结构工程设计中的一些常见问题分析

【摘要】随着建筑行业现代化的快速发展，工程安全事故频发，工程质量问题越来越被人们所关注。结构设计是保障工程质量的重要前提，其设计安全性直接关系到工程的使用寿命及使用功效，因此加强结构安全性设计显得极其重要。安全有效的结构设计方案不仅可以降低安全事故的发生几率，还能促进工程质量的提高，因而设计人员需要高度重视结构安全性设计对工程的重要性。

【关键词】结构工程；设计；问题；分析

1、结构安全性设计的原则分析

结构安全性主要是指在外在因素的影响下，能防止出现倒塌或被破坏的性能，这也是结构质量的重要衡量指标。通常结构安全性设计过程中要遵循如下原则：①注重建筑结构的多重防护。对于设计而言，其安全设施要由多个部门相互合作，在建筑物中预留足够的逃生和消防通道，对面积中的公共部分进行科学划分。同时在设计中不能只关注结构的稳定性，还要注意外围的安全设计，结合自身功能和结构来实现结构的功能与安全。②注重结构的统一及完整。建筑物的整体结构应具备完整性的特征，特别是大型地标性建筑的设计，应该高度注重结構的性能，当建筑物整体遭受破坏荷载时，要保证构件受力的科学性及主体结构的完整性，借助结构内部进行内部抵消、转移、转化等。③注重结构设计的刚柔并进。设计结构时要充分体现刚柔并进的原则，若结构过刚，则建筑物在较大的破坏力作用下会出现大面积坍塌，降低变形能力；而结构设计过柔，往往不能保证建筑物的稳定性，建筑物因过大的变形而出现倾覆现象。此外，结构设计过程中，必须要恰当选择建材，尤其是韧性和弹力性能良好的材料，当发生地震灾害时，借助建材自身的弹性与地震作用力相互作用，进而促进抗震性能的提升。值得注意的是，结构自身的设计要以实用性和安全性为主，尽量采用有一定弹性的结构形式。

2、结构设计中存在的常见问题及解决措施

2.1地梁中存在的问题

地梁普遍存在于一些结构形式之中，它对整个结构体系有着重要的影响，因此，相关设计人员在对地梁的处理过程中，一定要对其复核验算，小心处理。地梁与基础直接相连，不仅具有拉结作用，还可以解决一定程度上的不均匀沉降作用。另外，当基础埋置较深时，往往还能降低框架柱的计算高度，有利于其他承重构件的优化设计。

地梁的设计问题往往得不到设计人员的重视，因此，对其设计方法也存在很多异议。目前，主要分为以下两种：第一，将地梁全程参与基础结构的设计过程，直接按实际的截面尺寸输入到结构计算模型，参与基础整体计算。这种设计方法具有一定的科学性，有利于在实际工程的应用。第二，直接将地梁分离出基础来，并不参与基础的内力计算，忽略地梁和上部结构的相互影响，取出一榀或几榀地梁单独计算。这种结构设计方法，在实际操作过程中存在相当大的安全隐患。

2.2 地基基础设计问题

地基基础的形式有很多种，其设计方法也不尽相同，结构设计人员应当根据建筑物所在地区具体地质条件综合考虑，合理的选择基础。比较成熟的地基基础形式的结构设计方法，目前问题较少，不再赘述，这里着重讨论预应力混凝土管桩。预应力管桩作为高层的常用地基基础形式，其可承楼层高度已达四五十层，其优点主要表现在两个方面：首先，预应力管桩在工厂生产，其桩身强度高、质量好、可靠性大，对不同地质的适应能力很强、造价比较低廉。其次，在施工方面，穿透力强、施工速度快、吊装方便。但是，该桩在实际应用中经常出现断桩的情况，这主要是在设计时，预应力管桩的单桩承载力取值过高，对水平作用力的考虑明显不足造成的。虽然单桩承载力极限值是根据实际工程的地质勘察报告，按照规范的通用公式计算得来，但如果管桩桩端的持力层为强风化岩层时，将桩身极限抗压强度的上限作为桩的竖向承载力极限值，在上部有深厚的弱土层时，如此的取值只考虑了上部结构的竖向荷载，却对底部水平向的剪力考虑不充分，容易造成预应力管桩基础的水平剪切破坏。

2.3 框架柱的截面设计过小

通过调查研究发现，在设防烈度较低的部分区域普遍存在这种问题，一些结构设计人员在计算时为让开发商错误的认为设计的建筑比较经济，故意设置较小的截面，这样就增大了梁柱的线刚度比，将梁简化为了简支梁，然后按照轴心受压来考虑柱子的设计。但这样的设计方法却没有考虑柱子的约束弯矩，从而直接影响到柱子的抗弯能力。因而，这需要结构设计从业人员一定要按照规范严格控制设计过程，不能忽略了结构的安全性问题。

2.4超长结构设计中的问题

混凝土的本身温度性质和地基的不均匀沉降等问题，会导致超长结构的开裂，因而，应该设置伸缩缝来解决这一问题。混凝土规范中规定框架结构在室内或土中，建筑物的最大伸缩缝距离为55m，剪力墙结构在室内或土中，建筑物的最大伸缩缝距离为45m，框架-剪力墙结构的房屋伸缩缝间距，可根据结构的具体情况，取框架结构与剪力墙结构之间的数值，然后又指出当采用后浇带施工方法时，如果能够保证有专门的预加应力措施或能采用减小混凝土温度变化的措施，如采用低收缩混凝土，或采取跳仓法、控制缝等施工方法时，伸缩缝的距离可以适当增大。对于结构设计人员，在实际工程中较难把握。实际工程中难以保证每超50米左右就设置伸缩缝，但采取后浇带来增大设置间距时，应控制建筑物的长度是多少呢？

