王蔚林
中广电广播电影电视设计研究院 北京 100045
摘要：本文阐述了民用建筑结构设计的三个基本原则，并较为详细地列举了现阶段民用建筑结构设计的主要步骤。BIM技术在建筑行业中的应用，有效地实现了建筑结构设计的完善与优化，本文也对此进行了分析和探讨。
关键词：民用建筑；结构设计；BIM技术
前言
随着国民经济的发展和生活水平的提升，我国城市化率在不断提高，人们对房屋的需求量逐渐增多，对房屋的质量要求也越来越高。经济由粗犷型发展向精细化转变使得对房屋成本控制等方面的要求越来越多。为此，设计师迫切需要总结建筑结构设计要点、制定合理结构方案，对建筑进行结构设计优化，节约成本，并寻求设计手段创新，以实现效益的最大化。
1民用建筑结构设计的基本原则
1.1在民用建筑结构设计中，要严格贯彻国家和地方相关技术政策和现行规范、规程、标准，结合工程具体情况，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境[1]。
1.2民用建筑是人们日常生活中随时出入的重要场所，安全是结构设计首要目标。为此，需使结构具有足够的承载能力安全储备和充分的刚度，对应结构设计中最重要的两个极限状态。(1)承载能力极限状态，要求结构在施工和使用期内可能发生的最不利荷载和地震作用下，具有充分的承载能力及保持稳定。(2)正常使用极限状态，要求结构具有足够的刚度，特别是侧向刚度；避免混凝土出现过多裂缝；防止因动感运动影响居住者的舒适感觉[2]。
1.3注重结构的概念设计。通过做好结构布置方案，使得竖向荷载和水平荷载传力途径更明确；预计结构破坏过程和机制，加强结构关键部位和薄弱环节；注意结构连接整体性和刚度均匀分配，避免应力集中；控制塑性铰出现部位，加强构造措施；设置抗震多道防线，做到抗震设防三水准要求；遵循强剪弱弯、强柱弱梁以及强节点弱构件的设计原则等。
2民用建筑结构设计的主要步骤
2.1收集设计基本资料和依据
1.建筑需求：建筑外观、平面布局和使用功能要求、建筑的重要性以及各专业条件需求。
2.使用荷载：根据各房间功能要求确定活荷载大小；风荷载相关信息（基本风压、地面粗糙度、体型系数等）；地震信息（设防烈度、设计地震分组、场地土类别、抗震等级等）。
3.地质勘查报告：主要包括场地地形地貌、地质构造、岩土性质及均匀性；各项岩土性能指标参数、地基承载力建议值；地下水埋藏情况；水和土的腐蚀性；场地稳定性、不良地质评价；基础形式推荐；勘察点的平面布置图、土层剖面图、柱状图等。
2.2设计输入
1.进行上部结构选型
确定建筑的结构体系和材料性能。如：大空间建筑可选用轻型门式刚架、钢网壳等结构；多层房屋可选择钢筋混凝土框架结构；居住建筑可选用剪力墙结构；高层建筑可选用钢与混凝土组合结构、筒体结构等。
2.上部结构的布置
平面布置时，主要受力构件（柱、剪力墙等）摆放位置宜规则、对称，并应具有良好的整体性。竖向布置时，结构侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
3.构件的截面估算
根据柱或墙的承受楼层数，从属面积以及荷载情况按轴压比限值初估柱或墙截面尺寸。按梁、板的跨度，初估梁截面尺寸和板厚度。
4.荷载输入
（1）根据建筑装饰材料的容重、面层厚度、填充墙厚度、吊顶高度等计算结构所受恒载的大小。注意：应扣除门窗洞口大小；为考虑墙体、构件表面的抹灰重量，可统一取混凝土容重为26kN/m3计算。
（2）将恒载和活载按面荷载、线荷载或点荷载的形式施加在上部结构的模型上。
（3）选择符合实际情况的风荷载、地震作用计算方法，将风荷载信息、地震信息输入模型。
2.3设计输出
1.整体指标结果
