建筑结构设计的过程及常见问题分析

强霖 高山棚

【摘 要】建筑结构设计直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。本文总结了建筑结构设计的要求和过程，对建筑结构设计中一些常见进行分析，指出了错误的原因和后果，提出设计建议和构造的要求。

【关键词】建筑结构设计；概念设计

【Abstract】The structural design of the building directly affects the safety， application， economy and rationality of the building. This paper summarizes the requirements and processes of building structural design， analyzes some common aspects of building structural design， points out the causes and consequences of the errors， and proposes design recommendations and construction requirements.

【Key words】Architectural design；Conceptual design

随着建筑行业的发展，建筑设计水平不断的提高，综合性建筑的发展使平面布置和体型日益复杂：使结构体系曰益多样化。由于各种因素，使设计中出现很多问题，问题大小都对房屋的建筑质量产生影响。做好建筑结构设计是关系到建筑经济、人民安居乐业的重要工作，设计人员须充分了解建筑结构设计特点及其结构体系，使结构设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

1. 建筑结构设计的要求

为保证建筑结构的可靠度达到设计要求，設计中须遵循以下要求：

（1）计算内容：结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算，如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算；

（2）结构上多种作用效应同时发生时，应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后，考虑其可能的最不利组合；

（3）抗震设计：我国的抗震设防烈度为6至9度，建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。赋应不同的抗震等级，有不同的计算和构造要求。

2. 结构设计的过程

结构设计的阶段大体可以分为三个阶段：概念设计阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。

2.1 概念设计阶段。

概念设计是指正确的解决总体方案、材料使用和细部构造.以达到结构优化设计的目的。

2.1.1 关于强柱弱梁节点。为实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱，相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力。而且不致形成“层侧移机构 从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于粱端纵筋不可避免的构造超配程度的大小。以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。

2.1.2 关于“强剪弱弯”措施：强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。

2.1.3 注意构造措施。（1）对于大跨度柱网的框架结构。在楼梯问处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯问处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点，在设计中容易被忽视，应引起重视。（2）对框架结构外立面为带形窗时，因设置连续的窗过粱，使外框架柱可能成为短柱，应注意加强构造措施。（3）对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150mm，对屋面宜设置后浇带，后浇带处按构造措施宜适当加强。（4）其它构造措施限于篇幅，详见新规范。

2.2 结构计算阶段。

（1）荷载的计算。

荷载包括内部荷载和外部荷载。无论是内部荷载还是外部荷载.都要根据荷载规范的要求和规定，采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。

（2）构件的试算。

根据计算出的荷载值，使用要求，构造措施要求及各种计算手册上给出的试算方法来初步确定构件的截面。

（3）内力的计算。

对结构中弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等，要根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算。

（4）构件的计算。

根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制，如：轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等，来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。

2.3 施工图设计阶段。

施工图设计时最后的设计阶段，施工图是施工的依据.也是建筑师结构设计的完整体现。施工图必须以方案设计和初步设计为依据，忠实于既定的基本构思和设计原则。这阶段设计的重点是所有分体系构件的细部设计， 即构件配筋设计及节点大样设计。

3. 建筑结构设计常见问题及处理

3.1 地基与基础设计。

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，地基基础也是整个工程造价的决定性因素，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

3.2 楼板设计常见问题。

（1）在楼板设计时经常出现，将双向板作为单向板进行计算的问题。这是因为图计算方便或对板的受力状态认识不足造成的。这样的后果必然导致计算假定与实际受力状态不符，从而使两个方向配筋不平衡，造成配筋严重不足，致使板出现裂缝。

（2）在进行板承受线荷载弯矩计算时.某些设计人员对板的配筋计算弄混.将隔墙的总荷载附以板的总面积。或对连续板的认识不足，在板的設计中没有考虑支承点上部负弯矩的影响. 致使板顶出现裂缝。

（3）还有双向板有效高度取值偏大的问题。双向板在两个方向均产生弯矩，由此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放，短跨方向的跨中钢筋在长跨方向的跨中钢筋的下面.这两个高度是不同的，计算时应用两个方向的各自的有效高度。而有的设计人员却相同的高度进行配筋计算，这样长跨有效高度偏大，配筋偏低，使结构构件存在的质量隐患，甚至出现开明缝的现象。

3.3 建筑结构的设计问题。

3.3.1 关于超长钢筋混凝土结构。

很多建筑采用超长混凝土结构，一般不设或少设伸缩缝，致使结构不设缝的长度远远超出了我国规范规定的限值，通常把这种结构称为超长混凝土结构。钢筋混凝土结构存在抗裂性差这一缺点，混凝土建筑物的裂缝问题是混凝土工程中带有一定普遍性的问题。混凝土结构体表面或内部产生的裂缝将对结构承载力、防水性以及抗冻性、抗钢筋锈蚀性、抗化学侵蚀性等耐久性能产生严重的危害。裂缝的出现，会影响美观，严重影响建筑物的使用寿命。

3.3.2 楼板设计中存在的问题。

楼板是建筑工程中的主要承重构件，它将楼面，屋面的荷载传给其周围的墙或梁上，楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周，很容易出现设计质量问题。楼板设计中常见以下问题：（1）设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足，简单地将双向板作为单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符，导致一个方向配筋过大，而另一方向仅按构造配筋，造成配筋严重不足，致使板出现裂缝。（2）板承受线荷载时弯矩计算问题，常在楼板上布置一些非承重隔墙，故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。

3.4 从构造角度看应注意的问题。

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。应特别注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。要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。防止屋面温度应力引起的墙体开裂，有效的通风散热措施，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

作为建筑工程的重要组成部分，结构设计也是建筑安全应用的基础。建筑结构设计是一个系统而全面的工作，不仅是建筑设计成功实现的保证，更是建筑安全应用的基础。建筑结构设计是一项经验性很强的工作，设计人员要善于总结工作中的经验和教训，要严格遵照设计规范、标准进行，要有灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度，不断提高自身的结构设计水平，以保证建筑质量，确保人民生命财产安全。

[文章编号]1619-2737（2018）06-12-884