試論房屋結構設計中的常見問題及改進措施分析

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中鐵上海設計院集團有限公司 上海 200070

引言

房屋結構設計是房屋建造的重要環(huán)節(jié)之一，它直接影響到房屋的安全性、穩(wěn)定性和使用壽命。因此，房屋結構設計必須符合相關的規(guī)范標準，并且需要經(jīng)過嚴格的計算和檢驗，以確保房屋的結構穩(wěn)定和安全可靠。本文將從常見問題和改進措施兩個方面對房屋結構設計進行分析和探討。

1 房屋結構設計中的重要性

房屋結構設計是房屋建造的重要環(huán)節(jié)之一，它直接影響到房屋的安全性、穩(wěn)定性和使用壽命。房屋結構設計的重要性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：房屋結構設計必須符合相關的規(guī)范標準，并且需要經(jīng)過嚴格的計算和檢驗，以確保房屋的結構穩(wěn)定和安全可靠；房屋結構設計應該考慮到房屋的使用壽命，合理選擇材料和結構形式，以延長房屋的使用壽命；房屋結構設計應該考慮到房屋的舒適性和節(jié)能性，合理設計房屋的通風、采光、隔音等方面，以提高房屋的舒適性和節(jié)能性；房屋結構設計應該考慮到房屋的經(jīng)濟效益，合理控制建造成本，以提高房屋的經(jīng)濟效益[1]。為了滿足實際使用功能要求和設計要求，應在結構設計時充分考慮建筑物所承受的荷載類型、大小以及分布情況等因素，根據(jù)具體情況選用相應的結構類型和布置方式。同時應根據(jù)實際情況確定合理、科學、經(jīng)濟合理的結構形式和截面尺寸等參數(shù)，并確保結構強度、剛度和穩(wěn)定性滿足房屋建筑工程安全性要求。

2 房屋結構設計中的常見問題

在房屋結構設計中，常見的問題包括抗震設計不足、耐久性設計不夠、強度設計不合理、結構布局不合理、局部元素設計不當和材料選擇不合理等。這些問題可能會導致房屋在使用過程中出現(xiàn)各種安全隱患和功能失效。首先，抗震設計不足是一個普遍存在的問題。當?shù)卣鸢l(fā)生時，不合理的抗震設計可能導致房屋結構的破壞，甚至倒塌。為了解決這個問題，設計師需要對地震力進行充分的分析和計算，并采取適當?shù)目拐鸫胧缭黾咏Y構的剛度和強度，使用抗震支撐系統(tǒng)等。此外，耐久性設計不夠和強度設計不合理也會影響房屋的使用壽命和安全性。房屋結構在長期使用中可能會受到自然環(huán)境、機械荷載等的影響，導致結構的損壞和破壞。為了解決這個問題，設計師需要考慮結構的耐久性和強度，并選擇適當?shù)牟牧虾褪┕し椒āＡ硗猓Y構布局不合理、局部元素設計不當和材料選擇不合理也會影響房屋的整體性能和穩(wěn)定性。合理的結構布局可以提高房屋的空間利用率和結構的穩(wěn)定性，而不當?shù)木植吭卦O計和材料選擇可能導致結構的薄弱點和功能缺陷。為了優(yōu)化房屋結構設計，可以采取一系列改進措施。優(yōu)化結構壽命可以通過考慮結構的耐久性和維護性，選擇合適的材料和施工方法來延長房屋的使用壽命。整體與局部設計優(yōu)化可以通過優(yōu)化結構的布局和局部元素的設計，提高房屋的整體性能和穩(wěn)定性。框架結構設計優(yōu)化可以通過增加結構的剛度和強度，提高房屋的抗震能力。上部結構優(yōu)化可以通過合理選擇上部結構的材料和施工方法，提高房屋的防水性能和耐久性。

3 房屋結構設計中的改進措施

3.1 優(yōu)化結構壽命

在實際的房屋建筑施工過程中，由于技術水平、施工管理等方面存在問題，使得建筑的結構抗震性能較差，不能滿足人們的使用需求。在當前我國地震頻發(fā)的大環(huán)境下，加強對房屋結構設計的重視，采取有效措施降低地震災害所帶來的影響和損失，優(yōu)化房屋結構壽命成為當前社會發(fā)展過程中所關注的重點問題。在進行房屋結構設計時，應嚴格按照相關規(guī)定進行，并且需要充分考慮當?shù)氐牡卣鸹顒忧闆r，合理設計抗震設防烈度和設防水平。此外還需要加強對建筑材料的合理選擇，在滿足設計要求的前提下，盡量采用強度高、耐久性好、質(zhì)量輕以及價格低的材料。還應重視對建筑構件進行質(zhì)量檢測和維護保養(yǎng)，防止建筑構件在使用過程中出現(xiàn)變形或損壞[2]。

