建筑结构设计中的安全问题总结

尹文哲 王玉洲

【摘 要】本文对建筑结构设计中常见的可能危及结构安全的技术性问题进行了总结，通过本文可使结构师们在设计实践中突出重点，有的放矢。

【关键词】建筑；结构设计；安全

引言：

建筑的安全与否事关人民生命财产安全，建筑结构设计的安全性则是建筑安全的前提，对其进行总结探讨有助于结构师提高专业素养，消除安全隐患。本文笔者就平日结构设计实践中的一些关乎结构安全的问题做以总结，并提出具体的解决对策，以期与广大同行探讨交流，互助共进，并为广大的业主提供一个真正安全可靠的建筑结构设计。

1.砌体结构基础设计宽度不足

基础设计是结构设计的一个重要组成部分，砌体结构由于容易开裂，对差异沉降十分敏感，所以控制好沉降就显得非常重要。目前行业内使用较多的基础设计软件是中国建筑科学研究院的JCCAD软件，该软件对于砌体墙下条形基础的设计是按每条轴线上的平均线荷载计算的。实际中可能会出现同一轴线上有两个墙段，我们假定为A、B墙段，其中A墙段6层高，B墙段仅1层高，在设计时程序会把A、B墙段的基础设计成一样，也就是说程序把A、B墙段上的总荷载均匀分配给了整条轴线。这种情况就需要有足够的刚度措施保证荷载能均匀分配到整条轴线，但现实中这是很难保证的，这样的设计就有可能造成A墙段下条基宽度不足，而B墙段下条基宽度富余，也就可能造成A墙段沉降变形大，B墙段沉降变形小。为此笔者认为这样的基础设计是有安全隐患的，应该消除。针对此情况的解决对策是适当增大A墙段条基宽度及配筋，并较小B墙段宽度，必要时按A墙段自身的平均线荷载设计B墙段基础，以保证基础安全。

2.砖混底框中采用墙梁计算模型，实际中墙梁模型失效

常用的PKPM系列软件之砌体结构辅助设计软件-QITI模块中对于底框结构的计算提供了墙梁模型的勾选项，并在程序中很好的实现了砌体结构设计规范中对墙梁的要求，这样计算的托梁配筋也相比直接竖向导荷的计算模型大幅节省钢筋用量。这从程序计算来讲肯定是毋庸置疑的，但是笔者此处要说的是现实中有很多过渡层的墙体要么短期预留施工洞，要么长久使用中改造开洞，可能会造成墙梁假定失效，那么墙梁假定失效后的托梁配筋就会严重不足，造成安全隐患。当然我们可以说我们的设计图中有严禁改造的免责声明，但是一旦工程出现严重安全事故甚至危及人命时作为结构设计的我们是不能置身事外的。对此笔者建议对于施工和使用中不能完全保证墙梁机理的位置其墙下托梁可按普通托梁设计，不要采用墙梁模型计算，或者取墙梁的托梁和普通托梁二者的包络设计。

3.楼面荷载取值偏小

现在的建设单位特别是房地产企业都比较看重工程的造价成本，而设计市场的竞争又相当的激烈，所以很多的结构设计人员为了控制造价就在楼面荷载取值时力争最省，通常是仅考虑建筑做法，但现实中经常遇到业主装修时增加室内垫层，厚度30～60mm不等，这样无形中就增加了结构的恒载。这些超出设计人员预估的加载就是对结构安全的考验，对此设计中可在楼面荷载计算时适当增加恒载0.5KN/平方米。

4.砌体结构设计中强弱电预留洞位置不当，结构设计未做特殊处理

在整个建筑设计周期中各个专业的沟通协调是必要也是必须的，但是现实中有的设计人员专业协作意识不够或者沟通不畅，如电气专业在砌体结构底层承重墙上留洞但并未与结构专业充分沟通，最后导致电气强弱电预留洞之间墙段过小，甚至洞口合并形成墙上开大洞口的情况。这对结构来说都是非常危险的，应避免。对此结构师最好的处理方式是主动与电气专业沟通，从结构安全角度判断配套专业预留洞位置是否合适，如果形成小墙段，就要考虑受压，抗震及墙垛局部尺寸是否满足构造等，如果砌体承重墙底层形成开大洞，就应考虑洞顶过梁的加强，必要时按托梁设计。

5.梁元法计算基础梁时盲目采用上部结构刚性假定，造成配筋过小

PKPM系列软件之JCCAD模块中对于梁元法计算基础梁有五种计算模式，其中每种计算模式在该软件的计算手册中都给出了试用条件。这里笔者重点探讨的是第三种上部结构为刚性的弹性地基梁计算。《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011中第8.4.14条也明确的列出按上部结构为刚性的弹性地基梁计算的条件，可是有的结构师却形成了一种认识误区，只要是框支剪力墙结构就都可用上部结构为刚性的弹性地基梁计算，因为这样算下来的钢筋也省，但是这明显不符合规范的假定条件。对此建议严格按照地规8.4.14条来控制，如果各项均满足，则按上部结构刚性假定计算，如果不满足则可按等带上部结构刚度的弹性地基梁法计算，或者按普通弹性地基梁法计算。

