住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的通病及防范要點

阮康輝

摘要：本文對住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理問題及其導致的通病問題進行了分析和歸納，深入闡釋了這些問題發(fā)生的具體原因，從而對于在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何防范諸如空間結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)體系以及梁柱節(jié)點等的設(shè)計通病提出了建議，探討通過科學的選擇住宅結(jié)構(gòu)形式、對關(guān)鍵構(gòu)件進行科學的受力分析等方法優(yōu)化設(shè)計，并且運用科學的技術(shù)手段評價結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性以及保障足夠的設(shè)計深度用于指導施工，讓住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計達到經(jīng)濟性、安全性與可行性的平衡點。

關(guān)鍵詞：設(shè)計通病;住宅結(jié)構(gòu);分析計算;防范措施

結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心工作是確保建筑物的基礎(chǔ)和空間結(jié)構(gòu)體系的強度滿足相關(guān)標準，不僅具備承載建筑物自身建造和使用過程中形成的靜態(tài)荷載的強度，還需要根據(jù)不同地域的自然地理環(huán)境特征和建筑物高度等設(shè)計足夠的防震、防風能力。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，根據(jù)設(shè)計藍圖科學的分析建筑物不同部分的荷載分布、選擇合理的主體結(jié)構(gòu)形式并通過計算確定細化的設(shè)計方案，是保障住宅建造質(zhì)量和使用安全的關(guān)鍵。

一、住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的通病問題

由于人們對住宅使用功能以及外觀審美的需求變化，近年來住宅的設(shè)計越來越復雜，結(jié)構(gòu)上的不對稱導致的荷載分配問題、超大使用空間要求帶來的大跨度以及內(nèi)部裝飾裝修工程量的增加，無不加大了結(jié)構(gòu)工程師的工作難度。一方面部分相對簡便成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析模型和算法不再適用，要求設(shè)計人員根據(jù)工程的實際情況尋求合理的解決方案，確保各部分構(gòu)件受力的分析科學精確。另一方面要跟進掌握建筑工程領(lǐng)域新材料與新技術(shù)的應(yīng)用，在日益增多的高層和復雜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計中靈活運用。

（一）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要問題

現(xiàn)代住宅基本是多層或高層建筑，并且后者近年來所占的比例迅速大幅增加，因此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題愈發(fā)突出。加之很多住宅的主體結(jié)構(gòu)在幾何形狀和高度方面都不對稱，導致傳遞給基礎(chǔ)部分的荷載呈不對稱且不均勻分布。這就對住宅基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的要求，從結(jié)構(gòu)的具體形式、荷載分配、施工縫以及沉降縫的設(shè)計和施工技術(shù)方案，每一個細節(jié)都會對住宅建成后基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性造成影響。此外由于地理位置原因和結(jié)構(gòu)特點帶來的抗震要求，讓住宅基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步復雜化。近年來這一方面出現(xiàn)的普遍性問題是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的不合理，導致樁基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)重心偏離基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的稱重中心，從而讓住宅建筑的垂直與側(cè)向受力無法實現(xiàn)合理分配。此外施工縫以及沉降縫的設(shè)計也屢屢出現(xiàn)問題，無法起到應(yīng)有的預防不均勻沉降的作用，進而導致住宅主體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或局部墻體、樓板裂縫等問題，極度影響居住安全并危害周邊環(huán)境的安全。

（二）住宅空間結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理問題

空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程需要在滿足住宅使用功能的前提下，合理規(guī)劃墻、柱、梁以及核心筒等關(guān)鍵構(gòu)件的空間位置關(guān)系。在根據(jù)概念設(shè)計確定住宅工程的主體承重結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，計算框架構(gòu)件、剪力墻以及屋面與樓板等的幾何斷面形狀與尺寸。而住宅的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理會導致關(guān)鍵構(gòu)件的強度不足、荷載分配不合理或相關(guān)構(gòu)件節(jié)點連接問題。這一方面常見的問題是整體空間結(jié)構(gòu)無法形成統(tǒng)一的承重體系，位于上層的砌體防震墻與底層防震框架錯位，造成荷載無法形成有效的傳遞，導致整體空間結(jié)構(gòu)的抗震強度達不到要求。其次是個別構(gòu)件的幾何形狀或施工工藝設(shè)計存在問題，剪力墻厚度不足或樓板梁柱等的配筋量、搭接長度與分配方式等不合理。而這最終會導致住宅在使用壽命期限內(nèi)出現(xiàn)不應(yīng)有的損壞，導致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或局部裂紋等。

