土木工程建筑結構設計問題及優化措施

賴永俊

國海建設有限公司 江西 南昌 330200

引言

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，就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。

1 建筑結構設計概述

建筑結構設計是結構設計的重要組成，包括上部結構設計、基礎設計2種。前者涵蓋了框架結構、砌體結構、磚混結構、剪力墻結構、筒中筒結構、框架-核心筒結構、輕鋼結構、框架-剪力墻結構、鋼結構等多種類型；后者需要依據工程地質勘察報告中涉及的上部結構類型、上部結構荷載效應，驗算地基承載力、基礎內力、配筋，確定基礎底面積及必要的構造措施。除此之外，在地質勘察報告分析過程中，設計人員還需要清晰判定地質資料中對場地的評價、基礎選型的建議，在對場地初步了解的基礎上，結合地質剖面圖、各土層物理指標，對場地的土層分布、地質結構以及場地穩定性、均勻性進行進一步評價，為基礎形式確定以及地基持力層沉降數據、基礎不利地質情況分析提供依據。比如，在地質報告中表明“勘察期間見地下水”，若為巖石等不透水土層，且建筑帶地下室，就需要考慮水壓，以避免基坑進水無處排出而導致的一系列問題[1]。

2 優化房屋建筑結構設計的重要性

2.1 能夠很好地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，還能夠有效的提升建筑的抗震性。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。

2.2 能夠降低建筑的成本

建筑工程施工建設需要投入大量的資金，通過對結構設計進行優化，能夠充分發揮結構的經濟性優勢。但從目前來看，不少業主為了趕工期，往往會對建筑設計的期限進行嚴格的限制，在時間緊迫的情況下，設計人員很難保證設計的精細化，會導致部分結構設計缺乏合理性和經濟性。為了能夠達到降低成本的目的，在鋼筋及其他相關材料的配置環節，通常會采用相關規范的最低限制，直接影響結構整體的安全性。從結構設計人員的角度出發，必須借助先進的結構分析設計方法，做好建筑結構設計的優化和調整，在保證安全、適用的同時，實現技術先進、經濟合理和施工便捷的目的。建筑結構設計不僅可以節約成本，還可以通過優化設計的方式來實現建筑結構的安全性、穩定性以及經濟性.

3 建筑結構設計中的問題

3.1 未進行抗震設計

在建筑結構設計時，忽視了抗震設計環節，影響了建筑結構整體安全性：①未對建筑物抗震構件進行科學分析和計算，以致建筑物結構抗震性能達不到規定標準；②在設計時沒從整體上綜合考慮，致使建筑結構設計圖紙存在問題，難以保障建筑結構承載力；③在設計過程中，未選擇合適的施工材料，計算建筑荷載取值時存在誤差，導致最終設計結果不符合相關要求，建筑結構缺乏安全性[2]。

3.2 圖紙的信息表達不清晰

資料圖紙的信息不清晰主要體現在這些方面：首先，圖紙資料的細節上存在問題，有關的信息說明不夠準確和具體，具有含糊其辭的特點，這將會給施工工作產生不利影響。比方說，測量部門不是統一的，數值的計算大大超過實際結果。第二，圖紙信息和實際的結構情況不一樣，因為設計人員自身的問題，圖紙中的信息在設計的時候沒有將重要信息表達出來，或者是表達的信息不清晰和準確。我們知道，不精準的圖紙信息將會影響施工工作的順利開展，還會加劇建設的經費，從而出現一些安全問題，并產生不可預計的后果。

3.3 建筑結構設計不完善

在建筑結構設計時，沒有考慮建筑物抗震設計，也沒有檢測建筑物的抗壓能力，缺乏有效的監測工作，部分設計人員僅憑個人經驗來進行設計，卻未能做到因地制宜，具體問題具體分析。在進行建筑物框架結構設計時，只關注于橫向的框架設計，忽視了縱向框架設計，難以保障建筑結構設計質量。

3.4 房屋建筑基礎選型不夠合理

房屋建筑的功能性固然重要，但也絕不能忽視其安全性。提升房屋建筑的安全水平，需要有關人員從建筑結構設計工作中著手，提升結構設計的合理性。建筑工程的安全水平受到多個方面因素的影響，例如建筑結構選型科學與否、使用材料是否符合規范標準要求、建筑結構的承載性是否符合標準，等等。然而現階段，我國建筑行業存在明顯的基礎選型不合理的問題，房屋建筑承載性不能符合標準要求，房屋建筑施工基礎差，后期建筑物發生不均勻沉降，等等。這一系列問題隨之而來，最終引發嚴重的房屋建筑安全事故[3]。

4 土木工程建筑結構設計優化措施

4.1 整體結構的設計優化方法

建筑整體結構設計優化方法的科學性是最基本的前提條件，具體從以下方面著手：①統籌分析建筑結構的各項因素、資源，以此來保證建筑結構設計優化方法滿足設計、施工的要求和條件；②建筑原材料質量要從源頭控制，保證所有進入施工現場的零部件、建筑材料質量，進而保證各類材料能夠發揮其功能，避免材料浪費；③建筑結構外部因素必須納入考慮的范疇內，盡可能減少人力、物力等因素影響到建筑整體結構設計的優化；④簡化內部結構，高層建筑房屋的內部結構十分煩瑣，且承載的能力較低，一旦出現計算失誤，不僅會增加施工成本，而且還會留下安全隱患，最終影響工程的整體質量。因此，整體設計過程中，必須精簡內部結構，最終實現整體設計的優化。

