加強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的措施討論

王葉青 山西宏廈建筑工程第三有限公司

1 對(duì)土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的意義

工程設(shè)計(jì)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(lái)的成本的投入。優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)，建設(shè)多層住宅和高層住宅的時(shí)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(huì)不斷地增加，地基和墻面的承重力增加，所需要的水電管道和勞動(dòng)力都會(huì)相應(yīng)地增加。所以，在工程施工項(xiàng)目中，合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，可以為土木工程建設(shè)項(xiàng)目提供了更多的有效運(yùn)用率，也可以確保建筑工程的施工質(zhì)量達(dá)到的預(yù)定的狀態(tài)。也是提高了施工企業(yè)的利潤(rùn)，也為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了有效的措施。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征

較比其他工程而言，土木工程項(xiàng)目通常為較為龐大的項(xiàng)目工程，與其他建筑類型項(xiàng)目存在了一定的差異化，在安全性方面所表現(xiàn)也不相同，不僅需要高質(zhì)量的材料，同時(shí)還要牢固的建筑物維持，且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分做好預(yù)防災(zāi)害的基礎(chǔ)，其中，不僅針對(duì)了自然性災(zāi)害，同時(shí)還包括了人為災(zāi)害。

此外，土木工程建設(shè)運(yùn)用的材料較為普通，在資金充足的條件下，可選用較為新穎的材料。土木工程涉及的鋼筋、沙石等材料很容易獲得，且材料的市場(chǎng)較大，因此價(jià)格較為可觀。

3 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題分析

3.1 牢固性不夠

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的牢固性對(duì)建筑質(zhì)量的整體安全有著較為關(guān)鍵的影響。隨著我國(guó)社會(huì)建設(shè)的高速變革，土木工程設(shè)計(jì)較差的牢固性已成為影響土木工程結(jié)構(gòu)安全的主要因素，是現(xiàn)階段土木設(shè)計(jì)面臨的重要課題。

雖然部分結(jié)構(gòu)的牢固性在一定程度上不會(huì)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重危害，但如出現(xiàn)特殊事故，局部的不穩(wěn)定，就會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的安全性受到影響。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，普遍存在著牢固性較差的問題。此外，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，混淆構(gòu)造柱以及承重柱會(huì)帶來(lái)較大的安全事故。

3.2 結(jié)構(gòu)布局不合理

為了保障土木工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中需要對(duì)影響施工的因素進(jìn)行科學(xué)的分析，優(yōu)化整體土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)土木工程整體的穩(wěn)定性。但是，在實(shí)際的調(diào)查研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一些設(shè)計(jì)人員在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作時(shí)，過(guò)度追求土木工程的美觀性，輕視了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要性；更有一些設(shè)計(jì)人員一味追求土木工程面積的擴(kuò)大，縮減了承重墻的尺寸，這都導(dǎo)致了土木工程的抗震等級(jí)不達(dá)標(biāo)，影響了土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。

4 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全優(yōu)化

4.1 優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)整體

在建筑物的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)化建筑物的安全性必須做整體考量。地基是建筑安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。地基結(jié)構(gòu)的好壞不僅影響造價(jià)和工程進(jìn)度，更直接關(guān)系到建筑整體結(jié)構(gòu)好壞，地基安全性不好，會(huì)引起無(wú)法估量的嚴(yán)重后果和損失。地基在建筑物荷載作用下的容許承載力必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)不同的建筑荷載大小、地質(zhì)情況空間分布、水文及災(zāi)害的情況來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加建筑總體的穩(wěn)定性、安全性。

建筑上部結(jié)構(gòu)是滿足建筑使用人員、財(cái)產(chǎn)安置、功能使用的重要部分，是整個(gè)建筑中的關(guān)鍵部分。對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可做多重考慮。優(yōu)化前期概念設(shè)計(jì)，前期設(shè)計(jì)起著先導(dǎo)作用，針對(duì)細(xì)部進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)完整的、全盤的概念設(shè)計(jì)，為之后的計(jì)算、造價(jià)、建造等環(huán)節(jié)打下良好的基礎(chǔ)。優(yōu)化設(shè)計(jì)概念與建筑建造之間的融合，根據(jù)實(shí)際情況因地制宜針對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)落地能真正實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度與承受性能，增強(qiáng)準(zhǔn)確性，一定程度上提高建筑的質(zhì)量與安全性。

4.2 優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)與剪力墻

框架是建筑結(jié)構(gòu)的骨骼，是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中常見的形式，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是建筑施工中常常采用的形式。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，要綜合考量，多層面分析?？蚣芘c剪力墻之間剛度、承載力、變形都需要具體問題具體分析，彼此匹配，做到最優(yōu)設(shè)計(jì)。在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行計(jì)算與分析，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化處理決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞。

結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，科學(xué)合理優(yōu)化剪力墻的質(zhì)量與數(shù)量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了完善框架和剪力墻體系，在保持剪力墻重心穩(wěn)定的情況下，經(jīng)過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適當(dāng)使用剪力墻的數(shù)量，可酌情減少剪力墻，以此來(lái)優(yōu)化建筑整體的抗震性，可以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)面對(duì)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的抵抗能力。

短肢剪力墻相比于框架結(jié)構(gòu)，在剛度、內(nèi)力分配、荷載上更合理均勻，而且變形時(shí)候的豎向位移差也相對(duì)比較小。短肢剪力墻一般有利于進(jìn)行建筑布置、減輕結(jié)構(gòu)自重的特點(diǎn)。所以短肢剪力墻適合廣泛用于現(xiàn)代化住宅建設(shè)，同時(shí)短肢剪力墻也存在抗震性較差的特點(diǎn)，不常應(yīng)用于地震災(zāi)害高發(fā)區(qū)。

