浅谈房屋建筑结构设计中常见问题分析

摘要

工程设计是任何一项工程的核心和基础，是工程项目的指挥大脑，一份优秀的设计报告能给投资人、工程实施者、相关服务者最好的印象。特别是房屋建筑的设计要充分结合力学、工学、美学问题，因此房屋设计会比其他工程设计显得复杂，同时面对的问题也会更多。

本文对于目前常见的建筑体结构设计中存在的问题进行了综合总结，发现主要存在的问题集中体现在地基、楼板、梁、框架、构造柱、安全等等方面，并对这些问题主要进行了力学方面的分析，同时分析了这些问题可能会导致的后果，最后给出了对应的问题优化措施。

关键词：房屋建筑；结构设计；设计问题

前言

近年，受国家经济发展影响，基础建设投资量巨大，在房屋建设上投资亦是如此。

与此同时，城市化规模的扩大，人口的集中效应，城市土地的限制等因素，强制性使得房屋建筑的形态从低层到高层转变，占地从小面积占用到大规模集群转变，建设方式从简单的砖瓦向水泥浇筑转变，使用性能上从居住到舒适转变等等，这些转变伴随着的是结构设计的丰富和发展。

与“越简单越安全、越复杂越危险”相同，结构设计越丰富，虽然建筑的使用功能会更加强大，但设计涉及方面增多，同时带来的的隐患和问题就越多，这就需要设计人员充分考虑可能存在的风险和问题，有针对性的对问题和风险提出解决办法，通过设计手段和工程手段提高房屋建筑的质量和安全。本文的主要内容是分析和探讨目前房屋建筑设计中存在的问题，这些问题会导致的后果，以及设计或工程上对应的处理办法，这对于提升个人水平是很有帮助的。

工程设计是任何一项工程的核心和基础，是工程项目的指挥大脑，一份优秀的设计报告能给投资人、工程实施者、相关服务者最好的印象。特别是房屋建筑的设计要充分结合力学、工学、美学问题，因此房屋设计会比其他工程设计显得复杂，同时面对的问题也会更多。本文对于目前常见的建筑体结构设计中存在的问题进行了综合总结，发现主要存在的问题集中体现在地基、楼板、梁、框架、构造柱、安全等等方面，并对这些问题主要进行了力学方面的分析，同时分析了这些问题可能会导致的后果，最后给出了对应的问题优化措施。

第一章相关概介绍

1.1房屋建筑

房屋建筑是指在规划设计地点，为用户或投资人提供进行生活、生产、工作或其他活动的实体。房屋建筑结构是指根据房屋的梁、柱、墙等主要承重构件的建筑材料划分类别。房屋结构设计的目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的年限内满足各种预期功能的要求，并且经济合理。

房屋建筑适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的，适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标，是结构设计的最佳体现。房屋建筑设计原则如下：

（1）顾全大局，抓大放小。

（2）做好多条防护线。一个安全的机构系统需要多层布防，遇到险情会通力合作抵抗外力。如果将其寄托在某个单一构件上，那是非常危险的。多道防线的设计思路如：框架剪力墙结构好于框架结构，多肢墙好于单肢墙等。

（3）打通关节。在设计中应尽量将结构中各种关节“打通”，使荷载在关节处畅通无阻。这主要是解决外力在结构体系中重分配的问题，确保荷载按构件的刚度大小分配，以免出现不合理的集中，使其达到静态的平衡。

（4）软硬兼施。建筑结构体系应软硬兼施，刚柔相济。结构刚性过大则其变形能力差，结构柔性过大易出现变形而造成无法使用甚至倾覆的事故。

1.2结构设计

结构设计分为建筑结构设计和产品结构设计两种，其中建筑结构又包括上部结构设计和基础设计。主要分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、砖混结构、钢结构、轻钢结构。建筑结构设计的基本内容如下：

（1）结构设计的程序建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求：即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是建筑物发挥使用功能的基础，其结构设计主要包括以下四个过程：方案设计结构分析构件设计绘施工图。

（2）建筑物结构设计的要求：计算内容：结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算，如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算；结构上多种作用效应同时发生时，应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后，考虑其可能的最不利组合；抗震设计：我国的抗震设防烈度为6~9度，建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对应不同的抗震等级，有不同的计算和构造要求。

根据建筑物的用途，建筑结构可以分为工业建筑与民用建筑。根据建筑物的层数，可以分为单层、多层、高层和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料可以分为：木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式，可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构和大路结构等。