在進行房屋結構設計時需要注意以下幾點：首先要選擇合適的房屋結構類型；其次要加強對房屋建筑基礎設施的建設和維護管理；再次要加強對房屋建筑施工材料及設備質(zhì)量的管理；最后還需要加強對房屋建筑施工技術與施工質(zhì)量的控制。在實際的房屋建筑施工中，需要根據(jù)當?shù)氐卣鸹顒忧闆r進行房屋結構設計方案優(yōu)化。如在我國，地震活動強烈、分布不均、分布復雜、發(fā)生頻繁，導致很多地區(qū)在建設時都會選擇抗震能力強且便于施工的抗側力體系[3]。在進行抗側力體系設計時應考慮以下因素：第一，要根據(jù)建筑物所處地區(qū)實際情況確定結構形式；第二，要合理選擇抗震性能強且不易損壞的建筑材料；第三，要優(yōu)化結構體系。

3.2 整體與局部設計優(yōu)化

在房屋結構設計中，可以采取以下改進措施來提高整體與局部設計的優(yōu)化：通過優(yōu)化結構設計，可以減少材料的使用量，提高房屋的承重能力和抗震性能，從而提高房屋的安全性和穩(wěn)定性；新型材料具有輕質(zhì)、高強度、防火等特點，可以減少房屋的自重，提高房屋的抗震性能和耐久性，從而降低房屋的維護成本；通過優(yōu)化建造工藝，可以提高建造效率，降低建造成本，減少施工過程中的浪費和損失；智能化技術可以提高房屋的舒適度和安全性，如智能化門鎖。智能化照明系統(tǒng)、智能化安防系統(tǒng)等；在房屋設計中，可以設計多功能空間，使得房屋的空間利用率更高，同時也能提高房屋的舒適度；采用可再生能源可以降低房屋的能源消耗，減少對環(huán)境的影響，同時也能降低房屋的運營成本；可持續(xù)建筑設計是一種以減少環(huán)境影響為目標的設計方法，通過優(yōu)化建筑材料、能源利用和水資源管理等方面，實現(xiàn)對環(huán)境的最小化影響，同時提高房屋的舒適度和健康性；先進的建筑技術包括3D打印、預制構件、模塊化建筑等，這些技術可以提高建筑效率和質(zhì)量，同時減少浪費和成本；人性化設計是指在房屋設計中考慮到人的需求和行為，例如設計符合人體工學的家具、充足的自然采光和通風等，這些設計可以提高房屋的舒適度和健康性；綠色屋頂是指在房屋屋頂種植植物，可以提高房屋的保溫性能和空氣質(zhì)量，同時還能減少雨水徑流和城市熱島效應；智能化管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對房屋的遠程監(jiān)控和管理，例如遠程控制溫度、濕度、照明等，這些系統(tǒng)可以提高房屋的舒適度和安全性，同時降低運營成本。綜上所述，房屋結構設計中的改進措施是多種多樣的，可以根據(jù)不同的需求和目標采取不同的措施，以實現(xiàn)房屋的優(yōu)化設計和最大化的效益。

3.3 框架結構設計優(yōu)化

房屋建筑設計中，選擇合適的結構體系和質(zhì)量較好的鋼筋混凝土結構是減少地震災害損失最有效的方法之一。我國現(xiàn)在使用比較多的結構體系有磚混結構、框架-剪力墻結構、框架-筒體結構等，而質(zhì)量較好的鋼筋混凝土結構主要有框架-剪力墻結構和框架-筒體結構。在進行房屋建筑設計時，要綜合考慮當?shù)氐刭|(zhì)條件和氣候因素，選擇合適的建筑材料，尤其是對于容易發(fā)生地震災害地區(qū)的房屋建筑，要選用質(zhì)量較好的鋼筋混凝土材料。除此之外，還應考慮到房屋建筑使用功能要求，對于一些居住功能要求較高的建筑物可以采用磚木結構、磚混和框架-剪力墻等。通過合理選擇房屋建筑設計中的鋼筋混凝土材料可以提高房屋建筑抗震性能。

框架結構的優(yōu)點是：整體性好，結構布置靈活，平面內(nèi)剛度均勻；能夠充分利用柱的截面，能較好地滿足建筑布置對柱截面尺寸的要求，框架柱一般采用工字鋼和H型鋼；抗震性能好。框架結構體系的缺點是：剛度大，層間位移大，易發(fā)生嚴重的扭轉效應；建筑平面內(nèi)剛度不均勻，容易發(fā)生扭轉破壞；框架柱承受著很大的軸壓比荷載，因而較易產(chǎn)生較大的塑性變形；框架結構體系中的梁柱節(jié)點，除受軸向壓力外，還同時承受彎矩和剪力；對基礎設計要求高。框架結構體系適用于多層及高層建筑結構中，也適用于抗震設防烈度為6-9度的地區(qū)。但設計時要注意框架結構不能只考慮其抗彎作用而忽略其抗剪和抗扭作用，更要注意其變形能力。

