土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題分析

朱悅 趙繁星

摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)條件的改善，建筑行業(yè)也有了較大發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作對于項(xiàng)目工程的整體性具有重要意義，可以更好地保證建筑工程后期的使用性。結(jié)構(gòu)設(shè)計是土建工程中重要的組成部分，主要包括建筑風(fēng)格設(shè)計以及建筑戶型結(jié)構(gòu)、功能性等方面的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計這些內(nèi)容的時候，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合建筑的功能性和審美性要求，這樣不僅可以使建筑外觀具有美感，還能增強(qiáng)客戶的體驗(yàn)。本文主要從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計角度出發(fā)，分析土木工程建筑設(shè)計中存在的問題，并有針對性地提出完善措施，以期對建筑行業(yè)的發(fā)展有所裨益。

關(guān)鍵詞 土木工程 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 承重柱設(shè)計 造價控制 沉降計算

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0100-03

當(dāng)前土木工程建設(shè)發(fā)展迅速，建筑材料、施工工藝包括整個建筑風(fēng)格都呈多元化發(fā)展，所以土建工程建筑設(shè)計可選擇的方案很多。作為設(shè)計工作者都清楚，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計決定整個工程的安全性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性以及舒適性體驗(yàn)等關(guān)鍵性指標(biāo)，所以必須控制這一工作環(huán)節(jié)的科學(xué)性和合理性。為了不斷對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，設(shè)計人員需要結(jié)合工作實(shí)踐總結(jié)問題，分析原因，積累經(jīng)驗(yàn)，提升土建工程建筑設(shè)計水平。

1 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

1.1 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要有科學(xué)的理論作為支撐，在此基礎(chǔ)上開展建設(shè)工作，有效優(yōu)化工程質(zhì)量。柱體在結(jié)構(gòu)設(shè)計這一過程中展現(xiàn)了較為重要的作用，它具有一定的承重性，但是就實(shí)際情形來看，其承重面積受限情況嚴(yán)重。基于這一情況，土木工程建筑施工時，需要通過多種方式保證安全性不受影響。

1.2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

1.2.1 安全性

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也有了很大提高，人們對住宅建筑有了更高的要求。在土建工程施工中，安全性是最基本的要求。從建筑用戶的角度來分析，土建工程質(zhì)量會影響建筑單位的聲譽(yù)，土建工程的安全性會直接影響建筑的使用壽命，如果在施工中土建工程的安全性得不到保障，就會對施工現(xiàn)場的施工人員的生命財產(chǎn)安全造成威脅。為了提高土建工程的安全性，建筑單位應(yīng)該提高現(xiàn)場施工人員的安全工作意識，防止因施工人員施工上的失誤而引發(fā)安全事故。同時，相關(guān)建筑單位還可以建立相應(yīng)的安全管理制度來保證土建工程的安全性。

1.2.2 環(huán)保性

目前，在建筑工程中，人們不僅對建筑質(zhì)量有了更高的要求，還對建筑施工中的環(huán)保方面提出了更高的要求。我國一直提倡可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，這便要求土建工程也應(yīng)該重視施工的環(huán)保性。在土建工程的施工中，建筑單位應(yīng)在施工材料方面進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，同時還可以對土建工程中的細(xì)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計，以充分體現(xiàn)施工的環(huán)保性。

1.2.3 功能性

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活水平越來越高，對于居住的要求也越來越高，因此，建筑的功能性越來越受到人們的關(guān)注。土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計除了需要遵循安全性和環(huán)保性之外，還需要重視其功能性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合建筑本身的用途進(jìn)行合理分析與設(shè)計，進(jìn)而使建筑具有較強(qiáng)的功能性，滿足人們生活和工作學(xué)習(xí)的需求。

1.3 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

1.3.1 以人為本

在土建工程施工中，建筑單位應(yīng)該結(jié)合人民群眾的需求進(jìn)行設(shè)計與施工。隨著生活水平的不斷提高，人們對土建結(jié)構(gòu)的要求更偏向于生態(tài)化的方向，他們希望可以接觸更多的自然環(huán)境，因此在土建工程的設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)該重視生態(tài)環(huán)保理念，旨在促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計人員應(yīng)該保證土建工程周圍的自然環(huán)境與建筑中的環(huán)境相協(xié)調(diào)，不應(yīng)出現(xiàn)較大的違和感，努力營造出人與自然和諧相處的氛圍。