1.3房屋建筑结构设计的作用

房屋建筑结构设计的基本内容是在保证房屋结构安全和功能性的基础上，根据建筑的经济型制定设计优化的方向，从不断优化建筑设计的方向对建筑细节进行具体问题具体分析。从建筑的主体结构、围护结构、屋盖结构、基础结构等方面，保证建筑结构设计的准确性和稳定性。房屋建筑结构设计是个系统、全面的工作，它直接关系到建筑物的质量与成本问题。

房屋建筑结构优化设计在房屋建筑中占据重要地位，采取科学合理的方式进行设计优化，能够提高房屋结构的功能性、降低建筑成本。随着我国各省实施城市化进程的改革，城市土地的需求问题成为主要矛盾，未来城市建筑的发展主要以高层建筑为主，高层建筑相比传统的建筑在建造中有更高的要求，难度较大，因此房屋结构设计人员要重视技术优化，在节省成本的情况下，保证房屋质量是工作的重点，同时运用新鲜、创新的理念和技术制定合理的设计方案。

第二章房屋建筑结构设计常见问题分析

通过查阅相关资料和结合自己工作经验来看，发现目前房屋结构设计中主要的问题涉及以下方面：（1）地基，（2）楼板，（3）梁高，（4）桩，（5）框架，（6）承重柱，（7）安全，（8）施工因素等方面，其中以涉及地基、梁、框架、楼板的问题分析最多[1-4]。

2.1地基问题

在于地基相关的问题上，存在的问题主要和地质、设计参数相关。有以下方面：

（1）目前许多房屋建设在缺乏地质详细勘察报告、参考不恰当的其他区域的地质报告、参考施工主体的口述经验、只参考勘察人员的地形资料结果下，就进行施工图的设计，以至于很多细节处没有考虑周全。

（2）较多时候，设计人员会特地将地耐力容许值取小，认为取小该值就会有安全性的可靠，但地耐力值仅仅是一个重要因素，还存在其他会导致严重后果的因素，例如：土质力学指标、当地地下水物理化学性质、以往的旧坑道等掩体、地表浅层应力变化等。

（3）通过换土垫层的方式来处理软弱基，但是并不进行严格的土垫层设计，只通过经验值来选择，这样虽然会加强地基的承载力，但是垫层的厚度以及宽度是不可考证的值，或者安全或者危险，也不经济。

（4）对高度在25米以下的房屋，不考虑其所受的风载荷[5]。然而事实上，需要对建筑区块所处的城市地域、极限风速、加速度、周边建筑等影响进行基础的考量。

（5）除此之外，设计人员会忽视安全等级问题，也未能有长远眼光，不能从时间流逝角度考虑建筑体的变形状态以及处理办法。更多的时候偏好于保守设计，不能实事求是的设计，特别是做过较多高层建筑设计和深基础的人员，对于浅层或简单的建筑都做得深，这样虽然设计上保证了质量和安全，但是也提高了工程成本。

2.2楼板问题

楼板并不是一个简单的元件，它的受力不仅仅与承载相关，更与墙面、梁、柱有关，在楼板的设计中往往出现以下问题：

（1）只考虑楼板本身的承载力，未能有效的考虑整体，不能满足整体结构承载要求，以至于出现裂缝，造成工程安全风险和质量风险。

（2）在计算楼板变形问题上，带有强烈的主观因素简化计算过程，有时采取的计算方法是有错误的。

（3）在涉及双向板时，不能对两个方向的有效高度进行处理，以至于最后的有效高度值会偏大。有时候会将双向板当成单向板来计算，导致某个方向的配筋偏大。

（4）缺乏结构观念，经常采用楼板变形计算方法，造成设计中，存在某些部分的安全储备过大的问题。

2.3梁设计问题

与梁相关的问题主要凸显在梁高和连续梁设计上[6]：

（1）梁高过小：设计者一般只会将目标放在梁的强度和刚度，忽略挠度的作用。梁的稳定性会随着时间的变化而凸显，时间越久，梁的挠度就越大，若是发生挠度变形，导致梁产生裂纹，该裂纹会迅速的扩张，导致房屋变危房。特别是发生这种情况下，房屋若是受到震动影响，房屋整体将随时坍塌[7]。梁高越小，梁的延性就越差，在震动作用下，梁容易产生脆性断裂，造成坍塌。

（2）连续梁问题：为了简化力学计算，设计者往往会因为边梁的负荷小而忽略其因素，通常将连续梁当做单梁处理，又使得负筋陪量减少。在各种因素综合下，会使得受拉区产生裂纹。边梁往往设计在屋外，受温度变化影响较大，一旦出现温差变化过大的情况，会产生收缩和拉伸效应，并且对前裂纹有直接拉伸作用，会导致裂纹贯穿梁面，导致风险产生。

