土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題及對(duì)策

陳家寶 王 森 厲軍勤

（1.山東外國語職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山東 日照 276800;2.新東港控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800;3.日照交通發(fā)展集團(tuán)產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

在我國城市的建設(shè)與發(fā)展中，隨著城市化建設(shè)水平的不斷提高，土木工程的建設(shè)的數(shù)量和規(guī)模在不斷擴(kuò)大，設(shè)計(jì)及施工的難度也在提高。在土木工程項(xiàng)目當(dāng)中，工程結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到工程的安全性和穩(wěn)定性，這就要求設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須綜合考慮工程施工建設(shè)及投入使用后的情況，考慮設(shè)計(jì)方案的合理性，考慮因設(shè)計(jì)問題所引發(fā)的質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn)，為工程的施工建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。也就是說在土木工程項(xiàng)目當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，設(shè)計(jì)人員必須要做好全面細(xì)致的勘察工作，獲取真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提升工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，尤其是要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題積極地尋求解決方案，規(guī)避因設(shè)計(jì)方案不合理給后期施工造成的風(fēng)險(xiǎn)。

1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1.1 主次分明

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所針對(duì)的構(gòu)件不同，不同的構(gòu)件在工程整體結(jié)構(gòu)中所承擔(dān)的作用也不盡相同，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確分清各個(gè)構(gòu)件在整體建筑結(jié)構(gòu)中的主次關(guān)系，通過主次分明的設(shè)計(jì)做到層次分明、功能清晰，并且保障各個(gè)構(gòu)件在整體結(jié)構(gòu)中協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1.2 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)原則也是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則。所謂優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，就是設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能突出工程的優(yōu)勢(shì)，做到剛?cè)岵?jì)，實(shí)用與美觀兼?zhèn)?。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果過柔，在實(shí)際使用過程中容易出現(xiàn)變形、斷裂等情況，造成工程結(jié)構(gòu)華而不實(shí)、實(shí)用性差；反之，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過剛，雖然不容易變形，但在遇到較大破壞力的情況下容易受損，造成工程結(jié)構(gòu)整體受損[1]。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須秉持優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)原則，協(xié)調(diào)整體設(shè)計(jì)風(fēng)格，提升工程整體的穩(wěn)定性與實(shí)用性。

1.3 層層設(shè)計(jì)

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載著工程整體的穩(wěn)定性和安全性，以應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的長期侵蝕和嚴(yán)重的外力破壞。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，層層設(shè)計(jì)安全結(jié)構(gòu)體系，通過整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提升房屋結(jié)構(gòu)抵御外力破壞和抗侵蝕的能力。

1.4 科學(xué)合理

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要綜合考慮項(xiàng)目的施工以及后期使用的問題，本著安全第一的原則開展設(shè)計(jì)工作，在發(fā)揮工程結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)工程結(jié)構(gòu)的安全性。在開展設(shè)計(jì)前，需要做好充分的準(zhǔn)備工作，全面勘查項(xiàng)目所在區(qū)域的環(huán)境，獲取地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、土壤、氣候、降水等信息，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)信息開展設(shè)計(jì)工作，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性；同時(shí)，還需要嚴(yán)格遵循國家及建筑行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量，采用先進(jìn)的測(cè)量及設(shè)計(jì)方法，減少因設(shè)計(jì)問題在后期施工中所造成的質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn)，為工程施工打好基礎(chǔ)。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 地基設(shè)計(jì)問題

基礎(chǔ)是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，基礎(chǔ)承載著工程的整體結(jié)構(gòu)，保障著整體承載的安全性，決定著結(jié)構(gòu)整體的安全性和穩(wěn)定性。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，即使上層建筑設(shè)計(jì)得再好，也很難保證工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。因此，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。但是在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)單位受到成本、利潤、勘測(cè)難度等多種原因的影響，在沒有經(jīng)過詳細(xì)實(shí)地勘查、測(cè)量和數(shù)據(jù)分析的情況下就盲目開展地基設(shè)計(jì)，造成了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，難以滿足工程實(shí)際的荷載需求，造成工程在后期使用過程中出現(xiàn)沉降的問題，給工程埋下了嚴(yán)重的安全隱患。

