探讨建筑结构设计应用论文

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

蒋宏
【摘要】近年来,随着我国经济建设和城市建设的飞速发展。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、耐久和经济性。在新形势下研究民用建筑设计技术就显得尤为重要。特别是社会对建筑使用功能和民用建筑防火功能的要求不断提高，许多诸如建筑防火设计与建筑使用功能设计和结构设计之间的矛盾不断出现，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。

【关键词】结构设计：民用建筑；应用
1 建筑结构设计优化方法的应用及实践价值
1.1 结构设计优化方法的应用。结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容．并应在满足设计规范和使用要求的前提下，要结合具体工程的实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。
1.2 结构设计优化方法的实践价值。笔者认为，在满足建筑结构长远效益的前提下。应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5％一30％。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调．并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径。
2 民用建筑结构设计与经济性的关系
2.1 结构设计与用地的关系多层或高层住宅建筑中，总建筑面积是各层建筑面积的总和，层数越多，单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就越少。但随着建筑层数的增加，房屋的总高度也增加，房屋之间的间距也必须增大。因此，用地的节约量并不随建筑层数的增加而按同一比例递增。
2.2 结构设计与造价的关系建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响，但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分，不管层数多少，都共用一个屋盖，并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此，屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分，各层共用基础，随着层数增加．基础结构的荷载加大，必须加大基础的承载力，虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低，但不如屋盖那样显著。承重结构，如墙、柱、梁等．随层数增加而要增强承载能力和抗震能力，这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。
2.3 高层住宅结构没计与经济性的关系住宅的层高直接影响住宅的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力。并使水卫和电气的管线加长。降低层高．可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。同时，除降低层高可以减少住宅建筑总高度，缩小建筑之间的日照距离，所以降低层高能也取得节约用地的效果。
在相同建筑面积时，住宅建筑平面形状不同，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形．外墙周长系数越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性，通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。
3 结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
3.1概念设计优化技术与建筑结构设计对于同一建筑方案。可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
3.2 概念设计处理的实际建筑设计问题概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏．消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的首要指导思想。
4 对现行民用建筑防火技术体系存在问题的分析
4.1 对民用建筑的分类标准尚需细化
目前的民用建筑防火技术体系中对民用建筑的分类，仅限于按使用功能和建筑高度(楼层)区分。对于不同类建筑的火灾危险特性．缺乏系统科学的分析判断标准。如同样是商场，经营服装、纺织品、家电等易燃、可燃商品的商场与经营五金、机械零配件的商场其火灾危险特性是不同的；而大型综合性超市与小型专卖店的日常顾客流量也有明显区别。
4.2 对防火分区面积、人员疏散宽度和内装修防火等内容的强制规定。造成防火设计与使用功能设计的诸多矛盾
4.2.1 现行民用建筑防火技术体系中对于防火分区的规定，对于许多大空间建筑防火设计来说，是一个非常棘手的难题。防火分区的划分需要用防火分隔物，而目前规范中规定的防火分隔物只有防火墙和防火卷帘．设置防火墙显然会影响使用功能，而设置防火卷帘对于净高很高的建筑来说难度也很大，而且大跨度、大面积的防火卷帘在火灾时能否正常运行也是—个未知数。
4.2.2 现行民用建筑防火技术体系中对于人员疏散宽度的规定，使许多人员密集场所如商场、餐饮建筑防火设计中难以做到。例如一个每层建筑面积5000M2的多层商场建筑，按现行规范计算的总疏散宽度约为16m．即应设置宽度为2m的楼梯8部，这对于寸土寸金的商业建筑来说，是令建设投资方难以接受的。
4.2.3 现行民用建筑防火技术体系对于内装修材料的防火要求，使许多新型装饰装修材料的应用受到限制，从而也就使建筑内部装饰装修的效果大打折扣。
4.3 对主动防火系统在建筑防火技术体系中的作用需重新定位
主动防火系统是指以自动灭火系统、火灾自动报警系统及联动控制、防排烟系统、安全疏散诱导和应急照明系统组成的、能够自动探测扑救初起火灾的建筑自动消防系统。在建筑防火中发挥着极其重要的作用。在现行建筑防火技术体系中，仅对某些重要建筑或建筑部位提出强制设置自动消防设施的要求，而未将其作为一项提升建筑总体防火能力或作为弥补以提高建筑物耐火等级，严格划分防火分区等为主要内容的建筑被动防火体系的手段，因而从某种意义上来说也就限制了其在建筑防火中的广泛应用，从而也就出现了在大量设置防火卷帘的建筑中，用于防火卷帘保护水幕的用水量远大于自动喷水灭火系统用水量这一极不合理的现象。
4.4 对以钢结构为代表的新型建筑结构形式防火技术要求缺乏系统有效的指导
随着我国建筑行业迅猛发展，大量以钢结构为代表的、集经济与建设速度快等特点于一身的新型建筑结构形式不断出现，同时也给建筑防火技术带来了新的难题。由于钢结构构件的耐火极限很低(约0.25h)，在火灾情况下钢结构建筑有可能会出现跨塌．因此如何提高钢结构建筑的耐火等级是钢结构建筑防火技术的关键。现行防火技术体系中对钢结构建筑防火手段仅限于对钢结构构件涂刷防火涂料、包敷不燃材料等简单措施，不仅效果不够理想，而且非常不经济。
5 解决民用建筑结构设计问题的几种途径及分析
现行建筑防火技术体系存在的诸多问题．给某些建筑工程的设计和消防审核验收工作带来了许多困难，目前解决问题的途径主是通过消防主管部门组织本部门和设计部门有关建筑防火专家对疑难问题进行研讨．提出修改、弥补．措施后形成会议纪要，以作为设计的依据。但这种方式存在以下两个方面的问题：一是法律地位问题。即专家组的讨论意见能否取代国家消防技术标准而作为设计和审核依据尚有争论；二是技术可靠性问题，专家凭个人的知识和经验提出的意见缺乏科学实验和论证作支撑。
首先是性能化防火设计的途径。性能化防火设计是于20世纪末兴起的一种全新的防火设计理念，与依据指令性规范的防火设计方式不同的是，它不是根据确定的，一成不变的模式进行设计．而是运用消防安全工程学的原理和方法制定整个建筑防火系统所应达到的目标，在对建筑进行火灾风险评估的基础上，寻找实现建筑防火安全的最佳方案。但这种途径同样存在两个方面的问题：一是法律地位问题，我国现行的建筑及消防法律法规中对性能化防火设计暂无明确规定；二是经济问题，性能化防火设计涉及大量的分析、计算、设计文件制作和专业评估。需要大量人力和物力投入，一般建设投资者难以接受。
最后是修订、完善现行防火技术体系的途径。考虑到我国的经济水平和建筑防火设计、审核技术力量，以强制性防火设计规范或防火设计指南为主要依据的建筑防火技术体系，在很长一个时期内仍将是适合我国国情的、较为切实可行的途径。但现行技术体系在实际应用中出现的种种问题。说明必须对其进行深入的修订完善。