芻議房屋建筑結構設計主要問題

管壁

摘 要：隨著人民生活水平的提高，人們對住宅房屋設計的要求也在不斷提高。本文作者就建筑結構設計的相關問題進行了探討，僅供同行參考。

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；結構抗震；

前 言

隨著現代社會發展的商業化、工業化和城市化，房屋建筑逐漸由單層、多層向高層發展，房屋結構形式也由簡單的磚混結構變得日趨復雜住宅結構設計是一項繁重而又責任重大的工作，既關系到建筑結構的安全性和耐久性，又關系到建筑的適用性和經濟性，因而結構設計工作是十分重要的。因此，設計人員在工作中應事無巨細，善于反思和總結工作中的經驗和教訓，才能將設計工作做好。

1 結構設計選型分析

對于高層結構而言，在工程設計的結構選型階段，結構工程師應該注意以下幾點:

1.1 合理選擇結構體系

高層建筑結構平面布置應力求簡單、規則、對稱，避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設置樓電梯問；避免樓電梯間位置偏置，以免產生扭轉的影響。

1.2 房屋的適用高度和高寬比

在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

1.3 嵌固端的設置問題

由于高層建筑一般都帶有兩層或兩層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面：抗震設計的多高層建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。地下室中超出上部主樓范圍且無地上結構的部分，其抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。

1.4 短肢剪力墻的設置問題

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結構，雖然有利于住宅建筑布置，也可減輕結構自重，但在高層住宅中，剪力墻肢不宜太短，因為短肢剪力墻的抗震性能較差，地震區應用經驗不多，為安全起見，高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。

2 地基與基礎設計分析

2.1 多層房屋建筑無地質詳勘報告，僅僅依據建設單位口頭或籠統參照附近建筑物的基礎設計資料就進行施工圖設計。地基與基礎設計要做到合理，安全適用，設計人員必須依據地質勘察資料，統一考察多方面因素進行基礎類型和上部結構方寧設計，僅憑地耐力這一數據是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容許值取得小一些就認為成無一失了。

2.2 采用換土墊層進行軟弱地基處理，不進行換土墊層設計，只憑經驗處置。有時設計者軟弱地基的危害認識不足，只是簡單地憑借經驗采用砂墊層加強一下承載力，沒有進行墊層寬度和厚度計算，既不安全，又不經濟。

2.3 民用建筑中柱梁及基礎的負荷未按規范乘以折減系數。設計人員設計多層民用建筑時，在計算粱、柱和基礎的負荷時未按現行設計規范用荷載乘折減系數計算其荷載值，因而荷載值準確。

3 承重柱截面高度設計過小

這種情況多發生于六度抗震設防區。一些結構設計得誤認為六度設防就是不設防，不圖受力分析方便，他們故意把柱子的截面高度設計得過小，使梁柱的線剛度比加大(因一些結構設計手冊中規定：當梁柱的線剛度比大于4時，計算簡圖中梁柱節點可簡化為鉸支)。把粱簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種做法雖然易于進行結構受力分析，但卻給房屋結構埋下了隱患。因為這樣做忽略了梁柱間的剛結作用，即忽略了柱對消化酶的約束彎矩，加之以柱截面的配筋都較小，結構一旦受力后，柱頂抗彎強度必然不足，從而柱子而梁底附近將會出現一條或多條水平裂縫，形成塑性餃。這樣在正常使用情況下，柱子已開始帶餃工作。這不但影響了房屋的耐久性，而且也常常引起用戶的恐懼心理。更為嚴重的是，這樣的結構一理遭遇地震作用時，將會倒塌，這違背了現行抗震規范中“強柱弱粱”的設計原則。