4.2 對建筑結構進行科學布局

在對建筑工程抗震能力進行設計過程中，需要關注多種因素的影響，建筑布局對最終抗震能力產生影響，設計人員應該從不同角度思考，提升抗震設計水平的策略。如果抗震設計達不到預計的技術標準，則會影響整體結構的安全效果，更加會對后續居住安全造成直接影響，需要在不同因素整合基礎上制訂科學的抗震設計方案。設計人員需要對建筑結構進行科學布局，重點是對布局平面、剛度需求和豎直面等因素進行分析，要想達到預計的抗震設計效果，則應該做好多個方面的探索。一是在建筑抗震設計中，應該關注各項構件的規則程度，在保持對稱排列方式的基礎上保證剛度中心能和建筑中心重合。這樣能避免在抗震設計中出現結構設計不規則的問題，也能避免排列方式不對稱導致的抗震效果較弱現象的發生，以此提升抗震設計的科學性。二是在對建筑結構進行布局設計過程中，需要思考通過哪些方式降低重心，尤其是思考豎直方向重心的合理降低，不能在抗震設計中出現錯落問題。三是在結構設計過程中，需要關注墻體或者是結構層面的剛度，應該在保障結構強度基礎上達到預計的技術標準與安全生產要求。這樣能在細節把握基礎上推動抗震設計的優化發展，在提升抗震能力時推動建筑行業的穩定發展。

4.3 加強結果分析

在進行建筑結構優化設計的過程中，結果分析是極為重要的一項工作。通過對計算機所得數據進行系統分析，設計人員也可結合數據的相關情況，從而對方案進行優化設計。在開展設計優化工作的過程中，需對相關阻礙因素進行合理考慮，這在很大程度上可確保建筑結構的優化設計工作可以順利完成。不僅如此，在進行建筑工程施工的過程中會消耗極大的人力、物力和財力，通過進行結構優化，也可實現對這些指標的降低，而建筑工程的施工質量也能得到有效的保障。因此，在開展建筑結構設計優化工作的過程中，設計人員需在建筑經濟及技術間找到平衡點，同時還要將二者存在的矛盾進行有效降低，這樣在采用先進技術的同時也無須花費大量的資金。最后，對于技術可為建筑單位帶來的經濟效益，設計人員也要進行全面的理解，同時還要意識到技術的改進降低了很多不必要的經濟消耗，所以對于先進的技術方法也要進行全面、合理的應用[4]。

4.4 防火設計

在對建筑內部結構進行防火設計過程中，相關人員應充分結合該區域的地理特點，將通風、光照等可再生資源進行充分利用，將燈光用電時間適當減短，當建筑體能夠緩解供電壓力后，也能在很大程度上降低建筑發生火災的概率。在建筑內部結構中，防火設計需體現在疏散通道的設置合理性，還有能夠有效控制火災蔓延以及滅火需求的措施落實程度，同時，還需將各個空間結構之間的間隔進行科學設計，盡可能地降低火情蔓延速度。其次，由于當前建筑結構通常為鋼結構，應適當增強此類結構的防火性能，這種方式能夠確保火情蔓延至結構中時，建筑的支架部分不會輕易倒塌，以此爭取一部分逃生時間。鋼結構可以采用專門的防火涂料進行噴涂，同時，這種涂料也能夠在很大程度上提高該結構的熱絕緣性。還有，防火分區的設置也應達到一定的安全規范要求，同時將墻體、門窗等裝置進行有效組合，確保建筑空間能夠有一定的分割作用。

4.5 優化結構與排水的關系

在房屋建筑給排水系統施工時需要用到許多設備，也需要大型機械的參與，在施工時應確保設備有足夠的能力承擔高強荷載，所以應當把水泵放置在地下室。排水系統設備的荷載能力強、荷載強度大，房屋結構與功能越復雜，需要建造的排水系統就越復雜。給排水系統管道具有粗細程度不一致、長度多樣等特點，要求設計師應在宏觀的角度進行設計，精確計算每個位置所需鋪設管道的尺寸和長度。除此之外，為確保結構的穩定性，應盡可能防止管線從梁柱之間穿過的現象發生，若管道必須穿過承重墻，應結合實際情況開展對承重墻的加固計算，保證墻體的穩定性[5]。

5 結束語

在房屋結構設計中融入新的設計理念、思路來優化建筑結構設計方案，不僅能夠實現建筑結構空間布局、建筑工程質量的最優化，而且還能夠確保建筑結構滿足房屋施工的受力特性、實際客觀條件等，最終使房屋建筑結構更加美觀、合理。此外，優化后建筑結構設計方法，兼顧了業主對房屋的審美價值和實用價值，能夠最終推動我國建筑行業的升級，提升其市場競爭力。