2.4框架设计问题

框架设计中最典型的问题就是重视横向框架的设计结果，忽略纵向框架的因素。在目前的抗震设计中，通常按主轴方向分别设计，抗震的承受对象是各个构件，这样震动效果会被分散和减轻。这就要求横向和纵向框架同等重要，但目前许多设计者并不认为纵向设计比横向设计重要，更倾向于加大横向框架的作用。

在设计中，框架纵筋和箍筋的配比设置并不符合构造要求，这种设计方法带来了稳定性问题，同时也失去了抗震的良好性能。

2.5构造柱与承受柱设计问题

这个问题的最突出方面就是设计者常常让构造柱“兼职”承受柱的作用。

（1）构造柱承担承受柱的功能之后，会造成构造柱受力，会降低构造柱的约束和拉结作用，一旦发生房屋震动情况，构造柱首当其冲的承担外力，产生应力集中效应，随后便崩坏。如此，使得构造柱不仅仅不能起到约束拉结作用，反而变成了房屋整体的薄弱环节。

（2）构造柱置于地圈梁中，如果没有其他辅助，构造柱承担承受柱的功能后，其底部硬件必然不能满足力学上的抗剪切、抗弯等功能，一旦发生问题，就会发生墙体破裂，裂纹扩展。

（3）承重柱截面有效高度不足的问题也较为多见。部分设计者会减小承重柱的截面有效高度，人为的增大梁柱的线刚度比，这样实施的效果就是将梁当做铰支梁，简化设计计算过程。但是这样处理会忽略梁柱的刚结效果，梁的被约束效果被忽略，一旦受到强力冲击作用，必然会出现裂纹[8]，这种设计是不符合房屋抗震要求的。

2.6其他设计问题

出去与建筑本身相关的因素之外，还有间接影响设计的因素，例如人、环境、成本、消防等等。

（1）设计者本身的影响：设计者的态度决定了设计结果的好坏，在实际的工作中，如果设计者工作积极性不足、自主性差，在设计中不主动了解现场，只是按照自己的想法去工作，就会产生“纸上谈兵”的效果，设计结果差强人意，不仅仅不满足人们对房屋的需求，也不满足建筑行业硬性要求。

（2）环境的影响：房屋建筑的根本就是建筑材料，而这些建筑材料受到温度的影响十分明显，温度过低时会导致建筑体本身起裂，这方面的因素都是要考虑和预防的。此外，在房屋建设开始之前，势必会对当地的水网、光纤、掩体等有调查，这些因素对于建筑的地下部分会有很大的影响，这些都是设计需要重点考虑的事项。

（3）成本的影响：建筑行业吸收了大量资金，为了提高自身的经济效益，必然会采取许多降低成本的措施，目前较为常规的就是采用含钢量偏低的材料，这样严重降低了建筑本身的质量，也威胁所有参与者的利益。

（4）消防安全的影响：居住水平的提升，使得建筑体不再是简单的水泥钢筋和瓷砖等，建筑体内部的配件相当复杂，每一个环节都是风险处。胶、电、木质材料、装饰等的采用使得房屋消防风险剧增。在设计中，需要考虑日后发生火灾等安全风险后，如何能快速实施救援等操作。例如：目前很多建筑的顶层都是各种雕饰或者标志，没有给救援直升机等设备留下空余。

第三章房屋建筑结构设计优化分析

3.1地基问题优化

地基是房屋建成的基础，对房屋的稳定有决定性作用。设计人员要想设计准确可靠，必须要本人对作业地点进行准确勘查。体现在以下方面：

（1）设计者务必本人到场勘察，就地取材，了解所处地区的地理条件和受力条件，确保设计报告与施工现场是高度吻合的。

（2）要有合规的勘察办法，有合适的勘察设备，有适当的勘察数据处理办法，保证勘察结果的准确可靠。

（3）设计工作中，要充分考虑本地与其他区块的融入性，不能因为本地的建设影响其他区块的稳定性和协调性。

（4）设计应该实事求是，不能设计过于复杂，不能给工程施工带来难题，也不能人为的增加工程成本。

（5）设计应该根据相关标准执行，排除经验主义，对于垫层的设计更是如此，要充分认识到软基对建筑的危害，充分考虑软基的副作用和消除效果。

3.2楼板问题优化

在房屋的建造过程中，建筑物的稳定性是最重要的，只有建筑体本身处于稳定状态时，人和设备才能进行顺利的施工作业，才能保证工程的进度和质量。楼板正是其中关键一环，设计人员应该充分考虑以下几项：

