建筑工程结构设计中的问题与初探

摘要：随着建筑业的不断发展，建筑结构随着建筑功能的改变而出现多种变化。本文对建筑结构设计中常出现的问题和相应解决措施进行了分析探讨，以期对建筑设计师在建筑结构设计方面有所帮助。

关键词：建筑结构，结构设计，基础承载力，嵌固端

中图分类号：TU3文献标识码： A

虽然我国建筑事业已经取得了不错的发展，建筑技术和设计方面水平都得到了不断提升，但建筑结构设计中还是存在一些问题需要设计师去注意并解决，只有不断纠正和解决结构设计中的问题才能保证建筑结构的稳定性，保证建筑工程质量。下面就结合工作实际中遇到的一些问题做如下探讨。

一、地基承载力深度修正的问题

设计不超过20层的高层、多层建筑时，我们经常直接选择桩基的基础形式，其实在非软弱土地区，应首先探讨采用天然地基的可行性，以利于降低基础造价，合理地确定地基承载力值就显得尤其重要，《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）规定：地基承载力特征值应按下式进行修正：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5) [1]，而在地基承载力值的组成中，深度修正部分占有较大的比重。这对于主裙楼一体结构，在进行主楼地基承载力计算时，因裙楼基础的有利及不利影响，如何合理地确定用于深度修正的深度值d尤为重要。规范在5.2.4条条文说明中这样规定“对于主体结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度的两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。”这就要求设计人员在进行具体工程设计时，应根据此条的要求，结合工程实际情况合理地确定承载力深度修正所采用的埋深值d，但设计人员对此认识却并不一致，经常有困扰。最常见的是高层主楼带地下车库这种类型，计算简图如图1所示。

（1）当高层主楼采用筏板或箱型基础时，在主楼纵、横两个方向上，若B1、B2均大于2B0，才能考虑裙楼荷载对地基土产生的超载作用，将超载折算成土体厚度d2，（两侧超载不同时，取小值），此时d=d0+d2，若b1、b2中有一值大于2B0，而另一值小于2B0时，或均小于2B0时，裙楼荷载作为超载折算为土体厚度d2，当d=d0+d2≥d1时，取d=d1，当d=d0+d2＜d1时，取d=d0+d2。

（1）当高层主楼采用筏板或箱型基础时，在主楼纵、横两个方向上，若B1、B2均大于2B0，才能考虑裙楼荷载对地基土产生的超载作用，将超载折算成土体厚度d2，（两侧超载不同时，取小值），此时d=d0+d2，若b1、b2中有一值大于2B0，而另一值小于2B0时，或均小于2B0时，裙楼荷载作为超载折算为土体厚度d2，当d=d0+d2≥d1时，取d=d1，当d=d0+d2＜d1时，取d=d0+d2。

（2）当主楼采用柱下独立基础加防水板的形式时，则靠近地下室一侧的基础可考虑土的超载作用，d的取值同1，但主楼内的其他基础的埋深d=d0。

合理确定用于深度修正的基础埋深值d，从而确定主体结构的地基承载力值fa，这样才能使结构的基础设计达到合理、经济，最优化。

图1 结构简图

二、主次梁节点设计问题

我们在工程设计的计算过程中不可避免地会出现主次梁相交的情况，时常会发现框架主梁扭矩很大，抗扭承载力不足，有些处理办法就是将次梁与主梁相交处设为铰接，释放扭矩，但这样处理是否合理，与实际的受力情况是否一致呢？个人以为：作为梁端铰接，就是要保证梁端有一定的转动能力；固接，就是要限制梁端的转动能力；而实际上没有完全的铰接也没有完全的固接，梁端铰接不能随意地人为设置[2]。

