建筑结构构件的设计原则

「结构」建筑结构构件的设计原则

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一.平面布置对建筑结构的影响

建筑物在进行结构设计时，会按照建筑性质（办公、住宅、酒店等）的不同，以及每个室内空间功能（办公室、厨房、机房、资料室等）的不同，使用不同的荷载设计值进行计算，得到楼板、柱梁等构件的配筋、截面大小等。

通常，办公室、客房等功能空间的荷载为2.0kN/m2（受力1.0kN/m2相当于每平米可承受100kg的重量）；餐厅、健身房、阅览室、剧场等功能空间的荷载为3.0-4.0kN/m2；通风机房、电梯机房等功能空间的荷载为7.0kN/m2。

建筑结构荷载规范 GB 50009-2012

表5．1．1 民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数

注：

• 1. 本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大、情况特殊或有专门要求时，应按实际情况采用；
• 2. 第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2．5kN／m2确定；
• 3. 第8项中的客车活荷载仅适用于停放载人少于9人的客车；消防车活荷载适用于满载总重为300kN的大型车辆；当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载；
• 4. 第8项消防车活荷载，当双向板楼盖板跨介于3m×3m～6m×6m之间时，应按跨度线性插值确定；
• 5. 第12项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1．5kN集中荷载验算；
• 6. 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载；对固定隔墙的自重应按永久荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取不小于1／3的每延米长墙重(kN／m)作为楼面活荷载的附加值(kN／m2)计入，且附加值不应小于1．0kN／m2。

表5．3．1 屋面均布活荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数

注：

• 1. 不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；对不同类型的结构应按有关设计规范的规定采用，但不得低于0．3kN／m2；
• 2. 当上人的屋面兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用；
• 3. 对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载；
• 4. 屋顶花园活荷载不应包括花圃土石等材料自重。

在做室内设计时,改变空间的功能会对建筑结构产生影响,如原建筑功能为办公室,如果改为机房或者健身房等会增加楼面的荷载。因此,在大面积改变建筑功能的情况下，需要复核建筑结构设计。

室内设计师在开始做平面布置时，经常会遇到调整建筑布局的情况。当改变墙体的位置时,墙体应尽量坐落于结构梁的上方，禁止在楼板上放置砌体墙体。如果需要在楼板上设置墙体，墙体应选择轻钢龙骨墙或钢龙骨轻质隔墙。装饰平面图复核时应特别留意室内设计师增加的集中大荷载构件，如局部设置的水景、水池、种植池、雕塑等，确保这些构件的位置靠近下层梁柱的上方,若这些构件面积较大,必须请专业结构设计师核算荷载，以保证空间的安全。应明令禁止荷载大的构件位于无梁的楼板上，否则会有造成坍塌的危险。

二.建筑结构构件的设计原则

在日常工作中,设计师的方案经常会由于建筑结构的限制无法实现或者按图施工后,现场出现工程事故。从这个角度来看,设计师(尤其是深化设计师）必须了解有关建筑结构构件的设计原则,避免后期因为建筑结构问题导致无意义的重复劳动。

1.想在墙体上开槽,有哪些原则不能触碰

在项目施工过程中,室内装饰通常会和机电末端(线盒、面板等）的安装同时施工,在大多数情况下，室内装饰的机电管线都是暗敷设于楼地面之内的,因此，不可避免地会对墙体进行开槽处理,暗埋管线。但墙体开槽要遵循一定的规范,当在结构墙面上开槽时,应严格要求施工方避免横向通长的开槽，尽量竖向开槽，且应避免墙体两侧开槽位于同一位置,应至少错开约300mm的距离。目前，这种横向开槽的情况在绝大多数施工现场都存在,所以,设计师需要严格把控。

强调一点,这里指的墙体是土建预留的承重墙体,多为混凝土剪力墙。目前对于中高端项目而言，很少会在土建预留墙体上开槽埋管,而是直接在墙体上设置龙骨基层,大部分电气线管均可通过基层龙骨的空间设置,避免墙体开槽。

2.墙体需要开洞走管时,应留意哪些问题

在砌体结构中，墙体属于承重构件，在墙体上开洞会影响墙体的承载能力。如果是小型（小于300mm × 300mm)的管道洞口开洞,对墙体承重的影响相对较小，可以忽略不计。但如果涉及门窗、过道等大型洞口,在开洞前，应先进行结构验算,以保证建筑洞口的安全性。

