土木工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題探討

王旭

山東中天能源工程咨詢有限公司 山東濟(jì)南 250100

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是考慮整棟建筑的情況，然后綜合考慮排水設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)及整棟建筑的其他方面。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通常必須遵循設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)，安全和美觀的原則，盡可能地提高結(jié)構(gòu)的舒適性并在保證建筑設(shè)計(jì)的安全性的基礎(chǔ)上控制建筑的成本[1]。一般來說，建筑設(shè)計(jì)的步驟是先實(shí)施方案設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行平衡分析，最后根據(jù)分析結(jié)果來確定施工圖紙以指導(dǎo)后續(xù)工作。

2 土木工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題

2.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題

很多施工企業(yè)為了盡快完成施工，沒有注意圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的一些具體要求，而設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)實(shí)際施工環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，在設(shè)計(jì)建筑圖紙時(shí)也沒有準(zhǔn)確的施工數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)過程中，很多設(shè)計(jì)師在類似的建筑項(xiàng)目中，習(xí)慣于使用以往的設(shè)計(jì)方案，只修改了一些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際施工存在嚴(yán)重的偏差，最終影響建筑設(shè)計(jì)圖紙的科學(xué)性，直接影響房屋建筑項(xiàng)目后續(xù)的施工[2]。

2.2 承重柱的截面設(shè)計(jì)不合理

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一些設(shè)計(jì)師在對(duì)懸臂梁進(jìn)行校核時(shí)，過分強(qiáng)調(diào)了懸臂梁的強(qiáng)度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，往往忽略了一旦達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，懸臂梁的設(shè)計(jì)就會(huì)過小。由于建筑物懸臂梁的支承方向垂直，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)檢查懸臂梁的撓度。如果建筑負(fù)荷設(shè)計(jì)太小，那么會(huì)在壓縮區(qū)域容易導(dǎo)致過大的壓力，導(dǎo)致梁內(nèi)的裂縫，影響整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性[3]。

2.3 安全消防問題

隨著人們對(duì)房屋建筑需求不斷增加，房屋建筑的功能性直接決定了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多樣化的功能要求必然使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也在一定程度上變得復(fù)雜，從而給建筑安全帶來一定得的影響。如很多房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一些設(shè)計(jì)者為了結(jié)構(gòu)美觀性和施工控制成本的考慮，大量的在設(shè)計(jì)中使用可燃性材料進(jìn)行施工，不僅使房屋建筑在發(fā)生火災(zāi)的情況下，不能夠很好的對(duì)火勢(shì)進(jìn)行控制，還會(huì)由于不科學(xué)的設(shè)計(jì)使火勢(shì)迅速蔓延，嚴(yán)重的威脅到房屋建筑的安全。因此，在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要加強(qiáng)建筑消防安全的設(shè)計(jì)考慮，通過結(jié)合實(shí)際的建筑情況使用一些防火方法，如設(shè)置防火墻、防火卷簾等。

2.4 結(jié)構(gòu)體系問題

隨著土木工程建設(shè)行業(yè)的不斷發(fā)展，其中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系也變得非常繁多，如筒體結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系等。但是很多情況下應(yīng)用的這些結(jié)構(gòu)體系與房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求不符，嚴(yán)重的影響了房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性。比如在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果平面上跨度較大且平衡度較低，就需要考慮使用梁板式房屋結(jié)構(gòu)。一些房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，很多的設(shè)計(jì)者沒有重視橫向和縱向的框架結(jié)構(gòu)，只是將建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行美觀設(shè)計(jì)，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)來說難以承受縱向的地震作用力，從而直接對(duì)建成后的房屋建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能產(chǎn)生影響。

3 完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)策略

3.1 準(zhǔn)確搜集相關(guān)資料

隨著土木工程房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷的優(yōu)化，需要設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，切實(shí)做好建筑工程的實(shí)地考察工作，通過準(zhǔn)確搜集整個(gè)房屋建筑所在地的自然地理環(huán)境、地形地貌、水文氣象等資料，還要將其與具體房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，與我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行充分的結(jié)合，從而使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖紙與建筑選址的實(shí)際情況相吻合，從而使設(shè)計(jì)圖紙具有一定的科學(xué)性、合理性及可行性。因此，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算相關(guān)參數(shù)時(shí)可以利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過一些BIM等軟件系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，這樣能夠使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全方位、立體地展示出來，從而幫助設(shè)計(jì)人員了解房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些問題，并及時(shí)的進(jìn)行調(diào)整改善。

3.2 科學(xué)設(shè)計(jì)承重柱截面

因?yàn)槌兄刂蔷S護(hù)房子的安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵，承重部分應(yīng)該是科學(xué)設(shè)計(jì)的。首先根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)承重柱的荷載進(jìn)行校核和減載，最后確定承重柱的荷載工況。然后根據(jù)混凝土的強(qiáng)度和負(fù)荷作用，對(duì)承重柱的部分進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)。但并不是說承重截面越大，建筑的安全性就越好。對(duì)于承重柱，橫截面面積越大，承載力就越大，但整體結(jié)構(gòu)的重量會(huì)增加，這就相應(yīng)地增加了建造工程的成本，對(duì)設(shè)計(jì)者的要求也更高。因此，在進(jìn)行承載力截面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮建筑物結(jié)構(gòu)的安全性和建筑成本[4]。

3.3 注重整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

一般而言，排水系統(tǒng)位于地下室，各種管道將安裝在其他空間。然而，在管道設(shè)計(jì)過程中，往往容易穿透梁或柱，這也是設(shè)計(jì)師需要充分注意的。為了盡可能避免這種設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員必須加固排水管道通過的承重墻的墻體。此外，在天然氣管道的安裝過程中，設(shè)計(jì)者必須注意與橫梁主體相關(guān)的安裝孔，使其與整面墻的寬度保持一致，以便在后期的安裝過程中使其更平滑。

3.4 結(jié)構(gòu)形式的合理選擇

在選擇建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，我們必須考慮建筑的使用，功能，安全和穩(wěn)定性。一般來說，高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式有框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計(jì)優(yōu)化中有不同的優(yōu)化方案，比如剪切壁結(jié)構(gòu)，我們可以優(yōu)化連接梁的設(shè)計(jì)。通過提高連接梁的界面剛度，可以有效地提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。隨著連接梁的剛度增加，分配的彎曲力矩也會(huì)增加，而構(gòu)件的加固量也會(huì)隨之增加。然而，這會(huì)造成一定的材料浪費(fèi)。當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)的橫向剛度會(huì)增加，但相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位移會(huì)相對(duì)減小，隨著橫向剛度的增加，地震作用將會(huì)增加。