土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題與解決路徑探究

摘要：隨著城市化進程的推進，土木工程項目逐漸增多，施工技術(shù)不斷創(chuàng)新，而工程建設(shè)要以設(shè)計方案為依據(jù)。土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響建筑物的安全性和穩(wěn)定性，整體設(shè)計目標需要確保能夠?qū)ㄖ兄睾奢d均勻分配，并且圖紙能夠覆蓋土木工程結(jié)構(gòu)主要部位，進而通過合理的設(shè)計減少施工成本。為此，從土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點入手，然后結(jié)合設(shè)計問題提出土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化對策，希望為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑承重荷載工程建設(shè)

ExplorationofProblemsandSolutionsinStructuralDesignofCivilEngineeringandArchitecture

GAOJianchang

LanzhouNanhedaoEcologicalandCulturalTourismDevelopmentCo.，Ltd.，Lanzhou，GansuProvince，730030China

Abstract：Withtheadvancementofurbanization，civilengineeringprojectsaregraduallyincreasing，constructiontechnologyisconstantlyinnovating，andengineeringconstructionshouldbebased ondesignschemes.Thestructuraldesignofcivilengineeringdirectlyaffectsthesafetyandstabilityofbuildings.Theoveralldesigngoalneedstoensurethattheload-bearingloadofthebuildingcanbeevenlydistributed，andthedrawingscancoverthemainpartsofthecivilengineeringstructure，therebyreducingconstructioncoststhroughreasonabledesign.Therefore，thisarticletakesthekeypointsofcivilengineeringbuildingstructuredesignasthestartingpoint，andthenproposesoptimizationstrategiesforcivilengineeringbuildingstructuredesignbasedondesignproblems，hopingtoprovidereferenceforrelevantresearch.

KeyWords：Civilengineering;Architecturalstructuraldesign;Buildingload-bearingcapacity;Engineeringconstruction

當前土木工程規(guī)劃設(shè)計范圍逐步擴大，設(shè)計人員要全面了解建筑體系結(jié)構(gòu)，選擇最佳設(shè)計方案，以此保證建筑的安全性、舒適性和經(jīng)濟性。與此同時，設(shè)計人員要明確工程實際情況，有效整合資源，不過現(xiàn)階段在土木工程設(shè)計中依舊存在不足，須針對性解決。

1土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計就是工程設(shè)計人員進行整體規(guī)劃，由此得到土木工程圖紙，確保建筑物各個體系結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在圖紙中，然后合理選擇工程建設(shè)材料，保證建筑物的安全性。設(shè)計人員要對地基、墻體、樓板層、變形縫、門窗等進行科學(xué)設(shè)計，確保土木建筑結(jié)構(gòu)滿足工程質(zhì)量檢測要求，由此延長建筑使用年限。近年來，土木工程建設(shè)規(guī)模逐步擴大，設(shè)計人員結(jié)合建筑總體結(jié)構(gòu)圖紙指導(dǎo)施工環(huán)節(jié)，而設(shè)計人員也要對土木工程的地質(zhì)環(huán)境、建筑抗震等級進行綜合分析，由此優(yōu)化現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系，并對各個主體結(jié)構(gòu)部位荷載均勻分配[1]。

