建筑结构设计方法的探讨

摘 要：随着国民经济的不断发展，我国建筑业也得到了快速发展，取得了巨大的成就，但同时也存在一些问题。实际设计工作中，常常会发生结构设计的种种概念和方法上的差错，这些差错的产生，有的是由于设计人员没有对建筑结构设计工作引起高度重视，盲目参照或套用其他的设计的结果；有的则是由于设计人员对设计规范和设计方法缺乏理解；还有的是由于设计者的力学概念模糊，不能建立正确的计算模式，对结构电算结果也缺乏判断正确与否的经验。通过对房屋建筑结构设计进行分析，浅述了目前房屋结构设计中存在的问题，提出了相关的评述和建议。

关键词：建筑；结构设计；方法；问题

中图分类号：TU318文献标识码： A

建筑结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师所要表达的东西。建筑结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系。本人通过多年的结构设计，对结构设计提出应注意的一些问题，并给建议。

结构设计的基本方法

1平面图的设计

在绘制结构平面布置图前有个问题需要说明一下。就是要不要输入结构软件进行建模的问题。当建筑地处抗震设防烈度为 6 度区时（建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外），根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算但应符合有关的抗震措施要求。那么对于砌体结构来讲如果时间不是很充足的话应该可以不用在软件中建模的，直接设计即可。绘制结构平面图时可直接在建筑的条件图上来绘制结构图，这一步必不可少的是删除建筑图中对结构来讲没有用的部分，简单快捷的方法是利用软件的图层功能，直接冻结相关的层。然后再建立新的结构图层：圈梁层，构造柱层，梁层，文字层，板钢筋层等等。这样做的目的是提高绘图效率，方便在不同结构平面图间的拷贝移动和删除。但对于墙体受压或局部受压、托梁、阳台、楼梯、楼板等构件应进行计算。除了必要的计算外，还应按规范要求采取适当的构造措施。墙体局部受压时除应按规定进行计算外还应在梁下墙体采用设梁垫或设置构造柱等措施。如果时间不是很紧张的话建议还是输入建模较好，建模后可以利用软件来进行荷载导算、构件的强度计算及验算等。当建筑地处抗震设防烈度为 7 度及以上时（包括规范规定需要考虑地震作用的情况），根据建筑抗震设计规范，因需要计算地震作用，所以必须要输入软件建模计算的。这样可以利用软件来进行繁琐计算工作。根据程序的计算结果再绘制结构平面图。

2 框架结构的“强柱弱梁”

根据抗震规范“强柱弱梁” 的设计原则，我们希望柱的承载能力要大于梁的承载能力，也就是说当结构遭遇地震作用时应该是梁端首先出现塑性铰，梁出铰后结构产生较大的塑性变形，因此就能消耗地震能量。但要真正做到“强柱弱梁”是有一定难度的。目前我们在几方面做法值得商榷。

（1）梁端负弯矩计算。在框架结构设计中，梁的计算跨度是取两节点间的距离。梁端负弯矩的最大值出现在梁柱交点上。如用此弯矩进行截面计算所得到的配筋量肯定要比用柱边截面处弯矩计算所得到的配筋量要大，这就增加了实现“强柱弱梁”的难度。因此，在对梁端进行截面计算要考虑柱截面尺寸对构件内力计算的影响，采用柱边截面处的弯矩。

（2）梁端的实际配筋。在实际工程中，梁端超配筋的现象很普遍，这样的结果就会使梁端的实际承载能力大于计算所需的承载能力，就造成柱与梁的承载能力之间的差值减小或低于梁的承载能力。所以，我们在设计中应该合理的控制梁端实配钢筋与计算配筋之间的比例关系，梁端负弯矩不应超配筋。

（3）在计算梁的刚度时根据规范要求计算楼板对梁刚度的贡献，楼板的有效宽度取多少可以充分考虑梁与板的整体作用，还有楼板有效宽度内的钢筋对梁端的影响，这都是一些不确定的因素。楼板有效宽度取值的大小很大程度上也影响能否真正实现“强柱弱梁”的实现。

现有的抗震规范通过柱端弯矩的增大系数来提高柱在轴力作用下的正截面受弯承载力，并规定柱端弯矩大于梁端弯矩，使梁端出现塑性铰的时间要早于柱。这些都是延性框架的最基本要求。

3砌体结构中房屋构造柱与承重柱混淆不清

在砌体结构中，构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力，而且构造柱与圈梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。在当前结构设计中，构造柱还经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题：

（1）构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，而构造柱的截面尺寸与配筋均较小，混凝土强度等级一般也比较低，所以造成构造柱首先破坏。这样，构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。

（2）构造柱一般生根于地圈梁中，不需要另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏，将导致构造柱下沉，引起其周围的墙体出现裂缝，最后导致建筑物倒塌。建议承重大梁下应按规范要求设计成墙垛。这样做即安全又简单、经济。若梁上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算梁下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足后，方可在梁下布置构造柱。像规范中规定的“楼梯斜梯段对应的墙体处，应设置构造柱”，就是属于这种情况。因为斜梯段处一般设有楼梯梁，梁上的荷载也比较小。

