土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)

王亞妮 煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院

1 前言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的農(nóng)村人口涌入城市，使得城市建筑物規(guī)模與數(shù)量也在不斷擴(kuò)大。同時(shí)隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)于建筑物的要求也逐漸提高，不僅要求其具有較高的質(zhì)量，還要求其具有良好的外觀。在建筑項(xiàng)目實(shí)際施工前，相關(guān)工作人員應(yīng)做好設(shè)計(jì)優(yōu)化，為推動(dòng)建筑項(xiàng)目能夠與時(shí)俱進(jìn)提供良好條件。

基于此，為了滿足社會(huì)群眾日漸提高的建筑美觀需求，相關(guān)開發(fā)設(shè)計(jì)人員不僅僅需要重視建筑的質(zhì)量，更是應(yīng)注重建筑物的風(fēng)格、功能等具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，在保障建筑物質(zhì)量的基礎(chǔ)上，不斷提高建筑美觀效果與功能，從而滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于建筑物的需求。

2 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的開展，需設(shè)計(jì)人員遵循相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，參照設(shè)計(jì)要求開展工作，從而使得建筑質(zhì)量能夠最大程度得到保障。從當(dāng)前土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)規(guī)定來(lái)看，我國(guó)對(duì)此有明確的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，必須嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)要求，進(jìn)而保障建筑設(shè)計(jì)安全性與合理性。

2.1 土建工程安全性能

現(xiàn)階段，越來(lái)越多的人重視精神需求，由此，對(duì)于住宅建筑的美觀性要求逐漸提高。土建工程在具體實(shí)施的任何環(huán)節(jié)，安全性能是根本。對(duì)于建筑使用者而言，建筑物是否具有較高質(zhì)量和安全性，與日后生活密切相關(guān)，且關(guān)系著使用者的人身安全。與此同時(shí)，土建工程建筑的質(zhì)量與安全性，不僅會(huì)對(duì)建筑物的使用壽命產(chǎn)生較大影響，在施工階段還會(huì)影響工作人員的人身安全。為了能夠有效提高土建工程建筑的安全性與質(zhì)量，要求土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格遵守規(guī)范條文，對(duì)工程的各種荷載考慮完善，并對(duì)施工階段可能發(fā)生的危險(xiǎn)點(diǎn)在圖紙上進(jìn)行標(biāo)識(shí)提醒。

比如，易發(fā)生安全事故的地庫(kù)無(wú)梁樓板在施工階段的倒塌，這要求設(shè)計(jì)人員在圖紙上清楚標(biāo)明施工荷載與行車路線。施工之前，對(duì)于超出原設(shè)計(jì)荷載的施工行車道及料場(chǎng)的堆載也要進(jìn)行回頂。很多時(shí)候因場(chǎng)地限制，施工方需要跟甲方與設(shè)計(jì)共同制定更優(yōu)化的回頂方案，同時(shí)節(jié)約工期與人工成本。

2.2 土建工程環(huán)保性

1995年，我國(guó)將可持續(xù)發(fā)展作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，越來(lái)越多的人意識(shí)到環(huán)保的重要性。隨著各種新型環(huán)保技術(shù)的出現(xiàn)，建筑行業(yè)也逐漸向環(huán)保方向發(fā)展。針對(duì)現(xiàn)階段土建工程而言，環(huán)保意識(shí)與環(huán)保程度都不高，大部分施工團(tuán)隊(duì)更加重視施工質(zhì)量等內(nèi)容。由此，為了能夠促使土建工程滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展要求，應(yīng)不斷強(qiáng)化施工團(tuán)隊(duì)的環(huán)保意識(shí)，引導(dǎo)其了解環(huán)保的重要性[1]。

在實(shí)際實(shí)施階段，可從施工材料與設(shè)備入手，對(duì)建筑整體進(jìn)行全面分析，選擇性價(jià)比最優(yōu)施工材料，并保障材料能夠滿足環(huán)保要求。比如建筑內(nèi)隔墻改為預(yù)制ALC板，即能有效節(jié)約人工成本和時(shí)間成本，還具有比傳統(tǒng)砌筑更好的建筑美觀性與環(huán)保性。同時(shí)，重視建筑局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，保障細(xì)節(jié)之處也能夠滿足環(huán)保需求。

