基于土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化分析

肖凱峰

（黑龍江工商學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000 ）

0 引言

在此階段，人們對建筑物有更高的要求，包括建筑物的大小、功能、內(nèi)部設(shè)備和外觀。在要求質(zhì)量的同時，還應(yīng)確保經(jīng)濟利益的穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)和全球一體化的發(fā)展，新型的建筑技術(shù)和材料已被應(yīng)用到建筑項目中，并且已經(jīng)發(fā)揮了一定的作用。與傳統(tǒng)的土木建筑相比，現(xiàn)階段的建筑項目逐漸變得智能化。技術(shù)和自動化的發(fā)展大大提高了建筑工作的效率，降低了投資成本，解決了施工過程中的問題。但是，與此同時，建筑市場的競爭也在逐步加劇。在這種環(huán)境下，人們對建筑物有新的要求，包括質(zhì)量，功能和外觀等，要求相關(guān)人員在施工前進行勘測和設(shè)計，即對于結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，如何滿足消費者的需求，進行最佳設(shè)計是現(xiàn)階段研究的主要方向。

1 對土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計進行優(yōu)化的意義

工程設(shè)計優(yōu)化可以降低企業(yè)的投資成本，節(jié)約資金的投入。減少了多層建設(shè)采光不好等多方面的因素帶來的成本的投入。優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)是降低成本的有效措施，可以提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟，建設(shè)多層住宅和高層住宅的時候，建筑樓層越高，需要的建筑材料越多，隨著樓層的增加，墻體的承重和建筑主體的重量會不斷的增加，地基和墻面的承重力增加，所需要的水電管道和勞動力都會相應(yīng)的增加。所以，在工程施工項目中，合理運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施，可以為土木工程建設(shè)項目提供了更多的有效運用率，也可以確保建筑工程的施工質(zhì)量達到的預(yù)定的狀態(tài)。也是提高了施工企業(yè)的利潤，也為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了有效的措施。

2 當(dāng)前土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題分析

2.1 未能全面認識到圖紙

在整個建筑施工環(huán)節(jié)中，圖紙起到了非常關(guān)鍵的作用。它是對現(xiàn)場施工起著重要的指導(dǎo)性作用。如果沒有在前期正確合理的設(shè)計好圖紙，在現(xiàn)場施工過程中會導(dǎo)致一系列環(huán)節(jié)根本無法進行，并且施工質(zhì)量也有可能會存在隱患。從一些項目來看，有的建設(shè)單位并沒有真正的認識到這一環(huán)節(jié)的重要性，沒有正確的理解圖紙在整個項目過程中的重要性和嚴謹性。所以，在工程進入施工階段的時候，

無法根據(jù)項目的實際施工條件評估圖紙，因此很難以適當(dāng)?shù)姆绞竭M行施工活動。在設(shè)計過程中，有很多設(shè)計師的綜合素質(zhì)有待提高，而缺乏工作經(jīng)驗也造成了很多設(shè)計問題。如果不能及時發(fā)現(xiàn)問題，將影響項目建設(shè)的發(fā)展，也將失去圖紙設(shè)計指導(dǎo)的意義[1]。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的環(huán)節(jié)不科學(xué)合理

有的施工企業(yè)設(shè)計師在整個圖紙的設(shè)計過程中，由于設(shè)計師沒有充分的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，只是憑書本知識來設(shè)計，并沒有了解到現(xiàn)場施工中的一些繁瑣細節(jié)，和施工人員的專業(yè)水平不足。設(shè)計的圖紙需要和現(xiàn)場的情況相結(jié)合。所以需要加強結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性，并應(yīng)合理使用多種資源以提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性。土木工程結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計要求相對來說較高，設(shè)計圖紙的不合理就會在現(xiàn)場施工中一點點體現(xiàn)出來，會造成施工不順利。在項目設(shè)計過程中，必須合理的預(yù)估項目結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)的實際情況。但是，由于設(shè)計人員無法控制整體結(jié)構(gòu)，因此出現(xiàn)了許多偏差，從而導(dǎo)致許多施工問題。

2.3 整體性比較差

隨著土木工程施工結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展，結(jié)構(gòu)完整性差的問題尤為突出。不能夠全面的進行土木工程建筑分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)了分散的問題。因此制定了不同的區(qū)域設(shè)計計劃。主要現(xiàn)象是土木工程被排除在工程之外，土木工程建筑結(jié)構(gòu)的整體形狀不牢固，不僅會造成結(jié)構(gòu)本身各個部位的缺陷，而且還會造成一般建筑之間的不一致。導(dǎo)致土木工程和周圍建筑物環(huán)境不協(xié)調(diào)，這會降低居住者的幸福感，并導(dǎo)致土木工程建筑物無法長期發(fā)展。此外，這些問題還可能導(dǎo)致不利影響，例如環(huán)境污染，文化破壞和能源浪費[2]。

