建筑结构设计中遇到的主要问题研究

路文理

【摘要】在建筑结构设计中涉及到许多应用内容，其设计内容的合规性，也将直接影响到建筑空间使用率和使用安全性。本文围绕基础连系梁设计问题、长径比计算问题、抗震设计问题、地下车库设计问题、板结构设计问题、温度应力设计问题、梁腹开孔后承载能力问题、混凝土裂缝问题展开分析，并围绕这些设计问题提出恰当处理措施，其目的在于优化建筑结构设计内容，为提高后续施工活动的顺利推进奠定基础。

【关键词】建筑结构设计；温度应力；地下车库

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.034

现阶段，国家在行业规范中对于建筑结构设计提出了统筹性要求，但是受到水文条件、气候条件、地质条件的影响，统筹性要求只能作为基础参考，还需要地方规范来提高建筑结构设计内容的合规性。针对建筑结构设计中遇到问题进行梳理，基于此来拟定恰当的处理措施，不仅可以提高建筑结构设计内容的合理性，而且能够减少施工变更问题，提高建筑结构设计内容的合理性。

1、建筑结构设计中遇到的主要问题

1.1 基础连梁设计问题

当前建筑结构设计中框架结构使用较多，但是在建筑结构设计中存在基础连系梁不规范设置问题。按照抗震设计规范中的要求，如果框架独立柱的基础埋置较深或者不同基础埋置深度差别较大，一级框架与四类场地的二级框架，不同柱基础底面重力作用下的荷载代表值压应力有较大差异，或桩基承台之间以及地基受力层为软弱土层或者不均匀土层等相关情况，需要在2个主轴方向以及两桩承台短向中设置系梁。然而实际建筑结构设计中存在基础连梁设计不合理问题，比如当基础埋深较大的情况下，没有进行计算，直接在2个主轴方向设置构造基础系梁，按照构造配筋完成钢筋设计。对于无地下室的结构，如采用独立基础，计算简图应符合下列要求：（1）地面以下梁、柱可作为地下室参加结构整体计算，一层底板按空楼板处理，层高按一层地梁顶至基础顶面高度取值，且对地下部分结构不应考虑土体的约束作用。（2）对一层柱尚应按结构在一层地面嵌固并复核配筋。

1.2 长径比计算问题

在城市建筑群数量不断增多的背景下，嵌岩桩的使用频率和使用数量也在不断提升。相较于其他类型的桩体结构，嵌岩桩在应用中所需要的承载力较大，实验耗费总量较高，因此目前所积累的完整实测资料较少，无法为研究活动提供价值参考。世界许多国家的地基规范都规定嵌岩桩按端承桩设计，完全不考虑桩侧阻力。然而和传统观念相反，近年来国内外大量的实测资料都表明，嵌岩桩即使是在无覆盖层条件下，并非一律就是端承桩，而较长的嵌岩桩大多属于摩擦桩，很长的嵌岩桩可能完全属于摩擦桩。目前国内涉及嵌岩桩的相关规范有《建筑桩基技术规范》、《建筑地基基礎设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》和《铁路桥涵设计规范》，但具体单桩承载力的计算和设计方法却不尽相同，单桩竖向承载力特征值的计算结果有差别。

1.3 抗震设计问题

在建筑结构设计中，也需要注重抗震设计工作，在此过程中也面临着以下应用问题：（1）地震问题的出现具备了较强的不确定性，并且地震等级、发生时间存在着不可预见性，从而增加了建筑结构的抗震设计难度，这也在很大程度上影响到所设计结果的合规性。（2）在地震问题出现之后，建筑结构中的薄弱点也会日益凸显，从而增加了建筑结构的不稳定性，基于此在实际应用中，也需要着重关注抗震设计内容，如果不能对其进行高效处理，也将直接影响到设计内容的合规性。

1.4 地下车库设计问题

在私家车数量不断增多的情况下，居住小区内对于车位的需求量也在增多，为了节省地上建筑空间，也会进行地下车库设计，以提高小区内车位总数。从实际设计情况来看，也存在以下设计问题：第一，目前在地下车库的设计中，主要参考了《汽车库建筑设计规范》（JGJ100-98）中的相关内容，所设计的地下车库柱网尺寸非常相近，即8.4m×6.0m，但是具体参数不可能考虑到全国各地的地质资料、水文资料，从而影响到设计结果的合理性。第二，地下车库顶板覆土层较厚，而且在局部也会布设一定宽度的消防通道，整体受力较大，这也需要根据规范来进行设计，但是这些参数的布设也容易出现疏忽，从而影响到设计结果的合理性。