2土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)分析線路、管道設(shè)備等方面，確保建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且科學(xué)規(guī)劃設(shè)計流程（如圖1所示）?，F(xiàn)階段，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及內(nèi)容較多，須確保結(jié)構(gòu)之間保持關(guān)聯(lián)，然后選擇科學(xué)的組合形式。選擇建筑結(jié)構(gòu)方案時，須結(jié)合工程建設(shè)應(yīng)用要求與實際特征，綜合分析建設(shè)周期和建設(shè)成本，由此選擇最佳施工工藝。與此同時，設(shè)計人員須加強造價與成本控制。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，須明確設(shè)計目標和要求，細化造價控制方案，選擇低成本的結(jié)構(gòu)類型。設(shè)計人員要對工程的成本控制問題加以分析，進行工程量編制清單編制，確保涵蓋關(guān)鍵成本指標數(shù)據(jù)，之后得到項目成本控制方案，例如：通過分析建筑對資源的消耗。此外，設(shè)計人員須加強對信息技術(shù)的應(yīng)用，如通過建模技術(shù)展示土木工程的設(shè)計效果。BIM技術(shù)在輔助設(shè)計上發(fā)揮了重要的作用，其在建筑結(jié)構(gòu)中空間區(qū)域較多，可以對建筑空間中的關(guān)鍵要素進行展示，避免了設(shè)計中的漏項與誤差較大問題。例如：BIM技術(shù)結(jié)合數(shù)字化的立體模型對建筑項目關(guān)鍵信息加以優(yōu)化，進而直觀地展示建筑內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)。

3土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

3.1設(shè)計缺乏整體性

目前，工程體系結(jié)構(gòu)還缺乏科學(xué)規(guī)劃，如設(shè)計人員未能充分考慮整體性結(jié)構(gòu)，造成圖紙不能完全體現(xiàn)建筑物各個結(jié)構(gòu)部位的規(guī)劃設(shè)計要點，建筑體系各個空間整體性不足[2]。

3.2 構(gòu)件截面設(shè)計不合理

建筑物支撐體系中的衡量須滿足荷載要求，保證衡量支撐體系達到建筑設(shè)計強度指標，也就是計算衡量最大荷載參數(shù)，根據(jù)圖紙掌握承重截面部位可承載的強度，否則將導(dǎo)致支撐梁體斷裂、墻體開裂、墻體滲水等安全隱患。如果忽視工程中截面的合理設(shè)計，就會出現(xiàn)承重截面尺寸偏差較大情況，難以保證建筑物的堅固性。

3.3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)問題

部分工程設(shè)計人員忽視建筑物設(shè)計細節(jié)，導(dǎo)致部分區(qū)域空間存在使用缺陷，比如室內(nèi)廚房、墻體管線連接以及隱蔽性空間未能考慮細節(jié)問題，造成建筑物連接點以及關(guān)鍵支撐部位薄弱，并影響人們的居住體驗[3]。

4土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化對策

4.1整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

要想保證方案設(shè)計的合理性必須對以下問題重視起來：首先，通過前期勘測分析建筑物所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，之后設(shè)計人員進行圖紙設(shè)計，確保體現(xiàn)建筑的空間特征；其次，分析建筑結(jié)構(gòu)存在的問題，保證建筑結(jié)構(gòu)方案符合設(shè)計要求。在建筑工程設(shè)計中，為保證建筑的安全使用功能，須建立立體空間模型，通過應(yīng)用智能化手段，幫助設(shè)計人員及時掌握建筑的內(nèi)部空間，與施工人員及時聯(lián)系，以此對各個施工環(huán)節(jié)加以統(tǒng)籌；再次是綜合分析外部環(huán)境造成的影響，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中也要做到簡化[4]。

4.2重視結(jié)構(gòu)細節(jié)處理

細節(jié)問題主要體現(xiàn)在承重結(jié)構(gòu)設(shè)計以及建筑隱蔽區(qū)域設(shè)計，避免出現(xiàn)設(shè)計偏差，要點如下。首先，精準計算空間結(jié)構(gòu)的承載力與抗震能力。設(shè)計人員須加強支撐體系荷載與建筑截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計，并且在建筑支撐體結(jié)構(gòu)中增加保護層，對建筑承重面尺寸加以優(yōu)化，保證建筑物的承重梁體和柱體材料滿足強度檢測，還須嚴格確保土木建筑物的地基與墻體堅固性。其次，對截面合理設(shè)計。設(shè)計人員不僅需要重視截面尺寸設(shè)計，還須結(jié)合項目設(shè)計要求對材料選擇，其中結(jié)構(gòu)承重柱材料選擇必須達到強度要求。實際施工中管理人員處理設(shè)計偏差問題，然后和設(shè)計單位及時溝通，調(diào)整設(shè)計方案；再次是加強誤差檢測，分析導(dǎo)致誤差出現(xiàn)的因素，再進行方案優(yōu)化，尤其是對隱蔽空間區(qū)域的質(zhì)量控制加以關(guān)注[5]。

