1、浅析建筑工程结构设计中的常见问题与方法 摘要：建筑工程质量直接关系到人民生命和财产的安全，而结构设计在建筑工程中起着非常重要的地位，结构的破坏可能产生的后果 危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等等。正是其后果严重性，因此我们在实际工程中必须引起足够的重视。本文根据作者多年的结构设计经验总结了建筑工程结构设计中常见的问题与改进的方法，与同行共同探讨，以提高设计的质量。 关键词：建筑工程；结构设计；常见问题；设计方法；设计方法与优化 1 建筑工程结构设计常见问题分析 1.1 不符合国家法律、法规规定的问题 我国现行工程建设标准分为两大类：一类为强制性标准，另一类为推荐性标准。 所谓强制性条文
2、，是将强制性国家标准、强制性行业标准和强制性地方标准中直接涉及工程安全、人体健康、环境保护和公共利益的条款选取录出来，形成了必须严格执行的强制性条文，不执行该条文，政府主管部门应给予相应的处罚，造成质量事故的，要追究相应的责任。 1.2 结构设计总说明 1.2.1 漏掉建筑的安全等级，或者未将局部重要构件的安全等级与整栋建筑物的安全等级分别确定 建筑的安全等级直接影响到承载力表达式 中结构重要性系数 0 的取值，所以在设计中必须予以明确。按建筑结构可靠度设计统一标准（ G50068-2001）第 1.0.8 条规定，破坏后果很严重的重要建筑安全等级为一级，破坏后果严重的一般建筑安全等级为二级，
3、破坏后果不严重的次要建筑安全等级为三级。但值得注意的是，在整栋建筑中，部分结构构件因重要程度的不同安全等级比整个结构要高。不同的规范有各自安全等级的定义，上部结构应该按混凝土设计规范的规定来定，桩基安全等级应按建筑桩基技术规范的规定来定。如一幢 24 层的民用建筑物，建筑结构的安全等级为二级，建筑桩基 安全等级为一级。 1.2.2 建筑抗震设防分类概念不清，个别设计不能正确地对建筑物进行抗震设防分类 建筑抗震设防类别的划分是关系到国计民生的政策性很强的技术规定，应严格按建筑抗震设防分类标准 (GB502232004) 的规定执行，设计者应深刻领会 “ 基本规定 ” 的内涵，分析任务的性质、规模
4、、特点、对社会的影响等因素，合理进行分类。 1.3 结构电算或设计方法的问题 1.3.1 实际施工图与电算的计算简图有不符之处 主要表现在剪力墙开洞大小、门窗洞口位置、剪力墙长度 、剪力墙厚度、框架柱计算高度等与施工图不符。大都是因为结构专业计算工作进行得早，建筑平面多次调整，又未及时反提给结构专业，造成专业之间互相脱节，到施工图进入校审阶段，注意力都集中在图面上，已没有时间再一一对照建筑图，所以造成这类错误，其后果可能造成某些构件配筋失真，甚至会造成配筋不足的危险。 1.3.2 抗震概念设计不足 概念设计是建筑抗震设计的重要手段之一。建筑抗震设防的三个水准目标通常可用 “ 小震不坏、中震可修
5、、大震不倒 ” 来表述，第一水准可通过承载力计算来保证，第二阶段是通过结构可靠度标 准分项系数来达到损坏可修的目标，而第三水准则是通过概念设计和各种抗震构造措施得以实现。广义上讲，概念设计是建筑抗震思想和抗震原理的实际运用，它对建筑提出了很多要求，比如规则性要求；构筑多道结构抗震防线的要求，即要求结构具有良好的吸能、耗能能力，有尽可能高的静不定次数；避免竖向承载力与刚度突变的要求，即避免地震时因塑性变形集中、薄弱环节破坏而引起建筑整体倒塌；结构构件尽可能为延性构件的要求等等。 2 建筑工程结构设计方法与优化 2.1 首先确定整体结构的科学性和合理性 (1)刚重比是 结构刚度与重力荷载之比。它是
6、控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效应 (P 效应 )的主要参数。通常用增大系数法来考虑结构的重力二阶效应，如考虑重力二阶效应的结构位移可用未考虑 P 效应的计算结果乘以位移增大系数，但保持位移限制条件不变 (框架结构层间位移角 1/550) ；考虑结构构件重力二阶效应的端部弯矩和剪力值，可采用未考虑 P 效应的计算结果乘以内力增大系数。一般情况下，对于框架结构若满足： Dj20Gj/hj(j=1 ， 2， n) 结构不考虑重力二阶效应的影响。结构的刚重比增大 P 效应减小， P 效应控制在 20%以内，结构的稳定具有适宜的安全储备，该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌，应当
7、引起设计人员的足够重视。 (2)刚度比和层间受剪承载力之比是控制结构竖向不规则的重要指标。 剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定； 剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构； 地震力与层间位移比是执行抗震规范第 3.4.2 条和高规 4.3.5 条的相关规定，通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比，这也是软件的缺省方式。 (3)层间位移比是控制结构平面不 规则性的重要指标。其限值在建筑抗震设计规范和高规中均有明确的规定。需要指出的是，新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的，如果在结构模型中设定了弹性板，则必须在软件参数设置时选择 “ 对所有楼层强制采用刚性
