土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及優(yōu)化措施

賴永俊

國海建設(shè)有限公司 江西 南昌 330200

引言

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展，建筑工程事業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展。目前，建筑工程項目數(shù)量逐漸增多，項目規(guī)模也不斷地擴大，人們對建筑工程質(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競爭中獲取更多的市場份額，就必須加強建筑工程施工質(zhì)量管理，重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程施工中的重要組成部分，必須予以高度重視，針對當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，實施有效措施，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保障建筑工程施工質(zhì)量。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成，包括上部結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計2種。前者涵蓋了框架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等多種類型；后者需要依據(jù)工程地質(zhì)勘察報告中涉及的上部結(jié)構(gòu)類型、上部結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)，驗算地基承載力、基礎(chǔ)內(nèi)力、配筋，確定基礎(chǔ)底面積及必要的構(gòu)造措施。除此之外，在地質(zhì)勘察報告分析過程中，設(shè)計人員還需要清晰判定地質(zhì)資料中對場地的評價、基礎(chǔ)選型的建議，在對場地初步了解的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)剖面圖、各土層物理指標(biāo)，對場地的土層分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及場地穩(wěn)定性、均勻性進行進一步評價，為基礎(chǔ)形式確定以及地基持力層沉降數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)不利地質(zhì)情況分析提供依據(jù)。比如，在地質(zhì)報告中表明“勘察期間見地下水”，若為巖石等不透水土層，且建筑帶地下室，就需要考慮水壓，以避免基坑進水無處排出而導(dǎo)致的一系列問題[1]。

2 優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

2.1 能夠很好地推動建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性的提升

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擴大，建筑結(jié)構(gòu)的自重不斷增大，各種管線鋪設(shè)的長度也越來越長。也就是說，如果建筑的層高降低，所使用的建筑材料也會相應(yīng)地減少，還能夠有效的提升建筑的抗震性。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，相對的能夠減少房屋建筑外墻的周長系數(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，進而有效推動房屋建筑經(jīng)濟性的提升。合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，能夠從整體上節(jié)省房屋建筑工程造價，為建筑工程企業(yè)爭取更多的經(jīng)濟效益。

2.2 能夠降低建筑的成本

建筑工程施工建設(shè)需要投入大量的資金，通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性優(yōu)勢。但從目前來看，不少業(yè)主為了趕工期，往往會對建筑設(shè)計的期限進行嚴格的限制，在時間緊迫的情況下，設(shè)計人員很難保證設(shè)計的精細化，會導(dǎo)致部分結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏合理性和經(jīng)濟性。為了能夠達到降低成本的目的，在鋼筋及其他相關(guān)材料的配置環(huán)節(jié)，通常會采用相關(guān)規(guī)范的最低限制，直接影響結(jié)構(gòu)整體的安全性。從結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的角度出發(fā)，必須借助先進的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法，做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化和調(diào)整，在保證安全、適用的同時，實現(xiàn)技術(shù)先進、經(jīng)濟合理和施工便捷的目的。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅可以節(jié)約成本，還可以通過優(yōu)化設(shè)計的方式來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性.

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題

3.1 未進行抗震設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，忽視了抗震設(shè)計環(huán)節(jié)，影響了建筑結(jié)構(gòu)整體安全性：①未對建筑物抗震構(gòu)件進行科學(xué)分析和計算，以致建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能達不到規(guī)定標(biāo)準；②在設(shè)計時沒從整體上綜合考慮，致使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙存在問題，難以保障建筑結(jié)構(gòu)承載力；③在設(shè)計過程中，未選擇合適的施工材料，計算建筑荷載取值時存在誤差，導(dǎo)致最終設(shè)計結(jié)果不符合相關(guān)要求，建筑結(jié)構(gòu)缺乏安全性[2]。