框架梁截面尺寸及配筋設計優(yōu)化：在實際工程中，常見的框架梁截面尺寸為500mm×500mm或500mm×550mm，鋼筋為2.5-3.5級鋼筋。配筋方面主要存在以下問題：第一，如果采用多跨框架梁計算時，會出現(xiàn)梁端截面配筋偏小的現(xiàn)象；第二，如果采用角柱計算時，會出現(xiàn)梁端截面配筋偏小的現(xiàn)象；第三，如果采用柱端截面配筋率小于0.25%時（當柱截面面積為250～350mm2時）會出現(xiàn)柱端軸力偏小的現(xiàn)象；第四，如果采用角柱計算時，會出現(xiàn)梁端彎矩增大的現(xiàn)象；第五，如果采用柱與梁連接方式計算時（當柱直徑大于600mm且配筋率小于0.25%時）會出現(xiàn)梁端截面受剪偏大的現(xiàn)象。因此在設計框架結構時應盡量減少框架梁的跨度，降低截面尺寸。

板與墻連接部位構造優(yōu)化：在進行框架結構設計時應注意對板與墻連接部位構造進行優(yōu)化設計。第一，對于填充墻和柱帽，要注意其長度以及洞口位置的確定；第二，對于填充墻與框架梁之間連接部位要加強配筋；第三，對于填充墻與柱之間連接部位要增加箍筋。由于在實際工程中，填充墻與框架梁之間大多沒有設置鋼筋混凝土圈梁來加強其整體性，因此在進行設計時要注意對圈梁的構造進行優(yōu)化設計。

剪力墻結構是指用鋼筋混凝土承重的墻體來承受豎向荷載，并將其分解為若干部分，使其成為一個整體。剪力墻結構主要有以下優(yōu)點：由于墻體是主要的抗側力構件，結構剛度大，整體性好，抗震性能好；墻與柱的協(xié)同工作能力強，受力合理；剪力墻結構的建筑平面布置靈活，可以形成不同的空間結構體系；剪力墻結構具有良好的延性和耗能能力，適用于地震區(qū)；剪力墻結構中各部分構件受力明確、傳力途徑明確；剪力墻結構能較好地滿足建筑平面布置、使用功能、立面造型等方面的要求；剪力墻結構抗震性能好，可用于抗震設計時作為主要抗側力構件的結構；剪力墻結構是一種適合于高層建筑的結構形式，在設計時應盡量采用剪力墻結構。

3.4 上部結構優(yōu)化

合理的平面、立面布置，對提高建筑的空間使用效率，充分發(fā)揮建筑物的使用功能具有重要作用。如房屋的建筑高度、層數(shù)、層高等，都與房屋的平面、立面布置密切相關。在設計時，應充分考慮建筑物平面、立面的布置，使房屋具有良好的空間效果和視覺效果。在確定建筑結構類型時，應結合建筑功能要求、空間尺度、場地條件等因素合理選擇結構形式。在房屋設計時，應盡量采用整體穩(wěn)定，承載能力高的結構形式，避免采用自重大、使用荷載大、施工難度大等問題的結構形式[4]。同時應盡可能降低工程造價，提高房屋建筑的經(jīng)濟效益和社會效益。通過優(yōu)化上部結構的設計，可以提高房屋的通風、采光等環(huán)境因素。例如，在設計房屋的屋頂時，可以考慮采用天窗或者開放式的設計，增加室內(nèi)的采光和通風。此外，可以利用屋頂?shù)男泵嬖O計，增加房屋的天然通風效果，減少空調(diào)的使用，提高能源利用效率；在設計房屋的屋頂時，可以考慮采用綠色屋頂或者太陽能板，增加房屋的隔熱效果和保溫性能，減少室內(nèi)溫度波動，提高房屋的舒適度。總之，通過優(yōu)化上部結構的設計，可以提高房屋的環(huán)境因素、舒適度和美觀度，為居住者創(chuàng)造更加宜居、舒適和美好的居住環(huán)境。

4 結束語

房屋結構設計是建筑工程中非常重要的一環(huán)，需要充分考慮安全、經(jīng)濟、環(huán)保等多方面因素。在設計過程中，需要不斷優(yōu)化設計方案，提高結構的壽命和穩(wěn)定性，同時還要滿足人們對于舒適、美觀等方面的需求。只有通過不斷的創(chuàng)新和改進，才能建造出更加安全、環(huán)保、舒適的房屋。