建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計過程中存在的問題及應(yīng)對策略

■阮祥炬 ■中南建筑設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430071

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對建筑使用性能以及生活環(huán)境有了明顯提高，因此人們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性提出了更多的要求。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的持續(xù)發(fā)展過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的形式越來越復(fù)雜，且逐步向多元化、多功能的方向發(fā)展，給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作帶來了一定的難度。而建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計是相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，需要在建筑設(shè)計的過程中將之置于首要位置，通過合理的總體布置、科學(xué)的材料選擇等方式來保證設(shè)計功能的全面性以及建筑主體結(jié)構(gòu)成本的合理性。因此，分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的主要問題，并提出對應(yīng)的策略，對保證建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計質(zhì)量具有重要意義。

1 建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

在實施建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要遵循的原則主要包括這樣兩個方面:其一，在進(jìn)行混凝土建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，必須與建筑功能需求、施工設(shè)備以及施工方式等結(jié)合起來，保證建筑結(jié)構(gòu)安全、功能適用、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)，同時還應(yīng)該確保新的技術(shù)、工藝和材料等能夠得到充分應(yīng)用;其二，在實施建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，必須重視結(jié)構(gòu)選型以及結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造，通過選擇抗震和抗風(fēng)能力強(qiáng)的主體結(jié)構(gòu)體系、立面和平面結(jié)構(gòu)，并保證構(gòu)造件的相互連接。同時，在抗震設(shè)計工作中要重視建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震，使得整個建筑結(jié)構(gòu)的承載能力、剛度和延性等得到保證。

2 建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計過程中存在的典型問題

2.1 屋面梁與配筋問題

(1)屋面梁配筋較少。在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，部分設(shè)計人員為了方便，直接將下層梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接復(fù)制至屋面梁。他們以為屋面梁在應(yīng)用過程中其載荷較小，計算得到的配筋數(shù)較少，采用下層梁的配筋是偏于安全的。實際上未考慮屋面溫度應(yīng)力作用，屋面梁在溫度應(yīng)力的作用下發(fā)生變形，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)因為配筋率偏低而出現(xiàn)裂縫等問題。(2)受扭屋面梁沒有設(shè)置腰筋。對于普通梁而言，為了確保整個鋼筋骨架的剛度，同時為了其能夠抵抗使用過程中出現(xiàn)的溫度應(yīng)力載荷以及收縮應(yīng)力，避免由此而帶來的梁腹裂縫較大的問題，通常需要在板下梁高超過450mm 時設(shè)置腰筋，且保證腰筋的間距小于200mm 之后通過拉筋勾連的方式提高腰筋的整體性，而部分設(shè)計人員并沒有關(guān)注這點(diǎn)。對于設(shè)置有懸挑檐口的屋面梁，部分設(shè)計人員在主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中直接將之等同于一般梁的設(shè)計，沒有進(jìn)行對應(yīng)的配筋設(shè)計。

2.2 樓層平面剛度問題

當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計工作多采用計算機(jī)程序設(shè)計來完成，在沒有特別的要求情況下，可以將之設(shè)計成為剛性樓面層。這種設(shè)計方式的合理性在于其不但能夠?qū)?fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算進(jìn)行簡化，而且能夠得到完整、真實的主體結(jié)構(gòu)受力數(shù)據(jù)，能夠有效的保證結(jié)構(gòu)的整體合理性和安全程度。但是，在對部分有特殊要求的樓層平面剛度設(shè)計時，例如變形樓板設(shè)計過程中，該種設(shè)計方式存在一定的問題。雖然從理論上講，該種設(shè)計方式也能夠滿足變形樓板的設(shè)計要求，但是在計算具體的變形程度時，卻難以得到準(zhǔn)確的計算結(jié)果。若以此不準(zhǔn)確的結(jié)果作為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的依據(jù)，則將得到不合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性較低的問題。

