探析建筑结构设计中的常见问题及解决措施

2018-02-14安少杰

建材与装饰 2018年44期

关键词：受力构件结构

安少杰

（铜仁市建筑勘察设计院有限公司贵州铜仁 554300）

如今，建筑事业快速发展，建筑类型越来越多，体积规模越来越大，形状也越来越特殊，这对建筑结构设计无疑提出了更高的要求。因此，在设计中必须正视常见问题，根据问题产生原因，结合以往工作经验，制定有效的解决措施。

1 建筑地基基础设计主要问题与解决方式

1.1 现状地貌和地质条件勘查结果不相符

在近期对若干建筑施工现场开展的技术检查过程中经常发现：施工单位具体工程和设计单位图纸及施工要求严重不相符，体现为施工单位根据设计图纸具体要求对建筑的基槽进行开挖，但出现达到设计要求的深度后无法进入持力层或深度过大。通过调查了解到，其产生原因包括勘察开展的较早，经过一段时间后，建设方对场地实施修缮与整平，但此时的施工单位和设计单位并不知情；很有就是因为场地范围内的土层结构十分复杂，有很大的变化，且结构未能处在稳定的状态，但实际勘查报告并未详细且准确的针对此类情况予以解释和注明，最终导致在实际情况中出现问题[1]。

为有效防止以上问题，对设计人员而言，应在地基和基础设计工作前及时向有关部门了解实际情况和信息，然后在设计过程中尽可能防止此类情况产生，以此尽早发现和解决问题，做好和施工单位之间的沟通与合作，进而从根本上杜绝安全隐患和质量问题。

1.2 未考虑地质勘查报告和平面图设计中标高存在的对应关系

部分刚从事设计工作的人员，不具备相关工作经验，对设计过程中存在的关键问题无法有效处理，还有很多设计人员未考虑地质勘查报告和平面图设计中标高存在的对应关系，仅把报告当中的地表面视作室外的地坪，导致基础产生较大的错误，或产生不同程度的安全隐患，对建筑施工造成影响。如果建筑场地处在坡底段和低洼段，需要进行大面积的开挖填方，则这一问题将更加显著。此外，设计人员在地基和基础设计工作中未能以建筑总平面图提出的标高要求为依据，将基础具体范围与底面标高详细标注在勘查报告当中，进而无法查明潜在设计问题，最终产生一系列实际问题。

1.3 其它问题

多层建筑没有详细的地质勘查报告，只根据建设单位根据周围其它建筑现有资料开展施工图设计工作。建筑地基和基础设计必须做到科学合理和安全适用。对于设计人员，应根据其勘查资料，对多项影响因素进行统筹考察，然后据此开展基础类型选择与上部结构综合设计，如果只将地耐力作为考虑的影响则是不全面和不安全的，而且更不得单一取较小值。

采用换土垫层对软弱地基实施处理时，未对其进行专门的设计，仅凭借个人经验来处理。部分情况下，设计人员对软基存在的危害没有清晰的认识，仅仅凭借个人工作经验提供砂垫层的设置来提高承载力，未对垫层厚度及宽度实施计算，这样不仅不安全，而且还不经济。

在民用建筑中，柱、梁和基础实际负荷均没有按照规范施加一定折减，即乘以相应的折减系数。当设计人员对多层建筑进行设计时，对于负荷的计算，没有严格按照相关规范和要求进行，导致荷载结果不准确，对后续施工建设造成不利影响[2]。

2 建筑混凝土结构设计主要问题与解决方式

2.1 结构的布置不科学，整体形状不规则

近几年出现的建筑，可以追求创造不同特点，未对结构布置予以充分考虑，产生很多形状不规则的结构布置情况，并且很多设计人员也没有主要结构抗震等方面的问题，未能严格按照相关设计规范采用适宜的模型进行设计和计算，同时还不能对计算参数予以调整，不仅未对梁柱等重要结构的设计计算结果进行修改，而且还未能对楼板结构加强予以重视。

2.2 对构件受力计算时所用程序与模型不合理

按照对剪力墙与楼板结构进行设计时所用模型化条件的区别，可将分析软件分成以下三种：①薄壁柱模型；②板-梁墙元模型；③壳元和板壳墙元分析模型。对各类计算模型，需要以其特点为依据，确定合适的适用范围。对于现在使用较多的薄壁柱模型，多设置七个自由度。如果剪力墙两个截面的形状产生很大的变化，或其质心产生一定差异，虽然空间自由度能通过水平刚域实现调整与转换，但翘曲自由度难以实现连续。因此，如果剪力墙的布置较为复杂，洞口实际分布不连续，尤其是采用框支剪力墙结构时，很难满足相关基本假设[3]。