1.5 板结构设计问题

在建筑结构设计中，也存在板结构设计问题，此类问题具体表现在以下几方面：（1）在楼板结构的设计中，没有按照要求对板块跨度、板块位置、板内管线分布等参数进行布置，使得各项参数无法满足相应的建筑规范，降低了板结构设计的合理性。（2）在板结构设计中，也会布设一些应用洞口，作用是下穿预应力筋、布设管线，同时该内容也是板块中的薄弱环节，若不能对此内容进行合理设计，也将增加板块裂缝病害的发生几率，从而影响到板结构的使用寿命。

1.6 温度应力设计问题

在建筑结构设计中，也面临着温度应力设计问题，具体表现为以下几点：（1）在混凝土浇筑量不断增加的背景下，混凝土内部所积累的水化热总量也在增加。为了减少水化热问题，也需要确保初凝到终凝这一区间内水化热可以顺利逸散到外界，若不能围绕此内容进行合理设计，如外加剂添加量、浇筑时外界温度等参数，那么也将增加温度裂缝发生几率，降低结构的成型强度。（2）在建筑结构设计时，没有考虑到温度荷载带来的影响，这样在结构设计上也更加容易引起超长裂缝问题，进而降低混凝土结构的耐久性。

1.7 梁腹开孔后承载能力问题

从目前的设计情况来看，在建筑结构设计中，也面临着梁腹开洞后承载能力问题，此问题具体体现在以下几方面：第一，在建筑结构中需要按要求配置空调系统、消防系统、电气系统，通常会将其布设在楼层梁的底部，这也降低了楼层的净高度。因此在设计中也需要均衡净空环境和建筑层高之间的关系，如果没有做好此内容的协调处理，也将增加梁腹开洞后承载压力，不科学的开洞将提高开裂问题的发生几率。第二，梁腹开洞参数（如直径、位置等）合理性不足，这样也将影响到上部荷载的分布均匀度，极易出现应力集中的情况，从而增加结构破损、裂缝等问题的发生几率，降低结构的耐久性。

1.8 混凝土裂缝问题

除上述提到的设计问题外，在建筑结果设计中也面临着混凝土裂缝问题，造成此类问题的主要原因如下：第一，在建筑结构设计中，需要对混凝土结构的荷载进行细化分析，若无法得到可靠的分析结果，那么也容易导致混凝土荷载与结构配筋不匹配的情况，从而增加了混凝土裂缝问题的发生几率。第二，在混凝土设计中没有对材料因素、施工因素、环境因素等内容进行综合性参考，若某一项因素没有做好综合考量，那么也导致此类因素负面影响不断扩大，从而提高混凝土裂缝问题的发生几率。

2、建筑结构设计中常见问题处理措施

2.1 优化基础连系梁设置参数

在基础连系梁设置参数的优化设计中，也需注意以下几点：第一，在对基础连系梁进行布设时，需要布设至少两个主轴方向，而且其高度距离柱中心之间的距离也需控制在1/12～1/8，以满足相应的应用需求。第二，在对基础连系梁展开纵向配筋处理时，其压力值和拉力值也需要控制在柱最大轴力的8%-12%，并且在数值计算后也需要契合最小配筋率需求，从而提高配筋处理结果的合规性。第三，在建筑结构进行设计时，如果需要在基础连系梁上部安排填充墙，或者需要其承担楼梯荷载，那么计算建模分析时就应该把相应的荷载考虑在内。

2.2 做好长径比核算处理

基于长径比设计问题，也需要做好长径比核算处理，以提高混凝土结构设计参数的合理性。在具体实践中，应注意以下几点：第一，增加积累的实测资料数量，做好实测资料的整理工作，这样也可以为研究活动提供价值参考，进而提升长径比核算结果的合理性。第二，嵌岩桩在使用过程中，也需要做好基础资料查阅，如水文资料、地质资料等，根据资料整理情况来选择相应类型的嵌岩桩，如端承桩、摩擦桩等，并且也对各类规范内容进行梳理，搭配恰当的计算方式，得到可靠的嵌岩桩承载力计算结果，这样也可以提高分析结果的合理性，提升长径比分析结果的实用性。

2.3 优化结构抗震设计

在建筑结构设计中，也需要优化结构抗震设计，在此过程中也需注意以下几点：（1）地震问题的出现具备了较强的不确定性，因此在对建筑结构进行抗震设计时，也需要查询相应的行业规范规程，并以此为基础来拟定抗震参数，提高建筑设计结果的合规性。（2）在地震问题出现之后，建筑结构中的薄弱点也会日益凸显，基于此类情况也需充分发挥三维计算软件应用优势，建立可靠的三维模型，根据三维模型来准确筛选建筑结构的薄弱位置，及时对该部位参数进行整理，而且也需要根据规范对其进行高效处理，持续提升设计内容的合规性。

