結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題的分析和探討

張志江

(甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司 蘭州 730070)

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是考慮建筑物的整體安全性，然后綜合考慮建筑外觀(guān)及造型、給排水設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)及整棟建筑的其他方面。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常必須遵循結(jié)構(gòu)安全、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)和造型美觀(guān)的原則，盡可能地提高結(jié)構(gòu)的舒適性并在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的基礎(chǔ)上控制建筑的成本[1]。

2 工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循的原則

2.1 主次有序原則

在土木工程房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程之中，往往會(huì)涉及注入強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎等重要理念，這就要求設(shè)計(jì)人員能夠?qū)τ谶@些理念進(jìn)行高度的重視和全面的分析，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，遵循主次有序的原則，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，使建筑的美觀(guān)性和結(jié)構(gòu)的安全性能夠充分的結(jié)合，進(jìn)而使建筑工程的整體布局能夠滿(mǎn)足使用者的實(shí)際需求。

2.2 優(yōu)劣互補(bǔ)原則

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)該遵從優(yōu)劣互補(bǔ)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如說(shuō)，如果建筑物的主體結(jié)構(gòu)柔性過(guò)高，雖然其抵御外力的能力較強(qiáng)，但是容易發(fā)生變形破壞，導(dǎo)致建筑工程的使用性能下降；而如果建筑物的主體結(jié)構(gòu)剛度過(guò)強(qiáng)，其變形能力就無(wú)法得到全面保障，一旦遭受到較大外力時(shí)就會(huì)導(dǎo)致建筑物主體結(jié)構(gòu)斷裂的情況。這就要求了設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)優(yōu)劣互補(bǔ)原則將二者的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)進(jìn)行巧妙的互補(bǔ)，從而全面提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。

3 土木工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)(2016年版)，工程中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式分為以下幾種，如框架結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻、部分框支抗震墻、筒體、板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)等，但是很多情況下選用的結(jié)構(gòu)形式與建筑物的高度、設(shè)防烈度等不相符，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的安全隱患；因此在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果建筑高度較高且工程建設(shè)地點(diǎn)為高烈度設(shè)防區(qū)，就需要考慮使用框架-核心筒結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻框架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系而不宜選用單純的框架結(jié)構(gòu)。

3.2 施工與設(shè)計(jì)銜接問(wèn)題

在當(dāng)前的實(shí)際工程建設(shè)中，往往會(huì)因?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)與施工的問(wèn)題導(dǎo)致施工質(zhì)量的下降、工期拖延的情況出現(xiàn)。而我國(guó)目前建筑工程行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)施工人員文化水平有限、總體職業(yè)素養(yǎng)較低，往往對(duì)建筑設(shè)計(jì)施工圖紙的重要性不夠明確，對(duì)建筑設(shè)計(jì)施工圖中表達(dá)的內(nèi)容理解不到位，導(dǎo)致建筑設(shè)計(jì)圖紙無(wú)法在施工過(guò)程之中發(fā)揮指導(dǎo)的作用，對(duì)設(shè)計(jì)中要求的細(xì)節(jié)問(wèn)題在施工過(guò)程中無(wú)法全面落實(shí)，導(dǎo)致建筑工程的施工質(zhì)量無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際需求。另外就我國(guó)目前實(shí)際情況下，設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谡麄€(gè)工程建設(shè)中發(fā)揮的作用有限，由于某些主觀(guān)、客觀(guān)因素的影響并不對(duì)設(shè)計(jì)圖紙中的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際操作，導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量得不到保證，為整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)埋下安全隱患。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)沖突的問(wèn)題

作為整個(gè)施工的準(zhǔn)備階段，設(shè)計(jì)圖紙是整個(gè)施工準(zhǔn)備階段的最核心的一項(xiàng)內(nèi)容。所以如果想使整個(gè)建筑設(shè)計(jì)在工程建設(shè)的過(guò)程中發(fā)揮指導(dǎo)施工的作用和保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，就需要對(duì)施工圖進(jìn)行一定的改善，目前情況下，我國(guó)的相關(guān)工程中設(shè)計(jì)圖一直存在著許多問(wèn)題，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)于工程建設(shè)的環(huán)境理解不充分、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不了解，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖中有許多與工程建設(shè)環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不相符的設(shè)計(jì)理念，從而使整工程個(gè)建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)許多問(wèn)題，對(duì)整個(gè)工程建設(shè)中工程質(zhì)量產(chǎn)生了極壞的影響。

