建筑结构设计问题之我见

卢军

摘 要：本文根据作者多年的工作经验，就建筑结构设计中的常见问题进行初步探讨，并进一步提出解决问题的有效对策。

关键词：建筑；结构设计；概念

近年来，人们的生活水平有了明显的改善和提高，开始追求更进一步的物质享受，也就是说人们对住房的要求越来越高。众所周知，一个建筑的好坏取决于它的设计质量和施工质量两个方面，对于住房来说，它质量的好坏直接关系到人类的生命财产安全，因此，其质量是不容忽视的。

1 结构设计人员应该及早介入建筑的概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

为此，结构设计人员必须及早介入建筑结构的概念设计，否则，将会导致建筑结构设计的不合理，给以后的结构设计带来难度。为在建筑物的方案设计阶段正确把握建筑结构的概念设计，应对不同形式的住宅建筑，掌握各自概念设计中容易疏忽的問题：

1.1 对一般多层砌住宅结构，应按《建筑 抗震设计规范》（GBJ11-89）要求做到：优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系：纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处；不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。

1.2 对钢筋砼多、高层结构住宅，力求做到：

1.2.1 结构布置应尽量采用规则结构。对复杂结构，可以设置防震缝，把它分割成各自规则的结构单元，结构布置以少设缝为宜，一旦设缝，则应使防震缝的设置与伸缩缝、沉降缝相统一。

1.2.2 框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置，以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力。短肢剪力墙抗震等级提高一级，十层以上的短肢剪力墙结构应有一定数量的普通截面剪力墙，且普通剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。避免用一字型短肢剪力墙，尽量避免让剪力墙在弱轴方向支承大梁。

1.2.3 框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态，除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外，还需采取措施，保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。

2 防止由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏

预防或减少不均匀沉降的危害，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。诸如：避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置；避免立面体形变化过大；将体形复杂、荷载和高低差异大的建筑物分成若干个单元；加强上部结构和基础的刚度；同一建筑物尽量采用同一类型基础并埋置于同一土层中等一系列措施。应该引起重视的是：对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式，此时应保证箱体的整体刚度，群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合。

当土层有较大起伏时，应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中，并应考虑可能产生的液化影响。而对多层建筑而言，从经济的角度考虑，一般不愿意采用长桩的方案，但上海地区的软土层覆盖层厚度较大，一般都需要经过地基处理的方式来达到控制建筑物沉降的目的。常用的软土地基处理方式类型较多，但在选择地基处理方案前，须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况，并根据工程设计要求，确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标，以及各种处理方面的适用性，同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验，进行多方案比较，最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后，还必须满足规范所规定的强度和变形要求。

3 从结构计算和构造上满足规范要求

3.1 从结构计算角度，看结构计算应注意的问题：

3.1.1 避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符，基础底板上多算或少算土重。

3.1.2 建筑物底面对建筑物空间形式的竖向和水平方向的稳定都是非常重要的。对于多层和高层建筑， 竖向和水平向结构体系的设计基本原理是相同的， 但随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素， 其原因有两个： 其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒； 其二， 侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比， 侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的， 而随建筑高度的增高迅速增大。

3.1.3 底框砌体结构验算时就应注意：①底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构，对具有薄弱层的底层框架混合结构，应考虑塑性变形集中的影响，通常对底层地震剪力乘以1.2-1.5 的增大系数。②底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底框架结构中只有底层框架抗震墙，应采用双保险的方法， 抗震墙承担全部剪力，框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时，框架不折减， 抗震墙折减到弹性刚度的20%-30%。③应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。

3.1.4 避免楼板计算中不正确方法。 ①连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替。②双向板查表计算时，不能忽略材料泊松比的影响，否则， 由于跨中弯矩未进行调整，将使计算值偏小。

3.1.5 桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值，一般是先按建筑层数估算筏板厚度，常规是按层数x50mm来估算。譬如说一幢十八层的小高层住宅，我们则先按18x50mm=900mm设定筏板厚，然后再根据排桩情况，分别验算角桩冲切，边桩冲切及墙冲切，群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚，但笔者在这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切，短肢剪力墙结构由于墙体不封闭，故取值群桩冲切边界时有相当大的困难，而群桩冲切由于桩群重叠面积较大，应是一种不利状态。笔者一般是取值几个大层间近似作为冲切边界，所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消，虽不完全准确，但区域放大后，边界的开口效应有所削弱，是可行的。

3.1.6 以电算结果的正确性不能作出鸽蝗评价。目前结构计算大多采用计算程序进行计算，如何对计算结果进行分析、评价，是一个非常重要的方面。必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断，根据其正确与否，决定能否作为施工图设计的依据。

3.2 从构造角度看应注意的问题：

3.2.1 注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性，又必须满足最小配筋的要求。

3.2.2 严格按照规范要求，保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度，材料选用也必须满足强度要求。

3.2.3 为了防止屋面温度应力引起的墙体开裂，必须采取有效的通风融热措施。

3.2.4 按抗震构造要求设置的构造柱，应在整个建筑物高度内上下对准贯通，上至女儿墙压顶，下至浅于500 毫米基础圈梁，或伸入室外地面以下500 毫米，构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合规范要求。

4 结束语

通过对以上各类常见结构错误问题的分析，可以加强结构设计人员对常见结构设计问题的辨别能力，提高对结构设计质量问题的防治措施，使建筑结构设计工作做行更安全、更合理。