土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及優(yōu)化措施

洪云

（湖北建藝風(fēng)工程設(shè)計(jì)有限公司，湖北荊州 434000）

0 引言

建筑市場(chǎng)發(fā)展日益飽和，建筑企業(yè)要想保持自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提高市場(chǎng)占有率，凸顯土木發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益和價(jià)值，就必須針對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，要更為有效地吸引市場(chǎng)的注意力，凸顯自身的品牌形象和特點(diǎn)。

1 分析土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1.1 專項(xiàng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目

結(jié)構(gòu)、給排水管道組合、電力資源分配都是項(xiàng)目開發(fā)的重要組成元素，這一類的專項(xiàng)設(shè)計(jì)都要堅(jiān)持安全可靠性和功能穩(wěn)定性的基本原則，由此來凸顯環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。一般情況下，設(shè)計(jì)人員需要從整體的實(shí)踐需求出發(fā)，結(jié)合方案規(guī)劃，結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)建打磨，圖紙審核等多個(gè)，開展有序的階段性工作。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求

各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須擁有足夠的承載能力，這樣才可以滿足建筑各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行的需求，保證工程主體的穩(wěn)定性和可靠性。因此，設(shè)計(jì)人員要充分考慮疲勞強(qiáng)度的數(shù)值，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和合理性。再加上建筑本身的運(yùn)行就是多個(gè)環(huán)節(jié)互相組合的成果，因而設(shè)計(jì)人員也要協(xié)調(diào)好不同環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，形成合理的組織格局，提高項(xiàng)目的效益和收益。

2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的瓶頸和壁壘

（1）安全問題。有很多設(shè)計(jì)人員盲目追求工程進(jìn)度，忽視了安全層面的隱患。部分企業(yè)在追求短期經(jīng)濟(jì)效益的時(shí)候，會(huì)盲目地變更原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，但變更之后的新方案并沒有經(jīng)過可行性的論證，所以也無法真正與項(xiàng)目相結(jié)合，甚至?xí)o法順利應(yīng)用，這不僅會(huì)影響建筑的安全性，埋下一系列的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，同時(shí)也容易提高建筑成本，增加企業(yè)的投資壓力和負(fù)擔(dān)。

（2）結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題。近些年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已經(jīng)取得較為明顯的成效和進(jìn)步，城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化延伸也進(jìn)一步阻礙土地資源的存續(xù)，這就壓縮了自然環(huán)境的循環(huán)空間。在這一態(tài)勢(shì)的引導(dǎo)下，很多建筑結(jié)構(gòu)也逐漸向高層形式靠攏，由此給結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性出了一份更困難的答卷。但部分設(shè)計(jì)人員依舊停留在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中無法自拔，沒有充分考慮到這一領(lǐng)域的需要，也沒有設(shè)計(jì)出針對(duì)性的優(yōu)化措施，這就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗震性能有所欠缺，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)這一問題。

（3）樓層的平面剛度問題。如果設(shè)計(jì)人員沒有理清結(jié)構(gòu)的概念和本質(zhì)，在樓層平面剛度的布置中，未創(chuàng)建力學(xué)模型，那就必然導(dǎo)致分析的結(jié)果缺乏客觀性和準(zhǔn)確性，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)過大的誤差。

（4）對(duì)規(guī)劃總圖的忽略。設(shè)計(jì)人員在開展建筑基礎(chǔ)規(guī)劃之前，必須對(duì)選址地周圍的具體情況開展一系列的實(shí)地勘察，或者是對(duì)規(guī)劃總圖進(jìn)行仔細(xì)研究，這樣才可以在結(jié)合環(huán)境的前提下，明確建筑結(jié)構(gòu)開發(fā)的目的和主線任務(wù)，避免后期出現(xiàn)各種各樣的安全隱患，產(chǎn)生不必要的威脅和災(zāi)害。然而不可否認(rèn)的是，很多建筑人員都忽略對(duì)規(guī)劃總圖的全方位研究，這就導(dǎo)致工程的設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性，有可能給建筑工程帶來非常嚴(yán)重的后果。比如，在正式開始施工之前，基坑的開挖是否會(huì)與周圍的土壤和地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生沖突，破壞原有的自然生態(tài)，就值得設(shè)計(jì)人員進(jìn)行考量。總的來說，規(guī)劃總圖是一系列思維活動(dòng)的起點(diǎn)，一旦處于邊緣化的地位，設(shè)計(jì)人員的工作就會(huì)缺乏可靠性。