4.3 科學(xué)計(jì)算主體承重柱分布

承重柱直接影響土木工程結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，根據(jù)詳細(xì)土木工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際數(shù)據(jù)，科學(xué)地計(jì)算出主體承重柱的尺寸，結(jié)合土木工程物的質(zhì)量分布情況，制定承重柱的具體分布數(shù)量。如：某高層或超高層寫字樓，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)分析，建議用平板式筏形的基礎(chǔ)架構(gòu)，土木工程標(biāo)準(zhǔn)層建議設(shè)計(jì)為普通的框架梁結(jié)合現(xiàn)澆的空心板結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合框架與核心筒，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般采用的是立面和平面相結(jié)合的規(guī)則，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)多是立面和平面相結(jié)合的規(guī)則。

而基礎(chǔ)多是天然的樁基。若發(fā)現(xiàn)土木工程混凝土的折算厚度較大，會(huì)影響配筋量，且會(huì)加大自重，進(jìn)而造成主樓板、筏板的基礎(chǔ)承載力不足等后果。若梁截面較大或者是板較厚，則沒有很好地落實(shí)經(jīng)濟(jì)效益，不利于墻柱弱梁功能的實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)自重也會(huì)受到影響，地震力受到加強(qiáng)，豎向構(gòu)件安全性較低。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，核心筒剪力墻內(nèi)隔墻的受力偏小，則在設(shè)計(jì)上相應(yīng)的厚度也會(huì)偏大。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，側(cè)重“以柔克剛”方式，但是需要保障各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。自重增加的原因有很多，科學(xué)計(jì)算主體的承重分布顯得尤為重要。

4.4 軟土處理

在西北濕陷性黃土地區(qū)，由于濕陷性黃土的特殊結(jié)構(gòu)，使其遇水后出現(xiàn)明顯的沉降，而且隨著時(shí)間的推移和浸水深度的增加，其沉降深度也在不斷增加。這是導(dǎo)致土木工程踏步、殘疾人坡道和周圍散水下沉、拉裂的最主要原因；其次是周圍回填土處理不到位。

由于周圍散水和踏步的下沉，表面上看起來(lái)非常明顯，使得大部分非土木工程行業(yè)的人員將其與土木工程基礎(chǔ)相聯(lián)系，認(rèn)為土木工程是不是出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題，甚至認(rèn)為土木工程整體有垮塌的危險(xiǎn)，這造成了很多不必要的麻煩和恐慌。

為解決這類問題，建筑人一直在探索，如增加散水寬度、在散水周圍增加一圈排水溝、加深周圍回填土地基處理深度等方法。但最可靠的辦法是將散水和踏步與結(jié)構(gòu)主體相連接，形成整體，同時(shí)與其他措施相結(jié)合，必要時(shí)，對(duì)于比較大的踏步和殘疾人坡道可設(shè)計(jì)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。如此多管齊下，才能一勞永逸。

4.5 優(yōu)化柱箍筋間距和框架梁

針對(duì)不同的抗震等級(jí)框架梁，柱箍筋的加密區(qū)最大和最小之間的距離需明確規(guī)定，按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，土木工程施工取值上，梁和柱箍筋的加密區(qū)的間距是100mm，非加密區(qū)的柱箍筋最大間距是其二倍。相比較來(lái)說(shuō)，電算程度規(guī)定的梁和柱箍筋的加密區(qū)間距是100mm，按照此項(xiàng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定柱箍筋的面積。

相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)確定肢數(shù)和柱箍筋直徑。但是，需要強(qiáng)調(diào)的是，程序內(nèi)定，框架梁跨中存在次梁或者是荷載集中作用下，兩肢柱箍筋，適當(dāng)?shù)卦黾又拷铋g距及其直徑?？蚣苤膬?nèi)定加密區(qū)柱箍筋是100mm，也可能存在非加密區(qū)的200mm也會(huì)造成配箍的不足問題。

4.6 加大溝通力度

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)土木行業(yè)這幾年爆發(fā)式的發(fā)展，無(wú)論是設(shè)計(jì)、施工還是安裝都呈現(xiàn)了批量化的生產(chǎn)，批量化的生產(chǎn)可以快速提高生產(chǎn)效率，但同樣也存在一些問題。尤其是設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)更明顯。很多新材料、新技術(shù)、新工藝不易融于流水線模式的設(shè)計(jì)中。譬如雨棚設(shè)計(jì)，早期雨棚多為混凝土結(jié)構(gòu)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的混凝土結(jié)構(gòu)雨棚已被輕鋼玻璃雨棚所代替。

設(shè)計(jì)中經(jīng)常標(biāo)注輕鋼玻璃雨棚由專業(yè)廠家設(shè)計(jì)制作，但卻在結(jié)構(gòu)上忽視了玻璃雨棚的著力點(diǎn)，沒有考慮玻璃雨棚斜拉桿所需要的結(jié)構(gòu)梁，或斜拉桿所需結(jié)構(gòu)梁位置偏差較大。這使得后期的施工遇到很多困難。此類問題多與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題后期是最難補(bǔ)救的，因此可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多與其他專業(yè)溝通協(xié)作，盡量將更多問題消滅在設(shè)計(jì)階段。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)的有效性，并提高質(zhì)量、效率和完整性。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的顯著改進(jìn)，同時(shí)還能夠最大限度地減少和控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的可能性，從而減輕了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)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(shí)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，這需設(shè)計(jì)師具有扎實(shí)的技術(shù)應(yīng)用能力和設(shè)計(jì)素質(zhì)。未來(lái)，我們需要高度重視人才的培養(yǎng)，以便最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的長(zhǎng)期增長(zhǎng)。