淺析土木工程建設(shè)房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

王舒麗

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原 030032）

0 引言

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心功能是為以后的建設(shè)工作提供規(guī)范的指引，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行，其對(duì)確保工程建設(shè)的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。土木工程是建筑工程的主體，它直接影響著工程建設(shè)的效率和質(zhì)量。但就目前國(guó)內(nèi)土木工程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀來(lái)看，由于土木工程設(shè)計(jì)的技術(shù)和方法都存在著許多問(wèn)題，這就給工程建設(shè)帶來(lái)了很多的制約，這也給了我們建設(shè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行帶來(lái)了一些限制。因此，對(duì)土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的分析和研究具有很大的意義，必須要有專業(yè)人員來(lái)進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就必須要找出問(wèn)題的原因，然后采取相應(yīng)的措施，才能確保整個(gè)工程的順利進(jìn)行。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

1.1 定義

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)兩大類。結(jié)構(gòu)分為框架、砌體、磚混結(jié)構(gòu)、剪力墻、筒中筒、框架-核心筒、輕鋼、框架-剪力墻、鋼結(jié)構(gòu)等。根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查報(bào)告所涉及的上部結(jié)構(gòu)類型、上部結(jié)構(gòu)的荷載作用，對(duì)地基承載力、內(nèi)力、配筋進(jìn)行驗(yàn)算，并確定地基基礎(chǔ)的范圍和所采取的結(jié)構(gòu)措施。另外，在地質(zhì)調(diào)查報(bào)告的分析中，設(shè)計(jì)者必須明確判斷地質(zhì)數(shù)據(jù)中的場(chǎng)地評(píng)價(jià)、基礎(chǔ)選型，并根據(jù)地質(zhì)剖面圖和各土層的物理參數(shù)，進(jìn)一步評(píng)價(jià)場(chǎng)地的土層分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地的穩(wěn)定性和均勻性，從而為基礎(chǔ)的確定、基礎(chǔ)沉降數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)不利地質(zhì)條件的分析奠定基礎(chǔ)。例如，地質(zhì)報(bào)告上寫著“勘測(cè)時(shí)可看到地下水”，如果是有不透水的土層，如有地下室，則必須考慮水壓，防止因地基中的水無(wú)法排出而引起的一系列問(wèn)題。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者要充分考慮房屋的實(shí)用性、可靠性、穩(wěn)定性和美觀性，使房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到最大程度，同時(shí)也要合理地控制結(jié)構(gòu)的造價(jià)。住宅建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下3個(gè)方面：①編制科學(xué)、合理的建筑設(shè)計(jì)方案；②有關(guān)部門和工作人員對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行了審查和分析；③經(jīng)審查后，根據(jù)這些資料繪制出相應(yīng)的施工圖紙，為以后的施工作業(yè)提供了可靠的參考。

1.2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.2.1 合理性

在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)時(shí)，必須從各個(gè)方面進(jìn)行全面的分析，確定其基本要求，從而保證其本身的功能。安全是進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)的前提，因此必須確保設(shè)計(jì)的安全。土建工程的設(shè)計(jì)有任何不合理之處，都會(huì)給工程的總體安全帶來(lái)一定的影響，因此必須對(duì)其進(jìn)行合理的分析和探討。在進(jìn)行土木建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮各種實(shí)際情況，尤其是在進(jìn)行工程選址時(shí)，要全面分析所選地點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造，使其符合所選的地質(zhì)環(huán)境，從而保證工程的施工質(zhì)量和穩(wěn)定性。

1.2.2 高效性

在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要明確設(shè)計(jì)圖紙，又要保證方案的依據(jù)，因此，必須堅(jiān)持有效的原則。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用各種來(lái)源信息，充分體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特征，并充分利用各種信息進(jìn)行資源整合，以提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師要突出建筑結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，并對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行探討，確保其設(shè)計(jì)的針對(duì)性，從而提高后期的設(shè)計(jì)效果，避免出現(xiàn)不必要的失誤。在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和完善過(guò)程中，必須堅(jiān)持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高效性，及時(shí)地分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并從總體上考慮到整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其能夠更好地適應(yīng)今后的工程施工工作。

