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摘要：建筑质量很大程度上由设计质量来决定。本文提出了一些建筑设计中在结构设计方面存在的普遍性问题，并概括了防治方法。
关键词：砌体结构；剪力墙；布置；抗震；刚度；屋面粱；配筋
Abstract: the construction quality to a large extent by the design quality to decide. This paper puts forward some in the architectural design of the structure design of the universality of existing problems, and generalizes the control method.
Keywords: masonry structure; Shear wall; Decorate; Seismic; Stiffness; Roofing beams; reinforcement
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、砌体结构设计中存在的问题
砌体结构是指以砌体为主制作的结构总称。它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。砌体结构在我国应用很广泛，这是因为它可以就地取材，具有很好的耐久性及较好的化学稳定性和大气稳定性，并且有较好的保温隔热性能。
（一）底层框架—剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架—剪力墙结构，上部为多层砌体结构的房屋。一般沿街的房屋多用该结构，一般底层为商店，餐厅、邮局等空间房屋，上部为小开间的多层砌体结构。
这类空间房屋的结构形式很好的解决了底层需要，并且比较经济。为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积，有人将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上，各层设计有挑梁，但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝，该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。
这是因为原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算，而在实际结构中，悬挑梁上部墙体均为整体砌筑，且下部墙体均兼上层挑梁的底摸，这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递。这样挑梁的理想设计计算与实际工程中受力及传力路线不一致，这是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因，解决的办法改变计算简图及受力路线，或者要特别注意施工顺序和工序。
（二）砌体结构布置方式及抗震分析
a、横墙承重的结构布置
一般房屋为矩形平面，其横向刚度远小于纵向刚度，因此要有足够数量的横墙来提高结构抗震性能。承重横墙的破坏主要剪切破坏，且一般是底层比上层严重为了提高横墙的抗震能力，必须提高其抗剪强度。主要措施是提高材料的强度等级，增加横墙上的轴压力，应尽量使横墙成为承重和隔断合二为一的墙体。
b、纵横墙共同承重的结构布置
大房间应设有沿进深方向的梁支承于纵墙上，使纵墙承重。楼板沿纵向搁置，故形成横墙承重，横墙间距不大，一般可实现抗震，同时纵墙也因轴压力提高了抗剪能力。另外，可采用纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置。纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。
c、纵墙承重的结构布置
该种布置方案，横墙间距大、数量小，且轴压力较小，对抗震不利；纵墙的破坏往往是因为横墙间距过大或者楼(屋)盖刚度较差而使平面外受弯受剪，在窗口上下截面处出现水平裂缝。
d、混合承重结构布置
这种布置可有多种布置方式，如内框架砌体结构，底层框架砌体结构及局部框架砌体结构等。这种结构体系由两种结构材料弹性模量和动力性能相差很大的两种结构体系组成，虽说不是一种良好的抗震结构形式，但它能满足建筑使用要求，提供较大的使用空间，且经济、方便，采用较普遍。
总之，选择哪种砌体结构应从抗震的概念设计出发，综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面进行选择。
二、建筑结构的刚度
底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构，对具有薄弱层的底层框架混合结构，应考虑塑性变形集中的影响，通常对底层地震剪力乘以1.2～1.5的增大系数；底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法，因为底框架结构中只有底层框架抗震墙，应采用双保险的方法，抗震墙承担全部剪力，框架按刚度比例承担剪力。