即使设计人员可以选择合适的软件进行计算，确定适宜计算模型，但因为软件编制时提出的假设会和结构当中的部分构件受力无法相符，使部分构件所处受力状态和计算得出的结果产生一定误差，要求设计人员必须结合相关经验做必要调整。还有很多设计人员过分依赖设计软件，认为采用软件得出的结果必然真实可行，未对构件实际受力状态给予充分了解，对软件适用条件也没有准确了解，在没有验证计算结果是否准确的情况下就用于设计图的编制，导致关键构件和实际受力情况不相符，不仅严重浪费资源，而且还会对建筑的安全度造成影响。此时设计人员必须对采用软件得出的计算结果进行分析判断，同时根据要求进行适当修改或调整。

3 砖混结构建筑设计主要问题和解决方式

在设计中，经常将构造柱兼作承重柱来使用，对结构构造而言，除了可以提高墙体自身抗剪能力，还能使构造柱和梁相联结，对砌体施加一定程度的约束，在限制裂缝产生与发展，提高竖向承载能力和保证抗震性能的方面均有十分重要的作用。在实际的结构设计工作中，经常会把构造柱作为承重柱来使用，当采用该做法时，需要注意下列几个实际问题：

（1）如果设计确定将构造柱作为建筑的承重柱，则构造柱将提前受力，除了会减弱构造柱具有的约束与拉结作用，还会使结构在遭受地震后，于构造柱出产生应力集中现象，率先其它构件产生破坏。如果这样，则构造柱非但不会发挥应有作用，反而变成整体结构中十分薄弱的环节[4]。

（2）构造柱的根部一般设置在地圈梁当中，未设单独基础，当构造柱为承重柱时，基础承压能力、抗冲切能力和抗弯能力都可能无法满足实际要求。如果基础产生冲切，将出现严重的开裂。针对这一问题，建议应将承重较大的梁下柱均按照承重柱进行设计。如果梁的跨度与荷载均很小，则可将构造柱布置在梁下，但要按照不考虑构造柱对下墙体抗弯强度及承压能力进行验算。在确认计算结果合格后，即可在梁下进行构造柱的设置。

（3）在对承重柱进行设计时，截面高度确定的较小，该情况多产生在六度设防区。部分结构的设计过程中，误以为六度设防和不设防没有区别，故意将柱截面高度选定的很小，以此增加梁柱线性刚度比（现行设计手册要求，如果梁柱线性刚度比超过4，则可将计算简图当中的节点简化成铰点）。将梁简化成铰支梁后，柱可按照轴心受压进行计算。该做法虽然能简化结构受力研究，但会埋下严重的隐患。这是因为它忽视了梁、柱之间存在的刚结作用，没有考虑柱具有的约束弯矩，而且柱截面上的配筋一般都很小，在结构体系正式受力以后，顶部抗弯强度必定不够，在柱或梁的底部及其周围产生若干水平方向上的裂缝，最终形成塑性铰。在正常情况下，柱将带铰工作，不仅会对建筑结构耐久性造成影响，而且还会使业主产生恐惧心理。如果这种结构体系受到地震作用，则会发生倒塌，与强柱弱振这一设计理念和原则相违背[5]。

（4）在当前实行的抗震设计规范当中，需要按照不同的主轴方向对水平方向上的地震作用进行计算，不同方面上的地震及作用力需要由这一方向上的构件来承担。简单来说，就是对框架结构进行设计时，横、纵向的框架具有相同重要作用。很多设计人员按照普通连续梁对纵向结构进行设计，没有考虑框架或节点当中箍筋与纵筋等的实际配置情况是否满足构造要求。因没有考虑地震作用下产生的力，所以在实际情况中经常会产生配筋不足的现象。

4 楼板设计主要问题和解决方式

4.1 双向板的高度取值有很大误差

对双向板而言，会在横、纵两个方向上产生一定弯矩，所以跨中正弯矩钢筋一般纵横叠加放置，短跨上的跨中钢筋布置在下面，长跨上的跨中钢筋布置在短跨以上。在计算过程中，需要取不同方向上的有效高度来计算。部分设计人员为了方便，对板体实际受力的掌握不足，仅选取上部有效高度来计算实际配筋，使长跨上的有效高度相对较大，配筋明显降低，导致构件产生一定程度的安全和质量隐患[6]。

4.2 对楼板所处受力状态的认识不够深入

一些缺乏工作经验的设计人员在进行实际设计工作时为了方便，将双向板视作单向板来计算，使得计算假定和其实际受力状况不相符，导致其中一个方向上的配筋较大，但另外一个方向只按照构造要求配筋，使配筋无法满足规范要求，在板体表面产生裂缝，影响结构安全。因此，从设计人员角度讲，必须在认识结构设计重要性的基础上，掌握结构所处实际状态，加强自身认识，严格按照相关规范和标准进行设计[7]。