1.2.3 完整性

要充分發(fā)揮土木建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的價(jià)值，必須遵循整體的原則，集中考慮各個(gè)方面的問(wèn)題，以防止出現(xiàn)的各類缺陷。設(shè)計(jì)者要對(duì)后期的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的分析和調(diào)整，將重點(diǎn)放在項(xiàng)目的薄弱之處，并根據(jù)國(guó)家的嚴(yán)格審查標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)后續(xù)的土木工程施工進(jìn)行指導(dǎo)，從而保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)或缺陷，都會(huì)對(duì)整個(gè)土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生負(fù)面的影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)今后的建設(shè)與發(fā)展產(chǎn)生一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須遵循整體性原則，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全，從而為今后的建筑設(shè)計(jì)與發(fā)展提供可靠的保障[1]。

2 現(xiàn)階段土木工程建設(shè)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

地基工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量是影響房屋結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。如果地基的設(shè)計(jì)有任何的偏差，將會(huì)極大影響到整個(gè)工程的整體效果，也會(huì)給以后的工程帶來(lái)很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)斐啥畏倒?，造成不必要的?jīng)濟(jì)損失，減緩施工進(jìn)度，降低施工效率。因此，建筑設(shè)計(jì)人員必須更加重視地基的設(shè)計(jì)。例如基礎(chǔ)工程，在正式設(shè)計(jì)前，有關(guān)部門會(huì)對(duì)工程的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘察，如果因?yàn)樵靸r(jià)、測(cè)量工作不到位、不科學(xué)等原因，導(dǎo)致基礎(chǔ)資料的缺失，設(shè)計(jì)人員很難準(zhǔn)確地估算出地基對(duì)基礎(chǔ)的承載力，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形，對(duì)居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害。

2.2 墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

近年來(lái)，我國(guó)在住宅建設(shè)中提出了綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，所以在對(duì)墻體結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮其結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與承載性能等問(wèn)題之外，還要全面落實(shí)綠色環(huán)保的方針。而在土木工程施工中，墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是僅僅關(guān)注墻體的承載力，而忽略了墻體保溫、供熱制冷等方面的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題會(huì)造成住宅在后期的使用中不具備應(yīng)有的保溫、隔熱、換熱等性能，給居民的使用體驗(yàn)造成很大的不利影響。最終，只能對(duì)墻體進(jìn)行二次改造，既提高了工程造價(jià)，又損害了施工企業(yè)的聲譽(yù)和形象，從而降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

在土木工程施工中，施工的細(xì)節(jié)包括排水、圍護(hù)、電路、通風(fēng)等。設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與住宅未來(lái)的使用有著密切的聯(lián)系，其中的不足主要表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的差異、矛盾引起的設(shè)計(jì)變更、二次返工問(wèn)題、圍護(hù)設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致室內(nèi)采光不足等。設(shè)計(jì)變更不僅會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)極大地影響到工程進(jìn)度，嚴(yán)重影響到以后的工程建設(shè)。二次返工，增加工程造價(jià)，延誤施工進(jìn)度。不合理的圍護(hù)設(shè)計(jì)將會(huì)影響工程的進(jìn)度和工期。由此可以看出，在建筑細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，與后面的施工工序有著密切的關(guān)系[2]。

2.4 橫挑梁的荷載設(shè)計(jì)過(guò)小

承重柱是房屋結(jié)構(gòu)的主要組成組織，它承擔(dān)著整個(gè)房屋的所有荷載，其承載力的強(qiáng)弱取決于其截面的尺寸。但在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一些設(shè)計(jì)者為了減少工程造價(jià)，往往會(huì)減少承重柱的截面面積，從而增大梁柱的線剛度比，從而影響到后期的施工安全性、可靠性和穩(wěn)定性，從而使承重柱與施工規(guī)范要求不一致，容易發(fā)生倒塌。

