浅谈关于房屋建筑结构设计

摘　要：本文主要针对当前房屋建筑结构设计中一些常见却又常被忽视的问题进行了剖析，并给出了一些合理的设计建议和构造要求。
关键词：房屋建筑，结构抗震，承载力
引言
　　随着国民经济的不断发展，人民生活质量不断提高，我国建筑业也得到了快速发展，取得了巨大的成就，但同时也存在一些问题。建筑工程设计工作中，因为设计周期大大缩短，设计人员参差不齐，常常发生设计方面概念和方法上的差错，这些差错的产生，有的是由于设计人员对一般工程尤其是多层建筑的设计没有引起足够重视，盲目参照或套用其他的设计图纸的结果；有的则是由于设计者对设计规范和设计方法缺乏理解；还有的是由于设计者的力学概念模糊，不能建立正确的计算模式，对结构电算结果缺乏判断正确与否的经验。
1.基础埋深问题
　　根据国家规范基础应该要有一定的埋置深度。一般情况下，埋深可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。
　　高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：
　　1.1提高地基承载力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
1.2满足基础埋深的要求，有利于高层建筑上部结构的整体稳定。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋混凝土墙，地下室顶板厚不宜小于160mm；作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180。地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。因此设地下室除了满足建筑功能使用的要求外，有利于协调结构整体变形，调整地基不均匀沉降。
高层建筑有关基础埋深的具体要求可参考《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第12章“地下室和基础设计。

2.楼板设计常见问题
　　楼板将楼面、屋面的荷载传给其周围的墙和梁上，再通过梁传递到柱上，由墙柱传递给基础。而楼板结构的设计经常不被重视。楼板受到的荷载复杂且千差万别，往往由于配筋不够造成楼板开裂给用户带来很多不便和烦恼。如果对楼板设计不完善的话，很容易出现设计质量的漏洞，有可能还会存在严重的质量隐患。通常楼板设计中常见如下几个问题：
　　有的设计人员在进行楼板设计时为了计算方便或者因为对楼板的受力状态认识不够，就简单地把双向板作用按照单向板进行计算。这样楼板的实际受力状态与计算假定状态不符，导致楼板的一个方向受力过大，而另一方向受力不足，致使楼板出现裂缝。
　　双向板有效高度取值偏大。双向板的钢筋是纵横叠放，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，致使结构构件存在的质量隐患，甚至可能出现开裂现象。
　　楼板承受线荷载时弯矩计算问题。在民用建筑中，常因使用需要在楼板上布置一些非承重隔墙，故楼板设计中，通常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行楼板的配筋计算。有些设计人员图省事，错误地将隔墙的总荷载除以该板块的总面积进行配筋。这样会造成非承重隔墙分布宽度内配筋量不足，而此板块其它部分配筋过大，这样隔墙处楼板会出现裂缝。正确做法应按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第6.6.2条有关公式进行局部受压承载力计算。
　　近年来由于施工图审查及最小配筋率限制，大大的提高了板的配筋率，楼板开裂得到了有效的控制。

3.结构设计中要遵循的基本原则
　　房屋结构设计的主要目的是确保建筑物安全和尽量满足房屋使用的要求，所以设计人员在结构设计时要保证并遵循这三个基本原则：1结构合理，受力明确：包括平面规整，柱距合理。2抗震设防宜有多道防线：如框架结构适当增加剪力墙来抵抗水平力；3刚柔相济：即能受力又能卸力；也就是强柱弱梁结构体系，地震发生时，能起到卸力降低建筑物的受损程度。总之，一个合理的结构体系，能保持建筑物的平衡，使房屋处于原始的静态。而一个不合理的结构体系，当受到诸如地震，飓风破坏时，房屋的结构体系无法协调工作，内力不能畅通传递，构件和构件之间的静态平衡会被破坏，随之整个结构破坏。由此可见，设计人员应该努力提高自身的素养和设计水平，把建筑结构设计得既经济又合理，使建筑的所有构件合理有序的组合在一起，变成一个有机的整体。