（5）相鄰建筑施工順序的忽略。施工順序是影響施工進(jìn)度的重要因素，不僅牽涉到建筑本身的質(zhì)量，而且也關(guān)聯(lián)到后期的正常使用。一旦建筑的施工順序出現(xiàn)偏差，就很有可能影響功能的正常發(fā)揮。一般來講，如果建設(shè)相鄰的兩幢建筑，在展開基礎(chǔ)埋深施工的時(shí)候，就要對(duì)另一建筑做好基坑支護(hù)工作。若是基坑支護(hù)工作出現(xiàn)遲滯問題，就必然會(huì)影響建筑物自身的穩(wěn)定性。

3 分析土木工程建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化思路

3.1 應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)

建筑信息模型技術(shù)是工業(yè)化發(fā)展到新時(shí)期的必然產(chǎn)物，能夠讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從二維的格局中脫離出來，實(shí)現(xiàn)多個(gè)維度的調(diào)整和優(yōu)化，更全面地反映實(shí)踐中存在的問題，從源頭加以控制和約束。從內(nèi)容的角度來看，建筑信息模型技術(shù)包括三個(gè)方面的特征，首先是集成化和統(tǒng)一化，模型技術(shù)能夠收集多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，將其統(tǒng)籌結(jié)合到一個(gè)平臺(tái)上，以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為核心支撐，將所有的資源整合到固定的模型中。設(shè)計(jì)人員可以在平臺(tái)上按需開展一系列的操作，并滿足多人同時(shí)作業(yè)的基本需求，大大提高交互設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。模型數(shù)據(jù)可以幫助設(shè)計(jì)人員打造數(shù)據(jù)庫(kù)，完整地記錄建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃中的細(xì)分項(xiàng)目和細(xì)節(jié)性的問題，并以三維的形式展現(xiàn)出來，充分體現(xiàn)不同信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，給設(shè)計(jì)人員更全面且直觀的參考。數(shù)據(jù)庫(kù)囊括的資料是尤為豐富的，包括建筑結(jié)構(gòu)的空間信息，材料構(gòu)建的信息、尺寸和規(guī)格信息等，而以上這些素材都具有豐富的參考價(jià)值，能夠讓設(shè)計(jì)省略許多煩瑣的步驟并優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

其次，建筑信息模型技術(shù)具有協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，土木工程項(xiàng)目本身就聯(lián)系不同的施工環(huán)節(jié)，所以也對(duì)應(yīng)不同的管理單位，需要發(fā)揮協(xié)同的作用，開展大范圍的合作。如果各部門相互獨(dú)立，各自為政，就很有可能因?yàn)樾畔贤ú粫扯霈F(xiàn)結(jié)構(gòu)沖突。在模型技術(shù)的引導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員可以打造更開放化的平臺(tái)，兼顧施工方和業(yè)主的多元利益，讓參與單位能夠隨時(shí)更新自己手頭的數(shù)據(jù)和信息，讓他們也可以隨時(shí)獲得數(shù)據(jù)以及資料，掌握設(shè)計(jì)的進(jìn)度和流程，并針對(duì)現(xiàn)存問題開展多元探討，共同商討出合理的解決方案，開展持續(xù)性的優(yōu)化。并且，協(xié)同設(shè)計(jì)也充分考慮了業(yè)主本身的意愿和自主權(quán)，業(yè)主能夠充分發(fā)表自己的看法和意見，設(shè)計(jì)人員可以將其作為工作的導(dǎo)向和參考，并從施工部門中獲取有效的意見。

最后是傳遞性設(shè)計(jì)，在建筑信息模型技術(shù)的引導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員可以打破傳統(tǒng)的信息僵局，把不同的資源微妙地關(guān)聯(lián)到一體，讓修改工作和調(diào)整工作變得更便捷。當(dāng)設(shè)計(jì)人員對(duì)某一個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整之后，與之相關(guān)聯(lián)的其他既定條件也會(huì)有所調(diào)整，這就節(jié)約很多不必要的煩瑣步驟和程序，并提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 比較基礎(chǔ)選型

