建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的主要問題研究

路文理

【摘要】在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及到許多應(yīng)用內(nèi)容，其設(shè)計內(nèi)容的合規(guī)性，也將直接影響到建筑空間使用率和使用安全性。本文圍繞基礎(chǔ)連系梁設(shè)計問題、長徑比計算問題、抗震設(shè)計問題、地下車庫設(shè)計問題、板結(jié)構(gòu)設(shè)計問題、溫度應(yīng)力設(shè)計問題、梁腹開孔后承載能力問題、混凝土裂縫問題展開分析，并圍繞這些設(shè)計問題提出恰當(dāng)處理措施，其目的在于優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，為提高后續(xù)施工活動的順利推進奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；溫度應(yīng)力；地下車庫

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.034

現(xiàn)階段，國家在行業(yè)規(guī)范中對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了統(tǒng)籌性要求，但是受到水文條件、氣候條件、地質(zhì)條件的影響，統(tǒng)籌性要求只能作為基礎(chǔ)參考，還需要地方規(guī)范來提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的合規(guī)性。針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到問題進行梳理，基于此來擬定恰當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，不僅可以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的合理性，而且能夠減少施工變更問題，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的合理性。

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的主要問題

1.1 基礎(chǔ)連梁設(shè)計問題

當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中框架結(jié)構(gòu)使用較多，但是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在基礎(chǔ)連系梁不規(guī)范設(shè)置問題。按照抗震設(shè)計規(guī)范中的要求，如果框架獨立柱的基礎(chǔ)埋置較深或者不同基礎(chǔ)埋置深度差別較大，一級框架與四類場地的二級框架，不同柱基礎(chǔ)底面重力作用下的荷載代表值壓應(yīng)力有較大差異，或樁基承臺之間以及地基受力層為軟弱土層或者不均勻土層等相關(guān)情況，需要在2個主軸方向以及兩樁承臺短向中設(shè)置系梁。然而實際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在基礎(chǔ)連梁設(shè)計不合理問題，比如當(dāng)基礎(chǔ)埋深較大的情況下，沒有進行計算，直接在2個主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁，按照構(gòu)造配筋完成鋼筋設(shè)計。對于無地下室的結(jié)構(gòu)，如采用獨立基礎(chǔ)，計算簡圖應(yīng)符合下列要求：（1）地面以下梁、柱可作為地下室參加結(jié)構(gòu)整體計算，一層底板按空樓板處理，層高按一層地梁頂至基礎(chǔ)頂面高度取值，且對地下部分結(jié)構(gòu)不應(yīng)考慮土體的約束作用。（2）對一層柱尚應(yīng)按結(jié)構(gòu)在一層地面嵌固并復(fù)核配筋。

1.2 長徑比計算問題

在城市建筑群數(shù)量不斷增多的背景下，嵌巖樁的使用頻率和使用數(shù)量也在不斷提升。相較于其他類型的樁體結(jié)構(gòu)，嵌巖樁在應(yīng)用中所需要的承載力較大，實驗耗費總量較高，因此目前所積累的完整實測資料較少，無法為研究活動提供價值參考。世界許多國家的地基規(guī)范都規(guī)定嵌巖樁按端承樁設(shè)計，完全不考慮樁側(cè)阻力。然而和傳統(tǒng)觀念相反，近年來國內(nèi)外大量的實測資料都表明，嵌巖樁即使是在無覆蓋層條件下，并非一律就是端承樁，而較長的嵌巖樁大多屬于摩擦樁，很長的嵌巖樁可能完全屬于摩擦樁。目前國內(nèi)涉及嵌巖樁的相關(guān)規(guī)范有《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》和《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》，但具體單樁承載力的計算和設(shè)計方法卻不盡相同，單樁豎向承載力特征值的計算結(jié)果有差別。