凭借作者长期的工程实践经验认为，这取决于每个地区的温差和不同混凝土配比的收缩性能。在70m以内且当采用后浇带等措施后，不再设置伸缩缝是完全可行的，至少，在大量的工程案例中证明并没有出现严重的裂缝问题。但是，在概念上，应该预先在设计时，对建筑物梁、柱、板的配筋方式进行一些调整。第一，板的配筋应是双层的，加强受弯矩最大的中间部位配筋，而且，在相连的梁柱上，应做加强筋，避免温度带来的推力影响。第二，超长结构的边角部位很容易产生扭转，因此，也应做相应加强。当超长结构的长度超出70m之后，应该对结构进行更加详尽的分析，可采用施加预应力和添加膨胀剂等措施避免伸缩缝的设置，并应采用相应计算软件计算温度应力的影响。但效果可能不够好，所以，作者还是建议按照规范要求在适当的位置设置伸缩缝。

2.5 钢筋锚固中存在的问题

框架-剪力墙结构是现代高层中普遍采用的结构形式，在对剪力墙的设计过程中，往往因为剪力墙的厚度达不到要求，从而导致水平锚固的长度也达不到要求。而且由于设计、施工在工艺上的分离，往往得不到相关从业人员的重视，以至于现场工人不规范绑扎钢筋以及不严格的进行混凝土浇捣。针对这一问题，结构设计人员应该在剪力墙中对暗梁或边框柱进行分析设置，即将框架梁的纵向钢筋锚进暗梁或边框柱里，方可达到相关要求。

3、混凝土加固工程应用实际案例

3.1 案例工程

某现代建筑物位于市中心，地上共有18层，地下2层，占地总建筑面积10600m 2，初建于2002年。經过几年的使用，受诸（下转70页）（上接68页）多因素的影响，混凝土梁、框架柱、板均出现了不同程度的损坏，导致性能降低，结构的稳定性不断下降，如不加以处理，可能会影响居民的正常生活和生命安全。经过一番实地现场勘察和多次商讨，确定该建筑需要进行加固处理，工程于2011年3月开始设计，9月结束，2012年6月再次投入使用。

3.2框架柱加固

因为工程的空间较大，无需太过担心占用空间情况，所以框架柱加固采用增加截面积法，框架柱的配筋量有所增多，横截面积更大，刚度和承载力更强，可靠性和稳定性大幅提升。不仅如此，截面积增加后，框架柱的抗震性能也得到了增强。另外，增加截面的范围不一样，具体的操作方法也有差异，一般可采用单面加厚、双面加厚、四周外包几种。本工程采用四周外包法，先将原框架柱周围的混凝土进行凿除清理，然后按照要求整理新旧混凝土的接触面，确保满足施工条件。然后在原柱四周配置新的纵向受力钢筋和箍筋，支设模板，采用细石微膨胀自密实混凝土浇筑。

接下来是质量检测和验收阶段，邀请第三方负责，开展力学性能实验。确定质量没有问题后，开始全面验收，效果良好，不仅是轴心受压柱，小偏心受压柱的承载力也得到了加强。该工程竣工至今已经5年有余，未出现任何质量问题。

3.3框架梁、板加固

本工程的框架梁、板采用增加截面积加固法，先对原构件的表层进行清理，扫除杂物灰尘，构件表面凿毛，最好露出粗骨料，如此可使新旧混凝土黏结面足够粗糙，方便施工。确保框架梁、板的平整度，将其不平度控制在允许范围内，框架梁不得超过6mm，楼板不能超过4mm。同时，在浇筑面凿出若干凹槽，将棱角部分处理掉，保证原构件没有明显的凹凸，并做整体清理，将残余的杂质彻底清除。接触面必须干净，如果太脏，需反复冲洗、干燥，直至达到施工要求。除锈是很重要的环节，包括新旧两部分钢筋，都不能忽略。焊接工作需在卸载构件后开始，并严格按照程序进行焊接，以免出现质量缺陷，通常会遵循分区、分段作业的原则，以降低热量对钢筋的破坏。

结语：

结构设计的安全性一直是人们关注的焦点，也是确保工程结构质量安全的关键。在结构设计过程中，必须要立足实际，注重多重防护、结构的完整统一、结构设计的刚柔并进，严格遵循国家的规定标准，提高建材质量及结构抗震性能，创新设计软件，规范结构设计。这样才能提高结构设计的安全性能，保障结构设计的合理性，有效避免安全事故的发生，促进工程的良性发展。

参考文献：

[1]李晓莉.工程设计中如何提高结构安全性分析[J].江西建材，2016，02：32+36.

[2]侯捷.在结构设计中提高安全性的几点思考[J].江西建材，2016，13：32+35.

[3]李伟.工程设计中提高结构安全性措施分析[J].低碳世界，2016，20：139-140.

[4]朱小龙.浅析结构设计中提高安全性的有效策略[J].江西建材，2016，21：69.

作者简介：

宋振明，东营筑城建筑设计有限公司。