在框架结构、钢结构中,墙体作为围护结构不承受建筑荷载，不属于承载构件,那么在围护墙体上开洞不涉及结构安全问题。柯布西耶关于现代建筑设计的“自由平面设计理念”也是基于框架结构才能实现的。但需要注意,无论在一次结构还是二次结构上开洞，洞口开完之后,洞口顶部都需要增加过梁,并在两侧增加构造柱保证洞口的牢固性。

3.拆墙时应注意什么

拆墙的原则是，承重墙体严禁拆除，非承重墙体可以随意拆除，但拆除墙体后需要补齐墙体内的构造柱及圈梁,特别是端部应增加构造柱。

那么，怎样判断墙体是否为承重墙体呢?正常情况下，可以通过建筑图纸判断哪些墙可以拆除，哪些墙不能拆除。如果拿不到建筑图纸，或不能从图纸上区分墙体时，可以现场敲击墙面，通过声音判断该墙体是不是混凝土结构墙。用手敲击墙体，若回声大且较为清脆,即为砌块墙、轻钢龙骨隔墙等二次结构墙;若回音小，或没有回音，则很有可能是混凝土墙体。

4.为了装饰效果,什么情况下可以开凿混凝土墙体?

一般住宅项目中，在水电施工或想做踢脚线造型时，为了降低成本，设计师会选择通过开凿墙面满足饰面要求。而他们不知道的是，这样做存在比较大的安全隐患。

在混凝土结构中,钢筋保护层是指混凝土构件中最外侧钢筋至构件外表面的部分，保护层的尺寸一般为20~30mm。保护层的作用主要是保护钢筋不暴露、不容易锈蚀,增加钢筋与混凝土的结合力。装饰施工过程中，若需要凿掉保护层,进行焊接等施工，应尽快填补修复,而且，正常情况下禁止将保护层凿掉，使钢筋暴露在空气中，这样会导致钢筋氧化，以致混凝土墙面出现质量问题。这也是高端项目不在墙面开槽敷设线管的原因之一。

5.混凝土结构中增加夹层时应注意什么

在室内空间中，层高比较高的大空间经常会设置二层夹层空间,这就需要设置夹层的楼板、梁等承重构件。这些构件需要与原建筑的结构柱进行连接，相当于在原结构柱中间增加一个附加力构件，这些附加力会增加原结构柱的压力，还会对结构柱产生偏心受压,同时还会增加水平推拉力等。这些附加外力均会对原结构产生不利的影响，因此，在增加楼板时，应请相关的结构专业人员对现场进行受力核算，作为室内设计师，我们不应随意对结构进行更改和加设。

6.楼板开洞加设楼梯时应注意什么

很多设计师在设计方案时都会在楼板上开洞，殊不知，楼板开洞会破坏原有的钢筋网，减弱楼板水平刚度，致使楼板成为悬挑构件。因此，在设计空间时，建议不要随意在楼板上开洞。如果有必须开洞的设计（如增加电梯、拓宽楼梯等)，就必须对开洞后的楼板边缘进行结构加固处理,如增加梁位、增加梁的强度、使用碳纤维加固或者用传统的粘钢形式加固等。

7.在楼板下增加结构柱,保证上层空间的设计效果,可行吗

在布置室内空间时(特别是框架结构的建筑空间),有时会改变结构构件,比如,增加楼梯时，需要拆除楼板或者次梁结构，这时我们会想当然地认为在梁下增加柱支撑会更加安全、保险。同样情况，如果在楼板上的局部增加雕塑或水景等比较大的集中物体时，我们一般认为需要在其下方的梁下增加支撑会比较安全。但是，结果真的是这样吗?

