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

尹瑤宗 山東電力建設(shè)第三工程有限公司

1 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，建筑工程事業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展。目前，建筑工程項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，項(xiàng)目規(guī)模也不斷地?cái)U(kuò)大，人們對(duì)建筑工程質(zhì)量提出了更高的要求。建筑企業(yè)為了在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲取更多的市場(chǎng)份額，必須加強(qiáng)建筑工程施工質(zhì)量管理，重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程施工中的重要組成部分，必須予以高度重視，針對(duì)當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，實(shí)施有效措施，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保障建筑工程施工質(zhì)量。

2 探討優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

2.1 有效提升建筑材料的利用效率

為了獲得更豐富的經(jīng)濟(jì)效益，在保障房屋建筑質(zhì)量的前提下，需要通過(guò)開(kāi)展科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)有效地節(jié)約資金，提高資金的利用效率。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際操作來(lái)看，結(jié)構(gòu)性能良好的方案所使用的結(jié)構(gòu)材料并不一定是價(jià)格最高的，性價(jià)比高的材料也能夠發(fā)揮出最佳的結(jié)構(gòu)性能。這就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要把提升材料利用率作為工作重點(diǎn)。

設(shè)計(jì)人員要通過(guò)綜合應(yīng)用各種新型材料。例如：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等新型的建筑材料，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和最終效果。新型材料在許多方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，如鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性、抗壓強(qiáng)度、抗變形能力方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。鋼管和混凝土材料的有機(jī)結(jié)合，能夠大大提升該材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過(guò)充分、高效的利用鋼管對(duì)混凝土的作用，使該結(jié)構(gòu)呈三向受壓的狀態(tài)，進(jìn)而顯著提升該材料結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度。

相較于普通的鋼管結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土能夠在其自重和承載力保持一致的前提下，有效節(jié)省將近一半的鋼材，能夠很好地簡(jiǎn)化原本需要實(shí)施的焊接工序，減少工作人員的工作任務(wù)量。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與混凝土相比，能夠減少將近一半的構(gòu)件截面面積，相應(yīng)的就減少一半左右的材料用量。能夠在有效節(jié)省材料的同時(shí)，提升材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，大大提升材料的利用率，在保障建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，還能夠有效地控制工程項(xiàng)目成本，提升材料的利用率。

2.2 推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性的提升

隨著高層建筑數(shù)量的增加，建筑墻體和柱的面積也在不斷地?cái)U(kuò)大，建筑結(jié)構(gòu)的自重不斷增大，各種管線鋪設(shè)的長(zhǎng)度也越來(lái)越長(zhǎng)。也就是說(shuō)，如果建筑的層高降低，所使用的建筑材料也會(huì)相應(yīng)地減少，還能夠有效提升建筑的抗震性。如果建筑的高度降低，兩棟建筑之間的日照距離也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變，最終有效地減少用地面積。如果建筑面積相同，采用接近于方形的形狀，相對(duì)的能夠減少房屋建筑外墻的周長(zhǎng)系數(shù)，就能夠減少建筑基礎(chǔ)裝修和建筑內(nèi)表面和外表面的裝修，進(jìn)而有效地推動(dòng)房屋建筑經(jīng)濟(jì)性的提升。合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠從整體上節(jié)省房屋建筑工程造價(jià)，為建筑工程企業(yè)爭(zhēng)取更多的經(jīng)濟(jì)效益。

3 簡(jiǎn)要概述現(xiàn)階段房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容不夠完善、詳盡

房屋建筑工程建設(shè)離不開(kāi)圖紙，設(shè)計(jì)圖紙是開(kāi)展房屋建筑項(xiàng)目工程建設(shè)必不可少的要素之一。開(kāi)展房屋建筑工程項(xiàng)目施工的各個(gè)步驟、各個(gè)環(huán)節(jié)，都需要圖紙作為參考和引導(dǎo)。只有設(shè)計(jì)完善、詳細(xì)、科學(xué)的結(jié)構(gòu)圖紙，才能夠?yàn)楹罄m(xù)開(kāi)展項(xiàng)目施工提供便利支撐，從而有效避免后續(xù)施工出現(xiàn)不必要的變更、修改的問(wèn)題。但是，現(xiàn)階段部分單位設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖紙并不詳盡，許多細(xì)節(jié)并未落實(shí)到位，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型、抗震等級(jí)要求并未按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)標(biāo)明，也沒(méi)有詳細(xì)的列舉有關(guān)墻體材料類(lèi)型的內(nèi)容。由于一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的專業(yè)性不強(qiáng)，未能按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行科學(xué)、合理的圖紙繪制，圖紙中所涉及的內(nèi)容標(biāo)識(shí)不清晰，內(nèi)容不準(zhǔn)確，給房屋建筑施工造成了嚴(yán)重的消極影響，成為引發(fā)安全事故問(wèn)題的導(dǎo)火索。

