建筑主体结构设计的常见问题探讨

建筑主体结构设计的常见问题探讨

刘明

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摘要：近年来，随着城市化进程高速发展，各地建筑层出不穷，建筑的主体结构设计对于建筑整体的质量具有十分重要的作用，因此有必要加强对建筑主体的结构设计的探讨。我结合自己多年来的研究和实际工作经验，对于建筑主体结构设计常见的问题进行分析探讨。

关键词：建筑主体；结构设计；原则；问题

引言

自改革开放以来，城市化进程高速推进，我国的建筑业有了突飞猛进的发展，全国各地的建筑层出不穷。作为土建工作设计人员，对建筑主体结构设计特点及其结构体系必须有充分的了解，才能在此基础上做出优良设计，构建技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的建筑。

一、建筑主体结构设计原则

进行建筑主体结构设计时，需要遵循2个原则：

1.钢筋混凝土建筑主体结构设计，需要密切配合建筑、设备和施工，实现安全适用、经济合理以及技术先进，新技术、新工艺和新材料应当积极采用。

2.建筑主体结构设计，应当给予结构选型和构造足够的重视，选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平面、立面布置方案，并注意加强构造连接。抗震设计中，应当着重强调结构整体抗震性能，整个结构需满足足够的承载力、刚度和延性。

二、建筑结构设计的程序和要求

2.1结构设计的程序

建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求：即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础，结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分，主要包括以下四个过程：方案设计、结构分析、构件设计和绘施工图。

2.2建筑物结构设计的要求

（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。

三、建筑主体结构设计常见的问题分析

3.1屋面梁与配筋

（一）屋面梁配筋太少，结构建模时，设计人员图方便，屋面梁直接拷贝下层梁的尺寸。由于屋面梁荷载较小，计算结果配筋不多，这样屋面梁在温度变形，混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低而裂缝宽度较大。

（二）受扭屋面梁缺少必要的腰筋。对于一般的梁，为了保持钢筋骨架的刚度，同时也为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝，一般构造措施为板下梁高大于600时加设腰筋，其间距≤300，然后拉筋勾连（参考图集：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00G101）。对于受扭构件，混凝土主体结构设计规范“GB50010—2002”第10.2.5条第二款规定，其纵向受力钢筋的间距不应大于200mm和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁，在主体结构设计中误等同一般梁，未按受扭构件设计配筋。

3.2楼板设计常见问题

板是建筑工程中的主要承重构件，是它将楼面，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，有的还可能存在严重的质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。

（一）设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足，简单地将双向板作用单向板进行计算。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。

（二）板承受线荷载时弯矩计算问题，在民用建筑中，常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。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外，板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌紧顶上部分的楼、屋面板，这样会给上部的板增加了一个中间支承点，使其变为连续板，支承点上部出现了负弯矩，而在板的设计中又没考虑该部分的影响，致使板顶出现裂缝。

（三）双向板有效高度取值偏大。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应放在下面，长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面，计算时应用两个方向的各自的有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小d（d为短向钢筋的直径）。有的设计者为图省事或对板受力认识不足，而取两上方向的有效高度一致进行配筋计算，致使长跨有效高度偏大，配筋降低，使结构构件存在的质量隐患，甚至出现裂缝的现象。

3.3楼层平面刚度

建筑结构的整体计算通常都是使用电算程序进行，而以前常用的程序除极个别考虑楼层平面内可以变形（即弹性楼板）外，人部分都将楼层假设为刚性楼面（即楼板平面内刚度无限人）。我认为这种假设不仅是对复杂结构计算进行必要简化的需要，而当建筑布局及结构布置基本上符合刚性楼板的假设时，其计算结果（结构的变形及构件内力）则基本上能反映结构的真实受力情况，按此设计出来的结构其安全是有保障的，所体现的安全度也是合适的。相反，如果建筑设计缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施而采用楼板变形的计算程序（明知楼板有变形而采用刚性楼板假设的程序进行计算，尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的，但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。作为计算的人前提都无法“准确”，就不可能指望其结果会“正确”了，据此进行的主体结构设计肯定存在着结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。

因此，为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不致出现根本性的误差，设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点，首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有变形的平面（比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等）。

其次要从结构布置和配筋构造上给予保证，对于使用功能确实必需的，或者建筑效果十分优越的建筑设计，如果其平面无法完全符合刚性楼板的假定，那么在主体结构设计时可以通过增设连系梁（板）、洞口边加设暗梁边梁、提高连系梁（板）或暗梁边梁的配筋量、采用斜向配筋或双层配筋形式等方法，尽量满足刚性楼板的基本假设，或者弥补由于不是绝对的刚性楼板假定而产生的计算“误差”。总之，在建筑及主体结构设计上应有意识地考虑刚性楼板，再用这种假设的程序进行计算，这样计算结果会较可信，设计出的结构的安全度也更有保障。

3.4砌体结构

（一）房屋四角与其余部位构造柱一样配筋。建筑抗震设计规范“GB50011-2001”第7.3.2条第一款规定，房屋四角构造柱可适当加大截面及配筋。有的设计不分部位一样设置，构造柱对提高墙体受剪承载力有限，但对墙体的约束和防止墙体开裂后砖的散落有明显的作用，房屋外墙四角是容易损坏的部位，其构造柱的设计一般应加强，而其余部位的构造如同外墙四角一样设计，其作用不能充分发挥，结果造成浪费。

（二）构造柱截面设计时未考虑相连的小墙垛。虽然小墙垛通过拉接筋与构造柱相连接，但是实际上这部分小墙体很难发挥有效作用，并且施工也不方便，所以设计时应该把两者合二为一。

（三）错层房间周围的构造柱未加强设计。错层部位的横墙与外纵横的交接处是容易损坏的地方，应加强构造措施。

结束语

综上所述，作为土建工作设计人员，需要对建筑主体结构设计要点和原则有充分的了解，同时需要掌握建筑主体结构设计存在的一些问题，在此基础上才能根据实际情况，做出合理而优良的建筑主体设计，构造技术先进、经济合理、安全适用的高层建筑。因此，在今后的建筑主体结构设计中，应该不断加强对建筑主体结构设计的研究，提高主体建筑结构设计的水平。

参考文献：

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[5]吕敏.高层建筑结构设计的特点及注意事项..2013.10