土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

王勇

（開封市東方建筑有限公司，河南開封 475000）

土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

王勇

（開封市東方建筑有限公司，河南開封 475000）

通過簡要分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問題，從完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件三方面，就如何優(yōu)化土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行分析，以期提升企業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，進(jìn)而保證土木工程建筑整體質(zhì)量。

土木工程；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

受城市化進(jìn)程加速的影響，我國土木工程數(shù)量逐年遞增，部分房地產(chǎn)投資商更為注重對(duì)利潤的追求，而居民對(duì)土木工程建筑質(zhì)量也更為關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是施工開展的基礎(chǔ)，不僅關(guān)乎工程項(xiàng)目整體質(zhì)量，同時(shí)也關(guān)系著投資方的投資成本。企業(yè)通過優(yōu)化土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，能夠令自身所得利潤達(dá)到最大化，同時(shí)也保證了土木工程的整體質(zhì)量，延長了建筑物的使用壽命。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題

1.1 建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性

如今，大部分土木工程的建筑物以高層建筑物居多。然而，高層建筑物在施工過程中，往往容易受到外界因素的影響，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較易產(chǎn)生干擾。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性及抗震性能便顯得尤為重要，是實(shí)際人員必須考慮的因素之一。抗震設(shè)計(jì)過程中，建筑物寬度參數(shù)是極為重要的一項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)人員必須研究的參數(shù)之一，直接關(guān)乎建筑物設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員不僅需要考慮建筑物的寬度，還需要考慮建筑物基礎(chǔ)深埋的深度。例如，部分設(shè)計(jì)人員通過變形縫將主樓同裙樓分開，加之基礎(chǔ)的深埋度不合理，一旦該地區(qū)發(fā)生地震，便會(huì)導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)滑移的問題，甚至發(fā)生建筑物傾覆的事故，對(duì)居民財(cái)產(chǎn)安全及生命安全構(gòu)成威脅。

1.2 樓層平面剛度問題

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑建構(gòu)時(shí)，若發(fā)生結(jié)構(gòu)布置方式及基本結(jié)構(gòu)概念缺失的問題，便會(huì)運(yùn)用樓板變形的計(jì)算方式計(jì)算樓層平面所具有的剛度。若從力學(xué)模型角度分析，該方式可行。然而，設(shè)計(jì)人員在確定樓板變形程序過程中，所得結(jié)果準(zhǔn)確度并不高。研究表明，導(dǎo)致該方式計(jì)算精確度不高的主要原因是受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建立于安全儲(chǔ)備之上的部分位置過大的影響。針對(duì)該問題的解決，設(shè)計(jì)人員可利用將樓層設(shè)計(jì)為剛性的露面以完成計(jì)算，從而避免程序計(jì)算所得結(jié)果同現(xiàn)實(shí)樓板的實(shí)際受力情況之間存在本質(zhì)性的誤差。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣同建筑事故發(fā)生概率的高低是否存在直接關(guān)系，一直是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問題之一。部分設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，往往存在隨意擴(kuò)大建筑物構(gòu)建截面或是增添建筑物所用鋼量的現(xiàn)象。這一設(shè)計(jì)方式使得企業(yè)需要投入大量成本，同時(shí)也對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體的安全性有一定威脅。盡管我國在建筑結(jié)構(gòu)方

面所設(shè)定的安全儲(chǔ)備相對(duì)較低，但對(duì)工程材料用料方面的要求，反而高于其他國家同類的工程標(biāo)準(zhǔn)。從20世紀(jì)50年代起，我國建筑物中所用的混凝土本身強(qiáng)度并不高，施工方式同世界其他國家相比較為落后，也因此引發(fā)大量建筑安全事故。就我國原有部分建筑物而言，多次地震之后其都通過了相關(guān)考驗(yàn)。由此可見，建筑安全事故的發(fā)生同建筑結(jié)構(gòu)自身安全性之間的聯(lián)系并不緊密。

2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

2.1 完善建筑設(shè)計(jì)圖紙

建筑設(shè)計(jì)圖紙可以向施工人員展示建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)人員的意圖，同時(shí)也是施工人員施工的依據(jù)及基礎(chǔ)，指導(dǎo)施工人員應(yīng)當(dāng)如何施工。因此，設(shè)計(jì)圖紙的精確度顯得尤為重要。若設(shè)計(jì)圖紙中存在問題，實(shí)際施工中該問題會(huì)被放大，且問題對(duì)施工的干擾也極為嚴(yán)重，可能影響施工的順利進(jìn)行，甚至有可能發(fā)生極為嚴(yán)重的安全事故，造成不可挽回的損失。因此，設(shè)計(jì)人員在開展工作時(shí)，應(yīng)完全依照科學(xué)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，不可為了節(jié)省工作量或是貪圖方便，將設(shè)計(jì)圖紙中的部分重要信息的標(biāo)注或設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡化，甚至直接忽略，造成施工人員在實(shí)際施工中難以理解圖紙意圖的局面，影響施工整體進(jìn)程或是引發(fā)施工安全事故。此外，針對(duì)部分復(fù)雜或細(xì)致的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，工作人員需要更加細(xì)心，不能敷衍了事。無論如何，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)保證設(shè)計(jì)圖紙的合理、嚴(yán)謹(jǐn)與科學(xué)。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成之后，設(shè)計(jì)人員需先行對(duì)圖紙內(nèi)容進(jìn)行檢查，確認(rèn)設(shè)計(jì)圖紙有無問題。若發(fā)現(xiàn)存在問題，應(yīng)立刻結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行修改，直至確定圖紙各項(xiàng)內(nèi)容均已標(biāo)注，以體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)度［1］。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是構(gòu)成土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。故而，設(shè)計(jì)人員不僅需要保證設(shè)計(jì)圖紙的精確度，同時(shí)還需對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確以下兩點(diǎn)：其一，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的目的是為了保證建筑工程項(xiàng)目質(zhì)量能夠得到提高；其二，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作須將企業(yè)工程成本造價(jià)壓縮至最低。受上述兩方面內(nèi)容限制，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中，既要考慮該土木工程實(shí)際施工需求，還需考慮投資方經(jīng)濟(jì)實(shí)力及其投入的成本，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，直至符合施工單位與投資方兩者的要求，得到雙方的肯定。

