探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題及解決措施

安少杰

（銅仁市建筑勘察設(shè)計(jì)院有限公司 貴州銅仁 554300）

如今，建筑事業(yè)快速發(fā)展，建筑類型越來越多，體積規(guī)模越來越大，形狀也越來越特殊，這對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無疑提出了更高的要求。因此，在設(shè)計(jì)中必須正視常見問題，根據(jù)問題產(chǎn)生原因，結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，制定有效的解決措施。

1 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要問題與解決方式

1.1 現(xiàn)狀地貌和地質(zhì)條件勘查結(jié)果不相符

在近期對若干建筑施工現(xiàn)場開展的技術(shù)檢查過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)：施工單位具體工程和設(shè)計(jì)單位圖紙及施工要求嚴(yán)重不相符，體現(xiàn)為施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙具體要求對建筑的基槽進(jìn)行開挖，但出現(xiàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度后無法進(jìn)入持力層或深度過大。通過調(diào)查了解到，其產(chǎn)生原因包括勘察開展的較早，經(jīng)過一段時(shí)間后，建設(shè)方對場地實(shí)施修繕與整平，但此時(shí)的施工單位和設(shè)計(jì)單位并不知情；很有就是因?yàn)閳龅胤秶鷥?nèi)的土層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，有很大的變化，且結(jié)構(gòu)未能處在穩(wěn)定的狀態(tài)，但實(shí)際勘查報(bào)告并未詳細(xì)且準(zhǔn)確的針對此類情況予以解釋和注明，最終導(dǎo)致在實(shí)際情況中出現(xiàn)問題[1]。

為有效防止以上問題，對設(shè)計(jì)人員而言，應(yīng)在地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作前及時(shí)向有關(guān)部門了解實(shí)際情況和信息，然后在設(shè)計(jì)過程中盡可能防止此類情況產(chǎn)生，以此盡早發(fā)現(xiàn)和解決問題，做好和施工單位之間的溝通與合作，進(jìn)而從根本上杜絕安全隱患和質(zhì)量問題。

1.2 未考慮地質(zhì)勘查報(bào)告和平面圖設(shè)計(jì)中標(biāo)高存在的對應(yīng)關(guān)系

部分剛從事設(shè)計(jì)工作的人員，不具備相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)計(jì)過程中存在的關(guān)鍵問題無法有效處理，還有很多設(shè)計(jì)人員未考慮地質(zhì)勘查報(bào)告和平面圖設(shè)計(jì)中標(biāo)高存在的對應(yīng)關(guān)系，僅把報(bào)告當(dāng)中的地表面視作室外的地坪，導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的錯(cuò)誤，或產(chǎn)生不同程度的安全隱患，對建筑施工造成影響。如果建筑場地處在坡底段和低洼段，需要進(jìn)行大面積的開挖填方，則這一問題將更加顯著。此外，設(shè)計(jì)人員在地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中未能以建筑總平面圖提出的標(biāo)高要求為依據(jù)，將基礎(chǔ)具體范圍與底面標(biāo)高詳細(xì)標(biāo)注在勘查報(bào)告當(dāng)中，進(jìn)而無法查明潛在設(shè)計(jì)問題，最終產(chǎn)生一系列實(shí)際問題。

1.3 其它問題

多層建筑沒有詳細(xì)的地質(zhì)勘查報(bào)告，只根據(jù)建設(shè)單位根據(jù)周圍其它建筑現(xiàn)有資料開展施工圖設(shè)計(jì)工作。建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須做到科學(xué)合理和安全適用。對于設(shè)計(jì)人員，應(yīng)根據(jù)其勘查資料，對多項(xiàng)影響因素進(jìn)行統(tǒng)籌考察，然后據(jù)此開展基礎(chǔ)類型選擇與上部結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)，如果只將地耐力作為考慮的影響則是不全面和不安全的，而且更不得單一取較小值。

采用換土墊層對軟弱地基實(shí)施處理時(shí)，未對其進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，僅憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來處理。部分情況下，設(shè)計(jì)人員對軟基存在的危害沒有清晰的認(rèn)識(shí)，僅僅憑借個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)提供砂墊層的設(shè)置來提高承載力，未對墊層厚度及寬度實(shí)施計(jì)算，這樣不僅不安全，而且還不經(jīng)濟(jì)。

在民用建筑中，柱、梁和基礎(chǔ)實(shí)際負(fù)荷均沒有按照規(guī)范施加一定折減，即乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)人員對多層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對于負(fù)荷的計(jì)算，沒有嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求進(jìn)行，導(dǎo)致荷載結(jié)果不準(zhǔn)確，對后續(xù)施工建設(shè)造成不利影響[2]。

