关于房屋建筑结构设计的探讨

刘鑫

【摘 要】房屋建筑结构设计工作对于建筑物的整个建设过程十分重要，直接决定着建筑物的质量与安全。经济的高速增长以及城市化建设进程的加快，促进了建筑业的发展，房屋建筑工程作为人民生活的场所，对其结构设计进行研究分析非常有必要。结合笔者实践工作经验，本文对房屋建筑结构设计中的注意事项、抗震设计以及节能设计进行了探讨分析，以供借鉴参考。

【关键词】房屋建筑结构设计；基本方法；常见问题；重点；特点：有效措施；应用要素：注意事项；抗震设计；节能设计

土木工程3大结构：钢结构，混凝土结构，砖混结构；4大力学：材料力学，理论力学，结构力学，土力学。

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进设计理论，加强先进技术的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是建筑结构设计的发展方向。房屋建筑逐渐由单层、多层向高层发展，房屋结构形式也由简单的砖混结构变得日趋复杂和多样。针对当前主要结构形式的建筑结构设计中，还存在—些需要解决的问题。主要针对当前房屋建筑结构设计中一些常见却又常被人们忽视的错误进行了剖析，指出了错误的原因和后果，并给出了一些设计建议和构造的要求。

一、 房屋建筑结构设计的基本方法1、结构平面图2、屋顶（面）结构图3、大样详

二、房屋结构设计常见问题1、地基与基础方面2、砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用3、在框架结构设计中，只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架的设计4、连续梁按单梁进行设计5、楼板设计常见问题。

针对框架结构体系的应用要素

（1）考虑建筑功能的要求。例如多层建筑空间大、平面布置灵活时。

（2）考虑建筑高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素。

（3）框架结构体系是介于砌体结构与框架-剪力墙结构之间的可选结构体系。框架结构设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则（结构设计原则）。

（4）非抗震设计时用于多层及高层建筑。抗震设计时一般情况下框架结构多用多层及小高层建筑（7度区以下）。

（5）框架结构由于其抗侧刚度较差，因此在地震区不宜设计较高的框架结构。在7度（0.15g）设防区，对于一般民用建筑，层数不宜超过7层，总高度不宜超过28米。在8度（0.3g）设防区，层数不宜超过5层，总高度不宜超过20米。超过以上数据时虽然计算指标均满足规范要求，但是不经济。

框架结构平面及竖向布置设计

通过对房屋在结构设计的特点以及其设计的重点进行分析，并提出一些措施，期望能更好的促进房屋建筑结构设计。

一、建筑结构设计中的重点

（一）混凝土结构设计

在建筑工程施工中，钢筋混凝土是主要的施工材料，因为其承重效果好并且性价比较高，所以得到了广泛的应用。在进行混凝土结构设计的过程中，如果设计的不够合理，在施工的过程中可能会出现裂缝，影响到建筑结构的稳定性。此外，如果初期的设计比较合理，但是在结构说明中并没有对数据进行确切的标注，在后期施工中也会影响到结构的稳定性，这是混凝土结构设计中的重点。

（二）基础结构设计

基础结构包括地基以及其它基础构件，基础工程的质量直接決定了上层建筑的质量，因为基础结构需要承受整个建筑物的荷载，并且基础结构属于隐蔽工程，所以结构设计水平非常关键。在基础结构设计阶段，要对施工现场进行详细的地质勘察，获取准确的数据资料，对于土质状况进行详细的研究，然后科学合理的制定出结构设计方案，为整个建筑打下坚实的基础。

（三）砌体结构设计

砌体结构较为常见，且种类繁多，针对于各种不同的砌体，其设计重点也有所不同。一般而言，对于混合承重结构，其砌体主要为底层框架结构，其组织体系的动力性能不同，因此抗震性能较差，如果应用于横墙承重，需要保证横墙具有一定的刚度；而应用于纵墙承重，则需要保证纵墙的抗弯能力。以上所列举的，仅仅是建筑结构设计中的部分重难点，为了有效提高建筑结构设计的水平，我们除了要保证在钢筋混凝土结构、基础结构、砌体结构的设计上按照标准开展工作，还应该通过以下的措施，全面提升业务素质能力。