1.3 抗震設(shè)計問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也需要注重抗震設(shè)計工作，在此過程中也面臨著以下應(yīng)用問題：（1）地震問題的出現(xiàn)具備了較強的不確定性，并且地震等級、發(fā)生時間存在著不可預(yù)見性，從而增加了建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計難度，這也在很大程度上影響到所設(shè)計結(jié)果的合規(guī)性。（2）在地震問題出現(xiàn)之后，建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱點也會日益凸顯，從而增加了建筑結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，基于此在實際應(yīng)用中，也需要著重關(guān)注抗震設(shè)計內(nèi)容，如果不能對其進行高效處理，也將直接影響到設(shè)計內(nèi)容的合規(guī)性。

1.4 地下車庫設(shè)計問題

在私家車數(shù)量不斷增多的情況下，居住小區(qū)內(nèi)對于車位的需求量也在增多，為了節(jié)省地上建筑空間，也會進行地下車庫設(shè)計，以提高小區(qū)內(nèi)車位總數(shù)。從實際設(shè)計情況來看，也存在以下設(shè)計問題：第一，目前在地下車庫的設(shè)計中，主要參考了《汽車庫建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ100-98）中的相關(guān)內(nèi)容，所設(shè)計的地下車庫柱網(wǎng)尺寸非常相近，即8.4m×6.0m，但是具體參數(shù)不可能考慮到全國各地的地質(zhì)資料、水文資料，從而影響到設(shè)計結(jié)果的合理性。第二，地下車庫頂板覆土層較厚，而且在局部也會布設(shè)一定寬度的消防通道，整體受力較大，這也需要根據(jù)規(guī)范來進行設(shè)計，但是這些參數(shù)的布設(shè)也容易出現(xiàn)疏忽，從而影響到設(shè)計結(jié)果的合理性。

1.5 板結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也存在板結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，此類問題具體表現(xiàn)在以下幾方面：（1）在樓板結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，沒有按照要求對板塊跨度、板塊位置、板內(nèi)管線分布等參數(shù)進行布置，使得各項參數(shù)無法滿足相應(yīng)的建筑規(guī)范，降低了板結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。（2）在板結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也會布設(shè)一些應(yīng)用洞口，作用是下穿預(yù)應(yīng)力筋、布設(shè)管線，同時該內(nèi)容也是板塊中的薄弱環(huán)節(jié)，若不能對此內(nèi)容進行合理設(shè)計，也將增加板塊裂縫病害的發(fā)生幾率，從而影響到板結(jié)構(gòu)的使用壽命。

1.6 溫度應(yīng)力設(shè)計問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也面臨著溫度應(yīng)力設(shè)計問題，具體表現(xiàn)為以下幾點：（1）在混凝土澆筑量不斷增加的背景下，混凝土內(nèi)部所積累的水化熱總量也在增加。為了減少水化熱問題，也需要確保初凝到終凝這一區(qū)間內(nèi)水化熱可以順利逸散到外界，若不能圍繞此內(nèi)容進行合理設(shè)計，如外加劑添加量、澆筑時外界溫度等參數(shù)，那么也將增加溫度裂縫發(fā)生幾率，降低結(jié)構(gòu)的成型強度。（2）在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，沒有考慮到溫度荷載帶來的影響，這樣在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也更加容易引起超長裂縫問題，進而降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.7 梁腹開孔后承載能力問題

從目前的設(shè)計情況來看，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也面臨著梁腹開洞后承載能力問題，此問題具體體現(xiàn)在以下幾方面：第一，在建筑結(jié)構(gòu)中需要按要求配置空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)，通常會將其布設(shè)在樓層梁的底部，這也降低了樓層的凈高度。因此在設(shè)計中也需要均衡凈空環(huán)境和建筑層高之間的關(guān)系，如果沒有做好此內(nèi)容的協(xié)調(diào)處理，也將增加梁腹開洞后承載壓力，不科學(xué)的開洞將提高開裂問題的發(fā)生幾率。第二，梁腹開洞參數(shù)（如直徑、位置等）合理性不足，這樣也將影響到上部荷載的分布均勻度，極易出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，從而增加結(jié)構(gòu)破損、裂縫等問題的發(fā)生幾率，降低結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.8 混凝土裂縫問題

