建筑工程結構設計中的問題與初探

北京中建建筑設計院有限公司銀川分公司 寧夏銀川 750000

摘要：隨著建筑業的不斷發展，建筑結構隨著建筑功能的改變而出現多種變化。本文對建筑結構設計中 常出現的問題和相應解決措施進行了分析探討，以期對建筑設計師在建筑結構設計方面有所幫助。

關鍵詞：建筑結構；結構設計；基礎承載力；嵌固端

雖然我國建筑事業已經取得了不錯的發展，建筑技術和設計方面水平都得到了不斷提升，但建筑結構設計中還是存在一些問題需要設計師去注意并解決，只有不斷糾正和解決結構設計中的問題才能保證建筑結構的穩定性，保證建筑工程質量。下面就結合工作實際中遇到的一些問題做如下探討。

一、地基承載力深度修正的問題

設計不超過20層的高層、多層建筑時，我們經常直接選擇樁基的基礎形式，其實在非軟弱土地區，應首先探討采用天然地基的可行性，以利于降低基礎造價，合理地確定地基承載力值就顯得尤其重要，《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）規定：地基承載力特征值應按下式進行修正：fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）[1]，而在地基承載力值的組成中，深度修正部分占有較大的比重。這對于主裙樓一體結構，在進行主樓地基承載力計算時，因裙樓基礎的有利及不利影響，如何合理地確定用于深度修正的深度值d尤為重要。規范在5.2.4條條文說明中這樣規定“對于主體結構地基承載力的深度修正，宜將基礎底面以上范圍內的荷載，按基礎兩側的超載考慮，當超載寬度大于基礎寬度的兩倍時，可將超載折算成土層厚度作為基礎埋深，基礎兩側超載不等時，取小值。”這就要求設計人員在進行具體工程設計時，應根據此條的要求，結合工程實際情況合理地確定承載力深度修正所采用的埋深值d，但設計人員對此認識卻并不一致，經常有困擾。最常見的是高層主樓帶地下車庫這種類型，計算簡圖如圖1所示。

（1）當高層主樓采用筏板或箱型基礎時，在主樓縱、橫兩個方向上，若B1、B2均大于2B0，才能考慮裙樓荷載對地基土產生的超載作用，將超載折算成土體厚度d2，（兩側超載不同時，取小值），此時d=d0+d2，若b1、b2中有一值大于2B0，而另一值小于2B0時，或均小于2B0時，裙樓荷載作為超載折算為土體厚度d2，當d=d0+d2≥d1時，取d=d1，當d=d0+d2

（1）當高層主樓采用筏板或箱型基礎時，在主樓縱、橫兩個方向上，若B1、B2均大于2B0，才能考慮裙樓荷載對地基土產生的超載作用，將超載折算成土體厚度d2，（兩側超載不同時，取小值），此時d=d0+d2，若b1、b2中有一值大于2B0，而另一值小于2B0時，或均小于2B0時，裙樓荷載作為超載折算為土體厚度d2，當d=d0+d2≥d1時，取d=d1，當d=d0+d2

（2）當主樓采用柱下獨立基礎加防水板的形式時，則靠近地下室一側的基礎可考慮土的超載作用，d的取值同1，但主樓內的其他基礎的埋深d=d0。

合理確定用于深度修正的基礎埋深值d，從而確定主體結構的地基承載力值fa，這樣才能使結構的基礎設計達到合理、經濟，最優化。

圖1 結構簡圖

二、主次梁節點設計問題

我們在工程設計的計算過程中不可避免地會出現主次梁相交的情況，時常會發現框架主梁扭矩很大，抗扭承載力不足，有些處理辦法就是將次梁與主梁相交處設為鉸接，釋放扭矩，但這樣處理是否合理，與實際的受力情況是否一致呢？個人以為：作為梁端鉸接，就是要保證梁端有一定的轉動能力；固接，就是要限制梁端的轉動能力；而實際上沒有完全的鉸接也沒有完全的固接，梁端鉸接不能隨意地人為設置[2]。