二、建筑结构设计的特点

（一）结构设计的延性特点

（二）结构设计的水平荷载问题

（三）结构设计的抗震特点

（四）结构设计的侧移变形问题

三、提高建筑结构设计水平的有效措施

（一）在房屋建筑施工前进行严密的房屋结构设计

（二）钢筋锚固问题的分析

（三）做好计算结果的分析

（四）回填土质量控制

（五）建筑物超高问题

（六）建筑结构体系设计和选取

房屋建筑工程作为建筑体系的重要组成部分，与其他的商业建筑及公共建筑不同，房屋建筑直接关系着人民群众的切实利益.因此对其进行结构设计的研究具有重要的现实意义。

一、房屋建筑结构设计中的注意事项

1、地基结构设计中的注意事项。房屋建筑结构设计中的基础部分是地基。地质因素是地基结构设计首先要考虑的条件。水文条件、房屋建筑的承载力情况以及地区抗震烈度等因素都要被结构设计综合考量。在认真比对的基础上，设计出合理经济的基础形式。基础宽度小于2.5m时，要最先考虑诸如灰土条形基础、四合土条形基础等刚性条形基础。在基础宽度大于2.5m时，要采用比较柔性的基础。对于没有地下室、承载多的多层内框架结构，设计十字交叉梁条形基础可以有效的减少地基的不均匀沉降。后浇带设计对于保证地基不均匀沉降的对应调整具有现实作用，后浇带的设计范围应该有效的限定在800～1000mm。灌注后浇带所使用的材料要选择比原构件提高一级的微膨胀混凝土，并且要确保后浇带的梁板的牢固。

2、地梁设计需要注意的事项。地梁的设计是结构工程师经常遇到的，其作用是使地梁与基础连接，地梁对基础起拉接作用，一定程度的调整基础不均匀沉降；当基础埋置较深时，地梁与框架柱连接，降底了框架柱计算高度，地梁对框架柱内力分析有一定的影响；地梁是支撑底层墙体的受力构件。地梁的受力状态与普通的框架梁的受力状态不同，普通的框架梁在荷载作用下，梁产生变形不受其他介质约束，梁上荷载传递给框架柱；而地梁在荷载作用下，梁变形受到土的约束，一部分荷载通过梁底土的反力和梁侧土摩擦阻力传递给地基；另一部分荷载传递给框架柱。由于土反力的复杂性，目前定量确定土反力和梁侧土摩擦阻力还有困难。在工程设计中，有两种处理方法，第一种是把地梁按一层框架梁计算，不计地基土的影响，把荷载全部传框架柱。这种处理方法使计算模型与实际情况不符。地梁与框架梁不同，地梁处没有风力、地震作用，也没有水平变形，按嵌固考虑。结构电算时，往往“底层层高”不高（即地梁与基础顶面距离），形成“底层框架柱”为短柱或极短柱，使电算结果很不合理。第二种是把地梁不参与框架结构的整体计算，当作简支梁，地梁的剪力传递给框架柱，不计地梁弯距的影响。笔者认为，尽管二种方法都有缺陷，相比之下，第二种方法要相对合理些。

3、承重墙结构设计中要求注意的事项。在理论上，承重强越是多的房屋建筑，该建筑的安全质量就越好。但是，过多的承重墙应用不符合结构设计中美观大方的原则。结构设计者要在保证房屋建筑质量的安全性的基础上，尽可能的减少承重墙的设计，对于不可取代的承重墙，要提高其抗剪的强度，选用强度等级高的承重墙建筑材料，提升承重墙抗压、抗震能力。