（1）设计者要摒弃主观意向，充分利用并准守行业标准和准则，进行板结构的受力分析和设计。

（2）在板结构的设计中，要充分考虑各个方面的承载，径向力、横向力、弯矩、扭矩等等都要综合考虑。

（3）要充分考虑非承重部分对楼板的压力作用，考虑提高楼板的配筋。

（4）适当考虑增大楼板厚度，预防承受力过大引发裂纹。

（5）在一般情况下，设计者尽量将楼板考虑成刚性，尽量避免以变形平面来考虑，若是有建筑结构无法满足刚性要求，再考虑使用变形平面功能。

3.3梁问题优化

梁体承受压力持续集中，在设计中，务必考虑梁体应力分布状态，有效的设计梁体结构，对于应力集中处必须要加强其性能，提高其负载力。

（1）结构设计要合理：设计人员要充分考虑建筑外形与承载，对梁结构进行合理的计算和规划，充分与现场施工方进行沟通，确保准确可靠。

（2）梁高合理设置：设计者要考虑梁受到的挠度影响，也要考虑时间的影响，要结合建筑的使用寿命和周期进行梁高的设计，而不是简单考虑目前的情况。

（3）设计者要充分考虑屋外环境变化对屋内的影响，对设计赋予合适的安全值，对于受力反复变化的区域，进行疲劳度计算和确认，最后进行合理的选择，以确保建筑体的完整性和安全性。

3.4框架设计优化

框架设计上，务必同等对待横向和纵向设计，严格按照行业抗震规范进行计算，确保各个部分不会有人为特地的削弱。

（1）设计者要严格规范自我行为，保证构造的节点都是按照指定的标准执行，进而保证建筑的稳定。

（2）有效的结合横、纵梁，将框架当成有机整体对待，设计者务必自我申明两者共同设计的有效性，务必时时刻刻提高对纵向设计的意识。

（3）设计者应该全局考虑，保证空间布局的合理性，充分利用横、纵梁的结合效果，确保安全性。同时也需要考虑建筑体的实用和美观效果，确保结构不仅仅准确的实现，也要合理的利用。

3.5构造柱与承重柱设计优化

设计人员要对于构造柱与承重柱有清楚的认识，承重柱的作用是不可替代的，即使是在平层、低层等建筑结构中，承重柱的作用也是独一无二的。

（1）设计者要有明确的清楚地认识，承重柱的设计必须要有，不论是高楼大厦还是小巧玲珑的结构，都必须要先对承重柱进行设计。

（2）对于构造柱，要人为的看淡其部分承载功能，甚至完全削弱其承重功能，仅仅将构造柱当做简单的构造部分处理，然后再发挥其整体加固的功能。

（3）设计者不能为了计算的简便，而特地将承重柱的截面有效高度进行削弱。计算问题处理虽然麻烦，但是安全风险问题更大。设计者需要将承重柱的本身特性充分发挥出来，可以适当考虑将承重柱的设计偏向于更高的界值，以提高建筑的整体稳定和安全性。

3.6其他优化措施

（1）在成本上考虑：不能为了降低建筑成本而降低结构强度要求，在降低成本上应该从材料选取上考虑[9]，应该针对不同功能的建筑体选用不同的合理的建筑材料。在此环节中，设计者可以综合考虑每个部位材料的受力状态、环境特征等方面因素，结合这些因素，再考虑设计对于材料性质的要求，选择出最适用的对象，可以最大限制的避免“高才低用”，减少损失和浪费现象。与此同时，设计者可以考虑多种因素，制定出可选的备用材料选择方案，结合不同的施工阶段的特点，综合对比经济分析，优选出经济和效果都突出的材料方案。

（2）在施工上：第一，要提高工程队伍的技术能力，确保工程队伍能无障碍的操控先进的施工设备和实施先进的技术手段，并且能有所工艺创新。第二，要注重对施工设备的优化，设备越简单越好用越可靠，保障施工的顺利开展，提高建筑体的建造质量。第三，建筑施工中钢筋混凝土加工技术是非常关键的技术，必须要重视该项技术的采用和研究。第四，要引进先进的施工技术，逐步提高行业质量标准，引进先进的工程施工设施和管理办法。第五，对于施工进行细致化管理，例如：轴线的控制、施工质量的掌握、垂直度的控制、偏差的纠正、承载的达到、工程相关人员都要对施工有较为全面的了解，知道自己的工程任务等等。

（3）在结构完善上：对建筑整体设计时，要同时考虑整体框架和结构安置[10]。设计者必须要对建筑的整体空间以及各个部分受力和整体受力有准确的计算和认识，才能在实际操作中达到建筑安全性。虽然目前对于结构安置的偏向性越来越大，但是也有很多设计者对这方面存在许多误解或者理解很浅薄。故而，设计单位需要不断的培养和提高设计者的安全意识，在培养机制、管理机制、审核机制等等方面来提升设计者的技术素养和工作行为，这位完善结构安置有很重要的意义。

