住宅砌体结构设计中的问题分析
关键词：住宅设计；砌体结构；抗震；安全
1结构设计中的“以人为本”问题
在建筑设计中，“以人为本”成为建筑师是否考虑人的需要、从而是否能够实现建筑活动最终目的的分水岭，其实，在建筑结构设计中也要考虑“以人为本”的问题。那么，在砌体结构住宅设计中怎样做到“以人为本”，笔者有如下体会：
（1）尽量避免结构设计中设置的梁的位置影响房屋的使用与美观。在住宅结构设计中，梁既起着支撑上部墙体、楼板荷载的主要作用，又起着划分不同使用空间功能的作用，梁的设置既可以减小板跨，又可以降低局部楼板的标高。为了使用的美观，在同一个房间中的天花板上绝对不能设置梁，如果非设置不可，则可通过设置暗梁或反梁来解决此问题。
（2）客厅落地窗上的过梁宜改为支座为两侧横墙的简支梁。在建筑设计中，客厅往往被设计成宽度较大的落地窗，窗外设置生活阳台，这就使得客厅开窗洞处的外纵墙上仅剩两个较小的墙垛。在装修过程中，有的住户为了使用上的方便经常打掉这两个墙垛。如果在结构设计时落地窗顶部仅采用过梁，就存在很大的安全隐患。因为墙垛为过梁的支座，如果打掉墙垛，过梁就没有了支座，其承受的荷载就不能传到墙体上，过梁甚至有可能断裂掉下来，存在很大的安全隐患。为了便于某些住户在装修时能对落地窗进行有效的改造，在结构设计时宜把过梁改为支座为两侧横墙的简支梁。
（3）增加屋顶花园的荷载。现代住宅的屋顶已不再是简单的房屋结构的一部分，大部分已变成了顶楼住户休闲、娱乐的场所。《建筑结构荷载规范》规定的活荷载的大小偏低，不能满足住户对屋顶花园的使用要求。“人因宅而立，宅因人而存，人室相扶感动天地”，这本是描述建筑设计应“以人为本”的话语此时用在结构设计上，凸显出在结构设计时如何做到“以人为本”已成为结构设计人员不得不面对的问题。
2结构设计中的抗震问题
砌体结构因其构件组成和连接方式的内在原因，具有脆性性质，其抗剪、抗拉、抗弯强度都较低，再加上近几年人们在住宅设计时充分考虑人的居住心理，大客厅小卧室，扩大厨房与卫生间的面积，其抗震性能及抗破坏能力又大大降低，具体表现在：
（1）大客厅常导致内纵墙中断，往往只剩两道外纵墙，而且这两道外纵墙的相对位置都有洞口，大客厅还经常导致横墙间距大于4.2m的房间面积超过同层面积的1/4甚至更多，地震时纵墙被破坏往往是因为横墙间距过大或者楼(屋)盖刚度较差而在平面外受弯受剪，在窗口上下截面处出现水平裂缝，同时，纵横墙的连接处，因为受到两个方向地震力地作用受力复杂，容易产生应力集中，若施工时纵横墙不同时交错砌筑，又缺乏足够的拉结，则地震时连接处容易产生纵向裂缝，严重时纵横墙拉脱，出现纵墙外闪以至倒塌。
（2）同一户内房间面积种类多，悬殊大，表面尺寸变化大，常导致横墙多数不能对齐，不能满足抗震设计规范的要求。
（3）住宅的结构形式随住户的要求变化较大，复式与错层结构因受老百姓的欢迎而修建较多，复式结构的楼梯间没有像一般房间的楼盖形成空间的盒子结构因而空间刚度较差，且顶层休息平台以上外纵墙为一层半高，稳定性较差，同时，这两种结构造成局部高大房间，此部分的刚度与质量与其它部分截然不同，影响了整体的抗震能力。
（4）住户在装修时开凿墙体损伤结构的情况时有发生，有些墙虽然不是承重墙，但开凿后对抗震能力是有影响的。
以上这些情况，均导致砌体结构住宅的抗震性能降低，如何提高砌体结构的抗震能力，抗震规范已经作出了一系列的规定，此处不再赘述。在设计实践中，我们也有一些方法，总的要求是应尽量做到平面规则、整齐，墙段长度悬殊不大，同一层内标高一致。具体来说，应做好以下三个方面：
（1）采用简单规整的平面立面布局。结构的总体布置是影响建筑抗震性能的关键问题。建筑抗震计算本来就是复杂而且不是非常成熟的科学，只有结构布局简单规整，才能尽量准确地确定结构的计算简图并计算和分配地震作用。尽量采用横墙承重体系或者纵横墙共同承重体系。而且内横墙在平面内尽量连续对齐，错位墙体不宜过多。
（2）合理确定圈梁和构造柱的位置。设置圈梁和构造柱，砌体结构的抗震性能可以大大改善，使砌体结构形成两道防御：第一道时砌体墙只出现宽度不大的裂缝，层间变形不大，构造柱尚未开裂；第二道是砌体裂缝大幅度地发展，构造柱及圈梁对砌体约束使墙体大变形消耗输入的地震能量。另外，圈梁应封闭连续，尽可能形成一个个近似矩形或圆形的箍。
（3）作好各构件之间的拉结工作，包括砌体墙与墙之间，构造柱与墙体，楼屋盖与圈梁墙体以及其他混凝土构件与墙体之间均应设置可靠连接。
3结构设计中的成本控制问题
（1）设计楼板时应尽量采用规则的形状，少用或不用异形板。规则楼板钢筋用量少，施工方便，受力分析简单；异形板不但受力分析复杂，而且还容易在板折角处产生裂缝，为了减少裂缝，就必须在板块的阴、阳角处附加钢筋，增加钢筋用量，提高住宅成本。