刚度计算时，框架不折减，抗震墙折减到弹性刚度的20％～30％；应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。避免楼板计算中不正确方法。连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替；双向板查表计算时，不能忽略材料泊松比的影响，否则，由于跨中弯矩未进行调整，将使计算值偏小，一个结构的几何尺寸确定后，刚度的变化只是取决于材料的特征，一般对于线性材料，只需要弹性模量E和泊松比(通过这两个可以计算剪切弹性模量G)就可以了：模型建好后，使用不同的弹性模量E计算，要保证E值和刚度对应起来，这个转换可以参考结构力学，根据模型的几何形状，看刚度和E的对性关系，抗弯刚度（bending rigidity）现多用于材料力学和混凝土理论中，以材料的弹性模量与被弯构件横截面绕其中性轴的惯性矩的乘积来表示材料抵抗弯曲变形的能力。抗弯刚度计算公式EI中El的取值，E是弹性模量，即产生单位应变时所需的应力，不同材料弹性模量不同，一个好的设计结构也就是一个好的耗能体系，在设计中，要充分注意到等强度设计、高度等重要问题，从而增强建筑结构的整体性，在保证整个建筑结构安全性的基础上，同时增加建筑的使用寿命。
三、屋面梁与配筋
（一）屋面梁配筋太少
结构建模时，结构设计人员为了方便，将屋面梁的尺寸直接照抄下层梁的尺寸，由于屋面梁所能承重的荷载较小，计算结果中的配筋不多，致使屋面梁在混凝土收缩、温度变化以及受力变化等作用下因为配筋的数量太少而出现裂缝宽度过大的现象。
（二）受扭屋面梁缺少必要的腰筋
对于一般的梁而言，为了保持钢筋骨架的刚度，同时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝，一般为梁腹板高度大于450mm时加设腰筋，其间距≤200mm，然后拉筋勾连。对于受扭构件，《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)第10.2.5条第二款规定，其纵向受力钢筋的间距小于等于200mm和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁，在结构设计中不能等同于一般的屋面梁，要注重按照受扭构件来设计配筋。而在受扭构件的设计中，应当注意以下数值：
a、振型数的取值
振型数的取值直接关系到结构计算的准确度，对于一些刚度不均匀以及平面不规则的复杂结构而言，尤其是那种大底盘以及多塔结构的设计中，在考虑到扭转耦联计算的同时，很难考虑到应当取多少振型来对地震作用进行计算。如果振型数取值不够，有些高振型的地震作用就计算不出来，结构抗震设计安全性就会打折；若振型数取得太多，又无形增加了很多计算量。一般应遵循以下原则：当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于房屋的层数；如层数≤2时，振型数可取2或1，若是5层，振型数可取3，而不能是6；当考虑扭转耦联时，振型数应取≥9，结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，但又不能超过房屋层数的3倍。
b、周期折减系数
由于在实践中填充墙的存在。房屋的框架结构的实际刚度要大于设计中计算的刚度，而计算的周期要大干实际的周期，所以会使计算出来的地震剪力偏小，从而会使结构设计的抗震性较差，使结构不安全。因此对于砌体中存在填充墙的，周期折减应该取0.6～0.7的数值；而当砌体中填充墙與轻质砌块混合时，对周期折减的系数应该取0.7～0.8；而当砌体中完全不存在填充墙时，周期折减可以取0.9；只有当完全无墙的纯框架设计时，才能对周期不折减。
c、梁跨中正弯矩放大系数
此系数主要是针对那些楼面活荷载较大的多层建筑设置的。当梁上不计算活荷载或不考虑活荷载的不利布置时，一般取放大系数1.2，以弥补梁跨中弯矩偏小之不足；当多层建筑推导荷载时，将永久荷载与楼面活荷载分开计算，并作活荷载不利布置，此时系数应取1.0，不再放大。一般计算高层建筑时，为了简便起见，永久荷载与楼面活荷载不分开计算，也不作活荷载不利布置，此时梁跨中正弯矩放大系数应取1.2。
四、桩筏基础中筏板取值
桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值，一般是先按建筑层数估算筏板厚度，常规是用层数乘以50mm来估算。譬如说一幢十五层的小高层住宅，我们则先按15x5Omm=75Omm设定筏板厚，然后再根据排桩情况，分别验算角桩冲切，边桩冲切及墙冲切，群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚，特别要强调的是一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切，短肢剪力墙结构由于墙体不封闭，故取值群桩冲切边界时有相当大的困难，而群桩冲切由于桩群重叠面积较大，应是一种不利状态。宜取值几个大层间近似作为冲切边界，所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消，虽不完全准确，但区域放大后，边界的开口效应有所削弱，是可行的。
参考文献：
[1]孔雅莎.《建筑结构设计杂谈》[J]．建筑结构，2006(3).