2 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要問題與解決方式

2.1 結(jié)構(gòu)的布置不科學(xué)，整體形狀不規(guī)則

近幾年出現(xiàn)的建筑，可以追求創(chuàng)造不同特點(diǎn)，未對結(jié)構(gòu)布置予以充分考慮，產(chǎn)生很多形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置情況，并且很多設(shè)計(jì)人員也沒有主要結(jié)構(gòu)抗震等方面的問題，未能嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范采用適宜的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，同時(shí)還不能對計(jì)算參數(shù)予以調(diào)整，不僅未對梁柱等重要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修改，而且還未能對樓板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)予以重視。

2.2 對構(gòu)件受力計(jì)算時(shí)所用程序與模型不合理

按照對剪力墻與樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所用模型化條件的區(qū)別，可將分析軟件分成以下三種：①薄壁柱模型；②板-梁墻元模型；③殼元和板殼墻元分析模型。對各類計(jì)算模型，需要以其特點(diǎn)為依據(jù)，確定合適的適用范圍。對于現(xiàn)在使用較多的薄壁柱模型，多設(shè)置七個(gè)自由度。如果剪力墻兩個(gè)截面的形狀產(chǎn)生很大的變化，或其質(zhì)心產(chǎn)生一定差異，雖然空間自由度能通過水平剛域?qū)崿F(xiàn)調(diào)整與轉(zhuǎn)換，但翹曲自由度難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)。因此，如果剪力墻的布置較為復(fù)雜，洞口實(shí)際分布不連續(xù)，尤其是采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，很難滿足相關(guān)基本假設(shè)[3]。

即使設(shè)計(jì)人員可以選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算，確定適宜計(jì)算模型，但因?yàn)檐浖幹茣r(shí)提出的假設(shè)會(huì)和結(jié)構(gòu)當(dāng)中的部分構(gòu)件受力無法相符，使部分構(gòu)件所處受力狀態(tài)和計(jì)算得出的結(jié)果產(chǎn)生一定誤差，要求設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)做必要調(diào)整。還有很多設(shè)計(jì)人員過分依賴設(shè)計(jì)軟件，認(rèn)為采用軟件得出的結(jié)果必然真實(shí)可行，未對構(gòu)件實(shí)際受力狀態(tài)給予充分了解，對軟件適用條件也沒有準(zhǔn)確了解，在沒有驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確的情況下就用于設(shè)計(jì)圖的編制，導(dǎo)致關(guān)鍵構(gòu)件和實(shí)際受力情況不相符，不僅嚴(yán)重浪費(fèi)資源，而且還會(huì)對建筑的安全度造成影響。此時(shí)設(shè)計(jì)人員必須對采用軟件得出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷，同時(shí)根據(jù)要求進(jìn)行適當(dāng)修改或調(diào)整。

3 磚混結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)主要問題和解決方式

在設(shè)計(jì)中，經(jīng)常將構(gòu)造柱兼作承重柱來使用，對結(jié)構(gòu)構(gòu)造而言，除了可以提高墻體自身抗剪能力，還能使構(gòu)造柱和梁相聯(lián)結(jié)，對砌體施加一定程度的約束，在限制裂縫產(chǎn)生與發(fā)展，提高豎向承載能力和保證抗震性能的方面均有十分重要的作用。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)常會(huì)把構(gòu)造柱作為承重柱來使用，當(dāng)采用該做法時(shí)，需要注意下列幾個(gè)實(shí)際問題：

（1）如果設(shè)計(jì)確定將構(gòu)造柱作為建筑的承重柱，則構(gòu)造柱將提前受力，除了會(huì)減弱構(gòu)造柱具有的約束與拉結(jié)作用，還會(huì)使結(jié)構(gòu)在遭受地震后，于構(gòu)造柱出產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，率先其它構(gòu)件產(chǎn)生破壞。如果這樣，則構(gòu)造柱非但不會(huì)發(fā)揮應(yīng)有作用，反而變成整體結(jié)構(gòu)中十分薄弱的環(huán)節(jié)[4]。

