建筑結(jié)構(gòu)設計問題之我見

盧軍

摘 要：本文根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗，就建筑結(jié)構(gòu)設計中的常見問題進行初步探討，并進一步提出解決問題的有效對策。

關鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設計；概念

近年來，人們的生活水平有了明顯的改善和提高，開始追求更進一步的物質(zhì)享受，也就是說人們對住房的要求越來越高。眾所周知，一個建筑的好壞取決于它的設計質(zhì)量和施工質(zhì)量兩個方面，對于住房來說，它質(zhì)量的好壞直接關系到人類的生命財產(chǎn)安全，因此，其質(zhì)量是不容忽視的。

1 結(jié)構(gòu)設計人員應該及早介入建筑的概念設計

所謂的概念設計一般指不經(jīng)數(shù)值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學關系、結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算，具有較好的的經(jīng)濟可靠性能。同時，也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

為此，結(jié)構(gòu)設計人員必須及早介入建筑結(jié)構(gòu)的概念設計，否則，將會導致建筑結(jié)構(gòu)設計的不合理，給以后的結(jié)構(gòu)設計帶來難度。為在建筑物的方案設計階段正確把握建筑結(jié)構(gòu)的概念設計，應對不同形式的住宅建筑，掌握各自概念設計中容易疏忽的問題：

1.1 對一般多層砌住宅結(jié)構(gòu)，應按《建筑 抗震設計規(guī)范》（GBJ11-89）要求做到：優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系：縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應上下連續(xù)；樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處；不宜采用無錨固的鋼筋砼預制挑檐。

1.2 對鋼筋砼多、高層結(jié)構(gòu)住宅，力求做到：

1.2.1 結(jié)構(gòu)布置應盡量采用規(guī)則結(jié)構(gòu)。對復雜結(jié)構(gòu)，可以設置防震縫，把它分割成各自規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，結(jié)構(gòu)布置以少設縫為宜，一旦設縫，則應使防震縫的設置與伸縮縫、沉降縫相統(tǒng)一。

1.2.2 框架與抗震墻等抗側(cè)力結(jié)構(gòu)應雙向布置，以便各自承擔來自平行于該抗側(cè)力結(jié)構(gòu)平面方向的地震力。短肢剪力墻抗震等級提高一級，十層以上的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應有一定數(shù)量的普通截面剪力墻，且普通剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。避免用一字型短肢剪力墻，盡量避免讓剪力墻在弱軸方向支承大梁。

1.2.3 框剪體系的各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)要形成空間共同工作狀態(tài)，除了控制抗震墻之間樓、屋蓋的長寬比及保證抗震墻本身的剛度外，還需采取措施，保證樓、屋蓋的整體性及其與抗震墻的可靠連接。

2 防止由于地基沉降或不均勻沉降引起的構(gòu)件開裂或破壞

預防或減少不均勻沉降的危害，可以從建筑措施、結(jié)構(gòu)措施、地基和基礎措施方面加以控制。諸如：避免采用建筑平面形狀復雜、陰角多的平面布置；避免立面體形變化過大；將體形復雜、荷載和高低差異大的建筑物分成若干個單元；加強上部結(jié)構(gòu)和基礎的剛度；同一建筑物盡量采用同一類型基礎并埋置于同一土層中等一系列措施。應該引起重視的是：對高層建筑來說，由于需要一定的埋置深度，從經(jīng)濟的角度考慮，基礎一般采用樁箱或樁筏結(jié)合的形式，此時應保證箱體的整體剛度，群樁布置的形心應與上部結(jié)構(gòu)重心相吻合。

當土層有較大起伏時，應使用同一建筑結(jié)構(gòu)下的樁端位于同一土層中，并應考慮可能產(chǎn)生的液化影響。而對多層建筑而言，從經(jīng)濟的角度考慮，一般不愿意采用長樁的方案，但上海地區(qū)的軟土層覆蓋層厚度較大，一般都需要經(jīng)過地基處理的方式來達到控制建筑物沉降的目的。常用的軟土地基處理方式類型較多，但在選擇地基處理方案前，須認真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點及環(huán)境情況，并根據(jù)工程設計要求，確定地基處理范圍和處理后要求達到的技術(shù)指標，以及各種處理方面的適用性，同時綜合考慮處理方案的成熟程度及施工單位的經(jīng)驗，進行多方案比較，最終選定安全實用、經(jīng)濟合理的處理方案。地基經(jīng)處理后，還必須滿足規(guī)范所規(guī)定的強度和變形要求。

