民用建筑结构设计

关于民用建筑结构设计的探讨
摘要：随着近年来房地产业的高速发展，人们对住宅和办公条件的要求越来越高，使得民用建筑的功能日趋复杂化和多样化，本文先介绍民用建筑的结构选择方案，再介绍现代民用建筑结构节能的手段。

希望可以给相关工程人员带来有用的启示。

关键词：民用建筑；建筑结构；结构设计
中图分类号：tu318 文献标识码：a文章编号：
1.民用建筑结构设计方案
1.1结构体系的选择
结构体系的选择，不仅要从满足建筑的使用功能出发，节约投资考虑，更主要的是取决于建筑的高度，即取决于建筑层数的多少。

建筑层数越多，高度越高，则由于风力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。

目前多层和小高层钢结构建筑常用的结构体系有以下几种：
1.1.1纯框架结构体系
纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。

框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀。

框架结构有较大的延性，自振周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好。

但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，因此不宜建的太高。

1.1.2框支结构体系
纯框架在风、地震荷载作用下，侧移不符合要求时，可以采用带
支撑的框架，即在框架体系中，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。

在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接，形成一个支撑芯筒。

采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构，能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度，可以明显减小建筑物的层间位移。

1.1.3框架剪力墙结构体系
在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于40至60层的高层钢结构。

当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间和卫生间）周围设置，就形成框架多筒体结构体系。

这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度，成为主要的抗侧力构件，承担大部分水平荷载，钢框架主要承受竖向荷载。

1.2民用建筑楼面结构
多层轻钢建筑楼板必须有足够的刚度、强度和整体稳定性，同时应尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重，并提高施工速度，组合楼盖是常用的楼盖之一。

到目前为止，组合楼盖主要有以下三种形式：
(1)压型钢板组合楼盖，其下表面凹凸不平，在民用建筑中需做吊顶，造价较高；
(2)现浇整体组合楼盖，其整体性能好，但需要支模板，施工速度慢；
(3)钢－混凝土叠合板组合楼盖，其整体性好，还能节省支模和吊顶的费用。

在组合楼板的应用中，为使楼层高度减到最小，提供更大的无柱空间，现在的趋势是把楼板和钢梁合为一体，形成组合扁梁楼盖。

1.3支撑和剪力墙形式
多层框架钢结构体系的侧向刚度较弱，随着层数的增加，为了抵抗水平地震作用，减小层间错移，常在墙体内布置垂直支撑，为了方便门窗开洞，支撑形式可以灵活采用，如x型、单斜杆型、k型、m型、w型、v型和人型等。

建议多采用偏心支撑，因其在地震作用下具有较好的延性和耗能性能。

剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。

钢筋混凝土剪力墙刚度较大，地震时易发生应力集中，导致墙体产生斜向大裂缝而脆性破坏。

为避免这种现象，可采用带缝剪力墙。

钢板剪力墙是以钢板做成剪力墙结构，与钢框架组合，起到刚性构件的作用。

2.民用建筑结构节能
2.1民用建筑结构节能的技术原理
民用建筑的围护结构主要指墙体、屋面、窗户(玻璃幕墙)、外遮阳设施等。

建筑物围护结构的作用是防热御寒，使室内受到遮护，形成温暖、舒适的环境，以不受室外气候变化的影响。

房屋内外的
热流方向在冬季和夏季截然不同，但都要求外围护结构具有绝热的性能，使流出或流入的热量减少。

为了降低建筑能耗，在减少建筑物冬季空气渗透耗热量和夏季空气渗透得热量的前提下，尽量利用太阳辐射得热和建筑物内部得热。

建筑的围护结构直接影响民用建筑的能耗，据调查，围护结构的耗热量占建筑采暖热耗的1/3以上。

因此，对于民用建筑物来说，节能的主要途径是：应从墙、门、窗、顶等围护结构着手，通过逐步优化围护结构设计，尽量减少其能量散失，更好地满足保温、隔热、透光、通风等各种需求，达到最佳的节能效果。