2.4 細節(jié)不完善

目前，在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的開發(fā)中優(yōu)先考慮的是建筑物主體部分，對于細節(jié)尚未得到足夠的重視。因此，在建筑施工過程中會產(chǎn)生許多建筑風(fēng)險和危機。例如嵌入組件的問題，區(qū)域分隔結(jié)構(gòu)的平衡差，建筑空間內(nèi)部保留的問題等，都是設(shè)計細節(jié)缺陷。由這些細節(jié)引起的威脅是眾所周知的，它可能導(dǎo)致建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并影響其他工程施工，降低了建筑物的整體質(zhì)量和效果。使建筑物的整體質(zhì)量達不到預(yù)期使用狀態(tài)，導(dǎo)致其耐久性下降。嵌入式組件的問題是土木工程建筑結(jié)構(gòu)中嵌入式組件的設(shè)計不平衡，從而導(dǎo)致建筑物內(nèi)部發(fā)生變化，從而影響整體質(zhì)量和有效使用[3]。

2.5 承重柱的截面設(shè)計不科學(xué)

在項目結(jié)構(gòu)中，所有物體的荷載都是由承重柱來接受，承重柱的截面的面積會反應(yīng)了它的承受能力。但是，在項目設(shè)計的環(huán)節(jié)中，一些設(shè)計工作人員減小了荷載柱的截面積以降低成本，增加了梁與柱之間的線性剛度比，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中存在嚴重的安全隱患。

2.6 橫挑梁的荷載設(shè)計偏小

在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，許多設(shè)計人員通常會著重關(guān)注挑梁的強度，但忽略挑梁的強度會導(dǎo)致梁設(shè)計較小。這是因為殼體結(jié)構(gòu)的承重作用力是垂直的，因此在設(shè)計過程中評估其撓度更有意義。建筑物的荷載設(shè)計偏小，很容易使梁截面上的應(yīng)力集中在壓縮區(qū)內(nèi)，從而在梁體內(nèi)產(chǎn)生裂縫，從而影響建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[4]。

3 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施探析

3.1 準確計算出房屋建筑結(jié)構(gòu)

地基的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計不嚴謹，導(dǎo)致地基的安全性能欠缺。首先，業(yè)主應(yīng)強制要求建設(shè)單位按照有關(guān)規(guī)定對房屋建設(shè)項目進行地質(zhì)勘查，要知道更準確的勘查數(shù)據(jù)。然后，設(shè)計師在知道了地基基礎(chǔ)信息后，要嚴格按照科學(xué)計算方法準確計算項目結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的承載力。但是，應(yīng)該注意的是，在使用地面替換墊設(shè)計時，設(shè)計人員還需要更改地面替換層的厚度。保證科學(xué)計算后的數(shù)據(jù)得承重力的準確性、可行性、可靠性和安全性。最后在計算項目結(jié)構(gòu)的承重力時，在最大程度上確保整體項目的安全[5]。

3.2 科學(xué)設(shè)計承重柱截面

建筑物的整體承重力最重要的就是承重柱，所以在建設(shè)單位設(shè)計的過程中，必須合理的設(shè)計截面。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，正確計算承重柱的受力情況，并要按規(guī)定減少承重。最后確定承重柱的受重力。對于承重柱，隨著橫截面積的增加，它將增加添加物的承載能力，但也會增加整體結(jié)構(gòu)重量，這不僅增加了建造成本，而且還對設(shè)計師的綜合素質(zhì)水平要求達標。因此，在設(shè)計承重柱截面時，要在保證項目整體結(jié)構(gòu)安全性能的基礎(chǔ)上考慮因此而發(fā)生的相關(guān)成本[6]。

3.3 合理設(shè)計挑梁承重

由于挑梁在結(jié)構(gòu)中是非常重要的，其工作狀態(tài)的也是相對復(fù)雜的。因此要設(shè)計必須規(guī)范合理，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)具有足夠的安全度。對挑梁加固可以有效保證工程質(zhì)量。如外包碳纖維加固，碳纖維加固技術(shù)是近幾年興起的建筑領(lǐng)域的新型技術(shù)。碳纖維加固方法與外包鋼類似，它比外包鋼更加簡便，而且方便運輸，外在的環(huán)境因素對它幾乎不會產(chǎn)生腐蝕作用。不過從經(jīng)濟學(xué)角度來說，它比外包鋼成本略高一些。

3.4 驗證每個參數(shù)的含義

土木工程施工結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作與參數(shù)密切相關(guān)。有時看似微不足道的參數(shù)可能會對設(shè)計產(chǎn)生重大影響。此外，在建筑行業(yè)中很難確定某些專業(yè)術(shù)語。如果建筑結(jié)構(gòu)的建筑師沒有正確地進行工作并且不認真理解每個參數(shù)背后的含義，那么很容易出現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量低的問題，這會大大增加設(shè)計成本。從理論上講，每個參數(shù)都沒有明確的界限，但是在建筑工程設(shè)計的特定環(huán)節(jié)中，每個參數(shù)必須定義實際和有效的定義，以避免重復(fù)設(shè)計。

