建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與對(duì)策

付剛

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)550002）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與對(duì)策

付剛

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)550002）

對(duì)建筑項(xiàng)目而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)疑是非常重要的環(huán)節(jié)，是建筑能夠順利施工的基礎(chǔ)和前提。目前建筑功能出現(xiàn)了多元化發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的意義得到了更好的體現(xiàn)。在建筑設(shè)計(jì)方面，對(duì)建筑項(xiàng)目的特征進(jìn)行體現(xiàn)主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題，對(duì)建筑項(xiàng)目的安全性以及經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生了很大的影響。為了能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平進(jìn)行提高，針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題可以采取相應(yīng)的措施，促進(jìn)建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)得到更好的發(fā)展。本文主要分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和解決對(duì)策。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題；對(duì)策

引言

所謂建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即是指建筑設(shè)計(jì)師使用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)訴求和設(shè)計(jì)理念的過(guò)程。結(jié)構(gòu)語(yǔ)言即結(jié)構(gòu)師從設(shè)計(jì)圖紙中提取出已經(jīng)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的諸多元素，例如，基礎(chǔ)、柱、樓梯、梁、墻以及大樣圖等。結(jié)構(gòu)師通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行充分利用后形成建筑物結(jié)構(gòu)體系，例如橫向與豎向的抗力與承重體系等，再將由于各種原因所產(chǎn)生的荷載向基礎(chǔ)傳遞。當(dāng)前，在我國(guó)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在諸多問(wèn)題，阻礙其發(fā)展。

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前，在建筑方面，人們對(duì)其舒適性和使用功能的要求越來(lái)越嚴(yán)格，這促使建筑設(shè)計(jì)師不斷完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高建筑的牢固性和安全性。在建筑技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)處于不斷的變化中，而且越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)建筑類型和功能也開(kāi)始向復(fù)雜化方向發(fā)展，這就給建筑結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了較大的難度。而且長(zhǎng)期以來(lái)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，較多的注意水平荷載的控制作用，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于側(cè)面位移的控制更為關(guān)注。而對(duì)側(cè)移影響最大的因素則是軸向變形，這就要求在結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要進(jìn)行全方位的考慮。特別是當(dāng)前建筑的高度不斷增加，在這種情況下，對(duì)柱、墻等提出了較高的要求，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于豎向結(jié)構(gòu)體系的控制則更為關(guān)鍵。特別是在高層建筑成為城市發(fā)展的主流方向的背景下，要求設(shè)計(jì)師不斷優(yōu)化建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善以往設(shè)計(jì)理念帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

2　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1建筑結(jié)構(gòu)選型問(wèn)題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)選擇是保證建筑的安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，因此，結(jié)構(gòu)選型問(wèn)題是其首要關(guān)注的問(wèn)題。但是在基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，由于選型不夠合理，導(dǎo)致地基的承載能力與建筑的實(shí)際需求不符，在后期使用中容易出現(xiàn)不均勻沉降和側(cè)移的現(xiàn)象，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)有很大的影響，縮短了建筑的使用壽命，所以要高度重視建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型的合理性。

2.2地下室、外墻設(shè)計(jì)問(wèn)題

地下室以及外墻設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性是毋庸置疑的，但是其也是非常容易出現(xiàn)問(wèn)題的部分。地下室外墻設(shè)計(jì)對(duì)地下室建設(shè)有很大的影響，對(duì)整個(gè)建筑項(xiàng)目的承載能力也有很大的影響，因此，在設(shè)計(jì)方面比較嚴(yán)格。但是，地下室外墻設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中并沒(méi)有得到很多人員的重視，在施工中也出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，比較常見(jiàn)的問(wèn)題就是地下水位的高低、地下層數(shù)、地上負(fù)載等因素，這些因素對(duì)建筑項(xiàng)目的安全系數(shù)都有很大的影響，對(duì)建筑項(xiàng)目的質(zhì)量也有很大的影響。

