浅谈建筑结构设计中常见的问题及对策

摘要：建筑结构设计关系到建设工程的美观实用、保证安全可靠、控制造价以及方便施工等诸多方面,因此控制结构设计的质量是相当有必要的。结构设计的出图质量受到工程环境的变化，项目特殊的使用要求以及设计人员的水平差异等多方面的因素影响。为防止设计过程中出现错误,我们应认真研究建筑结构设计的常见问题,并研究相关解决措施。

关键词：建筑结构设计；高层建筑；体型；地下室外墙；计算参数

中图分类号：TU3文献标识码：A

建筑结构设计中常见的问题

（一）高层建筑基础有效埋置深度不足

如某 12 层高层建筑，建筑总高度 H=37.8m，设计采用天然地基浅基础(柱下条基)，室外地面以下的基础埋深仅 1.7m 左右，远小于《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程（JGJ3- 91）》第 6.1.2 条关于高层建筑基础埋置深度的要求（要求≮H/l2）。又如某高层建筑 30 层，H=106m，地下一层设计采用桩基，筏板基础埋深 5.5m小于《高层建筑箱形与筏形基础技术规范（JGJ6- 99〕》中关于基础埋深的要求（要求≮H/18)。

有些工程主楼为高层，裙房为多层，其间用沉降缝断开，使主楼地下室在沉降缝一侧无可靠的侧限。高层规范规定、基础有效埋深应从具有可靠侧限的地面算起，而在工程设计中，设计人员往往容易忽略“可靠的侧限”这一重要因素。如某高层建筑，主楼高度约 160m，采用桩基，下部设二层地下室，基底深 12m。裙楼下部设一层地下室，基底深 5m，主楼与裙楼间用沉降缝分开，虽然从室外地面算起的主楼基础埋深能满足要求，但从裙房地下室底板算起的主楼基础有效埋深则是远远不足的。

（二）单桩承载力取值出现偏差或缺乏计算依据

1、因成桩工艺不同，地基土对不同桩型的支承能力是不同的，即按规范经验公式计算单桩竖向承载力时，对于不同的桩型，各土层的极限侧阻力和极限端阻力是不同的。有的工程地质勘察报告仅提供了计算打入式预制桩的单桩承载力设计参数，而设计采用钻孔灌注桩，并直接引用地质报告中的设计参数，使计算的单桩承载力出现偏差。

2、某些工程场地原为河道或地势较低，上部土层为松散的新近填土，桩基设计时直接按经验公式计算单桩承载力或直接采用试桩提供的承载力数值，没有考虑上部未固结（或欠固结）土层在固结沉降过程中可能引起的桩侧负摩阻力的影响。

3、验算桩身承载力时，没有考虑施工工艺系数ψc。或桩身压曲的影响；对抗拔桩，仅计算桩身承载力，没有进行桩身抗裂验算。

有地下室时，在按静载试验确定单桩承载力时，没有扣除地下室深度范围内的桩侧摩阻力，由于基坑开挖后暴露时间不宜过长，试桩一般都在基坑开挖前进行，基坑开挖后，地下室深度范围内的桩侧摩阻力己不再存在。

（三）结构布置不合理，体型不规则

结构的合理布置（使结构尽可能“规则”)，是抗震概念设计中的十分重要的环节，这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。由于引起结构不规则的因素太多，特别是对于复杂的建筑体型，很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则

程度并规定限制范围。

由于缺乏规范依据及相应的设计规定，加之对结构抗震概念设计缺乏应有的了解，有些设计人员往往对结构规则性难以把握，有时甚至听从业主和建筑师的要求，在实际工程中出现了不少规则性很差、对结构抗震十分不利的高层建筑。

（四）异形柱结构设计中存在的问题

近年来，在我国的住宅建设中，特别是高层或小高层住宅，有些采用了异形柱结构。由于缺少相应的设计依据和规定，目前在异形柱结构设计中存在的问题很多，也比较突出，主要表现在异形柱结构房屋的高度超高、体型不规则、结构布置不合理、抗震构造措施不当等方面。

应当说，目前国内对异形柱的受剪承载力、节点承载力和结构延性等方面的试验研究还不多，对异形柱结构抗震性能的认识还不够充分。在这种情况下，设计异形柱结构时，对房屋高度、结构规则性及抗震措施等方面宜从严掌握。

解决建筑结构设计中存在问题的对策

（一）高层建筑基础的选型

高层建筑应选用整体性好、能满足地基承载力和建筑物允许变形要求、并能调节不均匀沉降的基础形式，达到安全实用和经济合理的目的。一般有筏板基础、箱形基础、条形交叉梁基础等。应根据上部结构类型、层数、荷载及地基承载力选用合理的基础形式。