[2]熊煜.建筑结构设计中若干问题分析》[J]．山西建筑，2009(25).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：砌体结构；剪力墙；布置；抗震；刚度；屋面粱；配筋
Abstract: the construction quality to a large extent by the design quality to decide. This paper puts forward some in the architectural design of the structure design of the universality of existing problems, and generalizes the control method.
Keywords: masonry structure; Shear wall; Decorate; Seismic; Stiffness; Roofing beams; reinforcement
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、砌体结构设计中存在的问题
砌体结构是指以砌体为主制作的结构总称。它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。砌体结构在我国应用很广泛，这是因为它可以就地取材，具有很好的耐久性及较好的化学稳定性和大气稳定性，并且有较好的保温隔热性能。
（一）底层框架—剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架—剪力墙结构，上部为多层砌体结构的房屋。一般沿街的房屋多用该结构，一般底层为商店，餐厅、邮局等空间房屋，上部为小开间的多层砌体结构。
这类空间房屋的结构形式很好的解决了底层需要，并且比较经济。为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积，有人将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上，各层设计有挑梁，但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝，该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。
这是因为原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算，而在实际结构中，悬挑梁上部墙体均为整体砌筑，且下部墙体均兼上层挑梁的底摸，这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递。这样挑梁的理想设计计算与实际工程中受力及传力路线不一致，这是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因，解决的办法改变计算简图及受力路线，或者要特别注意施工顺序和工序。
（二）砌体结构布置方式及抗震分析
a、横墙承重的结构布置
一般房屋为矩形平面，其横向刚度远小于纵向刚度，因此要有足够数量的横墙来提高结构抗震性能。承重横墙的破坏主要剪切破坏，且一般是底层比上层严重为了提高横墙的抗震能力，必须提高其抗剪强度。主要措施是提高材料的强度等级，增加横墙上的轴压力，应尽量使横墙成为承重和隔断合二为一的墙体。
b、纵横墙共同承重的结构布置
大房间应设有沿进深方向的梁支承于纵墙上，使纵墙承重。楼板沿纵向搁置，故形成横墙承重，横墙间距不大，一般可实现抗震，同时纵墙也因轴压力提高了抗剪能力。另外，可采用纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置。纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。
c、纵墙承重的结构布置
该种布置方案，横墙间距大、数量小，且轴压力较小，对抗震不利；纵墙的破坏往往是因为横墙间距过大或者楼(屋)盖刚度较差而使平面外受弯受剪，在窗口上下截面处出现水平裂缝。
d、混合承重结构布置
这种布置可有多种布置方式，如内框架砌体结构，底层框架砌体结构及局部框架砌体结构等。这种结构体系由两种结构材料弹性模量和动力性能相差很大的两种结构体系组成，虽说不是一种良好的抗震结构形式，但它能满足建筑使用要求，提供较大的使用空间，且经济、方便，采用较普遍。
总之，选择哪种砌体结构应从抗震的概念设计出发，综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面进行选择。
二、建筑结构的刚度
底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构，对具有薄弱层的底层框架混合结构，应考虑塑性变形集中的影响，通常对底层地震剪力乘以1.2～1.5的增大系数；底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法，因为底框架结构中只有底层框架抗震墙，应采用双保险的方法，抗震墙承担全部剪力，框架按刚度比例承担剪力。