2.3 土建工程建筑功能性

社會(huì)的快速進(jìn)步，使人們的物質(zhì)需求得到滿足，而生活水平的不斷提高，使得越來(lái)越多的人追求住所功能性。建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)期間，在滿足建筑物安全性能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)滿足土建工程建筑功能性要求。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在開展土建工程建筑設(shè)計(jì)工作時(shí)，需提前詳細(xì)了解建筑物本身，明確其具體用途，隨后展開科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，不僅充分保障建筑物的功能性，還能夠滿足建筑物使用者的各項(xiàng)合理需求。

3 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

3.1 對(duì)設(shè)計(jì)圖紙缺乏重視

土建工程實(shí)際施工階段，應(yīng)提高對(duì)設(shè)計(jì)工作的重視程度，如若設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)問(wèn)題，不僅影響工程的施工進(jìn)度，更影響建筑的施工質(zhì)量。但是，在實(shí)際過(guò)程中，大部分建設(shè)單位并沒有提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視，沒有意識(shí)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑物的意義，甚至還存在隨意修改設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖形的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)際施工與設(shè)計(jì)圖形存在較大差異，很大程度上延長(zhǎng)了施工周期。而此種情況的發(fā)生，主要是因施工單位缺乏設(shè)計(jì)理念，安全意識(shí)不足。為了趕工期或節(jié)約成本私自修改自認(rèn)為不重要的部分圖紙做法，導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)。如果不能夠徹底有效解決此種問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響施工質(zhì)量與施工安全，阻礙建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)揮有效價(jià)值[2]。

3.2 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏整體性

土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，若設(shè)計(jì)工作人員未對(duì)建筑物實(shí)際情況進(jìn)行綜合全面的評(píng)估分析，就會(huì)影響設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量，甚至還會(huì)出現(xiàn)圖紙與實(shí)際不符的情況，不僅影響施工質(zhì)量，還影響施工進(jìn)程。在實(shí)際開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，要充分滿足建筑結(jié)構(gòu)的完整性，在此基礎(chǔ)靈活使用各種資源。

客觀而言，土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)整體要求相對(duì)較高，若設(shè)計(jì)圖紙未考慮建筑物整體性，在后期施工階段容易出現(xiàn)問(wèn)題或失誤。針對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提前了解建筑物實(shí)際情況，將結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并對(duì)其展開準(zhǔn)確分析。但是，因部分設(shè)計(jì)人員工作經(jīng)驗(yàn)匱乏，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確把控整體建筑的設(shè)計(jì)方向，所以設(shè)計(jì)圖紙中出現(xiàn)較多失誤，進(jìn)而損害建筑物整體穩(wěn)定性與安全性[3]。

3.3 缺乏與實(shí)際情況的有效結(jié)合

施工選址在土建工程實(shí)際施工環(huán)節(jié)中十分關(guān)鍵，選址的不同，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不同。從現(xiàn)階段土建工程建設(shè)實(shí)際狀況來(lái)看，大部分建設(shè)單位重視項(xiàng)目站點(diǎn)工作的開展，了解站點(diǎn)在整體工程中的重要性。但是在實(shí)際選點(diǎn)期間，卻缺乏與技術(shù)人員之間的溝通交流，導(dǎo)致實(shí)際施工階段，往往因選點(diǎn)而引發(fā)安全事故[4]。比如，建設(shè)單位在投標(biāo)時(shí)對(duì)某地段的工程預(yù)算評(píng)估，未提前考察周邊樓盤施工時(shí)遇到的地質(zhì)復(fù)雜情況，導(dǎo)致后期在地下投入的資金遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上?；蚰承┙ㄖ锘驑?gòu)筑物建于危險(xiǎn)邊坡周邊，忽略了對(duì)周邊山體的加固，導(dǎo)致施工階段或施工完成后引發(fā)安全事故。