1.3.2 選擇方案

土建工程施工應(yīng)該嚴(yán)格按照施工要求來進(jìn)行，其中，施工整體設(shè)計方案的質(zhì)量直接決定了整個土建工程的施工質(zhì)量，同時也會對結(jié)構(gòu)設(shè)計方面產(chǎn)生很大的影響。因此，在選擇方案的時候，設(shè)計人員應(yīng)該從整體考慮，本著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來正確選擇施工方案。另外，設(shè)計人員還要從多個方面來考慮方案的科學(xué)性和合理性，例如，結(jié)合施工場地的地質(zhì)情況、施工現(xiàn)場環(huán)境以及當(dāng)?shù)氐臍夂驙顩r等，充分考慮土建工程施工中所有的影響因素。設(shè)計人員應(yīng)該重視地基設(shè)計，并且考慮地基變形問題，及時采取相應(yīng)的措施來保證地基的牢固性[1]。

2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

2.1 土木工程安全性問題

從實(shí)際情況分析，在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面存在一些問題，其可行性不太理想，設(shè)計沒有辦法真正投入到使用之中。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在設(shè)計不牢靠的問題，這使得工程的安全性變成了一紙空談，要保證土木工程的安全性，則需要強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇科學(xué)的設(shè)計方案，大力保障施工質(zhì)量。但是目前我國的設(shè)計實(shí)力比較弱，施工人員在具體工作中也無法完全落實(shí)施工計劃，因而施工質(zhì)量的優(yōu)化仍是一大難題。

2.2 承重柱設(shè)計不合理

承重柱在結(jié)構(gòu)中承擔(dān)梁和板傳遞的荷載，并把荷載傳遞到基礎(chǔ)。設(shè)計中如果承重柱的截面積不夠，或者設(shè)計強(qiáng)度不夠，就無法有效發(fā)揮抗壓抗震作用，當(dāng)遇到地震或荷載過重等問題時承重柱就會出現(xiàn)裂縫、沉降，造成工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題。另外，建筑結(jié)構(gòu)中還有不設(shè)基礎(chǔ)的構(gòu)造柱，這是為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性。在設(shè)計圖紙中要明確構(gòu)造柱與承重柱的設(shè)計指標(biāo)，如果混淆，結(jié)構(gòu)質(zhì)量就無法保證。

2.3 施工結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在問題

在建筑行業(yè)，施工質(zhì)量是人們最關(guān)注的一個話題。施工質(zhì)量會受到設(shè)計的影響，如果設(shè)計不規(guī)范，施工質(zhì)量也會隨之下降。在施工階段，設(shè)計出現(xiàn)問題會致使工期延誤，這里指的設(shè)計問題不僅是設(shè)計不合理性，還可能是遇到問題后沒能及時給出改進(jìn)方案。究其原因，還是前期的調(diào)研工作沒有做到位，從而出現(xiàn)設(shè)計與實(shí)際不符。

2.4 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計造價控制中的問題

土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在保證工程質(zhì)量的前提下，要嚴(yán)格控制工程造價。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)不明確，導(dǎo)致設(shè)計過程中很多工作盲目下決定，無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的設(shè)計效果;另外，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案優(yōu)化不足，導(dǎo)致整體設(shè)計工作完成后總體造價超出成本控制要求。