3.2 房屋工程在建筑結(jié)構(gòu)方面容易出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

對(duì)于房屋工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需與技術(shù)人員從建筑學(xué)與力學(xué)、設(shè)計(jì)美學(xué)等方面進(jìn)行全方位分析，并對(duì)該領(lǐng)域中容易造成結(jié)構(gòu)問(wèn)題的因素進(jìn)行集中總結(jié)，這種方式能夠在很大程度上提高建筑物的整體質(zhì)量和安全穩(wěn)定性，同時(shí)，此環(huán)節(jié)也會(huì)涉及許多復(fù)雜的工程內(nèi)容。

3.2.1 地基方面

地基問(wèn)題的出現(xiàn)，通常會(huì)涉及具有一定的復(fù)雜流程且操作難度大的部分，例如地質(zhì)地形的勘察、地基加固方式的選擇，都會(huì)涉及大量的設(shè)計(jì)參數(shù)。

首先，地基問(wèn)題通常是在房屋工程建設(shè)的最初始階段，施工部門(mén)并沒(méi)有接收到詳細(xì)的地質(zhì)勘察報(bào)告或相關(guān)的地質(zhì)信息，并主要通過(guò)口述、傳達(dá)經(jīng)驗(yàn)等方式進(jìn)行報(bào)告，專業(yè)含量較低，這會(huì)在很大程度上造成地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的缺失，進(jìn)而在施工過(guò)程中無(wú)法保障其施工數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。在缺少各類(lèi)數(shù)據(jù)的情況下，若直接設(shè)計(jì)施工圖，這種方式會(huì)使得部分施工細(xì)節(jié)無(wú)法得到處理，并形成相應(yīng)的質(zhì)量或安全隱患，造成工程事故的發(fā)生。

其次，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)對(duì)地基的耐力承受值進(jìn)行一定程度的降低，但事實(shí)是，僅依靠降低地基承受值進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)法全面保障施工安全，建筑工程還涉及其他數(shù)據(jù)和指標(biāo)，例如土質(zhì)力學(xué)以及地下水的化學(xué)含量、地表淺層容易出現(xiàn)的應(yīng)力變化程度等方面。

最后，在軟基的處理方面，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)選用更換土墊層的方式進(jìn)行，但對(duì)并土墊層的設(shè)計(jì)有所缺失，無(wú)法確保土墊層的厚度與寬度，這在一定程度上形成了安全質(zhì)量隱患。

3.2.2 樓板方面

樓板起到的作用對(duì)于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性而言非常的重要，樓板的受力程度與建筑物的實(shí)際承載有很大的聯(lián)系，同時(shí)，樓板的設(shè)計(jì)也與墻面、梁體、柱體的具體設(shè)置情況有關(guān)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)突出樓板的整體性。若設(shè)計(jì)人員只將樓板承載力作為實(shí)際出發(fā)點(diǎn)，忽略樓板與其他元素之間的整體性聯(lián)系，這種方式將無(wú)法滿足建筑結(jié)構(gòu)的基本承載需求，經(jīng)過(guò)時(shí)間的催化后，樓板會(huì)出現(xiàn)一定的裂縫問(wèn)題，并增多其他的工程安全隱患。

在房屋工程的建設(shè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需考慮的第一要素應(yīng)是建筑物的整體安全性和穩(wěn)定性，其他的功能建設(shè)應(yīng)在確保這兩方面達(dá)到規(guī)范要求后再進(jìn)行建設(shè)。建筑的穩(wěn)定性十分重要，只有確保建筑物的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，才能以此為基礎(chǔ)展開(kāi)后續(xù)的施工作業(yè)，并確保施工質(zhì)量和工期。還有，在樓板出現(xiàn)變形情況的可能性預(yù)判方面，若相關(guān)設(shè)計(jì)人員在此環(huán)節(jié)僅依靠自身經(jīng)驗(yàn)，并簡(jiǎn)化應(yīng)用的數(shù)據(jù)計(jì)算流程，那么樓板產(chǎn)生形變量的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，進(jìn)而影響施工效率和施工質(zhì)量。