建筑工程質(zhì)量的提升是通過各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化來完成的，但在這其中，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選型，產(chǎn)生的影響要更明顯。在確定基礎(chǔ)選型之前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析建筑周圍的環(huán)境，探討建筑物的特征，開展全方位的實(shí)地勘察，認(rèn)真分析地質(zhì)條件和水文環(huán)境，而且要把地質(zhì)勘察報(bào)告的內(nèi)容當(dāng)做重要的思路，堅(jiān)持安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)和科學(xué)合理的基本原則。例如，如果建筑所在地的場(chǎng)地情況相對(duì)優(yōu)良，所受到的外界干擾較小，那么基礎(chǔ)選型就可以通過地基處理和筏板基礎(chǔ)。如果項(xiàng)目的工期較緊，而且對(duì)工程這樣的要求較為嚴(yán)格，那么也可以用樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工。如果建筑所在地場(chǎng)地情況較差，并且會(huì)受到多個(gè)領(lǐng)域的干擾和限制，就可以選擇樁筏基礎(chǔ)或者是樁基礎(chǔ)。總的來說，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合主觀因素和客觀因素，不斷優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方案，做出比較和辨析，選擇最為合理的途徑，這樣可以降低隱患和事故發(fā)生的概率[1]。

3.3 合理選擇地下抗浮措施

筆者在上文中已經(jīng)提到，城市建筑物大多都體現(xiàn)高層的特性，而高層建筑物的基層設(shè)計(jì)，必須更注重對(duì)周邊環(huán)境的勘察。那些埋置位置較深，而且層數(shù)較高的地下室，要想保證穩(wěn)定性和安全性，就必須要選擇合理的地下抗浮措施。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在工程人員驗(yàn)算之后，根據(jù)結(jié)果來考慮是否增加基礎(chǔ)厚度，或者是增設(shè)地下室的頂板。在條件允許的情況下，也可以通過增加配重的方式來調(diào)整。

3.4 沉降縫和伸縮縫的合理布置

設(shè)計(jì)人員要注重建筑周圍的水坑、主體結(jié)構(gòu)和剪力墻，包括人防門這些部位，保證沉降縫和伸縮縫的分配是均勻且合理的，這樣可以為后期的施工節(jié)省許多不必要的時(shí)間和步驟[2]。

3.5 深度研究疲勞荷載問題

在自重和動(dòng)荷載作用的影響下，土木工程的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度本身就會(huì)隨著時(shí)間的推移而有所削弱。特別是在活荷載作用和風(fēng)荷載作用的引導(dǎo)下，由于以上這兩類作用力會(huì)以結(jié)構(gòu)內(nèi)部為中心點(diǎn)展開，循環(huán)往復(fù)的移動(dòng)并產(chǎn)生延伸的變化應(yīng)力，所以也必然會(huì)削弱原有的可靠性，以至于產(chǎn)生輕微或者是大范圍的震動(dòng)，讓原有的結(jié)構(gòu)承擔(dān)更大的負(fù)擔(dān)與壓力，長(zhǎng)此以往，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)遭受極大的破壞。正是因?yàn)槿绱耍聊竟こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用的材料一般無法真正同時(shí)滿足連貫性和均勻性這兩個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)，而且會(huì)在應(yīng)用的過程中遇到一些小的問題和缺陷。在這里，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究疲勞荷載這一作用，把重點(diǎn)放在建筑物局部搭建上，提高關(guān)鍵部位構(gòu)件的應(yīng)力。

3.6 堅(jiān)持耐久性的原則

土木工程結(jié)構(gòu)接觸的是露天環(huán)境，所以在使用的時(shí)候也會(huì)受到各種自然因素的限制，一旦周邊的場(chǎng)所產(chǎn)生有害的化學(xué)物質(zhì)，就很有可能腐蝕原有的建筑材料，與此同時(shí)土木工程結(jié)構(gòu)也面臨著地震荷載，疲勞荷載等。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持耐久性的原則，在構(gòu)造上選擇更加優(yōu)質(zhì)的材料，并充分考慮建筑在運(yùn)行中可能面臨的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，做好后期的維修和保養(yǎng)工作[3]。

4 結(jié)語

總體來說，持續(xù)性推動(dòng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是合理且必要的舉動(dòng)，這是優(yōu)化建筑使用功能的應(yīng)用之策，也是延長(zhǎng)項(xiàng)目壽命的有效措施。本文通過信息技術(shù)的引進(jìn)、方案的比較和辨析、抗浮措施的合理選擇、沉降縫和伸縮縫的合理布置、疲勞核載問題的研究、耐久性的提升這幾個(gè)角度，論述土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，充分結(jié)合現(xiàn)代化建筑面臨的主要問題，能夠在理論和實(shí)踐這兩個(gè)層面中得到驗(yàn)證，幫助企業(yè)塑造自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。