土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

郭維陽

（綠地控股集團(tuán)江蘇房地產(chǎn)事業(yè)部，江蘇南京 210006）

0 引言

如今我國已經(jīng)步入新時代，經(jīng)濟(jì)、科技、文化等發(fā)展越來越快，城市化進(jìn)程也不斷提高，越來越多的建筑顯現(xiàn)出來。但有些危樓爛尾樓也在時間的飛逝中顯現(xiàn)出來，同時也被人民和市場淘汰。因此，如何優(yōu)化土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成了頭等問題。接下來將從它的影響因素進(jìn)行分析，并找出對策。

1 何為土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

“結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在約定約束條件下，按某種目標(biāo)，如重量最輕、成本最低、剛度最大等，求出最好的設(shè)計(jì)方案，曾稱為結(jié)構(gòu)最佳設(shè)計(jì)或者結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)。相對于“結(jié)構(gòu)分析而言”，又稱為“結(jié)構(gòu)綜合”；如以結(jié)構(gòu)的重量最小為目標(biāo)，則稱為最小重量設(shè)計(jì)，能夠相應(yīng)地減少投資金額，土木工程建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)建筑本體功能與建筑投資成本的關(guān)鍵性手段?！焙唵蝸碚f，土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是利用最少的投資成本來進(jìn)行最優(yōu)的建筑工程。

2 影響土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素

2.1 關(guān)于土木工程建筑圖紙的設(shè)計(jì)

眾所周知，設(shè)計(jì)圖紙是建筑工程的基礎(chǔ)，之后的建筑過程都是由圖紙展開來的，所以對于整個施工環(huán)節(jié)來說，建筑施工圖紙有著非常重要的作用。在設(shè)計(jì)土木工程建筑圖紙時必須要遵從以下幾個原則：

2.1.1 功能性原則

建筑所存在的意義就是為了滿足人類的物質(zhì)生存的需要，當(dāng)基礎(chǔ)的住房需求得到滿足時，還要滿足堅(jiān)實(shí)性，協(xié)調(diào)性，舒適性等綜合性角度的需求，從最大的方面滿足用戶的需求，從最高程度上達(dá)到建筑存在的意義。

2.1.2 安全性原則

建筑作為人類生存的基礎(chǔ)環(huán)境，與人類存在密切聯(lián)系。在汶川大地震過后，人民和建筑設(shè)計(jì)師就越來越注重房屋的安全性，在這方面，尤其是地基的穩(wěn)定，房屋結(jié)構(gòu)的形成，構(gòu)件的設(shè)計(jì)是最為重要的。所以，安全性為首要因素。

2.1.3 環(huán)保性原則

在物質(zhì)經(jīng)濟(jì)騰飛的當(dāng)代，經(jīng)濟(jì)發(fā)展是首要因素，但環(huán)保是可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。建筑工程所需要的建筑資源是非常多且種類不一樣，而在持續(xù)發(fā)展的理念下，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時除了要保證建筑材料的功能的穩(wěn)定，還應(yīng)做好對資源利用的有效性，廢物資源的可回收利用，要可持續(xù)發(fā)展，綠色環(huán)保建筑[2]。

2.1.4 經(jīng)濟(jì)性原則

經(jīng)濟(jì)性是指通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而最大限度節(jié)約成本，減少建設(shè)成本。對土木工程建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時，還應(yīng)從設(shè)計(jì)成本上進(jìn)行分析，控制好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造價，在滿足市場經(jīng)濟(jì)要求基礎(chǔ)上提高對各項(xiàng)資源的合理配置，不僅要提高建筑的整體質(zhì)量，還可以節(jié)約成本，減少造價。

2.1.5 提高建筑舒適度原則

一個好的建筑物，應(yīng)該是從建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾裝修到排水、暖通、空調(diào)、燃?xì)?、電氣安裝、屋內(nèi)設(shè)計(jì)等各專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)組合，是整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。提高建筑舒適度，人民的居家幸福感才可以提高。

2.1.6 不同構(gòu)件采用不同安全系數(shù)原則

例如，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的約束作用，可以在很大程度上提高樓蓋梁的承載能力，最高時可提高約1.5 倍。要了解出不同構(gòu)件的特點(diǎn)，針對性的采用不同的安全系數(shù)的原則，要積極開拓新的設(shè)計(jì)理念，從而提高整個建筑的構(gòu)件系統(tǒng)，從各個部分滿足各個部分的安全系數(shù)的需求。

