土木工程結(jié)構(gòu)設計中存在的問題及對策

陳家寶 王 森 厲軍勤

（1.山東外國語職業(yè)技術(shù)大學，山東 日照 276800;2.新東港控股集團有限公司，山東 日照 276800;3.日照交通發(fā)展集團產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

在我國城市的建設與發(fā)展中，隨著城市化建設水平的不斷提高，土木工程的建設的數(shù)量和規(guī)模在不斷擴大，設計及施工的難度也在提高。在土木工程項目當中，工程結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到工程的安全性和穩(wěn)定性，這就要求設計環(huán)節(jié)必須綜合考慮工程施工建設及投入使用后的情況，考慮設計方案的合理性，考慮因設計問題所引發(fā)的質(zhì)量及安全風險，為工程的施工建設奠定良好基礎(chǔ)。也就是說在土木工程項目當中，結(jié)構(gòu)設計十分關(guān)鍵，設計人員必須要做好全面細致的勘察工作，獲取真實準確的數(shù)據(jù)，提升工程結(jié)構(gòu)設計水平，尤其是要對結(jié)構(gòu)設計中存在的問題積極地尋求解決方案，規(guī)避因設計方案不合理給后期施工造成的風險。

1 土木工程結(jié)構(gòu)設計的原則

1.1 主次分明

土木工程結(jié)構(gòu)設計所針對的構(gòu)件不同，不同的構(gòu)件在工程整體結(jié)構(gòu)中所承擔的作用也不盡相同，因此設計人員在進行工程結(jié)構(gòu)設計時，必須明確分清各個構(gòu)件在整體建筑結(jié)構(gòu)中的主次關(guān)系，通過主次分明的設計做到層次分明、功能清晰，并且保障各個構(gòu)件在整體結(jié)構(gòu)中協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1.2 優(yōu)勢互補

優(yōu)勢互補原則也是土木工程結(jié)構(gòu)設計的重要原則。所謂優(yōu)勢互補，就是設計人員在進行工程結(jié)構(gòu)設計時應當盡可能突出工程的優(yōu)勢，做到剛?cè)岵?，實用與美觀兼?zhèn)?。結(jié)構(gòu)設計如果過柔，在實際使用過程中容易出現(xiàn)變形、斷裂等情況，造成工程結(jié)構(gòu)華而不實、實用性差；反之，如果結(jié)構(gòu)設計過剛，雖然不容易變形，但在遇到較大破壞力的情況下容易受損，造成工程結(jié)構(gòu)整體受損[1]。因此，設計人員在進行土木工程結(jié)構(gòu)的設計時，必須秉持優(yōu)勢互補原則，協(xié)調(diào)整體設計風格，提升工程整體的穩(wěn)定性與實用性。

1.3 層層設計

土木工程結(jié)構(gòu)設計承載著工程整體的穩(wěn)定性和安全性，以應對外界環(huán)境的長期侵蝕和嚴重的外力破壞。因此，設計人員在進行工程結(jié)構(gòu)設計時，需要考慮整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，層層設計安全結(jié)構(gòu)體系，通過整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提升房屋結(jié)構(gòu)抵御外力破壞和抗侵蝕的能力。

1.4 科學合理

在土木工程結(jié)構(gòu)設計當中，需要綜合考慮項目的施工以及后期使用的問題，本著安全第一的原則開展設計工作，在發(fā)揮工程結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上強調(diào)工程結(jié)構(gòu)的安全性。在開展設計前，需要做好充分的準備工作，全面勘查項目所在區(qū)域的環(huán)境，獲取地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、土壤、氣候、降水等信息，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)信息開展設計工作，確保結(jié)構(gòu)設計的科學合理性；同時，還需要嚴格遵循國家及建筑行業(yè)的相關(guān)標準，不斷提高設計施工的質(zhì)量，采用先進的測量及設計方法，減少因設計問題在后期施工中所造成的質(zhì)量及安全風險，為工程施工打好基礎(chǔ)。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

2.1 地基設計問題

基礎(chǔ)是土木工程結(jié)構(gòu)設計中最為重要的環(huán)節(jié)之一，基礎(chǔ)承載著工程的整體結(jié)構(gòu)，保障著整體承載的安全性，決定著結(jié)構(gòu)整體的安全性和穩(wěn)定性。如果基礎(chǔ)設計不合理，即使上層建筑設計得再好，也很難保證工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。因此，在土木工程結(jié)構(gòu)設計中必須要對基礎(chǔ)設計進行優(yōu)化。但是在實際的工程結(jié)構(gòu)設計中，很多設計單位受到成本、利潤、勘測難度等多種原因的影響，在沒有經(jīng)過詳細實地勘查、測量和數(shù)據(jù)分析的情況下就盲目開展地基設計，造成了基礎(chǔ)設計不合理，難以滿足工程實際的荷載需求，造成工程在后期使用過程中出現(xiàn)沉降的問題，給工程埋下了嚴重的安全隱患。