3 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題解決措施

3.1 提升建筑設(shè)計者質(zhì)量安全意識和設(shè)計能力

影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量、安全問題的因素多種多樣，設(shè)計工作者在實(shí)際工作中利用自己的專業(yè)能力做到細(xì)致、準(zhǔn)確的考量，并對設(shè)計問題細(xì)致分析，做出科學(xué)的、專業(yè)的判斷。因此想要解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，首先要提升設(shè)計者質(zhì)量安全意識和設(shè)計能力。作為建筑設(shè)計工作者，要保持學(xué)習(xí)的習(xí)慣，不斷地去學(xué)習(xí)新技術(shù)、新工藝，豐富自己的專業(yè)知識，并且要在工作實(shí)踐中能靈活應(yīng)用所學(xué)的知識，做到與時俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新自己的設(shè)計理念;其次，設(shè)計單位要重視本單位工作人員的教育培訓(xùn)，為職工創(chuàng)造更多學(xué)習(xí)進(jìn)修的機(jī)會。比如組織設(shè)計人員到國外或者更高一級學(xué)府進(jìn)行研修，拓寬視野;最后，要加強(qiáng)對涉及人員思想道德、安全意識的培養(yǎng)，使他們不斷提升職業(yè)道德，在工作中把質(zhì)量、安全問題放在首位[2]。

3.2 構(gòu)造柱與承受柱方面

具體到構(gòu)造柱與承重柱方面的設(shè)計，設(shè)計人員需對這兩個部分的結(jié)構(gòu)有一定的認(rèn)知，并明確這兩方面的實(shí)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(jié)構(gòu)中都很重要。基于此，設(shè)計人員需將承重柱的承載原理明確，優(yōu)先設(shè)計承重柱。在構(gòu)造柱與承受柱方面的設(shè)計中，現(xiàn)階段的建筑設(shè)計人員通常會對構(gòu)造柱作為第二承受柱，這會對構(gòu)造柱的整體承載情況產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。若構(gòu)造柱承受了額外的承載力，則會造成構(gòu)造柱受力不均，進(jìn)而造成構(gòu)造柱的約束力較低，在這種情況下，若建筑出現(xiàn)震動，那么構(gòu)造柱則無法承擔(dān)震動帶來的沖擊力，使得土建工程發(fā)生崩壞。其次，構(gòu)造柱部分處于地圈梁之中，若沒有設(shè)置其他的輔助承載機(jī)制，那么構(gòu)造柱的底部構(gòu)件無法發(fā)揮力學(xué)中的抗剪切功能以及抗彎功能，若出現(xiàn)地質(zhì)情況的問題，墻體則會由于穩(wěn)定性而形成破裂，使得裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。還有，承重柱的截面經(jīng)常會出現(xiàn)有效高度缺失問題，若有效高度不足，那么承重柱的截面高度則無法提高。針對此情況，部分設(shè)計人員會相應(yīng)地削減截面高度，但這種方式?jīng)]有考慮到梁柱的剛性作用和效果，無法達(dá)到土建工程的基本抗震效果。

3.3 完善我國的建筑規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)

目前我國的土木建筑行業(yè)發(fā)展迅速，工藝、材料、技術(shù)更替速度也快，土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范還需要結(jié)合行業(yè)發(fā)展不斷優(yōu)化調(diào)整。設(shè)計工作講究有據(jù)可依，有章可循，應(yīng)該及時總結(jié)吸收國內(nèi)外現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不斷優(yōu)化完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，提升我國土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。另外，工程結(jié)構(gòu)問題無小事，為了加強(qiáng)對建筑市場的質(zhì)量控制，必須要在法律層面確立明確的法律規(guī)章制度。有了法律約束，就能提升設(shè)計者的崗位責(zé)任意識，為自己的工作成果負(fù)責(zé)，不會為了短期利益，盲目地為了完成任務(wù)而隨意設(shè)計。

3.4 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化步驟

3.4.1 選擇合理的設(shè)計參數(shù)與變量

在房屋建筑工程設(shè)計的過程中，土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要采用更加有效的方式，充分考慮其中的各項(xiàng)參數(shù)與變量，對參數(shù)與變量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。一些參數(shù)與變量對建筑結(jié)構(gòu)的整體影響不大，卻對建筑局部結(jié)構(gòu)影響較大或很大[3]。在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，相應(yīng)的設(shè)計人員需要對參數(shù)與變量有充分的考慮，從而更好地減少工作量，提高建筑工程的施工效率。

3.4.2 確定目標(biāo)函數(shù)

在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化之前，需要首先確定與目標(biāo)相符合的建筑函數(shù)，通過建筑函數(shù)來進(jìn)行失效概率等情況的計算，從中選擇有效的計算方式，使工程造價工作能夠更好地完成。

