用人工智能测算也是会出现问题的，所以在计算之后需要进行检查和手工的校正。

1.4 结构计算软件的运用

在民用建筑当中，结构计算属于一项复杂的工作。在进行民用建筑中最为常见的错层结构计算的过程中，设计师一般会使用各类的软件来进行计算。例如，运用SATWE 软件来计算地震下的弹性系数问题，具体针对不同类型的民用建筑结构，也需要采取不同的程序软件来进行计算，比如很多建筑师会使用EPDA 程序来进行结构数值的计算[5]。通过这些方法不仅可以有效节省能力成本，还可以提高正确率，并且通过对比不同程序下所计算出来的结果，也可以帮助更好找到不同算法彼此之间的关系。进一步了解民用建筑的相关数据之后也可以帮助设计者对结构的相关数据以及所需要的参数有更深刻的认识和了解。

1.5 及时规避数值异常情况

通过对比分析，如果发现不符合实际的情况，则错层之中的无楼板的竖向构件要通过计算刚度和楼板的竖向构件来解决和处理。如果通过对比计算出来的结果不一致，即实际计算出来的结果很有可能会与实际情况不符[6]。面对这种情况，需要后期人为的校正操作和处理，如果后期手动校正之后，结果依旧不符合的话，那么需要对计算和测量的过程进行再三的确认和调整。一直调整和确认到出现准确的贴近实际的数值之后才可以通过。对于数值异常的情况要及时处理，直到解决数值异常的情况或者舍弃计算结果，不可以粗略跳过，会对后续一系列步骤产生恶劣影响。

1.6 构建判断

用民用建筑设计中最常见的错层结构为例来进行说明。在错层结构中，矮墙和短柱非常常见，但在实际计算这些数值的过程中，这些构造的识别难度很大，除此之外，因为这些构造遇到地震时是建筑中最容易受损的部分，整体的抗震能力较差，这也对设计者在设计矮墙和短柱时提出了更高的要求，要求设计者在设计之前需要进行实地勘察，对矮墙和短柱进行科学且合理的判断之后再进行设计。而对于民用建筑的具体构建问题的话，则需要进行严格的构建，并且在构建之后加强措施，以此来保障其整体的安全和稳定性。

2 民用建筑结构设计注意事项

2.1 截面尺寸的选择

在设计民用建筑结构的过程中，梁和柱的界面的尺寸选择和设计是框架结构设计的前提所在。对于框架结构的设计应当要满足相关规范的取值要求，还需要注意对于柱的线刚度和梁的线刚度两者选取的比值应当要大于1，这样所选择出来的截面尺寸不仅符合要求，还可以更好避免地震给其所带来的影响。针对界面尺寸的设计，需要谨记规范的要求“强柱弱梁强节点”的要求。所设计出来的截面尺寸应当符合这个要求。

2.2 框架计算简图不合理

在民用建筑结构设计的过程中，基础埋线比较浅的时候会容易出现现浇的框架梁柱，而针对这个问题则可以通过设计简图的方式来确定其底层柱的长度。在无地下室的混钢筋泥土的多层框架之中，针对独立基础埋线比较深的地方，建议最好是在0.05m 左右的地方设置基础拉梁，并且按照层的方式来进行输入。以学校的宿舍楼为例来进行讲解，宿舍楼暂定为需要修建三层的钢筋混凝土的结构框架，暂定为丙类的建筑，建筑的场地划分成为Ⅱ类，且楼层的高度暂定为3.3m，而基础埋深则为4.0m，基础高度则为0.8m，室内外的高度差定为0.45m。但是依据《抗震规范》中的相关规范，在八度地震区域内，该工程的框架结构应当定义为二级。所以设计者在设计的过程中，依据三层的框架来设计结构的话，那么首层结构的高度则应该选为3.35m，也就是假定框架房屋镶嵌在0.05 米处的基础拉梁的顶面断面以及配筋按构造来进行设计[7]。

基础则按照中心受压来进行计算。但是，这样的计算简图的方式并不是很妥当。原因有如下几点：首先，如果依据构造来进行设计，那么拉梁无法解决柱脚弯矩平衡的问题；其次，依据《混泥土结构设计规范》要求的相关规定，框架结构底柱的高度应当选取基础顶面乃至首层楼盖顶面的高度。而且依据工程设计的经验也可以知道，此类的框架结构的设计应当直接依据四成的高度来进行整体的分析和设计工作。即计算首层层高剪力的时候结果则为H1-4-0.8-0.05=3.15m。两层的高度为3.35m，而三层和四层的高度则为3.3m[8]。总的来说，因为受到各类因素的影响，在实际框架计算的过程会出现简图不合理情况，而针对此类现象需要将环境因素考虑进去。在设计拉梁层的时候，还需要比较底层柱的界面控制问题，并将地基的约束作用考虑进去，然后再计算简图，并且将电算程序的相关信息都输入其中，将地下室层填写为1，并在后期进行复算，然后按照两计算的结构将框架结构都包含在内。