刚度计算时，框架不折减，抗震墙折减到弹性刚度的20％～30％；应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。避免楼板计算中不正确方法。连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替；双向板查表计算时，不能忽略材料泊松比的影响，否则，由于跨中弯矩未进行调整，将使计算值偏小，一个结构的几何尺寸确定后，刚度的变化只是取决于材料的特征，一般对于线性材料，只需要弹性模量E和泊松比(通过这两个可以计算剪切弹性模量G)就可以了：模型建好后，使用不同的弹性模量E计算，要保证E值和刚度对应起来，这个转换可以参考结构力学，根据模型的几何形状，看刚度和E的对性关系，抗弯刚度（bending rigidity）现多用于材料力学和混凝土理论中，以材料的弹性模量与被弯构件横截面绕其中性轴的惯性矩的乘积来表示材料抵抗弯曲变形的能力。抗弯刚度计算公式EI中El的取值，E是弹性模量，即产生单位应变时所需的应力，不同材料弹性模量不同，一个好的设计结构也就是一个好的耗能体系，在设计中，要充分注意到等强度设计、高度等重要问题，从而增强建筑结构的整体性，在保证整个建筑结构安全性的基础上，同时增加建筑的使用寿命。
三、屋面梁与配筋
（一）屋面梁配筋太少
结构建模时，结构设计人员为了方便，将屋面梁的尺寸直接照抄下层梁的尺寸，由于屋面梁所能承重的荷载较小，计算结果中的配筋不多，致使屋面梁在混凝土收缩、温度变化以及受力变化等作用下因为配筋的数量太少而出现裂缝宽度过大的现象。
（二）受扭屋面梁缺少必要的腰筋
对于一般的梁而言，为了保持钢筋骨架的刚度，同时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝，一般为梁腹板高度大于450mm时加设腰筋，其间距≤200mm，然后拉筋勾连。对于受扭构件，《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)第10.2.5条第二款规定，其纵向受力钢筋的间距小于等于200mm和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁，在结构设计中不能等同于一般的屋面梁，要注重按照受扭构件来设计配筋。而在受扭构件的设计中，应当注意以下数值：
a、振型数的取值
振型数的取值直接关系到结构计算的准确度，对于一些刚度不均匀以及平面不规则的复杂结构而言，尤其是那种大底盘以及多塔结构的设计中，在考虑到扭转耦联计算的同时，很难考虑到应当取多少振型来对地震作用进行计算。如果振型数取值不够，有些高振型的地震作用就计算不出来，结构抗震设计安全性就会打折；若振型数取得太多，又无形增加了很多计算量。一般应遵循以下原则：当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于房屋的层数；如层数≤2时，振型数可取2或1，若是5层，振型数可取3，而不能是6；当考虑扭转耦联时，振型数应取≥9，结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，但又不能超过房屋层数的3倍。
b、周期折减系数
由于在实践中填充墙的存在。房屋的框架结构的实际刚度要大于设计中计算的刚度，而计算的周期要大干实际的周期，所以会使计算出来的地震剪力偏小，从而会使结构设计的抗震性较差，使结构不安全。因此对于砌体中存在填充墙的，周期折减应该取0.6～0.7的数值；而当砌体中填充墙與轻质砌块混合时，对周期折减的系数应该取0.7～0.8；而当砌体中完全不存在填充墙时，周期折减可以取0.9；只有当完全无墙的纯框架设计时，才能对周期不折减。
c、梁跨中正弯矩放大系数
此系数主要是针对那些楼面活荷载较大的多层建筑设置的。当梁上不计算活荷载或不考虑活荷载的不利布置时，一般取放大系数1.2，以弥补梁跨中弯矩偏小之不足；当多层建筑推导荷载时，将永久荷载与楼面活荷载分开计算，并作活荷载不利布置，此时系数应取1.0，不再放大。一般计算高层建筑时，为了简便起见，永久荷载与楼面活荷载不分开计算，也不作活荷载不利布置，此时梁跨中正弯矩放大系数应取1.2。
四、桩筏基础中筏板取值
桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值，一般是先按建筑层数估算筏板厚度，常规是用层数乘以50mm来估算。譬如说一幢十五层的小高层住宅，我们则先按15x5Omm=75Omm设定筏板厚，然后再根据排桩情况，分别验算角桩冲切，边桩冲切及墙冲切，群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚，特别要强调的是一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切，短肢剪力墙结构由于墙体不封闭，故取值群桩冲切边界时有相当大的困难，而群桩冲切由于桩群重叠面积较大，应是一种不利状态。宜取值几个大层间近似作为冲切边界，所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消，虽不完全准确，但区域放大后，边界的开口效应有所削弱，是可行的。
参考文献：
[1]孔雅莎.《建筑结构设计杂谈》[J]．建筑结构，2006(3).
[2]熊煜.建筑结构设计中若干问题分析》[J]．山西建筑，2009(25).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。