3.4.3 確定約束條件

土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化需要通過有效的約束條件來實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和牢固性的把握，進(jìn)而采取更加有效的方式對土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。要充分考慮所有約束條件的變化對土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所產(chǎn)生的影響，確保房建筑結(jié)構(gòu)處于最佳狀態(tài)。在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，房屋建筑所有的約束條件都需要通過有效的方式來進(jìn)行落實(shí)，確保土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與約束條件相吻合，更好地實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)計方案的落實(shí)。

3.5 科學(xué)計算梁、板跨度

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行跨度計算，并根據(jù)建筑物實(shí)際情況來做相應(yīng)調(diào)整。如果建筑物采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，那么可按照凈跨度1∶1來進(jìn)行跨度計算;如果建筑物是寬扁梁結(jié)構(gòu)，則不可采取前種方式來計算跨度。在設(shè)計梁板結(jié)構(gòu)時，可將其看作變截面板;在設(shè)計扁梁結(jié)構(gòu)時，需要先確定梁高與板厚之間的差異，如若無太大差異，那么在計算長度時，可直接計算梁中心，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)來合理配筋[4]。

3.6 重視箱、筏基礎(chǔ)底板跳板的設(shè)計

在設(shè)計箱、筏基礎(chǔ)底板跳板時，需要合理優(yōu)化對邊跨底板鋼筋，如果采用通長布置法，則無須增加通長筋，有利于減少材料浪費(fèi)和損耗。不可使用計算跳板的方式來計算建筑物窗井部位，如若建筑物有地下室，則需要靈活考慮各項(xiàng)問題。

3.7 做好沉降計算工作

在基坑開挖時，坑邊地基土不會出現(xiàn)反彈狀況，但坑中心位置的地基土?xí)茏饔昧τ绊懀霈F(xiàn)反彈情況，這種情況下可用人工方式來消除回彈部分。當(dāng)建筑基坑較小時，坑底約束力便會增大，回彈可忽略，可根據(jù)基底附加應(yīng)力來進(jìn)行沉降計算;當(dāng)建筑基坑較大時，則需要進(jìn)行箱基沉降計算，做好安全儲備。

3.8 做好箍筋工作

進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要在其受力部位布設(shè)箍筋，尤其是在梁的受力部位，必須附加箍筋，將主梁、次梁的受力擴(kuò)散于整個梁截面內(nèi)，提高主梁抗剪強(qiáng)度，防止梁的實(shí)際受力超過其可承受范圍。通過附加箍筋的設(shè)計方式，能夠明顯提高主梁的延性，避免發(fā)生變形，次梁穩(wěn)定性也能有所提升，可滿足建筑物施工需求。

3.9 保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的實(shí)用性和藝術(shù)性

建筑本身就是一件藝術(shù)品，因此，在進(jìn)行設(shè)計的時候，設(shè)計人員應(yīng)該將自己的想法體現(xiàn)在建筑風(fēng)格上，從而使建筑更具有藝術(shù)性和實(shí)用性。在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員應(yīng)該把建筑的安全性放在首位，然后再考慮建筑的實(shí)用性和藝術(shù)性。設(shè)計人員應(yīng)該減少建筑質(zhì)量與建筑剛度之間的差異，以此來有效提高建筑物的使用壽命。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到豎向布局時，設(shè)計人員應(yīng)該把建筑的功能性放在首位，使建筑的豎向承重構(gòu)件保持上下貫通，還可以利用轉(zhuǎn)換層來降低設(shè)計難度并控制建筑成本。

4 結(jié)語

綜上所述，在土建工程建設(shè)中，相關(guān)項(xiàng)目管理人員應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)設(shè)計及其優(yōu)化技術(shù)方面的工作，認(rèn)真分析設(shè)計中出現(xiàn)的問題，并且明確設(shè)計原則、要點(diǎn)內(nèi)容以及優(yōu)化方向，并且從土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和概念設(shè)計以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的實(shí)用性和藝術(shù)性等方面來進(jìn)行合理優(yōu)化，從而保證土建工程的整體施工質(zhì)量。

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