設置鉸接梁，是允許此梁在兩端形成朔性鉸而產生裂縫，但是不會破壞，就是說形成朔性鉸之后，此梁由超靜定變成靜定結構，結構設計一般都是超靜定結構。這樣一個破壞不會對整個結構體系影響很大，才能滿足結構安全的冗余。如果主次梁截面相差較大，支座主梁對次梁約束不大的情況下可以設定為鉸接，即使為鉸接，《混凝土結構設計規范》。10.2.6條對此做出了規定，要求上部配置構造鋼筋，且構造鋼筋截面面積不得小于下部鋼筋的1/4，；如果主次梁截面相差不大，次梁高度只比主梁少50mm，這時候就不能完全忽略主梁對次梁的約束了，這種情況是最容易出現框架主梁配筋超筋、抗扭承載力不足[3]。如何處理，首先我們應該考慮加高框架梁解決配筋超筋，加寬框架梁解決受扭不滿足，如果條件所限不能加寬，那才可以看能不能鉸接次梁了，但這里的鉸是指的假想鉸，而是要保證支座負筋首先屈服，造成內力的卸載和重分布，分布后達到和鉸接類似的受力情況，此時的鉸接就得要從構造措施上進行保證，現行國家標準圖集《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》（11G101-1）第86頁針對非框架梁（即次梁）的配筋構造做出了明確的示意。

結構設計最重要的原則是：結構設計建模要立足于結構自身，主要力學模型要與實際構件接近，以保證計算結果能夠真實反映結構狀況，這樣才能保證結構的安全。

三、地下室嵌固端的選擇問題

在有地下室的結構設計時，地下室的頂板是否作為上部結構的嵌固是很重要的。這不僅僅是關系到計算結構的內力的大小，而且在某些工程中會整體結構成為一個超限建筑，對結構設計造成難點[4]。

嵌固的概念，這里所說的嵌固應該是強度嵌固而非力學嵌固；力學嵌固——完全剛性的固定，嵌固點以下剛度無窮大，嵌固點無平動、轉動，實現了完全的約束[5]。而強度嵌固——柱的塑性鉸出現在地上一層的下端，而不是出現在梁柱節點兩側的梁上，即強梁弱柱.實現的方法：（1）增大梁的抗彎能力；（2）增大地下室柱頂的抗彎能力；（3）滿足規范的各項要求。嵌固端所在層樓板要求連續，這樣才能保證水平地震力的傳遞[6]。實際工程中常遇到地下室頂板開洞，甚至是大面積的開洞，此時必須要與建筑專業配合，避免將洞口設在主樓周邊，開洞面積不宜大于嵌固端層樓板面積的30%，同時將洞口周邊樓板加厚，以滿足剛性樓板的要求。工程中還會碰到當地下室頂板的標高不一致的情況，以下沉式廣場為代表，如果地下室頂板與地上一層高差小于層高的1/3，則只要地上一層的側向剛度能滿足規范要求，則地下室頂板可作為嵌固端，即使高差稍稍超過1/3層高，也可將主樓周邊一跨的樓板適當抬高以滿足高差，不過需進行加強處理：有錯層部位加大梁的剛度，在錯層處樓板加腋，以保證水平剪力的傳遞路徑。

四、結語

建筑結構設計是建筑工程的開端，其需要設計師具有扎實理論功底和創新思維，以及嚴謹的設計工作態度。對于結構設計中出現的問題，設計師要積極采取相應的措施進行解決，保證建筑結構設計的合理性和科學性，以此來保證建筑結構的穩定性和建筑工程質量，推動建筑行業的不斷向前發展。

參考文獻：

[1] 中國建筑科學研究院.GB5007—-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 吳毅寬.建筑結構設計基本原則及合理設計方案分析[J].建材與裝飾（上旬刊），2013（01）.

[3] 中國建筑科學研究院.GB50010—2010混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4] 中國建筑科學研究院.JGJ3—2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[5] 溫啟平，殷欣.基于防震考慮的高層建筑結構設計要點探析[J].建筑知識（學術刊），2013（02）.

[6] 中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部.多層及高層建筑結構彈塑性動力、靜力分析軟件EPDA用戶手冊、編制原理.2001.