4 在框架結構設計中，只注意了橫向框架的設計而忽視了縱向框架

現行建筑抗震設計規范要求水平地震作用應按兩個主軸方向分別計算，各方面的地震和用應由該方向的抗側力構件來承擔。說是說，在框架結構設計中，縱向框架與橫向框架有同等的重要性。一些結構設計者對以于非抗震設計，而縱向地按普通的連續梁進行設計，梁柱的節點和框架中的縱筋、箍筋的配置無法不答合框架的構造要求。由于沒有考慮地震的縱向作用，在實際設計中經常出現梁的支座負筋?？缰锌v筋及箍筋的配筋置均不足的現象。

5 懸挑粱的梁高選用過小

設計者往往只注意了對梁的強充和傾覆進行驗算，而忽略了對梁手撓度的驗算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區應力過高，在正常使用狀態下，梁截面受壓區產生非線性徐變。梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起粱板出現裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的回大而加寬，影響了房屋的正常使用。據筆者觀察，這種挑梁的變形發展到后期，梁支座截面上部受拉區常常出現較寬的豎向裂縫。受支座附近上部受拉區常常出現較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響，豎向裂縫向下延伸發展為斜裂縫，此時梁已接近破壞，當為托墻挑梁時，粱過大的撓度引起梁上境況體在粱支座附近出現裂縫。裂縫在梁支座處沿斜向延伸，縫愈靠上愈寬。挑梁的截面過小對結構的抗震也很不利。懸挑結構對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時，截面的相對受壓區高度較大，梁的延性減小。在豎向地震作用下易發生脆性破壞，失去承載力。

6 連續粱按單梁進行設計

這種情況多發在陽臺邊梁的設計中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設計得的重視。左圖受力分析方便，沒計得把實際應為連續梁的梁按單簡支梁進行設計，致使梁在支座處上部負筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區出現豎向裂縫，進而引起梁上部攔板出現豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時，問題將會變得更加嚴重。因為該梁一般直接暴露在室外，受環境溫度影響較大。當環境溫度變化時，梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的約束，在梁內產生收縮應力，該收縮應力作用于原已產生的梁上裂縫處，引起梁的支座附近沿整個梁截面四周裂縫貫通，梁承載力降低，直接影響了使用安全。

7 樓板設計常見問題

板是建筑工程中的主要承重構件，是它將樓面，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，有的還可能存在嚴重的質量隱患。樓板設計中常見如下幾個問題。

7.1 設計時為了計算方便或因對板的受力狀態認識不足，簡單地將雙向板作用單向板進行計算。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。

7.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常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。但有些設計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變為連續板，支承點上部出現了負彎矩，而在板的設計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現裂縫。

7.3 雙向板有效高度取值偏大。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應放在下面，長跨方向的跨中鋼筋置于短跨鋼筋的上面，計算時應用兩個方向的各自的有效高度。一般長向的有效高度比短向的有效高度小d(d為短向鋼筋的直徑)。有的設計得為圖省事或對板受力認識不足，而取兩上方向的有效高度一致進行配筋計算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結構構件存在的質量隱患，甚至出現開明縫的現象。

8 結構分析與計算分析

在結構分析與計算階段，如何準確、高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。

8.1 結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE，TAT，TBSA或ETABS，SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。

8.2 是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及，只是，在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。

8.3 振型數目是否足夠。在新規范中增加了一個振型參與系數的概念，并明確提出了該參數的限值。

8.4 多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。

9 結束語

總之，隨著我國國民經濟不斷發展和人民生活的迅速提高，業主及建筑師的創新藝術使得鋼筋混凝土高層建筑發展被廣泛應用。然而，房屋建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求。因此，我們設計工作者應按規范相應的構造要求嚴格執行，才得以從根本上消除設計質量的隱患。

參考文獻：

{1}林同炎,S.D.思多臺斯伯利,結構概念和體系,建筑工業出版。

{2}戴國瑩,李德虎,建筑結構抗震鑒定及加固的若干,建筑結構。1999(4)．

{3}陳嘉俊,論多層框架房屋結構設計中的幾個要點[J]。四川建材.2007.2

{4}王大勇,房屋結構設計通病分析[J]，中國科教信,2005.1