4.3優(yōu)化設(shè)計扭矩

在土木工程設(shè)計當中，鋼筋架構(gòu)設(shè)計與建筑構(gòu)件裂縫產(chǎn)生有直接關(guān)系，如果扭矩設(shè)計不合理會導(dǎo)致鋼筋失去支撐的作用。因此，從技術(shù)角度講，需要注意以下問題：首先，加強鋼筋間距控制。受扭轉(zhuǎn)力影響裂縫與縱軸成45°夾角，需要設(shè)計扭矩過程中將鋼筋結(jié)構(gòu)最大間距調(diào)小到截面寬度的數(shù)值，并且保證每個鋼筋穿過斜線裂縫；其次，加強箍筋形式控制。構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)側(cè)面裂縫，設(shè)計人員須將箍筋設(shè)計為封閉式結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)鋼筋裂縫面的受力平衡。此外，扭矩鋼筋配置范圍控制。建筑構(gòu)件受到扭矩影響，箍筋和縱筋共同承受外力，所以抗扭鋼筋配置依據(jù)縱筋的延長程度。

4.4優(yōu)化設(shè)計磚石結(jié)構(gòu)

設(shè)計人員需要考慮施工環(huán)境，然后優(yōu)化砌體結(jié)構(gòu)，為延長建筑的使用壽命重點做好防塵和防潮設(shè)計，其中建筑所在地區(qū)比較潮濕要求水泥砂漿的配合比達到M7.5，砌體強度至少為15MPa，例如：衛(wèi)生間區(qū)域較為潮濕，也需要對磚石結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。針對墻體裂縫問題需要考慮伸縮縫設(shè)計。施工中混凝土澆筑構(gòu)件因環(huán)境溫度發(fā)生膨脹或緊縮，所以設(shè)計人員要考慮氣候和環(huán)境，之后合理設(shè)計伸縮縫間距。

5土木工程建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要點

某工程項目為高層商住兩用建筑，共有2層地下室，已經(jīng)被用于停車場和人防工程，該建筑地上1～4層為商業(yè)區(qū)，5層及以上為住房。該建筑區(qū)域主體樓為20層，裙樓和主體建筑用伸縮縫連接，2棟塔樓共18層，塔樓頂端2層相連。本工程建筑結(jié)構(gòu)多為框架-剪力墻，其中底端部分區(qū)域轉(zhuǎn)換為剪力墻結(jié)構(gòu)[6]。

5.1基礎(chǔ)工程設(shè)計

本工程選樁基礎(chǔ)設(shè)計方案制定后選擇鉆孔灌注樁，樁基根據(jù)建筑上部具體荷載狀況施工。樁基直徑包括800mm和700mm，在主樓區(qū)域樁基直徑為800mm，其余區(qū)域直徑為700mm。根據(jù)設(shè)計方案，樁體位于持力層2.5m～6.4m，樁體長度基本在53m。在項目結(jié)構(gòu)設(shè)計中，先進行了地質(zhì)勘察，之后得到，進而確定單樁豎向承載力特征值，達到4100kN。

5.2地下室設(shè)計

設(shè)計人員將地下室平面設(shè)計為“廠”字形，多數(shù)區(qū)域用于人防工程，地下室的南北向為120m，東西向150m，在縱橫向?qū)Χ嗟篮鬂矌Ъ右栽O(shè)置，以此減少混凝土收縮以及溫差變化對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響。