二、住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)通病問題的原因

（一）勘察不夠深入以及概念設(shè)計不合理

現(xiàn)代住宅建筑工程出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，與勘察不夠深入或概念設(shè)計不合理息息相關(guān)。首先地基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的設(shè)計問題很大程度上是因為對工程與水文地質(zhì)的了解不夠細致，一方面導致在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中錯誤估算地基的承載力，導致最終的基礎(chǔ)沉降與結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。另一方面也使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中無法選擇更科學的地基處理或基礎(chǔ)施工技術(shù)方案，從而缺乏對地基的科學處理加固，或者沒有根據(jù)施工地點的水文與工程地質(zhì)特點優(yōu)化基礎(chǔ)體系的施工方案。其次住宅建筑工程的概念設(shè)計是開展結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)之一，而由于相關(guān)人員不具備結(jié)構(gòu)設(shè)計的常識而造成的不合理，給后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計增加了難度。例如為追求使用空間形式的新穎或外部造型的獨特，一些住宅建筑的概念設(shè)計讓結(jié)構(gòu)設(shè)計師陷入困境，難以把握承重體系的力學分析和各項技術(shù)參數(shù)的計算和選擇，也就無從確保最終設(shè)計方案的科學性，導致住宅結(jié)構(gòu)達不到所需的強度或者因不合理的增加安全系數(shù)而犧牲了經(jīng)濟性。

（二）荷載分析評價環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題

在進行住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，荷載分析計算以及評價是最為重要的環(huán)節(jié)，決定了最終設(shè)計方案中具體工藝參數(shù)的選擇是否科學，而當前的住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計通病的根源大多在這一環(huán)節(jié)。首先出現(xiàn)問題的原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計師錯誤的套用了荷載分析模型，在這樣的情況下分析計算出來的數(shù)據(jù)，結(jié)果無論如何精確都無法保證主體結(jié)構(gòu)設(shè)計不出現(xiàn)問題。其次是在基于科學的分析模型和計算方法得到相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)之后，沒有能夠結(jié)合復雜的現(xiàn)實情況做出評價，導致最終的構(gòu)件斷面幾何尺寸或空間位置關(guān)系等的選擇不夠科學，達不到住宅的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。

三、住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計通病問題的防范措施

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計前做好概念設(shè)計并且深化勘察工作

住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要以詳實的現(xiàn)場勘察資料做為依據(jù)，也需要滿足概念設(shè)計的各方面要求。而首先面對因施工地點地質(zhì)水文勘察不夠深入導致的問題，應(yīng)強化對這一階段工作的管理，確保呈現(xiàn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計師的相關(guān)資料準確可靠。其次為了防范住宅概念設(shè)計給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來過多問題，應(yīng)將結(jié)構(gòu)設(shè)計工作前置，讓不同專業(yè)的設(shè)計師之間相互協(xié)作，運用自身的專業(yè)技術(shù)和設(shè)計經(jīng)驗，對概念設(shè)計方案進行溝通和早期優(yōu)化。在不給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來無法合理解決的難點的前提下，滿足概念設(shè)計的相關(guān)需要。

（二）對關(guān)鍵構(gòu)件進行科學的受力分析

在現(xiàn)代住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，進行受力分析計算并進一步確定相關(guān)構(gòu)件的設(shè)計參數(shù)，可以通過專業(yè)的分析與設(shè)計軟件完成。但是雖然通過計算機軟件的運行得到的數(shù)據(jù)可以達到滿意的準確性和精確度，但如果計算方法或分析模型選擇不當，最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計就失去了科學的依據(jù)。因此設(shè)計師應(yīng)借鑒成功的項目設(shè)計經(jīng)驗，對于復雜結(jié)構(gòu)住宅的相關(guān)構(gòu)件準確的選擇受力分析計算方法，對于連續(xù)梁與簡支梁注意區(qū)分，并且考慮框架結(jié)構(gòu)受力變形的影響，針對住宅的抗震等機合理的選擇計算參數(shù)。此外應(yīng)對住宅在建造使用過程中的受力變化做出正確評估，尤其是一些大跨度結(jié)構(gòu)的樓板和梁等，在裝飾裝修和使用過程中會出現(xiàn)復雜的荷載，在設(shè)計過程中應(yīng)適當加大安全系數(shù)，避免其日后發(fā)生變形和失穩(wěn)。

（三）對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行反復論證和深化設(shè)計

住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計導致的最終質(zhì)量問題與方案設(shè)計不夠深入有很大關(guān)系，因為在這種情況下，施工圖中會存在關(guān)鍵參數(shù)或工藝細節(jié)的不明確，導致施工方得不到足夠的參考依據(jù)和技術(shù)指導。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段應(yīng)確保足夠的設(shè)計深度。尤其是在關(guān)鍵節(jié)點以及施工縫、沉降縫的設(shè)置與施工工藝細節(jié)方面，要提供足夠詳盡的圖紙和參數(shù)，以防施工環(huán)節(jié)處理不當引發(fā)結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題。此外住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計方案應(yīng)通過反復論證和優(yōu)化，結(jié)合勘察資料和施工技術(shù)資源等，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)的合理性與可行性進行評價，確保其足夠科學合理。

四、結(jié)語：

住宅的使用功能決定了其對結(jié)構(gòu)的安全性要求很高，加之現(xiàn)代商品住宅對消費者而言是非常重大的投資。因此為確保其在投入巨資之后獲得持久安全和舒適的居所，應(yīng)控制好住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。