4 優(yōu)化技術(shù)在土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則

4.1 土建結(jié)構(gòu)耐久性

土建結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工階段，其耐久性會(huì)受到多方面因素的影響，比如，施工材料、施工環(huán)境等。如若實(shí)際施工階段，能夠使用符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的施工材料，可以保障土建結(jié)構(gòu)的耐久性，所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)際人員需要按照工程實(shí)際情況，遵循相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)合理選擇施工材料。

因土建結(jié)構(gòu)的耐久性會(huì)受到施工環(huán)境因素的影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)方案時(shí)，充分考慮建筑生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)條件等內(nèi)容，分析是否存在影響建筑結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)，并及時(shí)采取相應(yīng)防控措施，從而有效減少環(huán)境等因素對(duì)土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害[5]。例如，臨海建筑當(dāng)中，因其空氣中含有大量的氯離子，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)考慮此因素，制定出防止氯離子侵蝕建筑的控制措施，進(jìn)一步提高建筑的耐久性。

4.2 土建結(jié)構(gòu)疲勞荷載作用下的應(yīng)對(duì)

土建結(jié)構(gòu)需具有良好的穩(wěn)定性，才能夠承受各類活荷載作用，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)活荷載作用對(duì)土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響進(jìn)行全面考慮?？陀^而言，活荷載能夠?qū)ν两ńY(jié)構(gòu)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的影響，主要因其會(huì)持續(xù)性作用于土建結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生變化應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)土建結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)震動(dòng)，甚至于損害其結(jié)構(gòu)，使其出現(xiàn)疲勞損傷，長(zhǎng)此以往，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成極為嚴(yán)重的破壞。

從當(dāng)前土建結(jié)構(gòu)的具體使用情況來(lái)看，大部分土建材料的均勻性與連續(xù)性都相對(duì)較弱，由此在實(shí)際施工環(huán)節(jié)中，受活荷載作用，土建結(jié)構(gòu)內(nèi)部不斷發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)擴(kuò)大情況以至影響土建結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。如果在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)未重視活荷載作用，后續(xù)施工中肯定會(huì)受此問(wèn)題影響，進(jìn)而降低建筑工程的安全穩(wěn)定性能[6]。

由此，在研究疲勞荷載問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該在考慮整體的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析如何應(yīng)對(duì)關(guān)鍵部件的抗疲勞荷載作用，并提前做好應(yīng)對(duì)措施，為保障土建結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性奠定良好基礎(chǔ)。

5 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)策略

5.1 優(yōu)化土建工程整體和局部

土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)考慮建筑物的整體與局部，最終確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較高合理性與安全性。實(shí)際工程中經(jīng)常遇到地庫(kù)與塔樓的結(jié)合、主體采用混凝土局部采用鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)合等案例，所以土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案相對(duì)較為復(fù)雜，對(duì)此，設(shè)計(jì)人員需要在保障整體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，考慮優(yōu)化局部細(xì)節(jié)，根據(jù)建筑物的不同用途，結(jié)合其具體要求，對(duì)建筑物局部不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終促使土建工程能夠最大程度上發(fā)揮出其效用。

5.2 優(yōu)化土建結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)土建工程結(jié)構(gòu)時(shí)，通常會(huì)面臨著多種選擇，而在分析設(shè)計(jì)方案時(shí)，相應(yīng)材料參數(shù)與荷載取值都需要做相應(yīng)的改變。針對(duì)此，設(shè)計(jì)人員需對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行靈活選擇，根據(jù)建筑實(shí)際狀況，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，深入分析施工情況，準(zhǔn)確判斷方案是否合理。而設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則的基礎(chǔ)上，深入分析土建工程設(shè)計(jì)方案，從中選擇出最優(yōu)、最合理的方案，確保土建工程后續(xù)施工順利[7]。