2.5 安全消防問(wèn)題

隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，城市的建設(shè)工作得到了廣泛的發(fā)展，各地的建設(shè)項(xiàng)目也隨之產(chǎn)生了。住宅的功能與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系，而那些具有良好綜合性能的住宅，其結(jié)構(gòu)必然會(huì)呈現(xiàn)出一些復(fù)雜的特點(diǎn)，從而對(duì)其設(shè)計(jì)的安全性提出了更高的要求。有些住宅建設(shè)項(xiàng)目在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)選用易燃物質(zhì)，以提高建筑物的美感，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，從而造成住宅建筑在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，難以有效地控制火勢(shì)，造成人員傷亡。因此，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視建筑的火災(zāi)安全設(shè)計(jì)，并根據(jù)不同的實(shí)際情況，選用適當(dāng)?shù)姆阑鸫胧?，提高建筑的整體防火能力。

3 解決土木工程建設(shè)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的有效策略

3.1 充分應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)建模

在正式進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，工作人員可以利用電腦技術(shù)把整個(gè)項(xiàng)目的所有信息錄入相應(yīng)的軟件系統(tǒng)中，使其三維模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)人員之間的溝通不夠充分，導(dǎo)致了電氣、通風(fēng)、給排水等設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了各種沖突、矛盾等問(wèn)題。三維設(shè)計(jì)模式的運(yùn)用，使設(shè)計(jì)人員、施工人員能更清晰、更直觀地了解各個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)狀況，并能在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的矛盾，并加以處理，或?qū)Ω鱾€(gè)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)范、合理的設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)上的矛盾。同時(shí)，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用，使整個(gè)房屋的總體設(shè)計(jì)方案得到了完善和優(yōu)化，避免了在實(shí)際工程中發(fā)生的設(shè)計(jì)變更和二次返工現(xiàn)象，為工程的順利進(jìn)行提供了有力的保證[3]。

3.2 精確核算房屋建筑結(jié)構(gòu)地基承載能力

在房屋建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)確計(jì)算基礎(chǔ)的承載力，以提高其安全性和可靠性。首先，在建設(shè)之前，業(yè)主會(huì)向地質(zhì)勘探單位提出，要嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行勘察，確?？辈旖Y(jié)果的真實(shí)和準(zhǔn)確。其次，根據(jù)勘察結(jié)果，設(shè)計(jì)人員選擇了最適合的方法進(jìn)行基礎(chǔ)承載力的計(jì)算。在完成基礎(chǔ)承載力的計(jì)算之后，還要對(duì)梁、柱等基礎(chǔ)的合閘進(jìn)行精確的計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，從而為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全打下良好的基礎(chǔ)。

3.3 健全房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

房屋建筑工程質(zhì)量是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，所以，在保證工程質(zhì)量達(dá)到要求的前提下，設(shè)計(jì)人員要合理地控制工程造價(jià)，使其處于可承受的范圍之內(nèi)。土木工程建設(shè)投資主管必須正確認(rèn)識(shí)經(jīng)濟(jì)與建設(shè)質(zhì)量的關(guān)系，了解企業(yè)的利益與工程質(zhì)量的互動(dòng)關(guān)系，并督促設(shè)計(jì)者不斷完善、優(yōu)化施工方案，使其既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能降低施工費(fèi)用。

