建筑結構設計中遇到的主要問題研究

路文理

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

【關鍵詞】建筑結構設計；溫度應力；地下車庫

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

現階段，國家在行業規范中對于建筑結構設計提出了統籌性要求，但是受到水文條件、氣候條件、地質條件的影響，統籌性要求只能作為基礎參考，還需要地方規范來提高建筑結構設計內容的合規性。針對建筑結構設計中遇到問題進行梳理，基于此來擬定恰當的處理措施，不僅可以提高建筑結構設計內容的合理性，而且能夠減少施工變更問題，提高建筑結構設計內容的合理性。

1、建筑結構設計中遇到的主要問題

1.1 基礎連梁設計問題

當前建筑結構設計中框架結構使用較多，但是在建筑結構設計中存在基礎連系梁不規范設置問題。按照抗震設計規范中的要求，如果框架獨立柱的基礎埋置較深或者不同基礎埋置深度差別較大，一級框架與四類場地的二級框架，不同柱基礎底面重力作用下的荷載代表值壓應力有較大差異，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情況，需要在2個主軸方向以及兩樁承臺短向中設置系梁。然而實際建筑結構設計中存在基礎連梁設計不合理問題，比如當基礎埋深較大的情況下，沒有進行計算，直接在2個主軸方向設置構造基礎系梁，按照構造配筋完成鋼筋設計。對于無地下室的結構，如采用獨立基礎，計算簡圖應符合下列要求：（1）地面以下梁、柱可作為地下室參加結構整體計算，一層底板按空樓板處理，層高按一層地梁頂至基礎頂面高度取值，且對地下部分結構不應考慮土體的約束作用。（2）對一層柱尚應按結構在一層地面嵌固并復核配筋。

1.2 長徑比計算問題

在城市建筑群數量不斷增多的背景下，嵌巖樁的使用頻率和使用數量也在不斷提升。相較于其他類型的樁體結構，嵌巖樁在應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范都規定嵌巖樁按端承樁設計，完全不考慮樁側阻力。然而和傳統觀念相反，近年來國內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。目前國內涉及嵌巖樁的相關規范有《建筑樁基技術規范》、《建筑地基基礎設計規范》、《公路橋涵地基與基礎設計規范》和《鐵路橋涵設計規范》，但具體單樁承載力的計算和設計方法卻不盡相同，單樁豎向承載力特征值的計算結果有差別。

1.3 抗震設計問題

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

1.4 地下車庫設計問題

在私家車數量不斷增多的情況下，居住小區內對于車位的需求量也在增多，為了節省地上建筑空間，也會進行地下車庫設計，以提高小區內車位總數。從實際設計情況來看，也存在以下設計問題：第一，目前在地下車庫的設計中，主要參考了《汽車庫建筑設計規范》（JGJ100-98）中的相關內容，所設計的地下車庫柱網尺寸非常相近，即8.4m×6.0m，但是具體參數不可能考慮到全國各地的地質資料、水文資料，從而影響到設計結果的合理性。第二，地下車庫頂板覆土層較厚，而且在局部也會布設一定寬度的消防通道，整體受力較大，這也需要根據規范來進行設計，但是這些參數的布設也容易出現疏忽，從而影響到設計結果的合理性。

1.5 板結構設計問題

在建筑結構設計中，也存在板結構設計問題，此類問題具體表現在以下幾方面：（1）在樓板結構的設計中，沒有按照要求對板塊跨度、板塊位置、板內管線分布等參數進行布置，使得各項參數無法滿足相應的建筑規范，降低了板結構設計的合理性。（2）在板結構設計中，也會布設一些應用洞口，作用是下穿預應力筋、布設管線，同時該內容也是板塊中的薄弱環節，若不能對此內容進行合理設計，也將增加板塊裂縫病害的發生幾率，從而影響到板結構的使用壽命。

1.6 溫度應力設計問題

在建筑結構設計中，也面臨著溫度應力設計問題，具體表現為以下幾點：（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間內水化熱可以順利逸散到外界，若不能圍繞此內容進行合理設計，如外加劑添加量、澆筑時外界溫度等參數，那么也將增加溫度裂縫發生幾率，降低結構的成型強度。（2）在建筑結構設計時，沒有考慮到溫度荷載帶來的影響，這樣在結構設計上也更加容易引起超長裂縫問題，進而降低混凝土結構的耐久性。

1.7 梁腹開孔后承載能力問題

從目前的設計情況來看，在建筑結構設計中，也面臨著梁腹開洞后承載能力問題，此問題具體體現在以下幾方面：第一，在建筑結構中需要按要求配置空調系統、消防系統、電氣系統，通常會將其布設在樓層梁的底部，這也降低了樓層的凈高度。因此在設計中也需要均衡凈空環境和建筑層高之間的關系，如果沒有做好此內容的協調處理，也將增加梁腹開洞后承載壓力，不科學的開洞將提高開裂問題的發生幾率。第二，梁腹開洞參數（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，極易出現應力集中的情況，從而增加結構破損、裂縫等問題的發生幾率，降低結構的耐久性。

1.8 混凝土裂縫問題

除上述提到的設計問題外，在建筑結果設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，在建筑結構設計中，需要對混凝土結構的荷載進行細化分析，若無法得到可靠的分析結果，那么也容易導致混凝土荷載與結構配筋不匹配的情況，從而增加了混凝土裂縫問題的發生幾率。第二，在混凝土設計中沒有對材料因素、施工因素、環境因素等內容進行綜合性參考，若某一項因素沒有做好綜合考量，那么也導致此類因素負面影響不斷擴大，從而提高混凝土裂縫問題的發生幾率。