除上述提到的設(shè)計問題外，在建筑結(jié)果設(shè)計中也面臨著混凝土裂縫問題，造成此類問題的主要原因如下：第一，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要對混凝土結(jié)構(gòu)的荷載進行細(xì)化分析，若無法得到可靠的分析結(jié)果，那么也容易導(dǎo)致混凝土荷載與結(jié)構(gòu)配筋不匹配的情況，從而增加了混凝土裂縫問題的發(fā)生幾率。第二，在混凝土設(shè)計中沒有對材料因素、施工因素、環(huán)境因素等內(nèi)容進行綜合性參考，若某一項因素沒有做好綜合考量，那么也導(dǎo)致此類因素負(fù)面影響不斷擴大，從而提高混凝土裂縫問題的發(fā)生幾率。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題處理措施

2.1 優(yōu)化基礎(chǔ)連系梁設(shè)置參數(shù)

在基礎(chǔ)連系梁設(shè)置參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計中，也需注意以下幾點：第一，在對基礎(chǔ)連系梁進行布設(shè)時，需要布設(shè)至少兩個主軸方向，而且其高度距離柱中心之間的距離也需控制在1/12～1/8，以滿足相應(yīng)的應(yīng)用需求。第二，在對基礎(chǔ)連系梁展開縱向配筋處理時，其壓力值和拉力值也需要控制在柱最大軸力的8%-12%，并且在數(shù)值計算后也需要契合最小配筋率需求，從而提高配筋處理結(jié)果的合規(guī)性。第三，在建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，如果需要在基礎(chǔ)連系梁上部安排填充墻，或者需要其承擔(dān)樓梯荷載，那么計算建模分析時就應(yīng)該把相應(yīng)的荷載考慮在內(nèi)。

2.2 做好長徑比核算處理

基于長徑比設(shè)計問題，也需要做好長徑比核算處理，以提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的合理性。在具體實踐中，應(yīng)注意以下幾點：第一，增加積累的實測資料數(shù)量，做好實測資料的整理工作，這樣也可以為研究活動提供價值參考，進而提升長徑比核算結(jié)果的合理性。第二，嵌巖樁在使用過程中，也需要做好基礎(chǔ)資料查閱，如水文資料、地質(zhì)資料等，根據(jù)資料整理情況來選擇相應(yīng)類型的嵌巖樁，如端承樁、摩擦樁等，并且也對各類規(guī)范內(nèi)容進行梳理，搭配恰當(dāng)?shù)挠嬎惴绞?，得到可靠的嵌巖樁承載力計算結(jié)果，這樣也可以提高分析結(jié)果的合理性，提升長徑比分析結(jié)果的實用性。

2.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，在此過程中也需注意以下幾點：（1）地震問題的出現(xiàn)具備了較強的不確定性，因此在對建筑結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計時，也需要查詢相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范規(guī)程，并以此為基礎(chǔ)來擬定抗震參數(shù)，提高建筑設(shè)計結(jié)果的合規(guī)性。（2）在地震問題出現(xiàn)之后，建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱點也會日益凸顯，基于此類情況也需充分發(fā)揮三維計算軟件應(yīng)用優(yōu)勢，建立可靠的三維模型，根據(jù)三維模型來準(zhǔn)確篩選建筑結(jié)構(gòu)的薄弱位置，及時對該部位參數(shù)進行整理，而且也需要根據(jù)規(guī)范對其進行高效處理，持續(xù)提升設(shè)計內(nèi)容的合規(guī)性。

2.4 完善地下車庫參數(shù)

進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也需要不斷完善地下車庫參數(shù)，提高小區(qū)車位總數(shù)的合理性，營造舒適的出行環(huán)境。在具體實踐中應(yīng)注意以下內(nèi)容：第一，在地下車庫的設(shè)計中，需參考規(guī)范中的相關(guān)內(nèi)容，但是地下車庫柱網(wǎng)尺寸也需要參考甲方提供的各種資料進行設(shè)計，并且也需要做好尺寸精度的把控，提高設(shè)計結(jié)果的合理性，以滿足相應(yīng)的設(shè)計需求。第二，地下車庫頂板覆土層較厚，同時在地下車庫的設(shè)計中，也需要預(yù)留出消防通道的具體位置，控制好梁高、柱寬度等參數(shù)，根據(jù)規(guī)范來進行設(shè)計，從而持續(xù)提升地下車庫參數(shù)的合理性，以滿足相應(yīng)的運行要求。