（2）现浇板的厚度应尽量按经济板块的跨厚比控制，最好将板块做成双向板受力，因为双向板的钢筋用量比单向板要节省很多。
（3）宜设置挑梁与卡口梁来支撑阳台板，避免直接采用挑板形式。
（4）构造柱圈梁应严格按照《建筑抗震设计规范》设置。对于支撑受力较大的梁的墙体，若局部抗压强度不够，则宜采用设置梁垫的形式，而不采用另加构造柱的形式，因为另加构造柱又要增加钢筋用量。同时，在设置门窗洞口时，尽量不要在门窗两侧形成小于180mm的墙垛，否则，此处的墙垛在施工时只能采用素混凝土浇筑，这样人工与材料费用就会增加，工期也会相对较慢。
（5）钢筋选择要合理。Ⅰ级钢筋强度Fy=210N/mm2；Ⅱ级钢筋强度Fy=310N/mm2，Ⅱ级钢筋强度比Ⅰ级钢筋强度高47%，而价格相差不大。在一些板的结构设计中，常采用Φ10～Φ12Ⅰ级钢，若换成Ⅱ级钢，钢筋用量可减少30%左右。特别是目前住宅设计中大厅较多，许多厅的面积20～30m2，而建筑中又不允许厅中设梁，在这样大的板中受力筋采用Ⅱ级钢筋比Ⅰ级钢筋要节省很多。
另外，在砌体结构住宅结构设计中，楼梯选型一定要合适，否则也会提高工程造价。在一些工程中，我们经常看到3m乃至4m宽的楼梯仍采用板式。实际上，当楼梯长度大于3m时，就应该为梁式楼梯。因此，设计人员应尽量采用节约方案，降低造价。
4结构设计中的安全问题
（1）阳台设计中的安全问题。阳台已成为现代住宅设计中一道亮丽的风景线，与此相关的安全问题也应运而生。设计人员在设计阳台时大多采用悬挑形式，而悬挑构件是最容易出现安全问题的，必须采取一定的措施加以防范。笔者在多年的设计经验中，总结了二点防范措施：一是挑梁上的荷载一定要算准算够。二是做好挑梁的抗倾覆问题。阳台挑梁压长应满足抗倾覆的要求并符合规范规定。当然，顶层的挑梁也应引起重视，因为顶层挑梁上部没有墙体荷载只有楼板荷载，倾覆问题更容易发生。
（2）楼板设计时的安全问题。第一，注意最小配筋率，PKPM软件在自动生成楼板配筋时，楼板的配筋不一定满足最小配筋率要求。这就要求我们必须自己核对。第二，与大跨度楼板相邻的小跨度楼板板厚不宜与之相差太大，一般不宜超过30mm否则板弯矩难以协调，且不利于抗震时水平力的传递。第三，注意当砌体结构的连梁作为大跨度楼板的支撑时，不宜小于250mm宽。因为大跨度楼板配筋一般直径较大，如果梁宽较小，就可能无法满足钢筋水平锚固长度要求，所以应尽量避免。第四，设计人员经常忽略的一个问题是：楼板配筋图漏画钢筋。一般是将32PKPM软件生成的图修改为楼板施工图，由于软件差异需要我们认真核对补上遗漏。
（3）女儿墙的安全问题。女儿墙由于没有楼板拉结，平面外的刚度较差，在地震、台风时容易发生倒塌的安全事故，而构造柱与压顶设置是影响女儿墙安全的两个重要因素，因此，为了防止女儿墙的坍塌，除应设置足够数量的构造柱及断面较大的压顶外，还应根据不同的地震烈度在女儿墙内设置拉结墙体与构造柱的钢筋。
（4）凸窗的安全问题。凸窗是近年来新出现的一种窗户形式，不仅对住宅楼的外观起到了很好的装饰作用，而且使住户在家中有了一个非常良好的视角，可以尽情眺望周围充满乡村闲情的风景。目前流行的飘窗多分为两种形态，一种是有台阶的，一种是完全落地、与地面浑然一体的，它们不仅增加了户型采光、通风的功能，而且也为商品房的外立面增添了无穷的建筑魅力。但是，在实际工程中低窗台凸窗也暴露出一些问题。比如造价问题、对室内布置及装饰的影响问题、与空调机的结合问题、安全问题。其中，凸窗的安全问题与结构设计密切相关，也是凸窗美观、实用的前提，因此，应引起高度的重视。凸窗分为上、下挑板，有的还设有两侧或单侧的侧板，在设计时，为安全起见应注意以下问题：一是挑板与侧板的厚度不宜过小，80～100mm比较合适，且挑板与侧板应采用同一厚度，否则难以保证浇筑的混凝土质量；二是在设计上、下挑板时，一定要考虑到可能出现的人体荷载以及抗倾覆问题，宜在下挑板的端部做一压梁，压梁要伸到窗洞两侧横墙内或构造柱内。
5结语
作为一名结构设计工程师，笔者有义务也有责任呼吁设计师们为降低砌体住宅成本，提高住宅实用性，增强住宅安全性群策群力，尤其要唤醒大家在结构设计过程中“以人为本”的意识与行为。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.GB50003-2001砌体结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[2]李永梅，孙国富.适当提高砌体结构设计的可靠度[J].建筑科学，2004.
