對建筑結構設計中若干問題的研究

摘要：結構設計是建設項目的重要工作之一，設計質量對建筑物的安全和穩定的結構安全穩定性有著重要的作用。結構設計是一個綜合性，系統性較強的工作，本文結合工作多年的經驗對建筑結構設計中較為突出的問題進行探討，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：建筑工程；結構設計；相關問題；研究

前言：

結構設計必須考慮經濟和設計方案的可行性，同時也要保證結構設計方案的科學性和可靠性。建筑物結構設計一般在建筑設計之后進行，結構設計在一定程度上“受制于”工程的建筑設計方案，結構設計方案既要滿足建筑設計方案對建筑物提出的功能要求，又不能因追求新技術而超出建筑設計方案的技術上限。對此，強化對建筑結構設計問題的研究，提升結構設計方案的經濟性、安全性和合理性就顯得格外重要。本文就建筑結構設計中的鋼結構設計和地基結構設計中的突出問題進行分析和討論，分別對每個突出問題的設計要點及值得注意的問題進行了歸納，期望為同行提供參考。

一、鋼結構設計中比較突出問題

鋼結構設計中的突出問題包括鋼材的選擇、樓面結構設計和網架結構設計等，現對其設計要點做如下分析：

1.1 鋼材等級的選擇

一個良好的鋼材應當具有屈服度強、抗拉強度強等諸多優點，在焊接鋼結構中對碳含量有很高的要求。地震區的鋼結構對于選用的鋼材還有更加嚴格的規定，要求鋼材質量不單單滿足于以上幾點，還應當具備沖擊韌性的保障[《建筑抗震設計規范》（GB50011——20012010）]。在文件中對于鋼結構的安全儲備和塑性變形也做出了明確的要求，對鋼材的伸長率限制、可焊性、抗拉強度實測值與屈服強度實測值之比等力學指標做出了全新的規范。在實際操作中，使用A級鋼材并不被提倡，因為A級鋼材沒有良好的沖擊韌性以及延性，含碳限制也沒有達到規定的要求。而0235B以上等級以及Q345B以上等級的鋼材可以避免以上的缺陷，在鋼結構中使用較為普遍。

1.2 樓面結構的設計

受材料性質不同的影響，溫度伸縮縫區段長度有很大的區別。鋼結構房屋溫度伸縮縫區段長度與混凝土房屋溫度伸縮縫區段長度分別為120m、55m。鋼結構房屋現澆混凝土樓板時，一般情況下按混凝土結構的要求對伸縮縫進行設計，這樣一來可有效防止樓板的斷裂。只有在施工中設置澆帶等一系列措施的前提下才能增大溫度伸縮縫區段長度。另外，壓型鋼板混凝土樓板要在采用焊接栓釘的基礎上，還應通過橫向鋼筋、縱向波槽、壓型鋼板的壓痕等措施來協調混凝土和壓型鋼板之間正常工作。就目前的發展來看，我國的符合規格要求的壓型干板以及混凝土和壓型鋼板連接較少，要實現混凝土和壓型鋼板連接可以采用焊接橫向鋼板的方式進行。

1.3 網架結構的設計

網架結構的計算一般是分開計算的，分別是計算網架和下部結構。計算中通過假設支座的力量最大化從而計算出支座反力，最后再加上下部的結構來計算出網架結構。但在，在實際的測量中，下部結構并不是單一的，它可能以多種形狀存在，因此，受到不同形狀的影響其力量不可能最大化并且有可能產生偏差。超靜定的網架結構內力外力的分配是導致出現這種偏差的主要原因，這種偏差必然會導致計算效果與實際的效果產生區別。由此以來引發一種疑問，計算出現偏差但是發生事故卻很少是什么原因呢？這主要的決定因素還是受鋼材自身的性質所決定的，由于鋼材具備良好的彈塑性，利用鋼材制造的網架結構屬于高次超靜空間結構，當桿件到達流量上限或超過自身載重時，在鋼材的內部會發生塑性內力重分布，由此一來鋼架結構就不會發生斷裂。盡管鋼結構具備可塑性，但是我們并不能認可這種計算方法就是正確的。