3.5 加強溝通和交流

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作之前，土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)與投資者進行有效的溝通和交流。在與投資者進行具體溝通的過程中，我們必須弄清設(shè)計方向，掌握建設(shè)項目的具體設(shè)計要求，最大程度地滿足客戶需求。同時，設(shè)計師應(yīng)主動向投資者詢問其聯(lián)系方式。當(dāng)建設(shè)項目發(fā)生重大變化時，應(yīng)及時征詢他們的意見，以免對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計造成盲目性。設(shè)計人員必須充分了解該建筑項目的基礎(chǔ)，在此之前必須了解該區(qū)域的基本用途，并了解整個建筑工地的地面條件。設(shè)計師是整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計項目的主要負責(zé)人。為了最大程度地發(fā)揮工作潛力，設(shè)計師應(yīng)定期召開不同建筑部門的會議，闡明不同部門的不同工作職責(zé)，并確定部門之間的工作。避免重復(fù)工作內(nèi)容，并盡可能提高設(shè)計質(zhì)量和工作效率[7]。

3.6 抗震設(shè)計中的優(yōu)化

在民用建筑抗震設(shè)計過程中，應(yīng)注意設(shè)計過程中計算數(shù)據(jù)的準確性，以確保承重柱的截面面積達到一定的標準，在施工前必須進行標準和預(yù)應(yīng)力測試，以確保它可以承受一定量的外界作用力。其次，在設(shè)計過程中，必須保證立柱，剪力墻和立柱之間保持一定的平衡，在設(shè)計過程中避免過強的剛度，并具有一定的能力。可以根據(jù)外力調(diào)整自身的承載能力，有效保護剪力墻，提高建筑物本身的抗震能力。另外，應(yīng)按照國家標準規(guī)定的抗震等級進行設(shè)計。在實際的設(shè)計過程中，由于環(huán)境工程和外力的影響，一般來說，地震等級要高于規(guī)定的標準，以確保建筑物的適用性，還要保證相應(yīng)的易用性和承載能力，要求設(shè)計人員在設(shè)計過程中注意與鋼筋的結(jié)構(gòu)比以及鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生的作用力，以便確?？拐鸢踩挠行訹8]。

3.7 合理應(yīng)用信息模型技術(shù)

3.7.1 縮短工期

可以通過加強團隊合作、改善傳統(tǒng)的項目管理模式、實現(xiàn)場外預(yù)制、縮短訂貨至交貨之間的空白時間,這樣大大的縮短了工期；

3.7.2 更加可靠與準確的項目預(yù)算

基于信息化技術(shù)的合理應(yīng)用可以使預(yù)算更加準確、且節(jié)省了大量時間；

3.7.3 提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本

由于利用信息模型技術(shù)可大大加強各參與方的協(xié)作與信息交流的有效性，可以在短時間減少了返工的次數(shù)，信息技術(shù)模型參數(shù)模型作為施工文件，有效地提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了生產(chǎn)成本;

3.7.4 高性能的項目結(jié)果

信息模型技術(shù)所輸出的可視化效果可以為業(yè)主提供了一個更直觀的視角和平臺，南昌且利用該技術(shù)可實現(xiàn)能耗與可持續(xù)發(fā)展設(shè)計，為提高建筑物性能提供了必要的技術(shù)手段；

3.7.5 有助于項目的創(chuàng)新性與先進性

信息模型技術(shù)可以實現(xiàn)對傳統(tǒng)項目管理模式的優(yōu)化，如一體化項目管理模式下，各參與方早期參與設(shè)計模式有利于吸取先進技術(shù)與經(jīng)驗、實現(xiàn)項目創(chuàng)新性；

3.7.6 方便設(shè)備管理與維護

利用信息模型技術(shù)可直觀的看到竣工模型，更直接的看到最終的效果，而且它還可以作為設(shè)備管理與維護的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計人員可以從不同的角度入手，全面提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計果。

4 結(jié)束語

綜上所述，在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，合理應(yīng)用信息建筑模型技術(shù)的發(fā)展可以顯著提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性，并提高質(zhì)量、效率和完整性。對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的顯著改進，同時還能夠最大程度地減少和控制結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤的可能性，從而減輕了設(shè)計師的設(shè)計工作量。此外，信息模型技術(shù)開發(fā)的合理應(yīng)用可以更好地滿足建筑結(jié)構(gòu)及時設(shè)計的實際要求，這需設(shè)計師具有扎實的技術(shù)應(yīng)用能力和設(shè)計素質(zhì)。未來，我們需要高度重視人才的培養(yǎng)，以便最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)的長期增長[9]。