设置铰接梁，是允许此梁在两端形成朔性铰而产生裂缝，但是不会破坏，就是说形成朔性铰之后，此梁由超静定变成静定结构，结构设计一般都是超静定结构。这样一个破坏不会对整个结构体系影响很大，才能满足结构安全的冗余。如果主次梁截面相差较大，支座主梁对次梁约束不大的情况下可以设定为铰接，即使为铰接，《混凝土结构设计规范》。10.2.6条对此做出了规定，要求上部配置构造钢筋，且构造钢筋截面面积不得小于下部钢筋的1/4，；如果主次梁截面相差不大，次梁高度只比主梁少50mm，这时候就不能完全忽略主梁对次梁的约束了，这种情况是最容易出现框架主梁配筋超筋、抗扭承载力不足[3]。如何处理，首先我们应该考虑加高框架梁解决配筋超筋，加宽框架梁解决受扭不满足，如果条件所限不能加宽，那才可以看能不能铰接次梁了，但这里的铰是指的假想铰，而是要保证支座负筋首先屈服，造成内力的卸载和重分布，分布后达到和铰接类似的受力情况，此时的铰接就得要从构造措施上进行保证，现行国家标准图集《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》（11G101-1）第86页针对非框架梁（即次梁）的配筋构造做出了明确的示意。

结构设计最重要的原则是：结构设计建模要立足于结构自身，主要力学模型要与实际构件接近，以保证计算结果能够真实反映结构状况，这样才能保证结构的安全。

三、地下室嵌固端的选择问题

在有地下室的结构设计时，地下室的顶板是否作为上部结构的嵌固是很重要的。这不仅仅是关系到计算结构的内力的大小，而且在某些工程中会整体结构成为一个超限建筑，对结构设计造成难点[4]。

嵌固的概念，这里所说的嵌固应该是强度嵌固而非力学嵌固；力学嵌固――完全刚性的固定，嵌固点以下刚度无穷大，嵌固点无平动、转动，实现了完全的约束[5]。而强度嵌固――柱的塑性铰出现在地上一层的下端，而不是出现在梁柱节点两侧的梁上，即强梁弱柱.实现的方法：（1）增大梁的抗弯能力；（2）增大地下室柱顶的抗弯能力；（3）满足规范的各项要求。嵌固端所在层楼板要求连续，这样才能保证水平地震力的传递[6]。实际工程中常遇到地下室顶板开洞，甚至是大面积的开洞，此时必须要与建筑专业配合，避免将洞口设在主楼周边，开洞面积不宜大于嵌固端层楼板面积的30%，同时将洞口周边楼板加厚，以满足刚性楼板的要求。工程中还会碰到当地下室顶板的标高不一致的情况，以下沉式广场为代表，如果地下室顶板与地上一层高差小于层高的1/3，则只要地上一层的侧向刚度能满足规范要求，则地下室顶板可作为嵌固端，即使高差稍稍超过1/3层高，也可将主楼周边一跨的楼板适当抬高以满足高差，不过需进行加强处理：有错层部位加大梁的刚度，在错层处楼板加腋，以保证水平剪力的传递路径。

四、结语

建筑结构设计是建筑工程的开端，其需要设计师具有扎实理论功底和创新思维，以及严谨的设计工作态度。对于结构设计中出现的问题，设计师要积极采取相应的措施进行解决，保证建筑结构设计的合理性和科学性，以此来保证建筑结构的稳定性和建筑工程质量，推动建筑行业的不断向前发展。

参考文献：

[1] 中国建筑科学研究院.GB5007―-2011建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2] 吴毅宽.建筑结构设计基本原则及合理设计方案分析[J].建材与装饰(上旬刊),2013(01).

[3] 中国建筑科学研究院.GB50010―2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[4] 中国建筑科学研究院.JGJ3―2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[5] 温启平,殷欣.基于防震考虑的高层建筑结构设

计要点探析[J].建筑知识(学术刊),2013(02).

[6] 中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.多层及高层建筑结构弹塑性动力、静力分析软件EPDA用户手册、编制原理.2001.