淺析房屋建筑結構設計常見問題及優化措施

馬高飛 鄔國杰

摘要：近年來，隨著我國加大對城市基礎設施的建設，房屋建筑的行業得到了飛躍的發展。本文對房屋建筑結構設計中的常見問題進行相關的分析，并給出了一些設計建議及優化措施，可供參考。

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；優化措施；

引言：

建筑結構設計是建設工程設計的重要環節，這對于建筑物的安全、性能、經濟、外觀等有著直接影響是保障建筑結構安全、實現建筑使用功能的靈魂。一旦處理不好或計算過程中未加考慮便會導致結構不合理，甚至結構不安全。加強對房屋建筑結構設計中常見問題的認識并加以解決具有一定的現實意義。

一、關于房屋結構設計

房屋建筑結構設計的階段大致可以分為幾個階段：結構方案性構思階段，結構建模計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據建筑的重要性及功能要求，建筑所在地理位置的抗震設防烈度、工程地質勘查報告、建筑場地的類別及建筑的高度和層數來確定建筑的結構形式。

二、房屋結構設計存在缺陷分析

1、樓板設計常見問題

樓板是建筑工程中的主要承重構件，是它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設計問題必將連帶梁、墻、柱等構件安全。若對整個設計考慮不周，很容易出現設計質量問題。樓板設計中常見的問題有以下幾個：

設計時為了計算方便或因對板的受力狀態認識不足，簡單地將雙向板作用單向板進行計算。使計算假定與實際受力狀態不符，導致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構造配筋，造成配筋嚴重不足，致使板出現裂縫。板承受線荷載時彎矩計算問題。在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻，故大樓板設計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進行板的配筋計算。但有些設計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌頂緊上部分的樓板、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變為連續板，支承點上部出現了負彎矩，而在板的設計中沒考慮該部分的影響，致使板頂出現裂縫。

2、結構設計不合理，留下安全隱患

如 《建筑抗震設計規范》 第 7.1.8 條（ 強制性條文） 規定 “底部框架- 抗震墻結構， 上部的砌體、抗震墻與底部的框架梁或抗震墻應對齊或基本對齊”。有些設計把底層設計成大空間，抗震墻很少，上部砌體抗震墻大部分與底部的框架梁或抗震墻不對齊，造成結構體系不合理，傳力不明確； 有些設計中抗震分類、場地類別選用錯誤，導致整個結構設計錯誤。一些混凝土構件，特別是懸挑構件的最小配筋率達不到要求，有的相差一半，有的甚至一半都達不到； 有些設計中荷載取值沒有按規范要求來確定，存在漏算錯算現象； 有些結構設計與提供的計算書不一致，結構強度遠遠低于計算結果，設計存在嚴重安全隱患。

3 采用換土墊層進行軟弱地基處理，不進行換土墊層設計，只憑經驗處置。有時設計者軟弱地基的危害認識不足，只是簡單地憑借經驗采用砂墊層加強一下承載力，沒有進行墊層寬度和厚度計算，既不安全，又不經濟。

4 承重柱截面高度設計過小

這種情況多發生于六度抗震設防區。一些結構設計誤認為六度設防就是不設防，不圖受力分析方便，他們故意把柱子的截面高度設計得過小，使梁柱的線剛度比加大（因一些結構設計手冊中規定：當梁柱的線剛度比大于4 時，計算簡圖中梁柱節點可簡化為鉸支）。把梁簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種做法雖然易于進行結構受力分析，但卻給房屋結構埋下了隱患。因為這樣做忽略了梁柱間的剛結作用，即忽略了柱的約束彎矩，加之以柱截面的配筋都較小，結構一旦受力后，柱頂抗彎強度必然不足，從而柱子與梁底附近將會出現一條或多條水平裂縫，形成塑性鉸。這樣在正常使用情況下，柱子已開始帶鉸工作。這不但影響了房屋的耐久性，而且也常常引起用戶的恐懼心理。更為嚴重的是，這樣的結構一理遭遇地震作用時，將會倒塌，這違背了現行抗震規范中“強柱弱梁”的設計原則。

三、房屋結構設計的優化設計

結構方案的建立過程即工程結構設計。伴隨急速更新發展的計算機硬、軟件產業，憑借計算機、力學、數學一系列方法，將結構設計做到最優化技術推廣。結構優化設計及傳統結構設計其設計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統設計缺少安全、經濟性作為衡量準則。最優設計則是在安全、經濟準則基礎之上，利用計算機作為輔助技術，非常便利地實現了分析計算、設計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設計整體效果及質量。為了達到降低工程造價之目的，在不更改使用性能的基礎之上，就要對結構進行最優化設計。

賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的“經濟適用”房。從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。

房屋工程分部結構優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。

進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發的原則，更應該結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。在滿足設計要求后，在進行結構設計時應該盡量縮小剛度、質量中心的差異使平面布置規則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。為降低應力集中，豎直方向上應避開使用轉換層。

四、結語

綜上所述，提高結構設計可靠度時， 結構的直接造價將有所提高， 而維修費用將減少， 投資風險亦將減少； 如果降低工程造價， 則維修費用和投資風險都將提高。所以， 確定建筑的結構設計可靠度， 實際上是在結構造價與結構風險之間權衡得失， 尋求最優的選擇。結構設計過程中進行合理的結構選型和布置對整個建筑工程是否能保證安全、經濟、適用都非常重要，一定要對整個結構體系的承載能力、抗震性能、內力傳遞、剛度、側移要求等掌握透徹，才能實現結構設計安全性、合理性、經濟性的整體最優實現。

參考文獻：

[1] 柳良金， 葉榮. 安全度下房屋建筑結構設計的有效探索[J].中華民居，2013（7）：93-94.

[2] 歐進萍 侯爽 周道成 侯綱領《鋼筋混凝土結構預期使用期可靠度設計實用方法》[J] 建筑結構學報 2008（5）。

[3] 黃瀅瑩. 房屋建筑結構設計中常見的問題探析[J]. 中國建設信息，2013（23）：77-78.

[4] 王艷輝，淺談房屋建筑結構設計中常見問題分析，中小企業管理與科技，2010（2）