2.5 細(xì)化板結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也需要細(xì)化板結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，在具體實踐中也需要注意以下幾點：（1）在樓板結(jié)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計人員需要嚴(yán)格遵循規(guī)范對板塊跨度、板塊位置、板內(nèi)管線分布等參數(shù)進行整理，使得各項參數(shù)滿足相應(yīng)的建筑規(guī)范，并且根據(jù)不同部位的承載力要求，做出針對性設(shè)計，從而提高板結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的合理性。（2）在板結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于下穿預(yù)應(yīng)力筋、布設(shè)管線的孔洞，也需要做好各項參數(shù)的分析工作，如孔徑、布設(shè)位置等，對于存在薄弱的位置也需要及時做好補強，提高設(shè)計內(nèi)容的合理性，這樣也會降低板塊裂縫病害的發(fā)生幾率，延長板結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2.6 做好溫度應(yīng)力設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也需要做好混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力設(shè)計，從實踐情況來看，需做好以下內(nèi)容：（1）在混凝土澆筑量不斷增加的背景下，需要充分考慮混凝土內(nèi)部積累的水化熱總量，與此估值的計算也會利用計算機軟件進行處理，根據(jù)計算結(jié)果對于初凝到終凝的時間差進行計算，以確保該區(qū)間內(nèi)水化熱可以順利逸散到外界，降低溫度裂縫發(fā)生幾率，持續(xù)提升混凝土結(jié)構(gòu)的成型強度。（2）在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也需要考慮到溫度荷載帶來的影響，可以利用相關(guān)的軟件來建立三維模型，根據(jù)三維模型反饋結(jié)果來調(diào)試各項參數(shù)，這樣在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也更好的控制混凝土超長裂縫問題，不斷提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[1]。

2.7 開孔后承載能力分析

從目前的設(shè)計情況來看，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也需要做好梁體開孔后承載力的計算分析。從實踐情況來看，在應(yīng)用中也需要注意以下內(nèi)容：第一，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中也需要均衡凈空環(huán)境和建筑層高之間的關(guān)系，在確保結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上，為空調(diào)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、消防系統(tǒng)預(yù)留出充足的安裝空間。同時在應(yīng)用中也需要做好協(xié)調(diào)處理，提高梁腹開孔后承載壓力，以降低開裂問題的發(fā)生幾率[2]。第二，做好梁腹開孔參數(shù)（如直徑、位置等）梳理，確保結(jié)構(gòu)上部荷載的分布均勻度，避免應(yīng)力集中問題，以此來降低結(jié)構(gòu)破損、裂縫等問題的發(fā)生幾率，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.8 做好混凝土裂縫處理

在對混凝土裂縫進行優(yōu)化處理時，也需注意以下幾點：第一，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要對混凝土結(jié)構(gòu)的荷載進行細(xì)化分析，利用BIM技術(shù)、云計算軟件來進行處理，得到可靠的分析結(jié)果，這樣也可以有效避免混凝土出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，從而降低混凝土裂縫問題的發(fā)生幾率[4]。第二，在混凝土設(shè)計中也需要遵循規(guī)范對材料因素、施工因素、環(huán)境因素等內(nèi)容進行綜合性參考，基于分析結(jié)果來擬定可靠的施工計劃，降低裂縫問題的發(fā)生幾率。

結(jié)語：

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要參考多項應(yīng)用內(nèi)容，基于各類設(shè)計參數(shù)中的常見問題，擬定相對應(yīng)的處理措施，不僅可以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，而且能夠積累有價值的參數(shù)信息，為后續(xù)項目的順利推進奠定基礎(chǔ)。

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