2.3梁、柱設(shè)計(jì)問(wèn)題

在梁、柱設(shè)計(jì)中，也存在一定的問(wèn)題，以懸挑梁和承重柱的設(shè)計(jì)為例：

（1）當(dāng)前在懸挑梁方面，主要存在的問(wèn)題是梁高選用過(guò)小，直接導(dǎo)致梁截面承受過(guò)高的受壓區(qū)應(yīng)力，基于正常使用情況下該受壓區(qū)會(huì)出現(xiàn)非線性徐變。在時(shí)間的作用下梁撓度會(huì)逐漸增加，挑梁一旦變形則會(huì)導(dǎo)致梁板開(kāi)裂，且裂寬與挑梁變形之間存在正相關(guān)，即隨著挑梁變形增加裂縫也會(huì)逐漸變寬，導(dǎo)致房屋正常使用功能受到影響。支座附近存在剪彎作用，在此影響下豎裂縫會(huì)延伸為斜裂縫，梁此時(shí)已基本破壞，若為托墻挑梁則撓度會(huì)導(dǎo)致梁上墻體產(chǎn)生裂縫，且接近于梁支座。裂縫逐漸延伸至斜邊，越往上裂縫就越寬。此外，挑梁截面過(guò)小也不利于結(jié)構(gòu)抗震，懸挑結(jié)構(gòu)極度敏感于豎向地震作用。當(dāng)梁高過(guò)小時(shí)，截面會(huì)有較高的受壓區(qū)，降低染延性，豎向地震影響下會(huì)出現(xiàn)脆性破壞，承載力被嚴(yán)重破壞。

（2）在建筑承重柱設(shè)計(jì)方面，存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在截面高度設(shè)計(jì)方面，在以往的設(shè)計(jì)中截面高度過(guò)小，且多于Ⅵ度抗震設(shè)防區(qū)發(fā)生。部分設(shè)計(jì)人員由于專業(yè)知識(shí)匾乏，認(rèn)為Ⅵ度設(shè)防等同于不設(shè)防，為簡(jiǎn)化受力分析，在設(shè)計(jì)柱子截面高度時(shí)過(guò)小，增強(qiáng)了槳線剛度。同時(shí)還對(duì)梁予以簡(jiǎn)化處理，使其變?yōu)殂q支梁，計(jì)算柱時(shí)則主要依據(jù)軸心受壓。此做法雖然有利于分析結(jié)構(gòu)受力，但是會(huì)影響房屋結(jié)構(gòu)的安全性，原因在于未重視梁柱間存在的剛結(jié)作用，即柱對(duì)梁的約束彎矩，加之柱截面有較小配筋，結(jié)構(gòu)受力后會(huì)減弱柱頂抗彎強(qiáng)度，導(dǎo)致梁底周邊出現(xiàn)水平裂縫，產(chǎn)生塑性鉸。這樣一來(lái)，基于正常情況下柱子在工作時(shí)已經(jīng)帶鉸，不僅會(huì)導(dǎo)致房屋耐久性受到影響，還會(huì)誘發(fā)使用者不安心理，而其最嚴(yán)重的后果在于一旦發(fā)生地震會(huì)極易倒塌。

3　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改善對(duì)策

3.1合理進(jìn)行基礎(chǔ)選型

在建筑基礎(chǔ)選型方面，應(yīng)特別關(guān)注兩方面的問(wèn)題，分別為建筑外形以及區(qū)域的地質(zhì)情況。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在拿到提資圖以后，不能盲目開(kāi)展建模計(jì)算工作，要對(duì)建筑項(xiàng)目的外形設(shè)計(jì)特征和建筑項(xiàng)目所在區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行全面的認(rèn)知和分析。建筑基礎(chǔ)選型過(guò)程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要和其他方面的工作人員進(jìn)行充分的協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)出更加可行的方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性得到保證，才能保證建筑項(xiàng)目施工的質(zhì)量。例如：某建筑工程的主次梁樓蓋的柱網(wǎng)不適合采用正方形的設(shè)計(jì)，而應(yīng)該采用矩形。以短跨為主梁，次梁為長(zhǎng)跨，并且短跨和長(zhǎng)跨的比例＜0.75，這樣相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。其采用的主次梁跨度比在0.65～0.70之間，根據(jù)這樣的設(shè)計(jì)計(jì)算，使其的主次梁的截面高度協(xié)調(diào)一致，使梁底達(dá)到齊平，保證了樓蓋的結(jié)構(gòu)高度最小。

