摘要：在建筑工程的建筑设计中，结构设计是重要一环，建筑结构关系到房屋的安全性和实用性。本文将从房屋建筑结构设计的原则进行论述，并探讨结构设计中的基本方法，以提高建筑结构稳定性。
关键词：房屋建筑；结构设计；原则；方法
在建筑工程的建设中，建筑的结构设计关系到房屋的稳定性、安全性和实用性，而建筑结构设计的目的，是要使房屋具备美观、安全、经济、适用等功能，而这对设计人员的专业水平也提出了较高的要求。在房屋建筑结构的设计中，设计人员不仅要充分运用所学专业知识，还要遵循房屋结构设计的原则，在工作中灵活运用结构设计中的基本方法，以提高房屋建筑结构设计的效率和房屋设计的质量。
一、房屋建筑结构设计的原则
1、刚柔并济，平衡结构体系
在房屋建筑结构设计中一定要遵循刚柔并济的原则，这样才能更好的平衡建筑结构体系。一般来讲，如果建筑的结构设计过于刚的话，那么整个建筑的变形能力就比较差，在遭受到强大的破坏力时，建筑结构需要承受的力过大，往往造成建筑结构部件受损，进而导致建筑结构全部损坏。而且过刚的结构设计，需要使用的钢筋材料更多，造成建筑工程造价过高，建设不经济；而如果建筑的结构设计过柔的话，虽然变形能力较强，能够很好的抵御外力，但是建筑结构设计太柔的结果，往往是造成变形过大，而使得建筑缺少可依赖的支柱，全体倾覆。当然在结构设计中，对于结构设计的刚度，目前只是一个笼统的范围，还无法足够精确，而这需要设计人员在实际设计中不断探索。
2、多道防线，降低结构风险
房屋建筑结构设计要构建多道防线，不能将房屋的结构安全寄托在某个局部构件上，以降低结构风险。安全完善的房屋建筑结构设计体系，要层层设防，当突发状况发生时，所有建筑结构都相互支撑，共同抵御外力，经过多重结构的削减以后，外力作用将大大降低，整个建筑框架遭受的损害将会减少。而如果在外力来袭时，仅仅依靠单个结构构件上，那么对于建筑的稳定性而言是非常危险的，就如简单的土建结构中，多肢墙的稳定性要超过单片墙，这实际上就体现了建筑结构设计中多道防线的作用。
3、保全重要结构，抓大放小
在房屋建筑结构设计中，要遵循的一个另外原则就是，区分结构构件中主要构件和才要构件，在设计中要确保次要构件优先承受外力，而切忌建筑结构设计中各个构件平均受力，如果结构中的所有构件都平均受力，反而会使结构存在隐患。在结构设计中，梁和柱的作用是不同的，梁倒了，柱还可能继续支撑建筑，而要是柱倒了，那梁也不可能继续存在，因此在设计时，就应该将梁承受更多的外力，而阻止对柱的破坏，将柱的损坏降到最低。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等概念是房屋建筑结构设计中非常重要的说法，对于这些，有许多经验少的结构设计人员持保留态度，他们认为所有结构构件都强的建筑应该更加安全，但是实际上却并非如此，所有结构构件都强的建筑往往存有较大的安全隐患。在建筑结构设计中，不同构件的功能是不同的，因此其重要性也会有所差别，在面对外力冲击时，不同结构构件相互协作，共同抵御外力，能够使建筑中最主要的构件免遭损坏，或者在最后才会被损坏。
4、结构结合
完美的房屋建筑结构设计，应该能够使建筑结构体系成为一个整体结构，减少不必要的关节，这样房屋建筑受到任何外力冲击时都能够在这个结构体系中迅速传递、化解。建筑中如果存在比较多的关节，在遭受外力作用时，就是建筑物的死角，使外力无法传递，而造成对建筑构件的破坏。基于结构结合这个原则，在进行房屋建筑结构设计时，就要注意将建筑中的各个关节打通，使其畅通无阻，能够最大限度地减少外力作用。上述探讨的建筑结构设计中的原则：刚柔并济、多道防线、保全重要结构等实施的效果就是使房屋结构浑然一体。而总的来说，设计者将原有的构件进行结合以后，形成相对静止状态，在受到外力冲击时，依然能够保持平衡。
二、房屋建筑结构设计中常见问题分析
1 地基与基础方面
1.1 多层房屋建筑无地质详勘报告，仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须依据地质勘察资料，统一考察多方面因素进行基础类型和上部结构方宁设计，仅凭地耐力这一数据是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容许值取得小一些就认为成无一失了。
1.2 采用换土垫层进行软弱地基处理，不进行换土垫层设计，只凭经验处置。有时设计者软弱地基的危害认识不足，只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力，没有进行垫层宽度和厚度计算，既不安全，又不经济。
1.3 民用建筑中柱，梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时，在计算梁、柱和基础的负荷 时未按现行设计规范舸用荷载乘折减系数计算其荷 载值，因而荷载值准确。
2 砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题。
2.1 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彻底的拉结和约束作和，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。