二、房屋建筑结构设计中的抗震设计

在房屋建筑结构的设计中，要尽量分布均匀结构的质量和刚度，而且使建筑的立体和平面结构表现出一种比较规则的感觉。如果平面设计太复杂，就会出现不均匀的质量和刚度的分布，在发生地震时，建筑物就会发生比较严重的扭转现象，地震对房屋的破坏也因此加重。

1、选择合适的建筑结构体系。保证建筑物各部分能维持整体性协调，主要就是选择适合的建筑结构体系，因此在进行建筑结构抗震概念设计过程中，一定要让所设计的建筑物的结构体系同时满足这两大条件：第一稳定；第二合适。对于一个科学合理的建筑结构体系而言启不仅可以有效满足变形的要求，同时还可以有效抵抗冲击力的要求。建筑物要具备一定的刚度这样才能对自身的荷载起到一定的承受作用从而有效避免变形的出现此外在发生地震时才有可能对巨大的地震力起到有效缓冲作用而达到有效避免局部受损的良好效果。因此在选择房屋建筑物结构体系时，既要注意建筑物传力途径的明确性，同时又要注意受力计算的明确性尽可能在建筑结构体系中不使用转换层这样在发生地震时可以有效避免房屋建筑物倾斜或局部受损等现象的出现。

2、建筑形体及构件布置的规则性。不规则的主要类型有：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续，具体可以体现到对结构分析软件的计算结果的分析判断，如扭转不规则，体现在：位移比不宜大于1.2且不应大于1.5，周期比对于A级高度建筑不应大于0.90竖向刚度不规则的主要类型有：侧向刚度不规则、抗侧力构件不连续、楼层承载力突变等，如侧向刚度不规则就要求本层的侧向刚度不小于相邻上一层的70。及其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80。等。如设计结果不满足，设计人员应对模型重新进行分析，调整梁柱布置及截而，尽量做到使结构规则。如确实满足不了，则应对薄弱部位进行重点加强。如平而规则而竖向不规则的建筑，刚度小的楼层的地震剪力，规范要求乘以不小于1.15的增大系數。

3、选择高质量的建筑结构材料。建筑结构抗震性能除了会受到建筑结构体系、抗震防线及建筑施工方案等因素的影响之外在多数情况下还对房屋建筑的施工材料产生极大地影响。通常，建筑材料强度、建筑材料刚度对房屋建筑结构的抗震性能会产生很大的影响，而且还会受到来自建筑材料连续性及建筑材料均衡性的影响。所以在选取建筑结构材料过程中，一定要对房屋建筑施工材料的延伸性和刚度进行仔细、认真考查，并且同时最大限度与建筑结构体系相符合建筑施工材料能得到确保。此外对于建筑施工材料的经济性能池要予以足够的重视，以便能最充分的发挥建筑施工材料的经济性能从而达到房屋建筑物的整体性能与单个性能的最佳配合。

4、提高抗震设计等级。近几年一些地震灾害频频出现，给我国造成了巨大的经济损失。研究表明，以地震灾害分析50年为一个分析周期，而小震的重现世间为50年，小震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为62%；中型地震的重现世间为475年，中震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为10%；大型地震的重现世间为2000年，大震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为2%。因此，一些建筑结构设计专家指出，我国地震多发地带应该及时提高建筑结构的抗震等级，严格控制建筑结构的抗震设计，确保建筑结构的抗震稳定性。

5、轴压比和短柱设计。为了提高结构的抗震性，需要减小柱的轴压比，增大柱的截面尺寸。减小柱轴压比的主要目的是为了使柱子处于大偏心受压状态，避免纵向受力钢筋未达到受拉屈服而混凝土却被压碎的情况发生。由于柱的刚性强度比较高，使得整体结构的延性就差，当发生地震灾害时，结构吸收地震能量和耗散能量就少，使得结构很容易发生破坏。所以在高层结构设计时，通常采用强柱弱梁设计方法，且梁具有很好的延性，可以发生适量的变形，就会减少柱子进入屈服强度的可能性，且在设计时可以适当增大轴压比。此外，许多高层建筑底层的柱子长细比小于4，但不能依据长细比小于4则判断是短柱。因为短柱的确定因素是柱的剪跨比，只有柱的剪跨比小于等于2才是短柱。