8、楼板假定 ” ，以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后，再去掉 “ 对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择，以弹性楼板设定进行后续配筋计算。 (4)剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比，主要是因为长期作用下，地震影响系数下降较快，由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小 。而对于长周期结构，地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，若剪重比小于 0.02，结构刚度虽然满足水平位移限制要求 (框架结构层间位移角 1/550) ，但往往不能满足结构的整体稳定条件。设计人员应在设计过程中综合考虑刚重比与剪重比的合理取值。 2.2 结构体系选型的设计方法与
9、优化 结构体系选型的优化是在项目建筑方案确定过程中就介入，可避免建筑方案在结构方面的严重不合理。首先是建筑物的体型（平面长度及长宽比，竖向高宽比，立面形状等），其次是柱网尺寸，层高以及主要抗侧力构件 的所在位置等。 例如：主 -次梁楼盖的柱网不宜设计成正方形，而应是矩形。以短跨为主梁，长跨为次梁，而且短跨与长跨的比例小于 0.75 相对比较经济。一般比较常用的主 -次梁跨度比取 0.65 0.70比较适宜。这样设计计算出的来的主、次梁截面高度能协调一致，做到梁底齐平，从而保证楼盖的结构高度最小。 2.3 结构构件的设计方法与优化 2.3.1 剪力墙下布桩 在框剪结构或剪力墙结构中，剪力墙是承受
10、地震水平力的主要构件，也是承受竖向荷载的重要构件，所以应沿剪力墙全长布桩 (同时满足计算 要求 )，桩中心线与剪力墙中心线宜重合，当布置双排桩时，桩承台应有足够的刚度，并应作承台的抗弯、冲剪验算。 2.3.2 基础设计方面 （ 1）建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，未验算其稳定性。当设有一侧或多侧开口的地下室时，主体设计未考虑土压力影响进行受力分析，并验算整体建筑的抗倾覆和抗滑移稳定性。当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，未进行抗浮验算。 （ 2）桩基础设计中，仅按竖向荷载作用进行布桩，未验算弯矩作用下承台底部边桩的反力。尤其是框剪结构的剪力墙及剪 力墙结构核心筒底部
11、弯矩和剪力对基础承载力的影响较大，不应遗漏。对于水位较高的地下室和短肢剪力墙、大跨度结构等弯矩较大的承台底部桩基尚应验算是否存在向上的抗拔力。 抗拔桩设计时，桩身配筋量仅按强度要求进行计算，缺少裂缝宽度验算，按裂缝宽度控制计算结果的配筋量远大于按强度要求计算的配筋量，在设计中往往缺抗拔桩静载试验及其配筋做法等要求说明。有抗拔要求的承台按一般桩基受压的承台进行配筋，承台顶部受拉区未配筋，筏基基础梁或地下室底板梁的受力方向与一般楼屋面梁板不同，其梁配筋设计也采用平法表示但需附加图 示说明。 （ 3）天然地基独立基础带梁板式的地下室底板设计中，地下室底板与柱下独立基础埋置于同一持力层上，结构计算中仅
12、按上部结构荷载全部由柱下独立基础承担，而地下室底板仅按一般地下室底板受荷情况进行设计，实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下，将会一起发生沉降变形共同受力，按上述计算原则进行设计，对底板而言是偏于不安全的，有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。按照变形协调受力的原理，应当将地下室底板与独立基础连为一体按弹性地基有限元受力分析。也可以采取如下模式：除了柱下独立基础之外， 其地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施。这时，底板可不参与独立基础分担上部荷载，而按底板本身承受底板与疏水垫层自重、地下水上浮力、人防等效荷载（有人防时考虑）等进行设计。 2.2.3 梁上部钢筋的净距 该情况常
13、见于住宅阳台的挑梁中，例如 250 宽的梁上部单排放置 3根 25 的钢筋。按照构造要求，上部钢筋的净距应为 1.5 倍钢筋直径并不小于 30。按此规定，上述情况钢筋净距应为 37.5，实为 33.3，不满足要求，这样做的结果是由于上部钢筋较密给混凝土的振捣带来困难，影响混凝土质量，此时应采用双排 筋或加大梁截面。 2.3.4 钢筋混凝土墙顶、墙底不需要加粗钢筋 -钢筋混凝土墙等于是一道深梁，下端与基础底板相连，是其翼缘。因此，基础底板的钢筋，可以看作是倒 T形梁的受力钢筋，它的面积远远比另加 225 大得多。因此，另加 2根粗钢筋是没有必要的。同理，钢筋混凝土墙顶另加钢筋也是不需要的。 2.
14、3.5 新 级钢筋是专门为建筑结构应用开发的新型钢筋 ,比普通 级钢强度提高近 20%,而每吨价格却增加不超过 10%。选用新 级钢筋 ,不仅可以节省用钢量 ,同时可增加建筑物安全储备和混凝土结构强度 ,对高层 和重要建筑作用尤其显著。 3 结束语 总之，结构设计是个系统的，全面的工作。需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行始于足下，设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计。在工作中应事无巨细，应善于反思和总结工作中的经验和教训。 参考文献： 高层建筑混凝土结构技术规程 .JGJ32002 GB 50010-2010 混凝土结构设计规范 GB50011-2010.建筑抗震设计规范