二、地基結構設計中的突出問題

建筑地基結構設計中的突出問題包括地基基礎類型的選擇及設計、樁基類型及其進入持力層的深度以及后澆帶的設計，現對其設計要點與需注意的問題分析如下：

2.1 基礎類型的選擇及設計

建筑基礎結構的選擇應結合建筑工程施工地段地質條件、水文特征、建筑物功能需求、臨近建筑物情況以及地區抗震烈度等因素而定。具體應注意以下問題：一）砌體結構往往優先考慮剛性條形基礎，包括四合土條形基礎、灰土條形基礎、毛石混凝土條形基礎等等，如果基礎寬度﹥2.5m，應采用柔性基礎；二）對于地基情況較差、荷載較大、容易發生不均勻沉降的情況，應采用十字交叉梁條形基礎，若這種基礎仍不能達到設計要求，可采用筏板基礎；三）對于防水要求較高，框架結構，對不均勻沉降的控制要求較高且沒有地下室的情況，應采用箱形基礎，若在上述問題均存在的情況下還存在網柱不均勻的問題，則應采用筏板基礎。

有地下室，柱網、荷載較均勻，無防水要求，地基較好，可采用獨立柱基，抗震設防區加柱基拉梁或采用筏板基礎或鋼筋混凝土交叉條形基礎。對于基礎情況較差，荷載大且沒有地下室的情況，可將墻下條基與交叉形基礎進行結合，從而提升基礎的整體穩定性，若這種方法仍不足以滿足地基設計要求，則應采用筏板基礎。對于地基情況良好，沒有防水要求的情況，可采用交叉型基礎，而當有防水要求時，則應選用筏板基礎。

2.2 樁基類型及其進入持力層的深度

樁基進入地基持力層最小深度的確定應注意以下問題：一）建筑地基結構中，樁基的種類較多，包括人工挖孔樁、擠土樁、預制樁、鋼樁等等，設計中具體選用何種樁，應視工程施工場地地基情況、荷載情況、周邊建筑物施工材料等而定；二）將巖層或較硬的上層作為持力層。當持力層為粘性土時，樁基進入持力層的深度應≥2d（d為樁徑），對于碎石土應≥1d且≥0.5m，對于砂土應≥1.5d；三）對于中風化巖及微風化巖，樁全面進入巖層的深度應≥0.5m；四）對于液化土層，樁身應穿過液化土層進入穩定土層，進入深度應通過計算而確定；五）當施工場地存在季節性凍土時，樁身深入土層的深度應不小于4d，具體數據應通過抗拔穩定性驗算而確定。

2.3 后澆帶的設計

后澆帶的設計應注意以下問題：后澆帶的設置一般是為了解決地基初期的不均勻沉降，后澆帶的寬度一般在800mm～1000mm；后澆帶的內所采用的混凝土應為比原構件高一級的微膨脹混凝土；后澆帶施工時，必須將兩側的梁板支撐好，當后混凝土硬化至達到設計強度后方可拆除；設置了后澆帶并不能代替伸縮縫，這是因為后澆帶是用于解決施工期間混凝土自收縮所帶來的問題，而對于溫度變化所引起的混凝土體積變化沒有作用；后澆帶處的鋼筋不應斷開，宜連續通過；有些工程由于特殊情況不允許設置后澆帶。

三、結束語

綜上所述，建筑結構設計質量直接決定著建筑工程項目的結構安全性與穩定性，為了提升結構設計質量，設計人員應就鋼結構設計及地基結構設計中的突出問題進行研究，并從選材、計算、設計等方面加強控制，從而確保建筑結構設計的可靠性和合理性。

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