（4）在安全方面：很多建筑体都是高层建筑[11]，高空作业频率很高，这给操作设备和施工材料的运输加大难度，同时也给施工人员的生命安全带来威胁，高空结合天气变化，更是令人防不胜防。因此，设计者在设计建筑体时，要充分考虑高空作业的影响，使得施工作业能在做好准备的情况下，尽量能在安全的状态和环境下进行施工作业，这样的前期设计工作能为避免发生安全事故提供重要的支撑。建筑体的基础是钢筋和水泥，在安全防护中，对于建筑体的框架结构和固结墙的要求偏高，所以需要对安全设备进行管理，对技术采用进行管理，对施工稳定性进行管理，对人员操作进行管理，尽量降低任何一处的风险。例如设计者可以在设计中写入，在施工之前对安全设备的管理和控制，未经过检验合格的设备和材料，坚决不许入场；设计者也可以建议使用匹配的施工技术，对于技术的采用加强控制等等。

第四章总结

生活质量的提升，使得人们对于生活条件的要求逐渐苛刻，这就要求建筑体本身要逐渐完善直至完美，与之对应的是要求建筑行业一直能有先进的设计理念和保持学习进步的态度，不论是在地铁建设、道路建设、房屋建设等方面，都需要保持提高。房屋建筑体作为人生存的基本空间，不仅仅需要满足人的居住需求，更要满足人的审美、适用等要求。在建筑行业中占有核心地位，对房屋的设计工作一直是其中的重点，设计工作不仅仅是设计出一套房屋的建筑计划和方案，更需要结合房屋的性能、安全、适用、持久、抗震等等潜在要求。

因此，设计工作变得日益复杂，复杂性越来越高，系统性也越来越强，涉及的方面和问题也越来越多，这就要求在设计建筑结构之前，加强和实际需求的沟通，充分考虑安全性和舒适性等因素，并且做出合理的分析和判断，然后在设计中对这些问题进行排除和处理，推动设计工作的进行。

总的来说，目前房屋建筑设计工作中存在一些问题，对于设计者的考验比较强，不仅仅对其专业素养的考验，也是对其综合能力的考验。房屋建筑体就是力学、工学、美学等的结合，设计者在设计过程中需要遵循以下方面的基础要求：（1）明确建筑体的功能，做到亲自去现场测验；（2）明确建筑的组成，各个部分的力学要求和使用功能，弄清采用何种材料对建筑体质量有何种影响，并且在设计报告中体现出来，指导建筑商的物资采购工作；（3）懂得结构设计的刚柔并济，建筑结构偏软时，使建筑体能够承受的外力偏小，建筑体本身易变形、倾斜等，建筑结构体偏硬时，其弹性效果则会变差，虽然能承受较强的外力冲击，但是容易破损，当外力冲击达到一定值时，建筑体整体就会崩塌，设计者需要对刚柔问题作出合理的比例选择，设计出完美的结构；（4）设计者需要严格遵守高等级的行业标准，对于各个细节或者容易忽视或者容易人为削弱之处要做到心中有数，要能够按标准执行。

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[14]Jinbao Cao. Research on Engineering Cost Pricing and Control in Design Stage of Construction Project[P]. Proceedings of the 2018 8th International Conference on Management, Education and Information (MEICI 2018),2018.

致谢

论文完成之际，首先要感谢我的导师，导师不仅传授我做研究学问的方法和为人处世的道理，还给了我无尽的关怀、教诲和指导，使我得以迅速成长。本论文从选题、调研、研究到最后定稿，都是在导师的悉心指导和帮助下完成的。导师严谨求实的治学风范、高屋建瓴的学术眼光、广纳并蓄的研究方法、诲人不倦的教育精神，都将对我以后的学习和工作产生深远的影响。借此机会，谨向老师们致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢。

感谢各位老师，感谢他们在学习上和生活上对我的帮助和支持。

感谢所有的朋友和同学们，多年来大家在一起学习和工作，共同努力，共同进步，谢谢他们陪我渡过这段令人难忘的日子。

最后，我要衷心的感谢我的家人！感谢我的父母，感谢他们在我学习期间给予我的支持和鼓励，他们无私的厚爱和殷切的期望，是我在人生道路上不断前进的巨大动力，也是我人生中最宝贵的财富。

再次感谢所有曾经关心我、支持我、帮助我的家人、老师、同学和朋友们！