（2）構(gòu)造柱的根部一般設(shè)置在地圈梁當(dāng)中，未設(shè)單獨(dú)基礎(chǔ)，當(dāng)構(gòu)造柱為承重柱時(shí)，基礎(chǔ)承壓能力、抗沖切能力和抗彎能力都可能無法滿足實(shí)際要求。如果基礎(chǔ)產(chǎn)生沖切，將出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂。針對這一問題，建議應(yīng)將承重較大的梁下柱均按照承重柱進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果梁的跨度與荷載均很小，則可將構(gòu)造柱布置在梁下，但要按照不考慮構(gòu)造柱對下墻體抗彎強(qiáng)度及承壓能力進(jìn)行驗(yàn)算。在確認(rèn)計(jì)算結(jié)果合格后，即可在梁下進(jìn)行構(gòu)造柱的設(shè)置。

（3）在對承重柱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，截面高度確定的較小，該情況多產(chǎn)生在六度設(shè)防區(qū)。部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，誤以為六度設(shè)防和不設(shè)防沒有區(qū)別，故意將柱截面高度選定的很小，以此增加梁柱線性剛度比（現(xiàn)行設(shè)計(jì)手冊要求，如果梁柱線性剛度比超過4，則可將計(jì)算簡圖當(dāng)中的節(jié)點(diǎn)簡化成鉸點(diǎn)）。將梁簡化成鉸支梁后，柱可按照軸心受壓進(jìn)行計(jì)算。該做法雖然能簡化結(jié)構(gòu)受力研究，但會(huì)埋下嚴(yán)重的隱患。這是因?yàn)樗鲆暳肆?、柱之間存在的剛結(jié)作用，沒有考慮柱具有的約束彎矩，而且柱截面上的配筋一般都很小，在結(jié)構(gòu)體系正式受力以后，頂部抗彎強(qiáng)度必定不夠，在柱或梁的底部及其周圍產(chǎn)生若干水平方向上的裂縫，最終形成塑性鉸。在正常情況下，柱將帶鉸工作，不僅會(huì)對建筑結(jié)構(gòu)耐久性造成影響，而且還會(huì)使業(yè)主產(chǎn)生恐懼心理。如果這種結(jié)構(gòu)體系受到地震作用，則會(huì)發(fā)生倒塌，與強(qiáng)柱弱振這一設(shè)計(jì)理念和原則相違背[5]。

（4）在當(dāng)前實(shí)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中，需要按照不同的主軸方向?qū)λ椒较蛏系牡卣鹱饔眠M(jìn)行計(jì)算，不同方面上的地震及作用力需要由這一方向上的構(gòu)件來承擔(dān)。簡單來說，就是對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，橫、縱向的框架具有相同重要作用。很多設(shè)計(jì)人員按照普通連續(xù)梁對縱向結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有考慮框架或節(jié)點(diǎn)當(dāng)中箍筋與縱筋等的實(shí)際配置情況是否滿足構(gòu)造要求。因沒有考慮地震作用下產(chǎn)生的力，所以在實(shí)際情況中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生配筋不足的現(xiàn)象。

4 樓板設(shè)計(jì)主要問題和解決方式

4.1 雙向板的高度取值有很大誤差

對雙向板而言，會(huì)在橫、縱兩個(gè)方向上產(chǎn)生一定彎矩，所以跨中正彎矩鋼筋一般縱橫疊加放置，短跨上的跨中鋼筋布置在下面，長跨上的跨中鋼筋布置在短跨以上。在計(jì)算過程中，需要取不同方向上的有效高度來計(jì)算。部分設(shè)計(jì)人員為了方便，對板體實(shí)際受力的掌握不足，僅選取上部有效高度來計(jì)算實(shí)際配筋，使長跨上的有效高度相對較大，配筋明顯降低，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生一定程度的安全和質(zhì)量隱患[6]。

4.2 對樓板所處受力狀態(tài)的認(rèn)識(shí)不夠深入

一些缺乏工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)工作時(shí)為了方便，將雙向板視作單向板來計(jì)算，使得計(jì)算假定和其實(shí)際受力狀況不相符，導(dǎo)致其中一個(gè)方向上的配筋較大，但另外一個(gè)方向只按照構(gòu)造要求配筋，使配筋無法滿足規(guī)范要求，在板體表面產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全。因此，從設(shè)計(jì)人員角度講，必須在認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要性的基礎(chǔ)上，掌握結(jié)構(gòu)所處實(shí)際狀態(tài)，加強(qiáng)自身認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[7]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些實(shí)際問題，對此設(shè)計(jì)人員必須引起重視，保證設(shè)計(jì)的合理性與可行性，同時(shí)管理人員還應(yīng)充分發(fā)揮自身職能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)中存在的問題，進(jìn)而使設(shè)計(jì)處在最佳狀態(tài)，為后續(xù)施工建設(shè)和使用創(chuàng)造良好條件。