2.2 框架柱的截面設(shè)計(jì)不合理

框架柱是整個(gè)土木工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)，與工程結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性關(guān)系重大，在整個(gè)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)框架柱設(shè)計(jì)的合理性要求較高，尤其是框架柱的截面設(shè)計(jì)決定了工程結(jié)構(gòu)中框架柱所能夠承受的荷載?？蚣苤慕孛嬖O(shè)計(jì)不能盲目開展，而是必須要全面勘查施工環(huán)境，掌握準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)思路，對(duì)框架柱的截面面積進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。但是就目前實(shí)際情況而言，部分設(shè)計(jì)單位為了壓縮項(xiàng)目成本，在框架柱設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)縮小了框架柱的截面面積，或?qū)⒖蚣苤脑O(shè)計(jì)與構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)相混淆，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)的承載能力降低，在長期使用過程中，工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載力會(huì)不斷下降，使用壽命降低，甚至引起工程結(jié)構(gòu)位移、變形、斷裂等問題，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成結(jié)構(gòu)坍塌，引發(fā)十分嚴(yán)重的安全隱患。

2.3 懸挑梁荷載設(shè)計(jì)過小

懸挑梁也是土木工程結(jié)構(gòu)中的主要承重部位，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員在懸挑梁的設(shè)計(jì)上往往更加關(guān)注懸挑梁的強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，卻容易忽視懸挑梁的荷載問題。具體而言，工程結(jié)構(gòu)中懸挑梁所受的荷載是豎向分布的，如果設(shè)計(jì)當(dāng)中懸挑梁的荷載設(shè)計(jì)過小，挑梁截面的應(yīng)力就會(huì)過于集中，隨著使用年限的不斷增加，就會(huì)造成承受的荷載過重，長此以往容易造成挑梁結(jié)構(gòu)變形甚至裂縫、斷裂，危害工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

2.4 設(shè)計(jì)圖紙完整性不足

土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙是開展施工的依據(jù)，對(duì)于施工而言具有十分巨大的影響，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，很多設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)圖紙方面存在完整性不足的問題，具體表現(xiàn)為：（1）沒有綜合考慮工程施工的實(shí)際情況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案不合理，這會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)施工造成極大的影響，而頻繁變更設(shè)計(jì)方案必然會(huì)拖延工期，增加施工成本；（2）在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中沒有考慮后期施工的實(shí)際需求，一些關(guān)鍵性的參數(shù)、標(biāo)識(shí)等展示不全，與施工單位的溝通不足，技術(shù)交底不充分，也使得后期施工中由于設(shè)計(jì)圖紙的不完整而出現(xiàn)一系列的問題[2]；（3）設(shè)計(jì)圖紙的精細(xì)化程度不足，對(duì)于一些關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)和重要的數(shù)據(jù)參數(shù)沒有經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的測(cè)算，數(shù)據(jù)參數(shù)的標(biāo)識(shí)不夠準(zhǔn)確清晰，細(xì)節(jié)部位展示不足，這些問題都會(huì)增加后期施工的難度，由于數(shù)據(jù)參數(shù)的錯(cuò)誤給工程結(jié)構(gòu)施工造成質(zhì)量和安全的問題，同時(shí)也會(huì)增加工程結(jié)構(gòu)施工的成本。

3 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

3.1 準(zhǔn)確計(jì)算工程結(jié)構(gòu)的地基承載能力

針對(duì)前文提到的在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中因?yàn)榈鼗休d力計(jì)算不準(zhǔn)確所造成的工程結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要準(zhǔn)確對(duì)地基的承載能力進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。首先，設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)的法律法規(guī)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，嚴(yán)格測(cè)量工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)工程項(xiàng)目所在區(qū)域的地理位置、地質(zhì)條件、地下水文、土壤等的情況，因地制宜開展設(shè)計(jì)工作，綜合考慮工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性及實(shí)用性，在確保安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上盡可能控制成本[3]；其次，在通過實(shí)地勘測(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量后通過科學(xué)的計(jì)算方法準(zhǔn)確計(jì)算地基的承載能力，并且進(jìn)行換土墊層設(shè)計(jì)時(shí)，在計(jì)算中還要將換土層的厚度計(jì)算在其中，以保障工程結(jié)構(gòu)地基承載能力計(jì)算的準(zhǔn)確性；再次，考慮工程結(jié)構(gòu)中的梁、柱等荷載，通過計(jì)算所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行荷載折減系數(shù)驗(yàn)算，從而最大限度地確保地基承載力計(jì)算的準(zhǔn)確性，為后期工程結(jié)構(gòu)使用中的安全和穩(wěn)定性打好基礎(chǔ)；最后，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還需要考慮工程結(jié)構(gòu)的抗震能力，通過優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)提高工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，嚴(yán)格遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理選材、優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 科學(xué)設(shè)計(jì)框架柱的截面面積