3.2 圖紙的信息表達不清晰

資料圖紙的信息不清晰主要體現(xiàn)在這些方面：首先，圖紙資料的細節(jié)上存在問題，有關(guān)的信息說明不夠準確和具體，具有含糊其辭的特點，這將會給施工工作產(chǎn)生不利影響。比方說，測量部門不是統(tǒng)一的，數(shù)值的計算大大超過實際結(jié)果。第二，圖紙信息和實際的結(jié)構(gòu)情況不一樣，因為設(shè)計人員自身的問題，圖紙中的信息在設(shè)計的時候沒有將重要信息表達出來，或者是表達的信息不清晰和準確。我們知道，不精準的圖紙信息將會影響施工工作的順利開展，還會加劇建設(shè)的經(jīng)費，從而出現(xiàn)一些安全問題，并產(chǎn)生不可預(yù)計的后果。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，沒有考慮建筑物抗震設(shè)計，也沒有檢測建筑物的抗壓能力，缺乏有效的監(jiān)測工作，部分設(shè)計人員僅憑個人經(jīng)驗來進行設(shè)計，卻未能做到因地制宜，具體問題具體分析。在進行建筑物框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，只關(guān)注于橫向的框架設(shè)計，忽視了縱向框架設(shè)計，難以保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

3.4 房屋建筑基礎(chǔ)選型不夠合理

房屋建筑的功能性固然重要，但也絕不能忽視其安全性。提升房屋建筑的安全水平，需要有關(guān)人員從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中著手，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。建筑工程的安全水平受到多個方面因素的影響，例如建筑結(jié)構(gòu)選型科學(xué)與否、使用材料是否符合規(guī)范標(biāo)準要求、建筑結(jié)構(gòu)的承載性是否符合標(biāo)準，等等。然而現(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)存在明顯的基礎(chǔ)選型不合理的問題，房屋建筑承載性不能符合標(biāo)準要求，房屋建筑施工基礎(chǔ)差，后期建筑物發(fā)生不均勻沉降，等等。這一系列問題隨之而來，最終引發(fā)嚴重的房屋建筑安全事故[3]。

4 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

4.1 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化方法

建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的科學(xué)性是最基本的前提條件，具體從以下方面著手：①統(tǒng)籌分析建筑結(jié)構(gòu)的各項因素、資源，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法滿足設(shè)計、施工的要求和條件；②建筑原材料質(zhì)量要從源頭控制，保證所有進入施工現(xiàn)場的零部件、建筑材料質(zhì)量，進而保證各類材料能夠發(fā)揮其功能，避免材料浪費；③建筑結(jié)構(gòu)外部因素必須納入考慮的范疇內(nèi)，盡可能減少人力、物力等因素影響到建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化；④簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，高層建筑房屋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分煩瑣，且承載的能力較低，一旦出現(xiàn)計算失誤，不僅會增加施工成本，而且還會留下安全隱患，最終影響工程的整體質(zhì)量。因此，整體設(shè)計過程中，必須精簡內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)整體設(shè)計的優(yōu)化。

4.2 對建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)布局

在對建筑工程抗震能力進行設(shè)計過程中，需要關(guān)注多種因素的影響，建筑布局對最終抗震能力產(chǎn)生影響，設(shè)計人員應(yīng)該從不同角度思考，提升抗震設(shè)計水平的策略。如果抗震設(shè)計達不到預(yù)計的技術(shù)標(biāo)準，則會影響整體結(jié)構(gòu)的安全效果，更加會對后續(xù)居住安全造成直接影響，需要在不同因素整合基礎(chǔ)上制訂科學(xué)的抗震設(shè)計方案。設(shè)計人員需要對建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)布局，重點是對布局平面、剛度需求和豎直面等因素進行分析，要想達到預(yù)計的抗震設(shè)計效果，則應(yīng)該做好多個方面的探索。一是在建筑抗震設(shè)計中，應(yīng)該關(guān)注各項構(gòu)件的規(guī)則程度，在保持對稱排列方式的基礎(chǔ)上保證剛度中心能和建筑中心重合。這樣能避免在抗震設(shè)計中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則的問題，也能避免排列方式不對稱導(dǎo)致的抗震效果較弱現(xiàn)象的發(fā)生，以此提升抗震設(shè)計的科學(xué)性。二是在對建筑結(jié)構(gòu)進行布局設(shè)計過程中，需要思考通過哪些方式降低重心，尤其是思考豎直方向重心的合理降低，不能在抗震設(shè)計中出現(xiàn)錯落問題。三是在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要關(guān)注墻體或者是結(jié)構(gòu)層面的剛度，應(yīng)該在保障結(jié)構(gòu)強度基礎(chǔ)上達到預(yù)計的技術(shù)標(biāo)準與安全生產(chǎn)要求。這樣能在細節(jié)把握基礎(chǔ)上推動抗震設(shè)計的優(yōu)化發(fā)展，在提升抗震能力時推動建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

