建筑結構設計的過程及常見問題分析

強霖 高山棚

【摘 要】建筑結構設計直接影響到建筑物的安全、適用、經濟和合理性。本文總結了建筑結構設計的要求和過程，對建筑結構設計中一些常見進行分析，指出了錯誤的原因和后果，提出設計建議和構造的要求。

【關鍵詞】建筑結構設計；概念設計

【Abstract】The structural design of the building directly affects the safety， application， economy and rationality of the building. This paper summarizes the requirements and processes of building structural design， analyzes some common aspects of building structural design， points out the causes and consequences of the errors， and proposes design recommendations and construction requirements.

【Key words】Architectural design；Conceptual design

隨著建筑行業的發展，建筑設計水平不斷的提高，綜合性建筑的發展使平面布置和體型日益復雜：使結構體系曰益多樣化。由于各種因素，使設計中出現很多問題，問題大小都對房屋的建筑質量產生影響。做好建筑結構設計是關系到建筑經濟、人民安居樂業的重要工作，設計人員須充分了解建筑結構設計特點及其結構體系，使結構設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。

1. 建筑結構設計的要求

為保證建筑結構的可靠度達到設計要求，設計中須遵循以下要求：

（1）計算內容：結構構件應進行承載能力極限狀態的計算和正常使用極限狀態的驗算，如直接承受動力荷載的構件應進行疲勞強度驗算；

（2）結構上多種作用效應同時發生時，應通過結構分析分別求出每一種作用下的效應后，考慮其可能的最不利組合；

（3）抗震設計：我國的抗震設防烈度為6至9度，建筑結構根據所在地區的烈度、結構類型和房屋高度采用不同的抗震等級。賦應不同的抗震等級，有不同的計算和構造要求。

2. 結構設計的過程

結構設計的階段大體可以分為三個階段：概念設計階段，結構計算階段和施工圖設計階段。

2.1 概念設計階段。

概念設計是指正確的解決總體方案、材料使用和細部構造.以達到結構優化設計的目的。

2.1.1 關于強柱弱梁節點。為實現在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態，而沒有屈服，但節點還處于彈性工作階段。強柱弱梁措施的強弱，相對于梁端截面實際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強幅度的大小，是決定由強震引起柱端截面屈服后塑性轉動能否不超過其塑性轉動能力。而且不致形成“層側移機構 從而使柱不被壓潰的關鍵控制措施。柱強于梁的幅度大小取決于粱端縱筋不可避免的構造超配程度的大小。以及結構在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內力重分布和動力特征的相應變化。

2.1.2 關于“強剪弱彎”措施：強剪弱彎是保證構件延性，防止脆性破壞的重要原則，人為加大各承重構件相對于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結構經歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現脆性剪切失效。對于框架結構中的框架梁應注意抗剪驗算和構造，使其滿足相關規范要求。

2.1.3 注意構造措施。（1）對于大跨度柱網的框架結構。在樓梯問處的框架柱由于樓梯平臺梁與其相連，使得樓梯問處的柱可能成為短柱，應對柱箍筋全長加密。這一點，在設計中容易被忽視，應引起重視。（2）對框架結構外立面為帶形窗時，因設置連續的窗過粱，使外框架柱可能成為短柱，應注意加強構造措施。（3）對于框架結構長度略超過規范限值，建筑功能需要不允許留縫時，為減少有害裂縫，建議采用補償混凝土澆筑。采用細而密的雙向配筋，構造間距宜小于150mm，對屋面宜設置后澆帶，后澆帶處按構造措施宜適當加強。（4）其它構造措施限于篇幅，詳見新規范。

2.2 結構計算階段。

（1）荷載的計算。

荷載包括內部荷載和外部荷載。無論是內部荷載還是外部荷載.都要根據荷載規范的要求和規定，采用不同的組合值系數和準永久值系數等來進行不同工況下的組合計算。

（2）構件的試算。

根據計算出的荷載值，使用要求，構造措施要求及各種計算手冊上給出的試算方法來初步確定構件的截面。

（3）內力的計算。

對結構中彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等，要根據確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算。