由于框架柱的設(shè)計(jì)對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言具有十分關(guān)鍵的影響，必須要加強(qiáng)重視框架柱的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量和計(jì)算確?？蚣苤孛婷娣e的科學(xué)合理性，提高框架柱的強(qiáng)度及承載力。一方面，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算框架柱的荷載能力，在對(duì)框架柱的截面面積進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要綜合考慮截面面積與工程結(jié)構(gòu)承載力之間的關(guān)系，在綜合考慮安全性、承載力和施工成本的情況下合理控制框架柱的截面面積；同時(shí)，還需要對(duì)物理力學(xué)原理深入研究，對(duì)框架柱及梁板柱的受力進(jìn)行綜合分析和準(zhǔn)確計(jì)算，確保梁板柱與框架柱截面面積的協(xié)調(diào)一致性，以便于充分發(fā)揮二者的作用，避免二者互相產(chǎn)生不利影響；此外，設(shè)計(jì)人員還需要綜合考慮工程結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的受力情況，對(duì)板的截面積進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，通過各個(gè)構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào)與配合，提高工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與承載力。

3.3 合理設(shè)計(jì)挑梁的荷載

挑梁設(shè)計(jì)應(yīng)將土木工程結(jié)構(gòu)中梁體受壓區(qū)域的應(yīng)力控制在合理的范圍之內(nèi)，以保障工程結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地保障挑梁結(jié)構(gòu)的承載力。一般而言，土木工程結(jié)構(gòu)挑梁的梁高越小，挑梁的受壓區(qū)域也就相對(duì)更小，這樣挑梁結(jié)構(gòu)的承載力也就會(huì)降低；且由于挑梁結(jié)構(gòu)本身的重量就比較輕，延展性也相對(duì)比較好，當(dāng)挑梁受到豎向承載力的影響時(shí)，也會(huì)提高其抗脆性破壞能力[4]。因此，需要嚴(yán)格科學(xué)地進(jìn)行挑梁荷載的設(shè)計(jì)，確保其合理性，以保障工程結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性。

3.4 對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行細(xì)化

為了提高設(shè)計(jì)方案的合理性，為后期施工做好充分準(zhǔn)備，就需要在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理，提高設(shè)計(jì)圖紙的精細(xì)化程度，把握好各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行明確標(biāo)識(shí)，加強(qiáng)與施工單位的信息對(duì)稱與技術(shù)交底，減少后期施工中因設(shè)計(jì)方案不合理、設(shè)計(jì)圖紙不完善等問題所引起的頻繁返工及變更設(shè)計(jì)方案等問題。一方面，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，要綜合考慮實(shí)用性、安全性及穩(wěn)定性等因素，對(duì)關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行把關(guān)，做好整體的協(xié)調(diào)，對(duì)細(xì)節(jié)部位進(jìn)行細(xì)化處理[5]。尤其是一些關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)更需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)算及技術(shù)溝通，提高設(shè)計(jì)方案的合理性，與施工單位進(jìn)行充分的交流，根據(jù)施工單位的意見對(duì)設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)方案的合理性。另一方面，由于工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中會(huì)呈現(xiàn)大量專業(yè)的數(shù)據(jù)和參數(shù)，為了便于后期施工，需要在設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中對(duì)這些專業(yè)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行明確的標(biāo)識(shí)，設(shè)計(jì)人員需要反復(fù)確認(rèn)這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)和參數(shù)的準(zhǔn)確性。組織各參建單位對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行討論，結(jié)合實(shí)際情況提出優(yōu)化建議，以便于最大限度地規(guī)避設(shè)計(jì)缺陷，為土木工程結(jié)構(gòu)施工做好充分準(zhǔn)備。

4 結(jié)束語

土木工程的設(shè)計(jì)水平關(guān)系到了建筑行業(yè)的健康發(fā)展，與城市建設(shè)水平息息相關(guān)，在大興土木的今天，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的安全可靠性提出了較為嚴(yán)格的要求。作為工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮工程的實(shí)際情況和需求，嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則和規(guī)范，從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、墻體結(jié)構(gòu)到細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)等多個(gè)方面進(jìn)行全面把控，保障結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上盡可能控制成本，提升實(shí)用性。加強(qiáng)與各個(gè)參建單位之間的技術(shù)溝通，做好技術(shù)交底，借助先進(jìn)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量、計(jì)算和分析，從而有效保障土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。