3.2.3 梁體方面

在房屋建筑工程中，梁體的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量會(huì)對(duì)整個(gè)建筑工程的使用質(zhì)量和安全穩(wěn)定性產(chǎn)生非常明顯的影響作用，其中，梁高與連續(xù)梁之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，針對(duì)建筑內(nèi)梁高過(guò)小的情況，若相關(guān)設(shè)計(jì)人員只重視梁體的承受力和剛度方面，在一段使用時(shí)間過(guò)后，梁體的穩(wěn)定性就會(huì)出現(xiàn)一定問(wèn)題，并且梁的撓度會(huì)呈比例增大，形變到一定程度后梁體會(huì)出現(xiàn)裂紋，并且此裂紋會(huì)不斷擴(kuò)張，降低房屋的使用安全性。

在連續(xù)梁的設(shè)計(jì)方面，相關(guān)設(shè)計(jì)人員通常會(huì)忽略邊梁的實(shí)際負(fù)荷量，并將連續(xù)梁的負(fù)筋配筋量降低。在綜合作用下，這種情況會(huì)促使梁體的受拉區(qū)域出現(xiàn)裂紋。邊梁部分的承載情況通常會(huì)受到溫差影響，若溫差過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的梁體收縮或拉伸情況，并加劇了此前留下的裂紋，增加建筑工程的使用風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.4 框架方面

框架的設(shè)計(jì)主要涉及兩個(gè)部分，分別為橫向框架和縱向框架，而當(dāng)前建筑工程設(shè)計(jì)人員通常注重橫向框架的設(shè)計(jì)，十分缺少對(duì)縱向框架設(shè)計(jì)的考慮。就目前建筑樓梯的抗震效果而言，通常會(huì)以主軸方向?yàn)橹髡归_(kāi)設(shè)計(jì)，而在抗震作用下，其框架的承受對(duì)象來(lái)自各類(lèi)構(gòu)件，這種情況能夠促使震動(dòng)效果能夠被分散并將其承載減輕。

所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)不同方向的框架進(jìn)行合理規(guī)劃，但目前許多設(shè)計(jì)人員無(wú)法對(duì)框架的兩種情況進(jìn)行等量討論。設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)框架的縱筋與箍筋的實(shí)際配比進(jìn)行精準(zhǔn)分析并考量，若設(shè)計(jì)內(nèi)容無(wú)法符合實(shí)際構(gòu)造需求，這會(huì)在很大程度上影響結(jié)構(gòu)的抗震性。

3.2.5 構(gòu)造柱與承受柱方面

具體到構(gòu)造柱與承重柱方面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需對(duì)這兩個(gè)部分的結(jié)構(gòu)有一定的認(rèn)知，并明確這兩方面的實(shí)際承載情況。其中，承重柱的作用非常重要，不論是在平層還是低層建筑結(jié)構(gòu)?；诖?，設(shè)計(jì)人員需將承重柱的承載原理明確，優(yōu)先設(shè)計(jì)承重柱。在構(gòu)造柱與承受柱方面的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)階段的建筑設(shè)計(jì)人員通常會(huì)對(duì)構(gòu)造柱作為第二承受柱，這會(huì)對(duì)構(gòu)造柱的整體承載情況產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。若構(gòu)造柱承受了額外的承載力，則會(huì)造成構(gòu)造柱受力不均，進(jìn)而造成構(gòu)造柱的約束力較低，在這種情況下，若房屋出現(xiàn)震動(dòng)，那么構(gòu)造柱則無(wú)法承擔(dān)震動(dòng)帶來(lái)的沖擊力，使得房屋工程發(fā)生崩壞。

其次，構(gòu)造柱部分處于地圈梁之中，若沒(méi)有設(shè)置其他的輔助承載機(jī)制，構(gòu)造柱的底部構(gòu)件無(wú)法發(fā)揮力學(xué)中的抗剪切功能以及抗彎功能，若出現(xiàn)地質(zhì)情況的問(wèn)題，墻體則會(huì)由于穩(wěn)定性而形成破裂，使得裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。承重柱的截面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有效高度缺失問(wèn)題，若有效高度不足，承重柱的截面高度則無(wú)法提高，針對(duì)此情況，部分設(shè)計(jì)人員會(huì)相應(yīng)地削減截面高度。但這種方式?jīng)]有考慮到梁柱的剛性作用和效果，無(wú)法達(dá)到房屋工程的基本抗震效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在一定問(wèn)題，需要采取針對(duì)性措施來(lái)加以解決。為保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，應(yīng)做好實(shí)地勘察工作，實(shí)施系統(tǒng)化管理，有效控制各項(xiàng)影響因素。