比如在大于8 度的高烈度震區(qū)設(shè)計(jì)高于4 層的住宅，若采用磚混結(jié)構(gòu)按照GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》要求，所采用的抗震措施綜合算下來(lái)不如采用框架結(jié)構(gòu)節(jié)約；高層民用住宅中經(jīng)過(guò)對(duì)剪力墻的優(yōu)化布置，可以減輕上部自重，優(yōu)化地震力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)，節(jié)約混凝土與鋼筋量；根據(jù)地質(zhì)情況和結(jié)構(gòu)布局選用更合適的基礎(chǔ)方案；再比如某些建筑的構(gòu)架裝飾部分，若采用預(yù)制結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，會(huì)比混凝土結(jié)構(gòu)在建筑造型的實(shí)現(xiàn)上有更大的發(fā)揮空間，某些復(fù)雜的線腳如果可以用建筑材料實(shí)現(xiàn)，也可以更好地減少施工成本和施工困難等。這些在前期的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化占有很重要的地位。

5.3 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)處理

一般而言，土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為保障建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定安全，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)還要進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，但這兩種設(shè)計(jì)都面臨著眾多選擇形式。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員需明確這兩種設(shè)計(jì)的根本都是為保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低外界眾多因素對(duì)建筑物造成的損傷，避免化學(xué)物質(zhì)對(duì)土建工程建筑內(nèi)部受到侵蝕。在此過(guò)程中，房屋結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員在考慮外界環(huán)境影響因素的基礎(chǔ)上，還需要綜合考慮任何可能影響土建工程結(jié)構(gòu)的因素，并結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境，制定相應(yīng)控制措施。

當(dāng)土建工程施工階段，遇到地震，會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，并且地震因素也屬于不可控因素。針對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要對(duì)此類不可控因素考慮分析，提前做好預(yù)防工作，進(jìn)一步提高土建工程建筑物內(nèi)部的抗震性與穩(wěn)定性，從根本上解決地震因素對(duì)房屋造成的不利影響。具體措施包括：在設(shè)計(jì)方案中加入延性設(shè)計(jì)，從而有效減少地震對(duì)土建房屋造成的傷害，確保房屋穩(wěn)定性；增加抗震設(shè)計(jì)，最大程度上降低地震對(duì)房屋產(chǎn)生的損害等多種方法。實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件、地理位置等因素合理選擇預(yù)防方案。

5.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)用性與藝術(shù)性

為滿足建筑使用者對(duì)建筑外觀與內(nèi)部功能的要求，可在方案中融入多種風(fēng)格，促使建筑物更具美觀性與藝術(shù)性。但值得注意的是，設(shè)計(jì)人員首要考慮的是建筑物的安全性與穩(wěn)定性，其次才是建筑物的藝術(shù)性與美觀性。并且，在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還要考慮建筑物的使用壽命，應(yīng)盡力減少建筑質(zhì)量同建筑剛度之間的差異，充分保障土建工程建筑質(zhì)量。

如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，碰到結(jié)構(gòu)為豎向布局，可將土建工程建筑的功能性作為首要考慮內(nèi)容，確保建筑內(nèi)部豎向承重構(gòu)件能夠保持上下貫通，更好地維持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；如果條件允許，設(shè)計(jì)人員還可靈活利用轉(zhuǎn)換層，以此降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，并幫助建設(shè)單位控制項(xiàng)目成本，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，人們對(duì)建筑房屋要求不斷提高，促使土建工程行業(yè)也在不斷提高標(biāo)準(zhǔn)要求，這對(duì)于土建工程行業(yè)而言，既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。對(duì)此，土建工程行業(yè)為更好長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展進(jìn)步，需要不斷優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求，滿足群眾對(duì)于房屋建筑的要求。

在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需不斷強(qiáng)化自身技能水平，靈活應(yīng)用設(shè)計(jì)方式，結(jié)合實(shí)際建筑工程項(xiàng)目，不斷優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案，在保障建筑質(zhì)量與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，提高工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用能力。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)提前明確設(shè)計(jì)原則，掌握優(yōu)化方向，從多角度入手，合理優(yōu)化土建工程結(jié)構(gòu)，有效確保土建工程整體質(zhì)量。