3.4 改革創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思與思想

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)的土木工程也迎來(lái)了一次重大的變革，那就是在保證工程質(zhì)量的前提下，采用綠色、環(huán)保、節(jié)能等技術(shù)，既要保證工程的安全性，又要讓居住民眾有良好的使用體驗(yàn)。例如，在室內(nèi)的規(guī)劃中，增加窗子的大小，可以有效地增加室內(nèi)的空氣流通，使室內(nèi)變得更加明亮，并具有自動(dòng)降溫、節(jié)能減排的功能。要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)維度的變革與革新，除了要具備高專業(yè)、高技能之外，還要具備相應(yīng)的專業(yè)素質(zhì)，同時(shí)還要不斷學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成功的建筑設(shè)計(jì)理念，并結(jié)合工程實(shí)際情況加以合理應(yīng)用，從根本上改變?cè)O(shè)計(jì)人員的理念與思想[4]。

3.5 對(duì)挑梁的荷載進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)

對(duì)于上述的挑梁?jiǎn)栴}，只要進(jìn)行科學(xué)的、合理的設(shè)計(jì)，就可以有效地控制承壓部位的應(yīng)力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性和均衡性。在設(shè)計(jì)橫梁時(shí)，盡量提高其承受壓力的能力。從吊梁的觀點(diǎn)來(lái)看，正因?yàn)樗捏w積小，它的承壓面積和承載力都很低。但由于自重的優(yōu)點(diǎn)，它的延展特性得到了增強(qiáng)，當(dāng)它受到縱向力的影響時(shí)，它就會(huì)自動(dòng)地增強(qiáng)它的抗脆性。所以，在考慮挑梁荷載時(shí)，必須依據(jù)實(shí)際情況，合理、精確地選取承重構(gòu)件。

3.6 加強(qiáng)重點(diǎn)難點(diǎn)復(fù)雜部位的分析化解

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，總是會(huì)出現(xiàn)一些比較復(fù)雜、比較棘手的問(wèn)題。每一次出現(xiàn)這樣的問(wèn)題，都要按照“連就連，分就能分清楚”的原則，將所有復(fù)雜的問(wèn)題都分解開(kāi)來(lái)，在計(jì)算模型中，要將所有的假設(shè)和條件都清晰地表達(dá)出來(lái)，這樣，就可以保證建筑的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在具體的設(shè)計(jì)中，一方面要重視構(gòu)件的連接，另一方面要考慮到構(gòu)件的質(zhì)量和質(zhì)量，以提高構(gòu)件的安全性，這樣的構(gòu)件通常不多，不會(huì)對(duì)整體的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生太大的影響，而對(duì)于大量的墻體、板、梁、柱等構(gòu)件，則要精打細(xì)算，既要保證安全，又要節(jié)約。

3.7 防火設(shè)計(jì)

在進(jìn)行室內(nèi)結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員要充分考慮地域的特殊性，充分利用通風(fēng)、光照等可再生能源，縮短照明用電的時(shí)間，減少建筑物的電力供應(yīng)壓力，減少建筑物的著火概率。首先，在建筑內(nèi)部，消防設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到疏散通道的合理布置，并采取相應(yīng)的措施來(lái)控制火災(zāi)的蔓延和撲救，并對(duì)不同的空間布局進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，盡量減少火災(zāi)的傳播。其次，目前的建筑物一般都是鋼結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該加強(qiáng)這些結(jié)構(gòu)的耐火能力，這樣可以保證火災(zāi)發(fā)生后，房屋的支撐部分不會(huì)輕易坍塌，從而為逃生爭(zhēng)取更多的時(shí)間。鋼結(jié)構(gòu)可以使用專用的耐火漆進(jìn)行噴涂，而且還可以極大地改善建筑的隔熱性能。最后，防火分區(qū)的設(shè)置也要符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)將墻體、門窗等裝置合理地結(jié)合起來(lái)，以保證建筑空間在某種程度上具有隔斷功能[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

將新的設(shè)計(jì)理念和思路引入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既可以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的空間布局和工程質(zhì)量，又可以保證建筑結(jié)構(gòu)的受力特性、客觀條件等，從而達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的美觀和合理。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，充分考慮了業(yè)主對(duì)住宅的美學(xué)和實(shí)用價(jià)值，從而促進(jìn)了我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展，提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。