6、混凝土建筑构造上必须保证延性。经历过一些地震灾害的影响之后，钢筋混凝土建筑想要有效保证其建筑抗震能力，在进行抗震设计的时候就必须保证建筑物在地震环境中有足够承载能力！由于地震的影响，建筑物结构就会进入塑形阶段，非常容易产生变形！针对上述钢筋混凝土的结构特点，为了能够更好地进行抗震，处于地震多发带的钢筋混凝土建筑结构，一定要按照延性框架结构进行设计！在建筑物设计过程中，必须要首先保证建筑物薄弱区域的承受能力以及强度方面的质量，只有这样才能够有效保证整个建筑物的强度！另外，增加建筑结构的延展性也能够有效提高建筑物的抗变形能力，将地震的破坏性降到最低，有效提高建筑物的抗震能力。

三、房屋建筑结构设计中的节能环保设计

1、墙体结构的节能设计。可以在墙的内侧或外侧设置墙体保温层，此设置可以在抹灰、粘贴或复合法的方式下进行，此外我们还应有效地去结合实际所需的保温材料，使整个施工效果达到合理的状态。施工人员在调制砂浆时，可以在轻骨料当中添加一定比例量的石膏、石灰、水泥或化学聚合物，使砂浆具有保温的功效，然后再采用抹灰技术，在保证基层洁净、干燥的情况下进行喷涂，并注意涂层时的均匀性，层面不要太厚或太薄，要符合涂层的实际标准，施工中若想墙体达到外保温的效果就必须采用干挂工艺，此工艺既能很好的保证墙体的温度，也能达到节省空间的目的，为了实现隔热效果，可以应用空气层，达到防水的效果，但是在此方法下却不能很好的去节省成本，比较适用于公共建筑。

2、门窗结构的节能设计。门窗的保温性与气密性是房屋建筑中的重点，在传统设计中，通常使用单玻实腹钢窗，而它的气密性和保温性能都比较差。针对这种情况，目前我国对门窗保温做出了明确规定，比如要加强阳台和窗户的保温，改善门窗保温效果，降低门窗的传热系数等，因此一些弹性密封条就成了很好的节能材料，比如在窗户门框边沿都抹上密封膏，在门框与窗户之间使用一些泡沫、橡胶密封条，在扇与玻璃之间可以使用一些弹性压条来处理等等。

3、屋顶结构的节能设计。施工人员在选用适宜的保温材料时，要结合房屋建筑的实际应用情况，选用的材料通常要具备导热系数较低，强度较高，吸水率较低的保温材料，然后再将选取的材料合理的置入防水层和屋面板中。另外，施工应用的保温材料有很多的类型，例如轻骨料混凝土板、聚苯乙烯板等。要想在实际的施工中实施浇筑工作，就要合理的应用散料及水泥胶结料等，例如炉渣、浮石等。另外，要保证材料具有防水防潮性能，再调整材料的配合比，从而达到保温效果，还可以应用倒置式屋面，调整保温层与防水层的位置，因为在防水层上设置保温层能够加大保湿力度。

四、结束语

房屋建筑結构设计不仅关系着房屋建筑的工程质量，还关系着业主今后的日常生活。因此需要设计人员能够从实际出发，对房屋建筑进行科学、合理的设计，在确保施工质量的同时，还能为人们今后的生活提供方便。

参考文献：

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[2]邹志强.房屋建筑结构设计问题分析[J].建材与装饰（下旬刊），2008

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[4]许冬侠.浅析房屋建筑结构设计中的节能环保[J].能源与节能，2013