浅析房屋结构设计中应注意的问题
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作者: 孙晓玲
建筑结构设计是建设工程设计的重要环节，是保障建筑结构安全、实现建筑使用功能的灵魂。本文针对房屋结构设计中常见的几个问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。
结构设计就是用结构语言来表达工程师所要表达的东西。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、大样图等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系,再把各种情况产生的荷载传递至基础。
1. 地基与基础方面
1.1 柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中,地下室底板设计中,容易忽视因建筑物沉降所引起的附加应力的影响。因为实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下,将会一起发生沉降变形,共同受力,如未考虑因此产生的附加应力,对底板而言是偏于不安全的,有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。尤其对于采用天然地基的情况时,其影响则更为显著。对于总沉降量较小的工程,可考虑在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施,当然,是否采用,还要综合考虑其他因素。
1.2 对于有地下室的建筑,当地下水位较高时,在室外地坪之下的结构部分,外轮廓形状应尽量简洁,这样有利于建筑防水的施工。尤其对于柱下承台的形式,更为明显。此时,由于柱下承台的影响,基槽地模形状很复杂,有很多的阴阳角和放坡,即加大了防水施工的难度,有加长了施工时间,都不利于保证质量,并且还增加工程造价。对于这种情况下,我建议大家考虑反承台法,即统一地下室底板和承台的下皮标高相同,承台需要加厚部分向上作,然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。这种做法的优点是,基槽地模形状很简单,方便施工,利于施工质量得保证,同时也缩短了施工时间。
1.3 地下室底板和外墙配筋计算时,往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
1.4 天然地基锥体独立基础设计问题,有的基础设计锥体斜面坡度大于1:3,该锥体部分砼很难振捣密实,现场施工往往是砼自然堆上,采用铲子或抹灰刀拍捣成形,其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础,利于施工,才能更好地保证施工质量。
2. 砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中，构造柱不但能够提高墙体的抗震能力，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，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，构造柱经常被作为承重柱使用，这种做法将引起以下几个问题。
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墙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，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。
构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯强度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将出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。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墙体的局部承压和抗弯强度。经验算合格，方可在梁下布置构造柱。
3. 承重柱截面高度设计过小
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计者误认为六度设防就是不设防，图受力分析方便，他们故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大，把梁简化为铰支梁，柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析，但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用，即忽略了柱的约束弯矩，加之以柱截面的配筋都较小，结构一旦受力后，柱顶抗弯强度必然不足，从而使柱子与梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝，形成塑性铰。这样在正常使用情况下，柱子已开始带铰工作。这不但影响了房屋的耐久性，而且也常常引起用户的恐惧心理。
4. 在框架结构设计中，只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架的设计
现行建筑抗震设计规范要求，水平地震作用应按两个主轴方向分别计算，各方面的地震作用应由该方向的抗侧力构件来承担。就是说，在框架结构设计中，纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对以上非抗震设计，只按纵向的普通的连续梁进行设计，梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法满足框架的构造要求。由于没有考虑地震的纵向作用，在实际设计中经常出现梁的支座负筋，跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。
5. 悬挑梁的梁高选用过小
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。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，受支座附近上部受拉区也会出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响，竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝，此时梁已接近破坏。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。
6. 连续梁按单梁进行设计
这种情况多发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，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的梁上裂缝处，引起梁的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。
7. 楼板设计常见问题
楼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。楼板设计中常见如下几个问题。
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。
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顶紧上部分的楼板、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。
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)。有的设计为图省事或对板受力认识不足，而取两个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，使结构构件存在质量隐患，甚至出现开缝的现象。
8. 结束语
总之，以上提出的都是些房屋结构设计中出现的易疏忽的问题。一旦处理不好或计算过程中未加考虑便会导致结构不合理，甚至结构不安全。设计人员在精于结构电算分析的同时，更应注意到以上所提到的在设计过程中碰到的类似问题，使施工图的设计更完善，保证结构的安全。
参考文献：
[1] GB 50010―2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
[2] GB 50007―2002,建筑地基基础设计规范[S].
[3] 简明建筑结构设计手册[M],北京:中国建筑工业出版社,2002.
（作者单位：惠州市建筑设计院有限公司 惠州 516001）
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