筏形基础有梁板式和平板式，当建筑物层数较多，地下室柱距较大，基底反力很大时，宜优先选用平板式。采用梁板式筏基时，基础梁截面大必然增加基础埋置深度，当水位高时更为不利，梁板的混凝土需分层浇筑，梁支模费事，因而延长工期，综合经济效益反而比平板式差。筏形基础的双向底板的厚度，除满足正截面承载力外，主要由冲切、剪切承载力确定。有人认为高层建筑的基础底板厚度按每层若干厘米(例如每层5cm)来确定这种说法是不科学也是不确切的。

（二）建筑结构体型设计

在工程设计中应尽量避免采用不规则的结构，不应采用严重不规则的结构。在设计不规则结构时，应采用符合结构实际受力状态的力学模型进行计算分析，并采取有效的抗震加强措施。新修编的建筑抗震设计规范，参考了美国 UBC 和欧洲规范 8 的做法，对规则与不规则作了一些定量的划分，并规定了相应的设计计算要求。如将楼层最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移平均值的比值大于 1.2 时定义为平面扭转不规则结构，并规定上述比值不宜大于 1.5；对超过梁高的错层，规定应按楼板开洞对待，错层面积较大时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型；对竖向不规则结构，规定薄弱地震剪力及某些水平转换构件的地震内力应乘以不同的增大系数，等等。

（三）地下室外墙的设计问题

地下室外墙的厚度、混凝土强度等级及防水要求，应根据建筑场地条件、地下水位高低、上部结构荷载与地下室层数、层高、埋深、水平荷载的大小及使用功能等综合考虑确定。高层建筑地下室外墙的厚度不应小于250mm。地下室外墙的混凝土强度等级宜低不宜高，混凝土强度等级过高，水泥用量大，易产生收缩裂缝，但高层建筑不应低于C30，当地下室有防水要求时，地下室外墙的抗渗等级应由最大水头与墙厚之比确定，但任何情况下都不应低于0.6MPa。地下室外墙的配筋主要由垂直于墙面的水平荷载控制。水平荷载包括室外地面活荷载产生的侧压力、地基土的侧压力、地下水压力等。地下室外墙近似按受弯构件设计，地下室外墙在垂直于墙面的地基土侧压力作用下，通常不会发生整体侧移，土压力类似于静止土压力，工程上通常取静止土压力系数K=0.5来进行计算。

三、解决建筑设计中存在问题的一般措施

（一）与其他专业配合，充分沟通

首先拿到提资图不要盲目建模计算和上机绘图，先进行全面分析，并与建筑设计人员进行勾通，充分了解工程的各种情况功能、选型等，要理解透彻建筑图的意图，平立剖的关系。必要时多组织各专业的协调会，明确各专业需要注意和配合的地方，统一做法和标准，确定原则性的方案，使各专业的条件图真正成为条件图，避免在出图后再调整方案引起重复工作，浪费时间。

（二）合理简化，做好建模前处理

建模计算前的前处理要做好。例如荷载的计算要准确，不能估计，要完全根据建筑做法或使用要求来输人悬挑构件及转换层构件是否要考虑施工活荷载的不利影响楼梯洞口的输人局部开洞的处理!飘窗部分荷载的处理等。有些复杂难处理的地方，要运用力学知识适当简化!等效处理，减少计算的工作量。

（三）明确计算参数含义

熟悉结构设计辅助软件的技术条件在进行结构建模的时候，要了解每个参数的意义，不要盲目修改参数，修改时要有依据。要注意参数的适用范围，同一参数会有其适用性，在砌体结构里是准确的参数，到了框架结构可能不适用了在多层结构里是准确的参数，到了高层结构可能不适用了。用软件计算也要建立在这一基础上，每一种计算理论都有它的假定条件，软件的编制都符合这一特定的技术条件，因此在使用软件前要对软件技术条件了解清楚，我们熟悉的砂系列软件也不例外，如果没有深刻地理解软件技术条件便不能很好地利用软件来解决实际问题。一些对结构概念不很清楚的设计人员可能会过分地相信计算机而出现严重的设计错误。我们必要时应要用手算复核，不要盲目相信软件计算的结果，尤其是带转换的构件。

结语

综上，建筑结构设计在建筑安全中有着举足轻重的地位，为保证建筑行业更好的发展，在结构设计过程中出现的问题必须得到妥善地处理解决。而上述所提到的问题均是工程师们在结构设计和工程施工中常常遇到的，极易遭到忽视。因此，要求结构工程师能够熟练掌握基础知识，熟悉相关规程，规范的条文及施工工艺流程，灵活处理相关常见结构问题，使建筑物得到安全，可靠的保障。

参考文献

[1]王艳辉.浅谈房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2010.2.

[2]徐磊.高层建筑结构抗震设计问题研究[J].科技致富向导，2010.23.

[3]邹志强.房屋建筑结构设计问题分析[J].建材与装饰(下旬刊)，2008.4.