如：层间位移角、位移比、质量参与系数、周期比、剪重比、楼层侧向刚度比、楼层受剪承载力、抗倾覆、刚重比等，在一般情况下均需满足相关规范要求。有时，有些整体指标失真（比如：坡屋顶层的位移比往往很大），则需要设计师做出正确判断，不能对指标参数教条。总的来说，出现整体指标不满足规范要求的情况，是结构布置不合理造成的，需要对模型进行整体层面上的改动。
2.构件的内力、应力比、配筋、裂缝、挠度等计算结果
如个别出现不满足规范要求的情况，仅需对模型进行构件层面上的改动。
2.4节点设计
对于钢结构、型钢混凝土结构以及钢与混凝土组合结构，应进行相应的节点设计，节点强度和构造要满足设计输入时构件节点处的力学计算模型。
2.5基础设计
将底层构件的内力导入基础设计软件，根据场地地质条件，确定基础形式。必要时，还需进行基础抗浮设计、地基处理设计等。基础设计的要点在于地基主要受力层范围内的地基承载力和沉降[3]。如何保证建筑整体的沉降协调、何时考虑上部结构对基础的刚度贡献以及对地基计算假定的合理运用，都需要工程经验的不断积累。同时，由于基础在整个结构中的重要性，设计时宜保守并留有一定的富余量。
2.6结构优化
结构优化是对“经济合理”的结构设计原则的有效践行。结构优化的工作不应由咨询公司被动去完成，设计师应发挥主观能动性，在保证结构安全的前提下，优化结构布置形式、构件尺寸和配筋，尽量避免材料的冗余和浪费。
2.7施工配合
施工图交底时，设计师应将整个项目的结构技术难点告知施工单位；后期随着施工推进，一些合理的修改建议应充分体现在设计修改中并指导施工方案，以确保项目质量、加快施工进度。一个完成度高的建筑作品离不开设计方与施工方之间的协调配合。
3BIM技术在民用建筑结构设计中的应用[4]
3.1可视化
对于建筑行业来说，可视化的作用是非常大的。建筑行业作为一个古老的行业，2D思维仍在整个行业内占统治地位，三维立体建筑反映到平面上只是各个构件信息在图纸上的线条绘制表达，其真正的构造形式需要设计人员和施工人员的空间想象。随着复杂建筑不断涌现，2D表示方法完成造型设计和碰撞检查存在明显困难。BIM提供了可视化的思路，这将大大提高设计师们的效率。
3.2模拟性
BIM的模拟性并非只体现在模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟一些特殊条件。在设计阶段，BIM可以对设计上需要的一些要素进行模拟实验；在招投标和施工阶段可以根据施工组织设计模拟实际施工，进而确定合理施工方案。这一优势是传统技术不具备的，对于建筑结构设计相关工作十分有利。
3.3可优化
BIM是一种信息技术模型，即将建筑全寿命周期的所有数据信息整合到一起。如能将各个环节都打通，那么就可以采集整个建筑从立项、审批、勘察、设计、施工到运营过程的全部数据进行分析和优化。优化和BIM不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以更好地做优化。BIM模型提供了建筑物的几何信息、物理信息和规则信息，其中一个环节节点的数据发生变动，后续一连串步骤可以与之做相应调整。
结束语
结构安全无小事，结构设计中处处体现了保守和稳重，但结构设计也处处彰显着创新和突破。保守与创新的有机统一才是民用建筑结构设计的明天和未来。坚决守住结构安全的底线，积极拥抱与时俱进的新技术，真正促进我国民用建筑业长远发展。
参考文献：
[1]黄剑峰,建筑结构设计几个具体问题分析[J].科协论坛(下半月).2008(05).
[2]徐培福.《复杂高层建筑结构设计》.
[3]朱炳寅.《建筑地基基础设计方法及实例分析》.
[4] 朱宝胜.BIM技术在建筑结构协同设计中的应用研究[J].湖南城市学院学报(自然科学版),2016，25(04):35～36.