6.框架结构设计中未能正确模拟现浇楼梯对整体结构的影响

框架结构中楼梯对整体结构的斜撑作用在汶川地震以后已得到业界公认，2010版《建筑抗震设计规范》第6.1.15条也明确的提到了当楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响。但是在具体的结构计算中现有的SATWE软件虽然有楼梯输入功能，并看似能考虑楼梯的斜撑作用，但是计算结果却很不理想，甚至有时计算的楼梯间框架柱配筋比不考虑楼梯作用时还小，这与汶川地震震后调查结论是不符的。另外目前的SATWE软件对于楼梯的模拟也不能真实的反映我们的楼梯设计，通常需要结构师人工干预调整，比如平台处没有梯柱，带平台梁的楼梯模拟成折板楼梯等，这都和实际有差距，所以笔者认为这样的模拟不能真实反映整浇楼梯构件对结构的刚度影响，当然这样的设计肯定也不能实现我们的抗震设防意图。对此建议不要采用与主体结构整浇的楼梯，最好作成带滑动支座的楼梯，以减少楼梯构件对主体结构刚度的影响。

7.砌体结构设计中标准层与底层洞口错位，上层窗间墙搁置于底层洞口中间。

砌体结构设计中有时会遇到底層功能为储藏和车库，标准层为住宅，同一墙段底层开大洞口，标准层开厨房和卫生间窗户，此时形成错洞口且上层的窗间墙正好落在底层洞口中间。这样的情况对于一些经验不足的结构师可能会在结构建模时疏忽，并按普通的墙上开洞输入，最终底层洞口顶部梁也未采取措施。那么这样的处理就是很危险的，因为一个几层重的墙垛要靠一个过梁来承托。对此建议设计师在做砌体设计首先排查竖向构件不连续及上下层洞口错位的情况，并作出重点标识，最终在后续设计中按实际受力情况来处理，必要时按托梁设计。

8.筏板基础和地下室抗浮设计措施不明确

抗浮设计是筏板基础和地下室设计的重要部分，基础和地下室会不会因浮力作用破坏跟抗浮水位和抗浮措施有很大的关系。笔者曾亲历过一个项目，地上三栋18层剪力墙结构的住宅及部分二层商业裙房，地下室连成整体并作为地下车库使用，主楼基础为1米厚筏板基础，裙楼及车库为独立基础加防水板。设计图纸中明确注明了降水要求及不降水时地下室回填土应及时回填的要求，但是实际施工中施工单位没有按设计要求操作，既无降水措施，也未对裙房及车库部分回填土及时回填，结果在8月丰水期因地下水位上涨致使二层裙楼及车库部分发生上浮，上浮量最大的30mm，影响最大的位置发生在主群楼交接的沉降后浇带处。通过此案例得出的结论是：即便设计有具体的要求和保证抗浮措施，工程也可能会出现问题，那么如果设计图纸中没有相关措施而出现问题的话，结构师的责任得有多大呢！所以图纸中必须明确的标注抗浮设计水位，明确的写出降水深度及降水截止时间要求，还有防水板上是否回填、回填材料、回填厚度等的要求，另外在技术交底等环节对此应作为重点强调。

9.筏形基础承载力特征值计算时基础埋置深度取值偏大导致不安全

地基基础设计规范第5.2.4条对于d（基础埋置深度）有明确的定义，其中提到对于地下室，当采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面標高算起。此处笔者要说的是规范中的规定只适用于地下室外墙位于筏基以内或者地下室外墙距离筏基边缘距离很小的情况，如果筏基位于大片地下室的中部或者筏基一侧有大片地下室，那么这时的基础埋置深度是应该从地下室地面标高计算的，但是可以另加一部分折算厚度，折算厚度按地基基础设计规范5.2.4条条文说明计算即可。

结束语：结构师担负着维护结构安全的重任，每一次震害都是对结构师的一次大考。每当大灾大难面前我们感慨生命的脆弱之时，我们更多感受到的是一个结构师的社会责任。与其在灾难面前无助、反思不如在平日的工作中勤奋钻研、认真思考，并最终学以致用作一个结构安全的真正守护者。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，中国建筑工业出版社

[2]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011，中国建筑工业出版社

[3]《独基、条基、钢筋砼地基梁、桩基础和筏板基础设计软件-JCCAD用户手册》，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部