基于土木工程建筑結構設計的優化分析

尹瑤宗 山東電力建設第三工程有限公司

1 前言

近年來，隨著我國社會經濟高速發展，建筑工程事業也隨之蓬勃發展。目前，建筑工程項目數量逐漸增多，項目規模也不斷地擴大，人們對建筑工程質量提出了更高的要求。建筑企業為了在日益激烈的市場競爭中獲取更多的市場份額，必須加強建筑工程施工質量管理，重視建筑結構設計工作。建筑結構設計是建筑工程施工中的重要組成部分，必須予以高度重視，針對當前建筑結構設計中存在的問題，實施有效措施，優化結構設計方案，提高建筑結構穩定性，保障建筑工程施工質量。

2 探討優化房屋建筑結構設計的重要性

2.1 有效提升建筑材料的利用效率

為了獲得更豐富的經濟效益，在保障房屋建筑質量的前提下，需要通過開展科學的建筑結構設計來有效地節約資金，提高資金的利用效率。從建筑結構設計的實際操作來看，結構性能良好的方案所使用的結構材料并不一定是價格最高的，性價比高的材料也能夠發揮出最佳的結構性能。這就要求設計人員在進行建筑結構設計時，要把提升材料利用率作為工作重點。

設計人員要通過綜合應用各種新型材料。例如：預應力混凝土結構、鋼管混凝土結構等新型的建筑材料，提升建筑結構設計的科學性和最終效果。新型材料在許多方面有明顯的優勢，如鋼管混凝土結構在穩定性、抗壓強度、抗變形能力方面有明顯的優勢。鋼管和混凝土材料的有機結合，能夠大大提升該材料結構的穩定性。通過充分、高效的利用鋼管對混凝土的作用，使該結構呈三向受壓的狀態，進而顯著提升該材料結構的抗壓強度。

相較于普通的鋼管結構，鋼管混凝土能夠在其自重和承載力保持一致的前提下，有效節省將近一半的鋼材，能夠很好地簡化原本需要實施的焊接工序，減少工作人員的工作任務量。鋼管混凝土結構與混凝土相比，能夠減少將近一半的構件截面面積，相應的就減少一半左右的材料用量。能夠在有效節省材料的同時，提升材料結構的穩定性和強度，大大提升材料的利用率，在保障建筑結構質量的同時，還能夠有效地控制工程項目成本，提升材料的利用率。

2.2 推動建筑結構的經濟性的提升

隨著高層建筑數量的增加，建筑墻體和柱的面積也在不斷地擴大，建筑結構的自重不斷增大，各種管線鋪設的長度也越來越長。也就是說，如果建筑的層高降低，所使用的建筑材料也會相應地減少，還能夠有效提升建筑的抗震性。如果建筑的高度降低，兩棟建筑之間的日照距離也會相應地發生改變，最終有效地減少用地面積。如果建筑面積相同，采用接近于方形的形狀，相對的能夠減少房屋建筑外墻的周長系數，就能夠減少建筑基礎裝修和建筑內表面和外表面的裝修，進而有效地推動房屋建筑經濟性的提升。合理的建筑結構優化設計，能夠從整體上節省房屋建筑工程造價，為建筑工程企業爭取更多的經濟效益。

3 簡要概述現階段房屋建筑結構設計的實際情況

3.1 結構設計圖紙的內容不夠完善、詳盡

房屋建筑工程建設離不開圖紙，設計圖紙是開展房屋建筑項目工程建設必不可少的要素之一。開展房屋建筑工程項目施工的各個步驟、各個環節，都需要圖紙作為參考和引導。只有設計完善、詳細、科學的結構圖紙，才能夠為后續開展項目施工提供便利支撐，從而有效避免后續施工出現不必要的變更、修改的問題。但是，現階段部分單位設計的結構圖紙并不詳盡，許多細節并未落實到位，對于建筑結構類型、抗震等級要求并未按照規范標準詳細標明，也沒有詳細的列舉有關墻體材料類型的內容。由于一些結構設計圖紙的專業性不強，未能按照規范標準要求進行科學、合理的圖紙繪制，圖紙中所涉及的內容標識不清晰，內容不準確，給房屋建筑施工造成了嚴重的消極影響，成為引發安全事故問題的導火索。

3.2 房屋工程在建筑結構方面容易出現的設計問題分析

對于房屋工程的結構設計問題，相關設計人員需與技術人員從建筑學與力學、設計美學等方面進行全方位分析，并對該領域中容易造成結構問題的因素進行集中總結，這種方式能夠在很大程度上提高建筑物的整體質量和安全穩定性，同時，此環節也會涉及許多復雜的工程內容。

3.2.1 地基方面

地基問題的出現，通常會涉及具有一定的復雜流程且操作難度大的部分，例如地質地形的勘察、地基加固方式的選擇，都會涉及大量的設計參數。

首先，地基問題通常是在房屋工程建設的最初始階段，施工部門并沒有接收到詳細的地質勘察報告或相關的地質信息，并主要通過口述、傳達經驗等方式進行報告，專業含量較低，這會在很大程度上造成地質信息數據的缺失，進而在施工過程中無法保障其施工數據的精準度。在缺少各類數據的情況下，若直接設計施工圖，這種方式會使得部分施工細節無法得到處理，并形成相應的質量或安全隱患，造成工程事故的發生。