4.房屋建筑结构设计的基本方法
4.1结构平面设计
　　在绘制结构平面布置图时，设计人员在设计前，应该对房屋地处进行考察，如果房屋地处抗震设防烈度6度或者6度以上时，设计人员在设计时应输入软件建模进行结构计算。
　　首先估计梁柱的合理截面，柱的截面由轴压比控制，笔者认为轴压比略低于规范规定的轴压比最好。柱是最重要的受力构件，应适当留有余地。主梁截面一般按跨度的1/8～1/10确定。

4.2按实际情况准确输入荷载
在施工图审查中，经常发现少输入或者漏输入荷载的情况。荷载输入错误造成构件受力和实际不符，这是十分危险的，设计人应充分重视这个问题。

4.3带坡屋面的屋顶结构图
　　当房屋是坡屋面时，坡屋面的结构的处理方式有梁板式和折板式。梁板方式适合用于房屋平面不规则，房屋板跨度较大，屋面坡度和屋脊线转折比较复杂的坡屋面。而折板方式适合用于相反的条件。这两种方式的房屋板都是偏心受拉构件。房屋板在配筋时应该有部分或者全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。另外，房屋梁板折角处的钢筋的布置应该有相应的大样图。关于坡屋面板的平面画法，设计人员通常采用剖面示意图和大样详图的表示方法相结合，这种方法使施工人员更加准确理解图纸。正确的绘图和设 计的关键是设计人员对设计知识的掌握程度和设计时的原则，所以结构设计者首先要具备一定的空间概念和正确理解建筑图纸及构造做法。有时屋面的起坡会使阁楼层的部分墙体比较高，所以设计人员要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。
4.4大样详图
　　在建筑详图的基础上，大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制，也可在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量的使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
4.5楼梯设计
　　楼梯平时是建筑物的垂直通道，灾害发生时又是逃生通道。汶川地震中，由于楼梯设计不合理先于建筑物坍塌，造成了许多血的教训。梯板受力十分复杂，是一个同时受弯受扭受剪的构件。设计时除了选择楼板合理的厚度注意楼梯挠度的控制，以应改变以往的分离式配筋为双层配筋，加强支座连接锚固。梯梁的高度要注意梯间尽空的要求，位置也要尽量和上下楼层相统一。如果加梯梁后不满足梯间的尽高要求可以使用折板楼梯。
　　对框架结构，楼梯构件与主体结构整体现浇时，梯板起到斜撑作用，对结构刚度，承载力，结构整体规则性的影响比较大，应参与结构整体抗震计算。对于剪力墙结构，框架-剪力墙结构，楼梯构件项对于主体结构影响较小，可不参与整体计算。
4.6基础设计
　　房屋基础的混泥土强度选择必须符合相关规范符合及房屋的结构耐久性的要求。一般不应小于C20。另外，基础的配筋也要满足最小配筋率，在进行条基交接部位的钢筋设置时，设计人员应该画出详图或者是选用标准图，便于施工人员理解。需要注意的是，条基交叉处的基底面积不能反复的利用，并需要注意调整基础的宽度。当房屋局部墙体中有较大荷载时也需要调整基础的宽度。在设计基础图中的构造柱时，应当在基础平面图中标示清楚。
5.结语
　　工作中，建筑结构设计人员应该努力学习专业知识，熟悉国家规范及地方相关规范。明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的认识，多向经验丰富的同行学习，积累结构设计的工作经验，精益求精，努力提高施工图的设计质量，使设计图纸更加干净整洁，清楚明了，安全，合理。
　　参考文献：
　　[1]徐国华. 建筑结构设计的基本方法及注意事项[J].科技咨询导报，2007（11）.
　　[2]钱稼茹，柯长华. 国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010