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2.2 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、抗弯部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被出现裂缝。本文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下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足，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。一些结构设计得误认为六度设防就是不设防，不图受力分析方便，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（因一些结构设计手册中规定：当梁柱的线刚度比大于4时，计算简图中梁柱节点可简化为铰支）。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，即忽略了柱对消化酶的约束弯矩，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，从而柱子而梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝，形成塑性饺。这样在正常使用情况下，柱子已开始带饺工作。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。更为严重的是，这样的结构一理遭遇地震作用时，将会倒塌，这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
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
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，各方面的地震和用应由该方向的抗侧力构件来承担。说是说，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于非抗震设计，而纵向地按普通的连续梁进行设计，梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法不答合框架的构造要求。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 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，没有引起设计得的重视，左图受力分析方便，设计得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。
三、房屋建筑结构设计的基本方法
1、确定结构设计方案
结构设计方案是一种概念设计，对于房屋抗震设计而言，结构设计方案尤其重要。在结构设计方案中，首先需要确定房屋的上部结构形式。房屋建筑结构设计要严格按照建筑要求、遵守规范，根据不同结构形式的特点和使用范围，进而确定采取哪种结构体系，如框架、剪力墙、框剪、筒体、以及其他复杂的结构形式。其次，要确定房屋基础形式，一般根据上部结构形式的不同，需要采用不同的房屋基础形式。框架结构由于柱下独基较多，如果存在地下室时，可以另外增加防水板，或采用较薄的筏基，以满足经济效益和工期的需求。而剪力墙结构有地下室时，采用筏基比较常见。对于基础的确定，也要根据上部结构形式，如果上部结构重量较小，则可采用天然地基，如果需要进行地基处理，一般采用CFG桩或桩基形式。此外，在局部调整中，如果梁柱需要承重较大，则可采用钢结构或钢骨砼结构，而板跨度较大时，可采用井字梁或预应力空心楼板结构。而对非结构部位，主要考虑其对主体的影响，保证连接构造的可靠。
在确定房屋结构设计方案中，需要将房屋高度、地理环境、施工条件，竖向荷载、风荷载及地震作用对不同结构体系的受力特点等考虑进去，并分析所选用的结构形式的关键部位和薄弱环节，预估和控制各类结构体系及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。
2、结构计算
结构计算，一般运用计算机结构计算软件进行，如PKPM软件、广厦软件等等。原理都是将建筑转化为结构模型，再模拟计算，得到计算结果。建模前，应根据规范要求确定结构参数，如按照我国建筑的防震设计要求及建筑功能、高度等确定结构物的抗震等级；再如按照建筑物所在地确定风荷载参数等。这些参数是模拟计算的基础，能直接影响计算结果，故不能出错。建模时应严格按照建筑图中的平面尺寸，不得随意改动。选定好结构方案后，再根据使用功能、跨度等初步确定梁、柱、墙等构件的截面尺寸及荷载参数，以此作为初步模型。再经过反复运算，结合计算结果，如周期比、位移比、轴压比、配筋信息等参数，进一步修改结构平面布置及构件尺寸，优化模型；如此反复，达到比较合理的构件参数。
计算是结构设计中最重要的步骤，故在确认计算模型参数无误且得到计算结果后，仍需要进行计算结果的复核，而不能完全依赖计算机软件计算的结果。复核基本的方法有比较法、手算对比法等。比较法可以选择本模型中，条件（如跨度、荷载等）相近的构件进行比较；也可以和其它结构计算软件的计算结果进行比较。手算对比法就是采用手算的方式取代软件计算，进而将两者计算的结果进行对比。
3、绘制结构施工图
结构计算完毕后且复核无误后，将进行结构施工图的绘制。这是结构设计重要的步骤。优秀的结构施工图，能清晰、全面地反映整个建筑物的结构信息，为建筑物的施工奠定良好的基础。施工图的绘制，现在主要运用计算机的Auto CAD软件，再借助Auto CAD平台上的辅助软件，如TSSD、天正等进行绘制。图纸的深度要满足制图规范、图集的要求。结构施工图一般包括以下内容：目录、说明、基础图、墙柱图、平面梁板图、楼梯图、大样图等。
三、结语
房屋建筑结构设计工作具有全面性、系统性的特点，通过对房屋建筑结构设计原则和方法的探究发现，要设计出安全性、稳定性、实用性都较高的房屋建筑，就需要重视房屋结构的各个组成部分，而且还需要设计师对常见问题进行研究，不断提高自身设计水平。
参考文献：
[1]张海波，刘阳.房屋建筑结构设计方法探讨[J]城市建设理论研究（电子版），2012（5）.
[2]丁立瑛.浅析建筑结构设计原则及其存在的问题[J]中国西部科技，2009（14）.
论文作者:罗达友
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/24
标签：结构论文; 结构设计论文; 构件论文; 建筑论文; 房屋建筑论文; 外力论文; 梁柱论文; 《基层建设》2016年13期论文;