2.1.7 房屋建造對于環(huán)境的污染原則

隨著我國社會的不斷發(fā)展，我國人民對于物質(zhì)文化的要求逐漸改變?yōu)榫裎幕奶岣?，并且環(huán)境的保護(hù)意識也越來越提高。對于房屋建造過程中不僅要注重用環(huán)保建材，還要檢測空氣、河流的污染程度等問題。并且更要注重是否打擾到普通居民的生活，為旁邊居住的居民提供一個良好的居住建造環(huán)境。

2.2 整體抗震牢固性

眾所周知，我國幅員遼闊，不同地區(qū)有不同的地質(zhì)條件，所以在進(jìn)行土木工程建筑設(shè)計(jì)時要根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)條件，以及土木工程本身的復(fù)雜性進(jìn)行考究，特別是我國地震多發(fā)地區(qū)，由于地震發(fā)生時所產(chǎn)生的動能是有很多種，所以整體的抗震牢固性是當(dāng)下土木工程的重點(diǎn)。我們不能也不會忘記汶川地震的悲痛記憶。另外，為了保證施工過程的安全性和施工完成時的質(zhì)量保證。增加抗震牢固性不僅可以保障施工過程中施工人員在抵擋自然災(zāi)害的安全，也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行建筑，從而有效保證建筑的質(zhì)量[3]。

2.3 土木工程建筑結(jié)構(gòu)的耐久性

土木工程建筑結(jié)構(gòu)的耐久性是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以對其要求是非常認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，要考慮很多方面的因素，根據(jù)具體情況進(jìn)行考察，然后進(jìn)行符合實(shí)際的設(shè)計(jì)。據(jù)調(diào)查，我國在混凝土結(jié)構(gòu)施工中，經(jīng)常會發(fā)生因?yàn)殇摻畋Ｗo(hù)不到位導(dǎo)致生銹進(jìn)而使混凝土腐爛現(xiàn)象發(fā)生的事情，而通常這種事情發(fā)生的后果就是導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，大大縮短了土木工程建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，從而導(dǎo)致這些建筑成為危樓爛尾樓，浪費(fèi)土地資源，這與環(huán)保理念是背道而馳的。

2.4 土木工程建筑結(jié)構(gòu)的美化性

對于現(xiàn)代人來說，任何美好的事物都是令人賞心悅目的。因此，對于土木工程建筑來說，美化性也是必不可少的一項(xiàng)。在設(shè)計(jì)圖紙時，要在保證土木工程安全性的前提下，增強(qiáng)其設(shè)計(jì)性與美觀性。

3 提高土木工程建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量有效方案

3.1 對圖紙的設(shè)計(jì)要更加精細(xì)

上述所說圖紙是建筑工程的基礎(chǔ)，同時也是保障施工過程的重點(diǎn)資料，施工設(shè)計(jì)人員會根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙來對施工人員、施工過程進(jìn)行預(yù)判，對施工質(zhì)量、安全、建筑等給予保障。據(jù)資料顯示我國建筑行業(yè)的施工人員在文化和實(shí)踐方面還存在不足，圖紙的設(shè)計(jì)也會出現(xiàn)缺陷與不足，所以要精細(xì)化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

3.2 增強(qiáng)建筑安全性

安全性能力的設(shè)計(jì)主要是保障建筑在自然災(zāi)害發(fā)生時遭受的破壞程度可以控制到最小再實(shí)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要做好五個方面的設(shè)計(jì)：

（1）夯實(shí)的地基。地基是決定建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)，安全性性能受地基的影響較高，也在很高程度決定個別建筑的安全性能力，所以在地基部分要打得夯實(shí)穩(wěn)妥，這樣才能有效推進(jìn)高層建筑的形成。同時也要在地基基礎(chǔ)上大下功夫，如何利用現(xiàn)代科技夯實(shí)地基也是現(xiàn)在的一個問題。