2.4 完善地下车库参数

进行建筑结构设计时，也需要不断完善地下车库参数，提高小区车位总数的合理性，营造舒适的出行环境。在具体实践中应注意以下内容：第一，在地下车库的设计中，需参考规范中的相关内容，但是地下车库柱网尺寸也需要参考甲方提供的各种资料进行设计，并且也需要做好尺寸精度的把控，提高设计结果的合理性，以满足相应的设计需求。第二，地下车库顶板覆土层较厚，同时在地下车库的设计中，也需要预留出消防通道的具体位置，控制好梁高、柱宽度等参数，根据规范来进行设计，从而持续提升地下车库参数的合理性，以满足相应的运行要求。

2.5 细化板结构设计内容

在建筑结构设计中，也需要细化板结构设计参数，在具体实践中也需要注意以下几点：（1）在楼板结构的设计，设计人员需要严格遵循规范对板块跨度、板块位置、板内管线分布等参数进行整理，使得各项参数满足相应的建筑规范，并且根据不同部位的承载力要求，做出针对性设计，从而提高板结构设计内容的合理性。（2）在板结构设计中，对于下穿预应力筋、布设管线的孔洞，也需要做好各项参数的分析工作，如孔径、布设位置等，对于存在薄弱的位置也需要及时做好补强，提高设计内容的合理性，这样也会降低板块裂缝病害的发生几率，延长板结构的使用寿命。

2.6 做好温度应力设计

在建筑结构设计中，也需要做好混凝土结构温度应力设计，从实践情况来看，需做好以下内容：（1）在混凝土浇筑量不斷增加的背景下，需要充分考虑混凝土内部积累的水化热总量，与此估值的计算也会利用计算机软件进行处理，根据计算结果对于初凝到终凝的时间差进行计算，以确保该区间内水化热可以顺利逸散到外界，降低温度裂缝发生几率，持续提升混凝土结构的成型强度。（2）在建筑结构设计时，也需要考虑到温度荷载带来的影响，可以利用相关的软件来建立三维模型，根据三维模型反馈结果来调试各项参数，这样在结构设计上也更好的控制混凝土超长裂缝问题，不断提高混凝土结构的耐久性[1]。

2.7 开孔后承载能力分析

从目前的设计情况来看，在建筑结构设计中，也需要做好梁体开孔后承载力的计算分析。从实践情况来看，在应用中也需要注意以下内容：第一，在建筑结构设计中也需要均衡净空环境和建筑层高之间的关系，在确保结构安全性的基础上，为空调系统、电气系统、消防系统预留出充足的安装空间。同时在应用中也需要做好协调处理，提高梁腹开孔后承载压力，以降低开裂问题的发生几率[2]。第二，做好梁腹开孔参数（如直径、位置等）梳理，确保结构上部荷载的分布均匀度，避免应力集中问题，以此来降低结构破损、裂缝等问题的发生几率，提高混凝土结构的耐久性。

2.8 做好混凝土裂缝处理

在对混凝土裂缝进行优化处理时，也需注意以下几点：第一，在建筑结构设计中，需要对混凝土结构的荷载进行细化分析，利用BIM技术、云计算软件来进行处理，得到可靠的分析结果，这样也可以有效避免混凝土出现应力集中的情况，从而降低混凝土裂缝问题的发生几率[4]。第二，在混凝土设计中也需要遵循规范对材料因素、施工因素、环境因素等内容进行综合性参考，基于分析结果来拟定可靠的施工计划，降低裂缝问题的发生几率。

结语：

综上所述，在建筑结构设计中需要参考多项应用内容，基于各类设计参数中的常见问题，拟定相对应的处理措施，不仅可以优化建筑结构设计方案，而且能够积累有价值的参数信息，为后续项目的顺利推进奠定基础。

参考文献：

[1]许文龙.高层建筑结构优化设计中的问题与对策分析[J].四川水泥，2021（09）：323-324.

[2]张鹏.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].建材发展导向，2021，19（16）：58-59.

[3]舒鹏.关于BIM建筑结构设计过程的研究与实现[J].四川水泥，2021（08）：143-144.

[4]逯轩武.建筑结构及暖通设计中存在的问题与解决策略探讨[J].居舍，2021（22）：77-78.