2.3 框架柱配筋的调整

一般来说，民用建筑结构框架柱的配筋率都偏低，导致绝大多数点算出来的结构都适应于常见配筋，即使是按柱的构造配筋率也以0.8%居多，但是这也只相当于定额指标的三分之一到三分之二。对于有经验的设计者而言，使用这种方法的不多。并且，设计民用建筑时大多要将地震因素考虑进去，尤其是对于大开间和角柱以及大进深的边柱类的民用建筑，这类建筑属于双向偏心的平面框架，因为受到双向偏心压力的影响，电算程序会对其平面框架的配筋带来影响，也就会让原本的配筋率出现不足。而针对框架柱配筋调整的问题则可以从如下几点入手：

首先，选择最不利方向的框架来进行计算，也可以选择两个方向都进行计算之后对比各柱的配筋，并选择其中比较大的值和采用对称的配筋。

其次，则是要调整柱单边的钢筋的最小根数，比如对于柱宽小于等于450mm 的则为三根，而对于柱宽在450mm 和750mm 之间的则为4 根，在750mm 和900mm 之间的则为5 根。

然后，井框架柱的配筋系数方法1.2 到1.6 倍左右，并且脚柱则放大不小于1.4 倍，边柱则次之，中柱放大小倍数为1.2倍。

再者，考虑到多层结构在进行电算操作的过程中，没有考虑到温度应力以及基础不均匀沉降的问题，所以多层框架水平尺寸以及垂直尺寸会偏大，而为了解决这个问题，则可以适当放大框架柱的配筋，但具体要放大多少就需要依据实际的情况来判断。

最后，则是框架柱箍筋形式的选取，最好是选择井字形或者是菱形，这样可以更好增强箍筋对混凝土所造成的约束力量。而对于柱箍筋的直径则建议增加2mm。

2.4 框架梁、柱截面尺寸的调整以及斜截面配筋调整问题

框架梁、柱截面尺寸的调整要求具体为如下：

2.4.1 梁、柱截面尺寸的调整

设计人员应当依据相关书籍和规范的要求来选择梁和柱截面尺寸范围的选值，并结合自身的经验来确定相应构件的大小，如图2 所示。在确定构件大小的过程中需要尽可能将线刚度和梁线刚度的值考虑进去，考虑到了地震作用所带来的影响，这两者的数值要大于1。

图2 梁、柱截面尺寸的调整

2.4.2 梁端斜截面的配筋调整

在民用建筑的框架结构设计过程中，结构的应力设计应当考虑地震对框架架梁所带来的影响。一般情况下，为了保障民用建筑结构的安全性，民用建筑结构所设计框架的梁端的斜截面所能承受的承载力应当要高于其正截面所能承受的承载力，这也是人们俗语里经常提到的“强剪弱弯”[8]。在实际设计和调整梁端斜截面配筋的过程中，可以尝试通过如下四个途径来入手：（1）适当缩小梁端的负弯矩钢筋；（2）将梁跨中手拉钢筋系数适当放大，放大系数比建议在1.1 到1.3；（3）增加梁端箍筋的直径，增加长度大约在2mm 左右；（4）针对跨度大于6m 的民用建筑的结构建议设置钢筋。

2.4.3 在电算中准确且合理运用弯矩的调幅

在相关规范的要求之内，只有竖向力作用之下的梁端的弯矩是可以调整的，而水平力作用之下的梁端弯矩则是不允许直接调幅的。所以在计算的过程中，需要先将竖向荷载作用下的梁端的弯矩进行调幅，然后再将水平方向的荷载所产生的梁端弯矩进行叠加操作处理。并且在这种情况下，可以采取的方法为调解梁端固定的弯矩之后再进行力矩的分配；还有一种方法是将有力矩分配法所计算得到的梁端的负弯矩直接乘以调幅的系数来进行计算[9]。

2.5 其他注意事项

考虑到实际建筑的需要，结构框架需要进行梁外挑的设计，而且梁下还需要设置钢筋混凝土柱。针对柱的内力以及配筋的计算，设计人员需要综合考虑各类因素的影响，而对于受力的概念混淆，导致后续配筋的计算不到位，进而可能会导致水平荷载作用下承载力的不足，从而对民用建筑带来安全隐患。所以在实际结构整体计算过程中，设计人员的选择也是很重要的因素之一[10]。

3 结论

随着我国建筑行业的飞速发展，钢筋混凝土的使用变得越来越普遍，而且由这类材料所建筑的民用建筑结构整体的传力明确、整体性强、结构灵活且抗震能力强，在民用建筑结构中非常常见，被广泛应用。这类的建筑结构在形式上看上去比较简单，实际上，如果在设计的过程中考虑不周，会对建筑工程的建设造成不良影响。在进行民用建筑结构设计时需要注意截面尺寸的选择、框架计算简图不合理、框架柱配筋的调整和框架梁、柱截面尺寸的调整以及斜截面配筋调整问题。