4.3 加強結(jié)果分析

在進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程中，結(jié)果分析是極為重要的一項工作。通過對計算機所得數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，設(shè)計人員也可結(jié)合數(shù)據(jù)的相關(guān)情況，從而對方案進行優(yōu)化設(shè)計。在開展設(shè)計優(yōu)化工作的過程中，需對相關(guān)阻礙因素進行合理考慮，這在很大程度上可確保建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作可以順利完成。不僅如此，在進行建筑工程施工的過程中會消耗極大的人力、物力和財力，通過進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，也可實現(xiàn)對這些指標(biāo)的降低，而建筑工程的施工質(zhì)量也能得到有效的保障。因此，在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作的過程中，設(shè)計人員需在建筑經(jīng)濟及技術(shù)間找到平衡點，同時還要將二者存在的矛盾進行有效降低，這樣在采用先進技術(shù)的同時也無須花費大量的資金。最后，對于技術(shù)可為建筑單位帶來的經(jīng)濟效益，設(shè)計人員也要進行全面的理解，同時還要意識到技術(shù)的改進降低了很多不必要的經(jīng)濟消耗，所以對于先進的技術(shù)方法也要進行全面、合理的應(yīng)用[4]。

4.4 防火設(shè)計

在對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行防火設(shè)計過程中，相關(guān)人員應(yīng)充分結(jié)合該區(qū)域的地理特點，將通風(fēng)、光照等可再生資源進行充分利用，將燈光用電時間適當(dāng)減短，當(dāng)建筑體能夠緩解供電壓力后，也能在很大程度上降低建筑發(fā)生火災(zāi)的概率。在建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，防火設(shè)計需體現(xiàn)在疏散通道的設(shè)置合理性，還有能夠有效控制火災(zāi)蔓延以及滅火需求的措施落實程度，同時，還需將各個空間結(jié)構(gòu)之間的間隔進行科學(xué)設(shè)計，盡可能地降低火情蔓延速度。其次，由于當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)通常為鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)增強此類結(jié)構(gòu)的防火性能，這種方式能夠確?；鹎槁又两Y(jié)構(gòu)中時，建筑的支架部分不會輕易倒塌，以此爭取一部分逃生時間。鋼結(jié)構(gòu)可以采用專門的防火涂料進行噴涂，同時，這種涂料也能夠在很大程度上提高該結(jié)構(gòu)的熱絕緣性。還有，防火分區(qū)的設(shè)置也應(yīng)達到一定的安全規(guī)范要求，同時將墻體、門窗等裝置進行有效組合，確保建筑空間能夠有一定的分割作用。

4.5 優(yōu)化結(jié)構(gòu)與排水的關(guān)系

在房屋建筑給排水系統(tǒng)施工時需要用到許多設(shè)備，也需要大型機械的參與，在施工時應(yīng)確保設(shè)備有足夠的能力承擔(dān)高強荷載，所以應(yīng)當(dāng)把水泵放置在地下室。排水系統(tǒng)設(shè)備的荷載能力強、荷載強度大，房屋結(jié)構(gòu)與功能越復(fù)雜，需要建造的排水系統(tǒng)就越復(fù)雜。給排水系統(tǒng)管道具有粗細程度不一致、長度多樣等特點，要求設(shè)計師應(yīng)在宏觀的角度進行設(shè)計，精確計算每個位置所需鋪設(shè)管道的尺寸和長度。除此之外，為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能防止管線從梁柱之間穿過的現(xiàn)象發(fā)生，若管道必須穿過承重墻，應(yīng)結(jié)合實際情況開展對承重墻的加固計算，保證墻體的穩(wěn)定性[5]。

5 結(jié)束語

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中融入新的設(shè)計理念、思路來優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)空間布局、建筑工程質(zhì)量的最優(yōu)化，而且還能夠確保建筑結(jié)構(gòu)滿足房屋施工的受力特性、實際客觀條件等，最終使房屋建筑結(jié)構(gòu)更加美觀、合理。此外，優(yōu)化后建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，兼顧了業(yè)主對房屋的審美價值和實用價值，能夠最終推動我國建筑行業(yè)的升級，提升其市場競爭力。