（3）构造柱作为承重柱使用，还能造成结构形式的混用。这种结构形式在结构设计中是最忌讳的。因为砌体结构的墙体是由砖、砂浆砌筑而成，它的特点是刚度很大而承载力相对较低。当建筑物遭遇地震作用时，吸收了很大的地震能量，但砌体的承载能力较低，所以很快就因破坏而退出工作。这时结构就将荷载全部或大部分的转嫁给构造柱来承担，很显然，构造柱由于截面尺寸及配筋均较小，是不能抵御地震作用的，所以，就容易造成建筑物的破坏或倒塌。

4 悬挑梁的梁高选用过小

现在的设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算，而忽略了对梁端挠度的验算。梁高选用过小，引起梁截面的受压区应力过高，在正常使用状态下，梁截面受压区产生非线性徐变，梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁上板出现裂缝，裂缝宽度随着挑梁变形的加大而加宽，影响了房屋的正常使用。据观察，这种挑梁的变形发展到后期，梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。梁受支座附近弯剪作用的影响，竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝，此时梁已接近破坏。当为托墙挑梁时，梁过大的挠度会引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。裂缝在梁支座处沿竖直方向向上发展，当到一定高度时沿斜向延伸，裂缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时，截面的相对受压区高度较大，梁的延性减小，在竖向地震作用下易发生脆性破坏，失去承载力。

5 连续梁按单梁进行设计

这种情况主要发生在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小，没有引起设计者的重视，为图受力分析方便，设计者把实际应为连续梁的梁按单简支梁进行设计，致使梁在支座处上部负筋配置量过少。这样必然引起梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝，进而引起梁上部拦板出现竖向裂缝。如果该边梁长度较长时，问题将会变得更加严重。因为该梁一般直接暴露在室外，受环境温度影响较大。当环境温度变化时，梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束，在梁内产生收缩应力，该收缩应力作用于原已产生裂缝的梁上，引起梁在支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通，梁承载力降低，直接影响了使用安全。在实际工作中，多次发现类似情况出现，因此应引起设计者的重视。

6、基础设计中的方法与建议

目前，我们在结构设计中是将上部结构、基础、地基土三者分开设计的。三者在设计中互不关联。上部结构设计时不考虑基础与地基土的刚度对上部结构的影响；在设计基础时也不计上部结构的刚度对基础的贡献；只是将上部结构的荷载传递给基础；在地基土的承载力计算及沉降计算时同样没考虑基础的刚度作用，将上部结构传来的荷载简化成均布荷载按传统方法--直线分布法的原理进行计算。

对于一般结构的基础设计而言，采用这种方法简便快捷，对于排架结构之类的上部柔性结构以及地基较好的独立基础，能够得到较满意的结果。但是，对地基沉降较敏感的一类结构，如框架结构，计算结果与实际情况有较大的出入，对于地基较差的软弱地基上的条形基础，按这种方法计算与实际差别也较大。同样对于高层剪力墙结构下箱形基础置于一般性质天然地基这种情况，这种简化计算结果也不能令人满意。

在建筑结构的设计中，虽然这种简化的计算方式我们已经采用了很多年，而且在一些简单的结构设计中我们还在继续采用。我们在基础设计时如何做到安全、可靠、合理、经济，很显然采用这种方法除了安全、可靠，无论如何也不可能是经济、合理。我们稍加思考就能发现这种简化的方法的不合理之处。首先任何一栋建筑物都包含上部结构、基础、地基三部分，作为一个整体，它们是即相互联系、影响，又相互约束和相互作用。把三者分开来单独计算，不考虑相互之间的联系与约束，不考虑基础的变形和位移，因此计算所得的结构与实际受力往往有很大的差异，这种现象在底层及边跨的梁柱中尤为明显。我们都知道任何一建筑物在外力的作用下，均会产生相应的变形，上部结构、基础、地基他们根据各自的刚度对相互的变形有着制约的作用，从而制约整个结构体系的内力、变形、基底反力及沉降的变化，同时满足内力平衡、变形一致。所以，最合理的设计计算方式就是应按结构整体考虑—共同作用。

上部结构、基础的刚度现在可以通过程序计算得到，地基土变形特性的计算模型及参数的确定，是一个非常复杂和困难的课题，这需要我们不断的摸索和研究。

一般的建筑基础设计还是可以采用传统方法--直线分布法，它的精度能满足要求。高层及同一整体大面积基础上建有多栋高层或多层等复杂建筑的基础应该采用上部结构、基础、地基同作用的方法来计算结构的内力及变形。

结束语

我国经济的飞速发展，城市面貌日新月异，一栋栋高楼大厦拔地而起。随之各类房屋建筑功能的不断丰富，新颖的造型，致使工程设计越来越复杂。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

[1] 徐国华. 建筑结构设计的基本方法及注意事项[J]. 科技咨询导报，2007（11）.

[2] 张蕊. 建筑结构设计的基本方法及存在的问题[J]. 科技咨询导报，2007（8）.