（2）在建筑設(shè)計(jì)中，要注重細(xì)節(jié)性的設(shè)計(jì)，注重邊邊角角。細(xì)節(jié)性的設(shè)計(jì)不僅僅體現(xiàn)在土木工程的用工成本上，更要體現(xiàn)在其建筑的整體設(shè)計(jì)上與用材選究上，細(xì)節(jié)決定成敗[4]。

（3）建筑的結(jié)構(gòu)中必須要具有較高安全性能的結(jié)構(gòu)，就比如采取幾何圖形的特性，保證特定區(qū)域的穩(wěn)定性，從而提高建筑的穩(wěn)定性，減少自然災(zāi)害對建筑的影響。

（4）保障建筑空間的整體性的剛度可以規(guī)避自然災(zāi)害帶來的風(fēng)險。選擇有效的建筑材料，為建筑提供有效的支撐，提高建筑的整體質(zhì)量。

（5）保障居住空間的整體優(yōu)化性，對建筑而言，必須要規(guī)劃每個小戶的房型，整體優(yōu)化居住空間的結(jié)構(gòu)，從而使空間更加有質(zhì)感，這也方便后續(xù)裝修，居民入住的整體情況。

只有遵循這五個原則，才能提升建筑的安全性能，在災(zāi)害發(fā)生時將傷害控制到最小。

3.3 增強(qiáng)建筑的剛度

建筑剛度就是指受外力作用的材料，構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。那如何才能增強(qiáng)建筑的剛度？就是要為建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)做好防護(hù)措施，就例如如今我國政府補(bǔ)貼讓每個小區(qū)都貼上隔熱板一樣，并且還需要從根本上保障建筑本身的堅(jiān)硬強(qiáng)度，用質(zhì)量好、成本預(yù)算低的混凝土，增強(qiáng)建筑的剛度。簡而言之，就是要從內(nèi)部和外部同時保障和增強(qiáng)建筑的剛度。

3.4 遵循環(huán)保原則，原則生態(tài)建材

遵循環(huán)保原則，對于生態(tài)建材的選擇是非常重要的生態(tài)，建材既能夠?qū)Νh(huán)境起保護(hù)作用的材料，同時又可以保障人的身體健康。并且在循環(huán)使用方面也是有很大的幫助，可以達(dá)到再生資源的利用，真正做到保護(hù)環(huán)境，不浪費(fèi)資源，可以使人們?nèi)胱【G色建筑。

3.5 提高設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)能力， 并且建立健全建筑業(yè)設(shè)計(jì)師管理系統(tǒng)

①要提高設(shè)計(jì)師的門檻，提高設(shè)計(jì)師的業(yè)務(wù)能力和素質(zhì)水平，從而提高建筑業(yè)設(shè)計(jì)師的專業(yè)水平；②定期開展設(shè)計(jì)師的培訓(xùn)，時代在發(fā)展，所以要不斷提高設(shè)計(jì)師專業(yè)知識能力，注重與新事物的結(jié)合；③提高設(shè)計(jì)師的溝通能力，要明確怎樣去滿足設(shè)計(jì)要求，要清楚明白的像客戶表達(dá)出設(shè)計(jì)理念；④對于圖紙的設(shè)計(jì)要結(jié)合實(shí)際情況，增強(qiáng)設(shè)計(jì)師的考察現(xiàn)場能力和隨機(jī)應(yīng)變能力，要在建筑工程前去對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘探，并且與施工人員進(jìn)行溝通，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)實(shí)的需要的設(shè)計(jì)圖紙；⑤需要注重設(shè)計(jì)師道德操守的提升，以此引導(dǎo)設(shè)計(jì)師全身心參與到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，確保土木工程建設(shè)的安全順利開展；⑥建立健全設(shè)計(jì)師管理系統(tǒng)，統(tǒng)一行業(yè)的規(guī)則和獎懲制度，為從業(yè)人員定一個道德目標(biāo)準(zhǔn)則，提升整個設(shè)計(jì)師行業(yè)的風(fēng)氣。

4 結(jié)束語

不斷提高土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能夠不斷提高人民生活的質(zhì)量，并且也會提高我國建筑業(yè)的能力水平，也會大大提高我國建筑師的整體發(fā)展。只有當(dāng)土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平不斷提升時，整體的建筑水平才會上升，對土地資源，自然環(huán)境資源和建造資源才可以綠色環(huán)保的重復(fù)利用，真正做到不污染自然環(huán)境。