3 從結(jié)構(gòu)計算和構(gòu)造上滿足規(guī)范要求

3.1 從結(jié)構(gòu)計算角度，看結(jié)構(gòu)計算應注意的問題：

3.1.1 避免荷載計算的錯誤。諸如漏算或少算荷載、活荷載折減不當、建筑物用料與實際計算不符，基礎底板上多算或少算土重。

3.1.2 建筑物底面對建筑物空間形式的豎向和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的。對于多層和高層建筑， 豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設計基本原理是相同的， 但隨著高度的不斷增加，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設計的控制因素， 其原因有兩個： 其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒； 其二， 側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比， 側(cè)向荷載對建筑物的效應不是線性增加的， 而隨建筑高度的增高迅速增大。

3.1.3 底框砌體結(jié)構(gòu)驗算時就應注意：①底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu)，對具有薄弱層的底層框架混合結(jié)構(gòu)，應考慮塑性變形集中的影響，通常對底層地震剪力乘以1.2-1.5 的增大系數(shù)。②底層框架混合結(jié)構(gòu)的剪力分配不能簡單地按框架抗震墻的方法。因為底框架結(jié)構(gòu)中只有底層框架抗震墻，應采用雙保險的方法， 抗震墻承擔全部剪力，框架按剛度比例承擔剪力。剛度計算時，框架不折減， 抗震墻折減到彈性剛度的20%-30%。③應考慮底層框架柱中地震作用產(chǎn)生傾覆力矩所引起的附加軸力。

3.1.4 避免樓板計算中不正確方法。 ①連續(xù)板計算不能簡單地用單向板計算方法代替。②雙向板查表計算時，不能忽略材料泊松比的影響，否則， 由于跨中彎矩未進行調(diào)整，將使計算值偏小。

3.1.5 樁筏基礎設計中對于筏板厚度的取值，一般是先按建筑層數(shù)估算筏板厚度，常規(guī)是按層數(shù)x50mm來估算。譬如說一幢十八層的小高層住宅，我們則先按18x50mm=900mm設定筏板厚，然后再根據(jù)排樁情況，分別驗算角樁沖切，邊樁沖切及墻沖切，群樁沖切。一般情況均為角樁沖切來控制板厚，但筆者在這里主要強調(diào)一個短肢剪力墻結(jié)構(gòu)下的群樁沖切，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻體不封閉，故取值群樁沖切邊界時有相當大的困難，而群樁沖切由于樁群重疊面積較大，應是一種不利狀態(tài)。筆者一般是取值幾個大層間近似作為沖切邊界，所圍區(qū)域內(nèi)短肢墻體內(nèi)力則作為抗力抵消，雖不完全準確，但區(qū)域放大后，邊界的開口效應有所削弱，是可行的。

3.1.6 以電算結(jié)果的正確性不能作出鴿蝗評價。目前結(jié)構(gòu)計算大多采用計算程序進行計算，如何對計算結(jié)果進行分析、評價，是一個非常重要的方面。必須根據(jù)工程設計的經(jīng)驗對計算結(jié)果進行分析、判斷，根據(jù)其正確與否，決定能否作為施工圖設計的依據(jù)。

3.2 從構(gòu)造角度看應注意的問題：

3.2.1 注意構(gòu)件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震設計中既要保證建筑結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時具有一定的延性，又必須滿足最小配筋的要求。

3.2.2 嚴格按照規(guī)范要求，保證鋼筋在各個部位所需滿足的錨固、延伸和搭接長度，材料選用也必須滿足強度要求。

3.2.3 為了防止屋面溫度應力引起的墻體開裂，必須采取有效的通風融熱措施。

3.2.4 按抗震構(gòu)造要求設置的構(gòu)造柱，應在整個建筑物高度內(nèi)上下對準貫通，上至女兒墻壓頂，下至淺于500 毫米基礎圈梁，或伸入室外地面以下500 毫米，構(gòu)造柱與圈梁、樓板和墻體的拉接必須符合規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

通過對以上各類常見結(jié)構(gòu)錯誤問題的分析，可以加強結(jié)構(gòu)設計人員對常見結(jié)構(gòu)設計問題的辨別能力，提高對結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量問題的防治措施，使建筑結(jié)構(gòu)設計工作做行更安全、更合理。