優(yōu)化工作并非盲目地壓縮投資成本，設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先綜合考慮設(shè)計(jì)總體，挑選可優(yōu)化的部分，之后有目的性與針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化。如此一來，設(shè)計(jì)方案的合理性及經(jīng)濟(jì)型均能得到一定體現(xiàn)。故而，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際考察，并借鑒有關(guān)資料，同時(shí)結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)構(gòu)件的承載能力進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)比幾種構(gòu)件的屬性，從中挑選更為適合的構(gòu)件以完成優(yōu)化。以某建筑物為例，該建筑結(jié)構(gòu)不僅受到豎向荷載的影響，還需要承受風(fēng)荷載、水平荷載、溫度應(yīng)力及地震荷載等方面的影響。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)該建筑物結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)全面考慮上述影響因素來決定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的布置方案及選型方法，使其能夠經(jīng)受水平荷載、風(fēng)荷載等荷載作用力，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

設(shè)計(jì)人員在對(duì)水平承載構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮多方面設(shè)計(jì)因素及限制條件，按照實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足施工需求。設(shè)計(jì)方案中，結(jié)構(gòu)傳力路徑不宜過長，應(yīng)使用最為簡易與跨界的方法將建筑結(jié)構(gòu)所承受的荷載力傳輸至主梁。同時(shí)，利用柱、剪力墻等呈豎直方向的構(gòu)件在短時(shí)間內(nèi)將荷載傳輸至基礎(chǔ)。此外，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)剪力墻的過程中，需合理把握剪力墻之間的間距，令樓板剛度能夠符合施工作業(yè)及建筑物后期使用的實(shí)際需求。所以，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先找準(zhǔn)優(yōu)化對(duì)象，如結(jié)構(gòu)內(nèi)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)或構(gòu)件，之后有針對(duì)性地進(jìn)行更換構(gòu)件或加強(qiáng)來完成優(yōu)化，進(jìn)而使建筑物整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到加強(qiáng)。

2.3 應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

信息時(shí)代的來臨簡化了設(shè)計(jì)人員的工作，同時(shí)也降低了涉及人員的工作量與工作難度。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作都是通過手繪完成，不僅耗費(fèi)時(shí)間，人工繪制的圖紙質(zhì)量也相對(duì)較差、精確度不高。如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已然滲透人們的生活，與人們生活、工作及娛樂息息相關(guān)。設(shè)計(jì)人員也可通過計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化與檢測，以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及精度，并可加快設(shè)計(jì)速度。以軟件PKPM為例，該軟件可用于高層建筑物的設(shè)計(jì)工作中，有效分析有限元。設(shè)計(jì)人員能通過該軟件完成剪力墻的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)單元進(jìn)行劃分。此外，設(shè)計(jì)人員還可通過該軟件設(shè)計(jì)不同類型的洞口排布方法，并計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)各部分的受力狀態(tài)，以供設(shè)計(jì)人員挑選最佳的設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)人員熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的操作方式之后，可以加快其設(shè)計(jì)速度，并提高圖紙精確度，有利于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平的提升。設(shè)計(jì)人員需注意，使用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算的過程中，應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)施加形式選用相應(yīng)的計(jì)算模塊。選擇計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性為目的，得出精確的數(shù)值，用以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。

3 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是土木工程中重要的工作環(huán)節(jié)之一，不僅決定了項(xiàng)目工程整體質(zhì)量，同時(shí)也決定了建筑結(jié)構(gòu)外觀。故而，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)先確保工程項(xiàng)目的安全性，盡可能延長建筑物的使用壽命。在這一前提下，盡量壓縮企業(yè)的投資成本，不僅保障人們的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造豐富的經(jīng)濟(jì)收益。

［1］蔡準(zhǔn).土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析［J］.價(jià)值工程，2015（27）：76-77.

Study on Optimization of Civil Engineering Building Structure Design

Wang Yong
（Oriental Construction Co.Ltd.，Kaifeng Henan 475000）

Through the brief analysis of the problems in structural design,how to optimize the structure design of civil engineering construction was analyzed from three aspects of perfect drawing design,structural optimization design and the application of structural design software,in order to improve the design level of construction enterprises,so as to ensure the overall quality of civil engineering construction.

civil engineering；architecture；design optimization

TU318

A

1003-5168（2016）10-0112-02

2016-09-23

王勇（1975-），男，大專，助理工程師，研究方向：建筑工程。