2.3 樓板設(shè)計中存在的典型問題

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中為了便于計算或者對樓板的受力狀態(tài)認(rèn)識不足，簡單的將雙向板視作為單向板進(jìn)行設(shè)計計算。導(dǎo)致計算假定與實際的承載工況不符，造成了在單一方向配筋過多，而在另一方向配筋不足的問題，使得樓板在使用過程中出現(xiàn)裂縫;(2)計算樓板承載線性載荷彎矩過程中的問題。民用建筑計算過程中，經(jīng)常需要在樓板上布置對應(yīng)的非承重隔墻，因此在樓板設(shè)計過程中通常會將該部分線性載荷換算稱為等效的均勻載荷分布在樓板上，然后進(jìn)行樓板的配筋計算。但是，部分設(shè)計人員在設(shè)計過程中簡單的將隔墻的總在和直接除以樓板的總面積。而且在處理樓板板上隔墻頂部問題時，采取立磚斜砌的方式進(jìn)行上部樓、屋面板等的設(shè)計，使得樓板上部結(jié)構(gòu)增加了一個認(rèn)為的中間點(diǎn)，導(dǎo)致樓板設(shè)計時沒有考慮該問題，而使得樓板出現(xiàn)裂縫。(3)雙向板高度取值過大。雙向板在使用過程中兩個方向都會產(chǎn)生彎矩，因此雙向板的跨中正彎矩鋼筋通常采取縱橫疊放的配置方式，而短跨方向的跨中鋼筋則置于下層，長跨方向的跨中鋼筋則設(shè)置在短跨鋼筋的的上層，計算時應(yīng)該對兩個方向的有效高度進(jìn)行分別取值。通常，長向高度小于短向高度d(d 為短向配筋直徑)。但是部分設(shè)計人員為了方便或者對受力情況不了解，導(dǎo)致兩個方向的有效高度取值一致，使得長向有效高度取值偏大，配筋過低，導(dǎo)致建筑主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患，甚至在使用過程中出現(xiàn)裂縫。

3 建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計問題應(yīng)對策略分析

3.1 保證配筋合理性

在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，經(jīng)常存在與外墻垂直的鋼筋混凝土內(nèi)隔墻，在設(shè)計的過程中要將這些內(nèi)隔墻與外墻板連接起來，或者將具有相對較大面積的外墻扶壁柱采用雙向板的方式進(jìn)行配筋操作，其他的外墻則使用縱向單向板的方式進(jìn)行配筋，從而使得連接部位的承載性能得到明顯提升。對于承受較小縱向力的外墻扶壁柱而言，應(yīng)該適當(dāng)增強(qiáng)其外側(cè)的主筋。對外墻進(jìn)行橫向配筋布置時，要參考扶壁柱的實際截面面積，通過適當(dāng)增加短筋的方式來保證建筑主體結(jié)構(gòu)的配筋得到優(yōu)化。

3.2 合理提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平

地下室對于建筑主體結(jié)構(gòu)，尤其是高層建筑主體結(jié)構(gòu)而言具有十分重要的作用，能夠顯著提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。因此，必須在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中予以重視。在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，依據(jù)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)定完成對應(yīng)的詳細(xì)測算后，對建筑墻體等相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計，例如高層建筑地下室的外墻厚度應(yīng)該超過250mm。而對于普通建筑的地下室設(shè)計而言，其強(qiáng)度也應(yīng)該精準(zhǔn)把握，不能使用過高的混凝土等級，以免因為水泥使用過量而造成收縮裂縫問題，而高層建筑的混凝土等級可以適當(dāng)提高。在設(shè)計高層建筑地下室配筋過程中，應(yīng)該根據(jù)實際的情況進(jìn)行設(shè)計。

3.3 保證變形樓板的整體抗變形能力

為了使得計算得到的結(jié)果能夠完全真實的反映建筑主體結(jié)構(gòu)的受力能力，縮小設(shè)計與實際使用誤差，應(yīng)該盡量保證變形樓板的抗變形能力。而這要求對樓面的剛性進(jìn)行合理設(shè)計。

這要求在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的初始階段就應(yīng)該盡量避免變形樓面層的出現(xiàn)，不會因為過分追求外觀而導(dǎo)致質(zhì)量隱患。其次，在進(jìn)行建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，必須對建筑的結(jié)構(gòu)布局以及配筋進(jìn)行合理設(shè)計，在提高建筑的功能實用性的同時，保證建筑的整體安全性。再次，在設(shè)計時可以近似采用剛性樓板作為變形樓板的設(shè)計參數(shù)，從而提高樓板的安全裕量，保證建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性。

［1］梁阿彬，孟琳.建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題的應(yīng)對措施［J］.房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2013(26).

［2］高杰.建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題分析［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2013(13).

［3］時偉敏.淺談建筑主體工程質(zhì)量通病的防治［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014(10).