2、建筑結構設計中常見問題處理措施

2.1 優化基礎連系梁設置參數

在基礎連系梁設置參數的優化設計中，也需注意以下幾點：第一，在對基礎連系梁進行布設時，需要布設至少兩個主軸方向，而且其高度距離柱中心之間的距離也需控制在1/12～1/8，以滿足相應的應用需求。第二，在對基礎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果的合規性。第三，在建筑結構進行設計時，如果需要在基礎連系梁上部安排填充墻，或者需要其承擔樓梯荷載，那么計算建模分析時就應該把相應的荷載考慮在內。

2.2 做好長徑比核算處理

基于長徑比設計問題，也需要做好長徑比核算處理，以提高混凝土結構設計參數的合理性。在具體實踐中，應注意以下幾點：第一，增加積累的實測資料數量，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果的合理性。第二，嵌巖樁在使用過程中，也需要做好基礎資料查閱，如水文資料、地質資料等，根據資料整理情況來選擇相應類型的嵌巖樁，如端承樁、摩擦樁等，并且也對各類規范內容進行梳理，搭配恰當的計算方式，得到可靠的嵌巖樁承載力計算結果，這樣也可以提高分析結果的合理性，提升長徑比分析結果的實用性。

2.3 優化結構抗震設計

在建筑結構設計中，也需要優化結構抗震設計，在此過程中也需注意以下幾點：（1）地震問題的出現具備了較強的不確定性，因此在對建筑結構進行抗震設計時，也需要查詢相應的行業規范規程，并以此為基礎來擬定抗震參數，提高建筑設計結果的合規性。（2）在地震問題出現之后，建筑結構中的薄弱點也會日益凸顯，基于此類情況也需充分發揮三維計算軟件應用優勢，建立可靠的三維模型，根據三維模型來準確篩選建筑結構的薄弱位置，及時對該部位參數進行整理，而且也需要根據規范對其進行高效處理，持續提升設計內容的合規性。

2.4 完善地下車庫參數

進行建筑結構設計時，也需要不斷完善地下車庫參數，提高小區車位總數的合理性，營造舒適的出行環境。在具體實踐中應注意以下內容：第一，在地下車庫的設計中，需參考規范中的相關內容，但是地下車庫柱網尺寸也需要參考甲方提供的各種資料進行設計，并且也需要做好尺寸精度的把控，提高設計結果的合理性，以滿足相應的設計需求。第二，地下車庫頂板覆土層較厚，同時在地下車庫的設計中，也需要預留出消防通道的具體位置，控制好梁高、柱寬度等參數，根據規范來進行設計，從而持續提升地下車庫參數的合理性，以滿足相應的運行要求。

2.5 細化板結構設計內容

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

2.6 做好溫度應力設計

在建筑結構設計中，也需要做好混凝土結構溫度應力設計，從實踐情況來看，需做好以下內容：（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，根據計算結果對于初凝到終凝的時間差進行計算，以確保該區間內水化熱可以順利逸散到外界，降低溫度裂縫發生幾率，持續提升混凝土結構的成型強度。（2）在建筑結構設計時，也需要考慮到溫度荷載帶來的影響，可以利用相關的軟件來建立三維模型，根據三維模型反饋結果來調試各項參數，這樣在結構設計上也更好的控制混凝土超長裂縫問題，不斷提高混凝土結構的耐久性[1]。

2.7 開孔后承載能力分析

從目前的設計情況來看，在建筑結構設計中，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，在應用中也需要注意以下內容：第一，在建筑結構設計中也需要均衡凈空環境和建筑層高之間的關系，在確保結構安全性的基礎上，為空調系統、電氣系統、消防系統預留出充足的安裝空間。同時在應用中也需要做好協調處理，提高梁腹開孔后承載壓力，以降低開裂問題的發生幾率[2]。第二，做好梁腹開孔參數（如直徑、位置等）梳理，確保結構上部荷載的分布均勻度，避免應力集中問題，以此來降低結構破損、裂縫等問題的發生幾率，提高混凝土結構的耐久性。

2.8 做好混凝土裂縫處理

在對混凝土裂縫進行優化處理時，也需注意以下幾點：第一，在建筑結構設計中，需要對混凝土結構的荷載進行細化分析，利用BIM技術、云計算軟件來進行處理，得到可靠的分析結果，這樣也可以有效避免混凝土出現應力集中的情況，從而降低混凝土裂縫問題的發生幾率[4]。第二，在混凝土設計中也需要遵循規范對材料因素、施工因素、環境因素等內容進行綜合性參考，基于分析結果來擬定可靠的施工計劃，降低裂縫問題的發生幾率。

結語：

綜上所述，在建筑結構設計中需要參考多項應用內容，基于各類設計參數中的常見問題，擬定相對應的處理措施，不僅可以優化建筑結構設計方案，而且能夠積累有價值的參數信息，為后續項目的順利推進奠定基礎。

參考文獻：

[1]許文龍.高層建筑結構優化設計中的問題與對策分析[J].四川水泥，2021（09）：323-324.

[2]張鵬.淺談超高層建筑結構設計的關鍵性問題[J].建材發展導向，2021，19（16）：58-59.

[3]舒鵬.關于BIM建筑結構設計過程的研究與實現[J].四川水泥，2021（08）：143-144.

[4]逯軒武.建筑結構及暖通設計中存在的問題與解決策略探討[J].居舍，2021（22）：77-78.