结构设计常见问题分析林文

结构设计常见问题分析林文

林文

三亚京诚工程设计有限公司海南三亚572000

摘要：随着我国经济的飞速增长，建筑行业得到了迅速发展，各种建筑工程类型层出不穷，人们对建筑工程的质量也越来越关注，而对建筑的安全、质量、性能等起着重要作用的当属建筑结构设计。在实际的结构设计中有些问题常常令结构工程师困惑，如何解决这些常见问题，提高结构设计质量对于每一位结构工程师都是一个重要课题。本文针对建筑结构设计中常见的问题做了简单的分析探讨，并提出一些个人的建议及解决措施。

关键词：结构设计常见问题建议措施

1.基础梁配的配筋构造是否考虑延性的要求

在基础部分设计中基础梁主要存在于条形基础和梁板式筏板基础中，大部分设计师依据02版《地基基础设计规范》第8.4.10条的后半句，有抗震设防要求时，对无地下室且抗震等级为一，二级的框架结构，基础梁除满足抗震构造要求外，计算时尚应将柱组合的弯矩设计分别乘以1.5和1.25的增大系数。该条明确了基础是要考虑延性要求，但从受力分析来看，条基基础和筏板基础的基础梁刚度一般都远远大于其所支承的柱子，且在地震作用下，塑性铰都出现于柱子的根部，基础梁内不会出现塑性铰，因此基础梁无需按延性要求进行设计。该观点在2011版地基础规范中得到了认证，规范取消了该条要求。

2.筏板基础底板厚度问题

筏板基础分为梁板式和平板式两种，不管使用哪种形式，设计之前首先要做的是确定筏板厚度。在我刚刚接触筏板基础设计初期，从老一辈设计师学到一个简单的估算底板厚度方法，就是每层按50mm进行估算。在经过多年的设计工作积累后，发现这种方法并不科学，例如在楼层层数相同时采用3m柱网与6米柱网厚度取值相同显然是不合理的。仔细翻阅《地基基础设计规范》第8.4节，平板式筏基厚度主要取决于冲切承载力，平板式筏基最小厚度为500mm；梁板式筏基最小厚度为400mm，当底板为双向板时，厚度主要取决于冲切承载力和剪切承载力；当底板为单向板时，厚度则主要取决于受剪承载力。当然基础底板厚度也受到正截面抗弯承载力的限制，基础底板太薄则计算配筋会较大，相反如果取的厚度太厚，不仅构造配筋大而且混凝土用量也大。

3.筏板基础构件裂缝控制问题

对于有地下室的基础部分，《地下室工程防水技术规范》第4.1.7条明确规定了裂缝宽度不得大于0.2mm。条文解释一般钢筋混凝土工程，都是以混凝土裂缝宽度0．2mm进行设计的，在地下工程中宽度小于0．2mm的裂缝多数可以自行愈合，所以规定裂缝宽度不得大于0．2mm。而对于无地下室的基础裂缝控制，常规设计也都是按照《混凝土结构设计规范》中的所处环境类别来确定裂缝宽度限值，一般情况也是按0.2mm进行控制。

然而我们从裂缝计算的公式可以看出，该公式仅适用于单向简支受弯构件，不适用于双向板及连续梁。公式中的另外一个关键的计算指标是钢筋的应力，国内有些单位对基础构件内钢筋的进行实测，发现钢筋的应力一般为20~70MPa，与计算所得的应力出入较大。国内一些地方性规范也对某些类型的基础适当的放松，如《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》第8.6.5条梁板式筏形基础底板可按塑性理论计算弯矩，第8.1.13条也对裂缝宽度也放宽到0.4mm。当然适当放松也是在有条件的情况下进行放松，如地下水对混凝土有侵蚀性时，还是严格按照规范要求进行执行。