（4）構件的計算。

根據計算出的結構內力及規范對構件的要求和限制，如：軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等，來復核結構試算的構件是否符合規范規定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止。

2.3 施工圖設計階段。

施工圖設計時最后的設計階段，施工圖是施工的依據.也是建筑師結構設計的完整體現。施工圖必須以方案設計和初步設計為依據，忠實于既定的基本構思和設計原則。這階段設計的重點是所有分體系構件的細部設計， 即構件配筋設計及節點大樣設計。

3. 建筑結構設計常見問題及處理

3.1 地基與基礎設計。

地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面，該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，地基基礎也是整個工程造價的決定性因素，所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

3.2 樓板設計常見問題。

（1）在樓板設計時經常出現，將雙向板作為單向板進行計算的問題。這是因為圖計算方便或對板的受力狀態認識不足造成的。這樣的后果必然導致計算假定與實際受力狀態不符，從而使兩個方向配筋不平衡，造成配筋嚴重不足，致使板出現裂縫。

（2）在進行板承受線荷載彎矩計算時.某些設計人員對板的配筋計算弄混.將隔墻的總荷載附以板的總面積。或對連續板的認識不足，在板的設計中沒有考慮支承點上部負彎矩的影響. 致使板頂出現裂縫。

（3）還有雙向板有效高度取值偏大的問題。雙向板在兩個方向均產生彎矩，由此雙向板跨中正彎矩鋼筋是縱橫疊放，短跨方向的跨中鋼筋在長跨方向的跨中鋼筋的下面.這兩個高度是不同的，計算時應用兩個方向的各自的有效高度。而有的設計人員卻相同的高度進行配筋計算，這樣長跨有效高度偏大，配筋偏低，使結構構件存在的質量隱患，甚至出現開明縫的現象。

3.3 建筑結構的設計問題。

3.3.1 關于超長鋼筋混凝土結構。

很多建筑采用超長混凝土結構，一般不設或少設伸縮縫，致使結構不設縫的長度遠遠超出了我國規范規定的限值，通常把這種結構稱為超長混凝土結構。鋼筋混凝土結構存在抗裂性差這一缺點，混凝土建筑物的裂縫問題是混凝土工程中帶有一定普遍性的問題。混凝土結構體表面或內部產生的裂縫將對結構承載力、防水性以及抗凍性、抗鋼筋銹蝕性、抗化學侵蝕性等耐久性能產生嚴重的危害。裂縫的出現，會影響美觀，嚴重影響建筑物的使用壽命。

3.3.2 樓板設計中存在的問題。

樓板是建筑工程中的主要承重構件，它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設計問題必將連帶梁、墻、柱等構件安全。若對整個設計考慮不周，很容易出現設計質量問題。樓板設計中常見以下問題：（1）設計時為了計算方便或因對板的受力狀態認識不足，簡單地將雙向板作為單向板進行計算。使計算假定與實際受力狀態不符，導致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構造配筋，造成配筋嚴重不足，致使板出現裂縫。（2）板承受線荷載時彎矩計算問題，常在樓板上布置一些非承重隔墻，故大樓板設計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進行板的配筋計算。

3.4 從構造角度看應注意的問題。

在抗震設計中既要保證建筑結構在地震發生時具有一定的延性，又必須滿足最小配筋的要求。應特別注意構件最大配筋率和最小配筋率的限值。要保證鋼筋在各個部位所需滿足的錨固、延伸和搭接長度，材料選用也必須滿足強度要求。防止屋面溫度應力引起的墻體開裂，有效的通風散熱措施，構造柱與圈梁、樓板和墻體的拉接必須符合規范要求。

4. 結束語

作為建筑工程的重要組成部分，結構設計也是建筑安全應用的基礎。建筑結構設計是一個系統而全面的工作，不僅是建筑設計成功實現的保證，更是建筑安全應用的基礎。建筑結構設計是一項經驗性很強的工作，設計人員要善于總結工作中的經驗和教訓，要嚴格遵照設計規范、標準進行，要有靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度，不斷提高自身的結構設計水平，以保證建筑質量，確保人民生命財產安全。

[文章編號]1619-2737（2018）06-12-884