其次，設計人員在設計過程中，會對地基的耐力承受值進行一定程度的降低，但事實是，僅依靠降低地基承受值進行設計，無法全面保障施工安全，建筑工程還涉及其他數據和指標，例如土質力學以及地下水的化學含量、地表淺層容易出現的應力變化程度等方面。

最后，在軟基的處理方面，設計人員通常會選用更換土墊層的方式進行，但對并土墊層的設計有所缺失，無法確保土墊層的厚度與寬度，這在一定程度上形成了安全質量隱患。

3.2.2 樓板方面

樓板起到的作用對于整個建筑結構穩定性而言非常的重要，樓板的受力程度與建筑物的實際承載有很大的聯系，同時，樓板的設計也與墻面、梁體、柱體的具體設置情況有關，設計人員應突出樓板的整體性。若設計人員只將樓板承載力作為實際出發點，忽略樓板與其他元素之間的整體性聯系，這種方式將無法滿足建筑結構的基本承載需求，經過時間的催化后，樓板會出現一定的裂縫問題，并增多其他的工程安全隱患。

在房屋工程的建設過程中，設計人員需考慮的第一要素應是建筑物的整體安全性和穩定性，其他的功能建設應在確保這兩方面達到規范要求后再進行建設。建筑的穩定性十分重要，只有確保建筑物的基礎穩定性，才能以此為基礎展開后續的施工作業，并確保施工質量和工期。還有，在樓板出現變形情況的可能性預判方面，若相關設計人員在此環節僅依靠自身經驗，并簡化應用的數據計算流程，那么樓板產生形變量的數據會出現一定的偏差，進而影響施工效率和施工質量。

3.2.3 梁體方面

在房屋建筑工程中，梁體的設計與施工質量會對整個建筑工程的使用質量和安全穩定性產生非常明顯的影響作用，其中，梁高與連續梁之間的結構設計非常關鍵，針對建筑內梁高過小的情況，若相關設計人員只重視梁體的承受力和剛度方面，在一段使用時間過后，梁體的穩定性就會出現一定問題，并且梁的撓度會呈比例增大，形變到一定程度后梁體會出現裂紋，并且此裂紋會不斷擴張，降低房屋的使用安全性。

在連續梁的設計方面，相關設計人員通常會忽略邊梁的實際負荷量，并將連續梁的負筋配筋量降低。在綜合作用下，這種情況會促使梁體的受拉區域出現裂紋。邊梁部分的承載情況通常會受到溫差影響，若溫差過大，則會出現相應的梁體收縮或拉伸情況，并加劇了此前留下的裂紋，增加建筑工程的使用風險。

3.2.4 框架方面

框架的設計主要涉及兩個部分，分別為橫向框架和縱向框架，而當前建筑工程設計人員通常注重橫向框架的設計，十分缺少對縱向框架設計的考慮。就目前建筑樓梯的抗震效果而言，通常會以主軸方向為主展開設計，而在抗震作用下，其框架的承受對象來自各類構件，這種情況能夠促使震動效果能夠被分散并將其承載減輕。

所以，設計人員應對不同方向的框架進行合理規劃，但目前許多設計人員無法對框架的兩種情況進行等量討論。設計過程中，相關人員應對框架的縱筋與箍筋的實際配比進行精準分析并考量，若設計內容無法符合實際構造需求，這會在很大程度上影響結構的抗震性。

3.2.5 構造柱與承受柱方面

具體到構造柱與承重柱方面的設計，設計人員需對這兩個部分的結構有一定的認知，并明確這兩方面的實際承載情況。其中，承重柱的作用非常重要，不論是在平層還是低層建筑結構。基于此，設計人員需將承重柱的承載原理明確，優先設計承重柱。在構造柱與承受柱方面的設計中，現階段的建筑設計人員通常會對構造柱作為第二承受柱，這會對構造柱的整體承載情況產生一定影響，進而影響到建筑結構的穩定性。若構造柱承受了額外的承載力，則會造成構造柱受力不均，進而造成構造柱的約束力較低，在這種情況下，若房屋出現震動，那么構造柱則無法承擔震動帶來的沖擊力，使得房屋工程發生崩壞。

其次，構造柱部分處于地圈梁之中，若沒有設置其他的輔助承載機制，構造柱的底部構件無法發揮力學中的抗剪切功能以及抗彎功能，若出現地質情況的問題，墻體則會由于穩定性而形成破裂，使得裂紋進一步擴展。承重柱的截面經常會出現有效高度缺失問題，若有效高度不足，承重柱的截面高度則無法提高，針對此情況，部分設計人員會相應地削減截面高度。但這種方式沒有考慮到梁柱的剛性作用和效果，無法達到房屋工程的基本抗震效果。

4 結束語

目前，在建筑結構設計中還存在一定問題，需要采取針對性措施來加以解決。為保障建筑結構設計質量，應做好實地勘察工作，實施系統化管理，有效控制各項影響因素。