4.中梁刚度放大系数取值

《混凝土结构设计规范》第5.2.4条对现浇混凝土楼盖和装配整体式楼盖，宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。软件计算考虑该影响采用了梁刚度放大系数，一般选填值取2.0。笔者按《混凝土结构设计规范》第5.2.4条、《建筑抗震设计规范》第6.2.2条、《高层建筑混凝土技术规程》第6.2.5条要求选取了4~6m跨的梁，翼缘板厚100mm计算T形梁刚度与矩形梁的比值。随着梁高度的增加，翼缘对梁刚度贡献逐渐减弱；T形梁的翼缘越宽越厚，刚度提高越多。一般情况下梁高不小于800mm，梁刚度放大系数取值2.0是相对合理的，梁高800mm~1200mm取值1.8，对于大的转换梁（如梁高大于2000mm）建议不考虑梁刚度放大系数的影响。

次梁高度是否可以大于主梁

施工现场的老工程师常常会有一些对次梁高度大于主梁高度提出质疑，认为当次梁高度大于主梁高度时，次梁的钢筋无法放置在主梁的钢筋之上或者要勾住主梁的钢筋，美其名曰“扁担作用”。其实主次梁之间的传力绝非是靠钢筋位置来决定的，主要是依靠钢筋与混凝土的共同作用，只要次梁与主梁交接处的截面抗剪承载力满足要求传力完全是没问题的。

结构平面凹凸与平面开洞区别

结构设计中平面凹凸和开洞的不同理解和解释常常困扰着结构工程师。两者都是反应抗侧力结构共同工作能力强弱问题，前者是从建筑平面外轮廓变化的角度考察结构局部凹凸及整体性的指标，后者是从结构内部楼面完整性的角度考察各抗侧力结构共同工作能力强弱的指标。举个例子，为了满足建筑的使用要求，高层住宅平面常会用到“艹”字型平面，设计时往往在平面突出部位设置拉梁，以增加整个房屋结构的整体性。在判断结构楼板局部不连续规则性的时候，有些人简单的把拉梁与外墙之间的洞口作为楼板开洞面积处理，个人建议“艹”字型设置刚度很大的连梁（连梁跨高比不大于2.5，连梁宽度不小于两侧墙厚的最小值）或加强板的刚度足够大能够协调凹口两侧的结构变形时可判断为不属于凹凸按开洞考虑。

楼梯电梯井筒无楼板是否算楼板开洞

高层建筑为了便于通风采光，将楼梯间电梯间配置于中央部位，楼梯间电梯间无楼板，很多审图专家会根据《高层建筑混凝土技术规程》第3.4.7要求加强。笔者认为是否开开洞，应该取决于水平力的传递是否存在问题，一般情况下水平力是通过楼板传至竖向抗侧力构件的，如果楼梯电梯间四周为钢筋混凝土墙，水平力是直接在竖向构件上直接传递，不存在传力问题。当楼梯电梯间不是完全由钢筋混凝土墙组成时，应严格按照规范要求对楼梯电梯间周边的楼板进行加厚，并加强配筋。

高宽比是否作为控制指标

高规对高宽比给出了相应的最大限值，但超限审查指标内不包括高宽比，单从结构安全角度讲高宽比限制不是必须满足的。高宽比超限会导致结构整体刚度的减弱，直接影响结构位移的指标。为了满足位移要求，需要增加竖向抗侧力构件的数量或增大截面尺寸等措施，对于超高层建筑有时甚至需要增设很大的水平抗力侧力体系，对结构成本影响较大，所以方案初期控制高宽比是有必要的。

结束语：

建筑结构设计的质量在房屋建设有着重要的意义，需要我们不断完善对结构设计的理解及分析，把握设计理论与实际施工之间的联系，重视规范中的假定条件与施工现场的差距，以创新的思维和严谨的态度，保证设计工作的高质量，为房屋建筑质量提供坚实的保障。

参考文献：

[1]李国胜.混凝土结构设计禁忌及实例.北京：中国建筑工业出版社.2006

[2]李文平.建筑结构设计方法及案例分析北京：中国建筑工业出版社.2016

[3]王丁.结构细节设计成就建筑之美北京：中国建筑工业出版社.2018

[4]程懋堃.创新思维结构设计北京：中国建筑工业出版社.2015