3.2優(yōu)化地下室、外墻設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代建筑中，尤其是高層建筑，地下室和外墻起到重要的支撐作用。因此，若在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于地下室外墻的設(shè)計(jì)不夠科學(xué)與合理，則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的影響。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在地下室外墻設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員首先需要對(duì)整個(gè)建筑物的質(zhì)量加以衡量，結(jié)合建筑項(xiàng)目所處區(qū)域的地質(zhì)特征，完成對(duì)地下室外墻基本尺寸的設(shè)計(jì)工作。常規(guī)意義上來(lái)說(shuō)，對(duì)于高層建筑項(xiàng)目而言，地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的墻面厚度需要保持在250mm以上。同時(shí)，為了防止由水泥用量增大而導(dǎo)致地下室外墻墻面混凝土產(chǎn)生裂縫問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)避免將混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)高，但也應(yīng)當(dāng)在C30等級(jí)以上。

3.3加強(qiáng)梁柱合理性設(shè)計(jì)

首先，為有效控制梁截面受壓區(qū)應(yīng)力，同時(shí)增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在進(jìn)行懸挑梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意：在設(shè)計(jì)梁高時(shí)不宜過(guò)小，而是需與結(jié)構(gòu)具體狀況相結(jié)合，對(duì)梁截面受壓區(qū)應(yīng)力予以有效控制。懸挑梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括承載力計(jì)算抗傾覆驗(yàn)算、撓度驗(yàn)算和裂縫寬度驗(yàn)算等幾個(gè)方面內(nèi)容，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，懸挑梁的截面高度取梁計(jì)算跨度的1/8～1/6時(shí)，通常可不作撓度驗(yàn)算，但設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算尚不能忽視。影響懸挑梁截面高度的因素主要有：懸挑梁承受的荷重、懸挑梁的計(jì)算跨度、懸挑梁受拉鋼筋的直徑。為了說(shuō)明方便，引進(jìn)兩個(gè)參數(shù)：荷載跨度比和跨高比。研究表明：對(duì)于不同的荷載跨度比和鋼筋直徑，懸挑梁的跨高比有其上限及下限跨高比的上限，當(dāng)荷載跨度比值較小時(shí)，Eh撓度控制；當(dāng)荷載跨度比值較大時(shí)，由抗彎承載力控制跨高比的下限，由裂縫寬度控制。為了不作撓度驗(yàn)算，設(shè)計(jì)時(shí)減小跨高比，增大懸攜梁截面高度，如不滿足裂縫寬度的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件將是不安全的。因此，對(duì)懸挑梁設(shè)計(jì)提出以下幾個(gè)建議：①重視正常使用極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算，不宜照搬某些手冊(cè)的條款。②選用輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，減少作用于懸挑梁自由端處縱向梁上的荷重。③不宜選用較大開(kāi)間的結(jié)構(gòu)形式，減少作用于懸挑梁自由端處縱向梁的截面高度。④選用懸挑梁的截面高度，可不作撓度及裂縫寬度驗(yàn)算，僅需作抗彎及抗剪承載力計(jì)算。

針對(duì)承重柱存在的問(wèn)題，需對(duì)承重柱截面高度予以合理設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)人員需強(qiáng)化自身專業(yè)知識(shí)，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中掌握Ⅵ度設(shè)防的重要性，并結(jié)合當(dāng)下抗震規(guī)范中“強(qiáng)柱弱梁”的具體原則，對(duì)柱截面高度予以合理設(shè)計(jì)，保證能夠?qū)⒘褐g剛結(jié)作用即約束彎矩充分發(fā)揮出來(lái)。此外，還需加大柱截面配筋，保證房屋受力后其柱頂抗彎強(qiáng)度足夠，防止柱梁底部產(chǎn)生水平裂縫。

4　結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)予以設(shè)計(jì)時(shí)具有復(fù)雜性與系統(tǒng)性，工程較大，且其設(shè)計(jì)水平與房屋建筑的穩(wěn)定性、安全性、實(shí)用性以及可靠性緊密相關(guān)。因此，設(shè)計(jì)人員需對(duì)自身專業(yè)素質(zhì)予以不斷強(qiáng)化，并積累工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮創(chuàng)新思維，掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)方法與理念，對(duì)基礎(chǔ)選型、地下室、外墻、梁柱等設(shè)計(jì)，應(yīng)與工程實(shí)際情況相結(jié)合，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。

[1]尚謙.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題[J].商品與質(zhì)量·學(xué)術(shù)觀察，2012（11）：40.

[2]陳曉懷.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及措施[J].門窗，2013（12）：258.

[3]朱偉忠.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的若干問(wèn)題探討[J].建筑·建材·裝飾，2010，11（6）：56.

TU318

A

1673-0038（2015）14-0034-02

2015-1-24

付剛（1973-），男，漢族，湖南常德人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事工作方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。