从结构设计的角度来分析受力传递途径。梁的受力情况大致为梁支座（即梁和柱子或其他梁的接触部分,起到支撑梁的作用)上部受拉,底部受压,而梁的跨中区域受力情况正好相反,即上部受压,底部受拉。梁的结构配筋是按照其受拉、受压的情况来计算的,通俗来说就是,受拉区的梁的钢筋比受压区的多。

由此可见,在梁的下方增加支撑柱,看上去是增加了支撑点,应该是对建筑结构的加固,应该会比较保险,但实际上,这样对建筑结构是不利的。

因为,这其实是改变了梁的受力位置,将原来受拉区与受压区进行了对换,而内部钢筋并未改变,所以会产生安全隐患。用一个形象的例子来解释:一个人胸口中了一刀,造成体内出血,医生认为只要处理胸口上可见的伤口就可以了,然后为他涂了红药水,包好了绷带。楼板开洞也是相同的道理,我们认为在楼板下加了柱子就可以平衡受力关系,其实结果恰恰相反。所以对室内设计师来说,不建议在室内空间随意增加支撑柱来满足装饰设计的要求。同时,在空间内增加结构荷载(增加重量）时,应该由结构设计师对结构进行整体复核,不能自行在局部增加加固措施,这样做有时会适得其反。

8.为了节约吊顶空间,管线穿梁而过,可行吗

答案是:具体情况具体分析。

从建筑结构的角度看，在梁上开孔是大幅度减少截面面积的行为,会比较严重地破坏结构构件，特别是切断受力钢筋,所以除非特别必要,否则建议不要考虑梁上开洞。但是,当必须要在梁上开洞(走管线等)时，如果开孔直径小于等于150mm(如安装消防管、排水管等）,在没有其他办法的情况下，是可以和结构设计师商量开孔事宜的。不过在开孔时,须尽量避免切断混凝土里面的钢筋,同时,建议在梁跨1/3的部位选择开洞,且洞口高度宜在距梁底200mm 以上的梁中区域。如果开孔直径大于150mm，是绝对不能开孔的。

梁上开孔应该注意什么呢？（应征得结构设计师同意）

• A.当可视梁的高度小于35公分时，梁内的钢筋排布方式是在四个角上，在梁中间开小于等于20公分的孔洞，是完全碰不到钢筋。
• B.当可视度的高度大于35公分时，梁内的内部大概率就会存在腰筋，这时有两个选择；a、在贴近楼板的地方开孔，b、选择在距离梁底7-8公分的地方开孔。

9.怎样正确地对阳台进行封闭处理

建议在封闭阳台时,不要采用刚性构件支撑,如现浇混凝土柱、设置钢柱等,而尽量用柔性连接,如采用结构胶密封等方式。

为了说明这一点,我们从结构的角度来解析阳台的相关知识。通常所说的阳台建筑结构,在建筑术语里被称为悬挑结构,即—端有支撑点,另—端为自由状态的结构。而悬挑结构的特点是,它的悬挑端(末端）一直处于自由状态,不受任何弯矩影响的(弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种,即垂直于横截面的内力系的合力偶矩,可以简单地理解为一种力）,也就是说,阳台的末端是可以自由变形的。所以,阳台的末端没有任何约束力存在,主要的承载是靠悬臂构件根部的悬挑。若在悬臂构件末端增加支撑柱,则末端就成为受力支座，整体悬臂构件的受力方式发生变化,末端上部变为受拉状态,破坏了受力平衡,有可能会导致后期出现质量问题。因此,不建议采用现浇混凝土植筋这种刚性构件形式封闭阳台,应采用留缝填密封胶或者使用橡胶垫的方式封闭,原理与轻钢龙骨下加橡胶垫类似。

三.小结

本文列举了困扰设计师的一些装饰和结构发生冲突的问题，但文中并没有――对这些问题提出解决方案，只提供了一些大致的解决方向。因为，结构安全是一个系统问题，也是一个专业性很强的领域，大部分问题不是可以根据经验解决的，而是需要一步步计算复核的,而且，室内设计师在正规的项目中也是无权干涉结构问题的。所以，室内设计师需要了解下面三个重点。

1.增加设计落地的可行性

了解了以上易出现结构安全的问题后，指导设计时，要考虑这些关键点，从而保证自己设计落地的可行性,减少改图和出现工程事故后被追责的风险。

2.结构问题要靠计算解决,而不是经验

遇到结构问题，不要相信一些所谓的“经验之谈”，应严格按照流程，由结构工程师计算复核,避免发生安全事故。

3.不要随意拆除或加建与装饰平面图不符的建筑构造

结构的问题有时不仅是承载力的问题，结构体系是一个整体，有时拆除某个构件，局部承载虽然没有问题，却削弱了整体的刚度,在地震发生时，该处就容易出现大的破坏，甚至坍塌。