4 工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

4.1 注重結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)選型要合理，我院曾設(shè)計(jì)(設(shè)防烈度為八度，地震加速度為0.3g，地震分組為第三組)一棟地下一層，地上五層云數(shù)據(jù)中心，該工程建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，柱網(wǎng)為7.2m×9.4m，層高5.1米，地下部分房間功能為停車(chē)位，地上部分房間主要功能為云數(shù)據(jù)機(jī)房(活荷載為10KN/m2)和電池室(活荷載為16KN/m2)，方案階段結(jié)構(gòu)形式采用框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)初步試算在滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的框架結(jié)構(gòu)指標(biāo)的前提下，框架柱截面為900mm×1100mm，且主體結(jié)構(gòu)梁很大[1]。后經(jīng)過(guò)方案調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)本工程為大空間結(jié)構(gòu)，布置部分剪力墻對(duì)建筑功能影響不大，所以將結(jié)構(gòu)形式改為框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算，在滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)指標(biāo)的前提下，剪力墻厚為350mm，框架柱截面為700mm×800mm，且梁、柱、墻配筋相比框架結(jié)構(gòu)大大減小。

4.2 注重基礎(chǔ)選型的優(yōu)化

基礎(chǔ)作為主體結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件，對(duì)整棟建筑的安全性起著至關(guān)重要的作用，由于我國(guó)國(guó)土面積大，地質(zhì)條件復(fù)雜，所以可供選擇的基礎(chǔ)形式也很多，但是選擇合理的基礎(chǔ)形式不僅對(duì)主體結(jié)構(gòu)的安全和耐久性起著至關(guān)重要的作用，而且還可為建設(shè)單位帶來(lái)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，我曾在銀川設(shè)計(jì)一地上九層地下一層醫(yī)院，該工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地下15m范圍內(nèi)均為粉細(xì)砂，且地下12m范圍內(nèi)砂層存在中等液化趨勢(shì)，根據(jù)地勘報(bào)告建議本工程設(shè)計(jì)以粉細(xì)砂作為樁端持力層，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk=3500kPa，樁基選用長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁，經(jīng)理論計(jì)算樁長(zhǎng)約為15m，樁身直徑為500mm，單樁豎向承載力特征值為860kN，本工程樁基礎(chǔ)的選用及樁長(zhǎng)均滿(mǎn)足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)附錄A的樁型與成孔工藝的要求，圖紙審查完成后[2]，在施工準(zhǔn)備階段，施工單位提出由于寧夏自治區(qū)范圍內(nèi)打夯機(jī)夯錘重量不足，所以樁底標(biāo)高無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)深度，所以?xún)?nèi)夯沉管灌注樁無(wú)法實(shí)施。后經(jīng)調(diào)查研究，決定采用新型成樁工藝-雙向螺旋擠土灌注樁，但目前雙向螺旋擠土灌注樁沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家規(guī)范及寧夏回族自治區(qū)地方規(guī)范，建設(shè)單位組織專(zhuān)家論證后同意使用雙向螺旋擠土灌注樁，經(jīng)理論計(jì)算論樁長(zhǎng)約為14m，樁身直徑為500mm，單樁豎向承載力特征值為1033kN，本工程在樁基礎(chǔ)大面積施工前先進(jìn)行了試樁,通過(guò)試樁核對(duì)了地質(zhì)資料,檢驗(yàn)了施工工藝及技術(shù)要求,確定單樁承載力能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。本次通過(guò)兩種樁型的對(duì)比可知，相同直徑的雙向螺旋擠土灌注樁樁長(zhǎng)比長(zhǎng)螺旋擠土灌注樁樁長(zhǎng)減小1m，單樁豎向承載力特征值提高了1.2倍，而且技術(shù)合理，本工程基礎(chǔ)造價(jià)減少20%。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科技和建筑材料的不斷發(fā)展，人們對(duì)于房屋的質(zhì)量和美觀(guān)的要求也是越來(lái)越高，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證建筑物質(zhì)量的前提，因此我們應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題要采取理合理的計(jì)算方法和切實(shí)有效的安全措施來(lái)保證建筑物的安全性和美觀(guān)性。