2.2民用建筑规划阶段的节能设计
在民用建筑规划阶段，节能设计应慎重考虑建筑物的朝向、布局、体型、间距、绿化配置等因素对节能的影响。

在朝向方面，从节能和热环境两方面考虑，建筑物应选择在向阳、避风的地段，避免东西向，以南北向或接近南北向为好，对争取日照有利。

如果不能为南北向，将主要房间设在冬季朝阳和背风的方向，以减少围护结构散热量的影响。

在建筑布局方面，应建立气候防护单元，形成优化微气候的良好界面。

节能建筑的形态要求体形系数小(即建筑物外表面积与其所包围的面积之比)，尽量减少建筑物的外表面积。

建筑物平面形式应平整、简洁，外形应选用长条型，避免使用凹凸面过多、体型复杂的塔式建筑。

在节能规划中，不宜采用点式住宅和单元式住宅错位拼接，以防止形成较长的外墙临空长度而不利于节能。

同时，还应注意建筑间距与节能的关系，间距的确定首先要以
能满足日照间距的要求为前提，使建筑南墙的太阳辐射面积在整个采暖季节中不因其他建筑的遮挡而减少。

2.3民用建筑结构节能的主要措施
2.3.1墙体节能措施
墙体的主要功能是承重、防水、防潮、隔热、保温，是建筑外围护结构的主体。

对于一定体积的建筑物来说，其体形系数越大，越容易散热。

从节能角度讲，体形系数应尽可能地小。

在节能的前提下，应推广使用复合墙体技术，即将保温材料与基层墙体复合，构成复合保温墙体。

复合墙一般用砖或钢筋混凝土作承重墙，并与绝热材料复合；或用钢、钢筋混凝土框架结构，用薄壁材料夹以绝热材料作墙体。

采用墙体复合保温节能措施时，最主要的是保温层不宜过厚，过厚应采取钢丝网加固等相应措施。

同时，对保温材料的耐候性，以及保温体系的抗裂、防火、拒水、透气、抗震和抗风压性能等都有较高的要求。

墙体复合保温方式主要包括内保温和外保温两种。

外保温即保温材料在墙体的外侧，有利于室内水蒸汽通过墙体向外散发，可避免墙体受潮，对保护建筑结构有利，能够延长建筑物的使用寿命，墙体可以作为蓄热材料且能解决维护结构通常存在的冷桥问题。

其特点热稳定性好，室内温度调节的速度慢，适用于连续采暖、空调的房间。

相比较而言，推荐外保温作为墙体保温的首选措施。

2.3.2门窗节能措施
门、窗是薄壁的轻质构体，由玻璃、型材组成，是耗热的薄弱环
节，相对墙体而言，门、窗的保温隔热性能很差，大量的热量通过窗户是双向流动的。

普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物夏季降温及冬季保温能耗的50%以上，所以改善其绝热性能是节能的重点。

门窗缝隙是冷风渗透的主要通道，为了减少能耗，可选用气密窗、中空玻璃、塑钢门窗、密闭保温性能好的防盗门、新型外墙保温材料来达到节能效果。

在选用玻璃品种时，应根据采暖费用、空调设备的价格和制冷的比较来选择合适的玻璃品种，并从各种玻璃的太阳能阻隔特性和导热性、等方面去比较其节能效果，选择热反射玻璃、吸热玻璃、中空玻璃和低辐射玻璃等，以提高玻璃的气密水平。

窗框材料对中空玻璃的性能影响较大，近年来，单框双玻彩板钢窗、聚氯乙烯塑料门窗和铝合金窗，以其良好的保温性和气密性，得到了较为广泛的应用。

2.3.3屋顶节能措施
近年来，在城市建设和居住小区建筑设计运用各种不同色彩、不同坡度的屋顶形成了建筑风格多样化，一方面，不仅满足了人们不断提高的审美情趣需求，另一方面，坡面屋顶有良好的保温隔热性能，又能避免因温度变化过大，导致屋面结构产生较大变形引起的顶层墙体开裂，提高了建筑物的抗震能力，从而保证了墙身的整体性。

在节能建筑中，应提倡采用坡面屋顶。

目前，用于屋顶保温的各种材料的开发和应用发展较快，保温材料有或整体的、块状的或松散的。

屋顶保温层不宜选用密度较大、
导热系数较高的保温材料，以避免屋顶的重量、厚度过大。

也不适宜选用吸水率高的保温材料以以防保温层大量吸水，降低保温效果。

如选用了吸水率较高的材料，屋面上应设置排气孔排除保温层内不易排出的水分。

参考文献：
[1]楚峰,建筑钢结构体系选择技术分析[j],《科技信息》,2007年第09期.
[2]王利辉,翟荣兵,马文涛,民用建筑中结构节能设计探讨[j],《现代商贸工业》 ,2009年15期.。