5.3結(jié)構(gòu)選型

該建筑的平面結(jié)構(gòu)較為狹長，設(shè)計在連體結(jié)構(gòu)兩側(cè)塔樓時，主要是分析結(jié)構(gòu)平面的一致性，并且結(jié)構(gòu)的剛度相同?；谠械脑O(shè)計方案，兩側(cè)塔樓為喇叭形狀，其中，柱和南北的距離分別為29.4m、16.8m。連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)選擇將最下層鋼骨混凝土梁，以此支撐連接體，經(jīng)計算，鋼骨混凝土梁結(jié)構(gòu)截面尺寸為2.7m2，導(dǎo)致施工難度加大，為了保證工程的可靠性與經(jīng)濟性，設(shè)計人員在兩軸之間設(shè)置了兩根柱子，讓連接體結(jié)構(gòu)的柱間距相同，都為16.8m。此外，針對連接體和建筑主體結(jié)構(gòu)連接的部位，選擇剛性連接方法，在每層設(shè)置0.9m2的混凝土梁，進而保證了連接區(qū)域的剛度。因建筑的主梁高度大，設(shè)計人員將每層連接體高度調(diào)節(jié)到兩層塔樓高度，滿足了建筑對空間要的求。

5.4結(jié)構(gòu)布置

設(shè)計人員計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過程中，采用平扭耦聯(lián)方式，并且對雙向地震帶來的影響進行深入分析。本工程的梁體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在計算的過程中選擇彈性樓蓋。例如；連接體兩側(cè)塔樓體形和接近，距離較近，因此在計算風(fēng)荷載時分析了二者的相互作用，結(jié)構(gòu)布置的計算方法是體形系數(shù)乘以互相干擾擴大系數(shù)，并且分析了連接結(jié)構(gòu)最底層樓板風(fēng)吸力問題，經(jīng)過公式計算，在自振周期在規(guī)定范圍內(nèi)的參數(shù)達到規(guī)定要求。

5.5抗震設(shè)計

首先是轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計?？紤]建筑為高層建筑，并且建筑的轉(zhuǎn)換層較薄弱，設(shè)計人員進行了以下處理，將剪力墻底部加強區(qū)域以及框支柱的抗震等級適當提升。針對結(jié)構(gòu)薄弱層的地震剪力適當提升，進而實現(xiàn)框支柱的剪力得到優(yōu)化。框支梁和框支柱的設(shè)計也要達到抗震設(shè)計要求。其次是連接體抗震措施。由于項目為不規(guī)則建筑，受到地震影響后容易威脅連接體結(jié)構(gòu)，造成建筑主體與連接體結(jié)構(gòu)連接部位損壞，所以設(shè)計人員主要考慮了以下問題，先讓連接體和周邊的部件的抗震能力提升，并且把樓板的厚度調(diào)節(jié)到15cm，之后在連接區(qū)域增加配筋。

5.6連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程的兩側(cè)塔樓設(shè)計充分考慮項目整體規(guī)劃要求，所以選擇52m的空中部位實施結(jié)構(gòu)連接設(shè)計施工，進一步提升了施工的安全性。與此同時，在合適的位置搭設(shè)臨時作業(yè)平臺。本工程的連接體結(jié)構(gòu)自重較大，為減少平臺施工成本和提升施工安全性，選擇混凝土分階段澆搗施工技術(shù)。

6結(jié)語

綜上所述，工程設(shè)計人員須從建筑結(jié)構(gòu)出發(fā)，進行合理的方案設(shè)計，盡管當前的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計整體水平得到提升，不過在實施過程中依舊存在不利因素，需要從整體出發(fā)，進行設(shè)計細節(jié)的處理，關(guān)注工程基礎(chǔ)選型、結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，在實施過程中需要加強造價與成本控制，應(yīng)用信息化技術(shù)，最終全面提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻

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