2.2 框架柱的截面設計不合理

框架柱是整個土木工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)，與工程結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性關(guān)系重大，在整個工程結(jié)構(gòu)設計當中，對框架柱設計的合理性要求較高，尤其是框架柱的截面設計決定了工程結(jié)構(gòu)中框架柱所能夠承受的荷載?？蚣苤慕孛嬖O計不能盲目開展，而是必須要全面勘查施工環(huán)境，掌握準確的數(shù)據(jù)資料，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的整體設計思路，對框架柱的截面面積進行精準計算。但是就目前實際情況而言，部分設計單位為了壓縮項目成本，在框架柱設計環(huán)節(jié)縮小了框架柱的截面面積，或?qū)⒖蚣苤脑O計與構(gòu)造柱的設計相混淆，導致工程結(jié)構(gòu)的承載能力降低，在長期使用過程中，工程結(jié)構(gòu)的強度和承載力會不斷下降，使用壽命降低，甚至引起工程結(jié)構(gòu)位移、變形、斷裂等問題，嚴重情況下還會造成結(jié)構(gòu)坍塌，引發(fā)十分嚴重的安全隱患。

2.3 懸挑梁荷載設計過小

懸挑梁也是土木工程結(jié)構(gòu)中的主要承重部位，在工程結(jié)構(gòu)設計工作中，設計人員在懸挑梁的設計上往往更加關(guān)注懸挑梁的強度是否達標，卻容易忽視懸挑梁的荷載問題。具體而言，工程結(jié)構(gòu)中懸挑梁所受的荷載是豎向分布的，如果設計當中懸挑梁的荷載設計過小，挑梁截面的應力就會過于集中，隨著使用年限的不斷增加，就會造成承受的荷載過重，長此以往容易造成挑梁結(jié)構(gòu)變形甚至裂縫、斷裂，危害工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

2.4 設計圖紙完整性不足

土木工程結(jié)構(gòu)的設計圖紙是開展施工的依據(jù)，對于施工而言具有十分巨大的影響，在工程結(jié)構(gòu)設計當中，很多設計單位在設計圖紙方面存在完整性不足的問題，具體表現(xiàn)為：（1）沒有綜合考慮工程施工的實際情況，導致設計方案不合理，這會對工程結(jié)構(gòu)施工造成極大的影響，而頻繁變更設計方案必然會拖延工期，增加施工成本；（2）在工程結(jié)構(gòu)設計圖紙當中沒有考慮后期施工的實際需求，一些關(guān)鍵性的參數(shù)、標識等展示不全，與施工單位的溝通不足，技術(shù)交底不充分，也使得后期施工中由于設計圖紙的不完整而出現(xiàn)一系列的問題[2]；（3）設計圖紙的精細化程度不足，對于一些關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)和重要的數(shù)據(jù)參數(shù)沒有經(jīng)過嚴謹細致的測算，數(shù)據(jù)參數(shù)的標識不夠準確清晰，細節(jié)部位展示不足，這些問題都會增加后期施工的難度，由于數(shù)據(jù)參數(shù)的錯誤給工程結(jié)構(gòu)施工造成質(zhì)量和安全的問題，同時也會增加工程結(jié)構(gòu)施工的成本。

3 土木工程結(jié)構(gòu)設計策略

3.1 準確計算工程結(jié)構(gòu)的地基承載能力

針對前文提到的在土木工程結(jié)構(gòu)設計當中因為地基承載力計算不準確所造成的工程結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況，在進行結(jié)構(gòu)設計時需要準確對地基的承載能力進行測量和計算。首先，設計單位應當嚴格按照國家相關(guān)的法律法規(guī)對工程現(xiàn)場進行實地勘測，嚴格測量工程結(jié)構(gòu)設計所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)工程項目所在區(qū)域的地理位置、地質(zhì)條件、地下水文、土壤等的情況，因地制宜開展設計工作，綜合考慮工程結(jié)構(gòu)設計的安全性及實用性，在確保安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上盡可能控制成本[3]；其次，在通過實地勘測進行數(shù)據(jù)測量后通過科學的計算方法準確計算地基的承載能力，并且進行換土墊層設計時，在計算中還要將換土層的厚度計算在其中，以保障工程結(jié)構(gòu)地基承載能力計算的準確性；再次，考慮工程結(jié)構(gòu)中的梁、柱等荷載，通過計算所獲取的數(shù)據(jù)進行荷載折減系數(shù)驗算，從而最大限度地確保地基承載力計算的準確性，為后期工程結(jié)構(gòu)使用中的安全和穩(wěn)定性打好基礎(chǔ)；最后，土木工程結(jié)構(gòu)設計中還需要考慮工程結(jié)構(gòu)的抗震能力，通過優(yōu)化抗震設計提高工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，嚴格遵循國家相關(guān)標準，合理選材、優(yōu)化設計。

3.2 科學設計框架柱的截面面積

由于框架柱的設計對于土木工程結(jié)構(gòu)設計而言具有十分關(guān)鍵的影響，必須要加強重視框架柱的設計環(huán)節(jié)，通過嚴謹?shù)臏y量和計算確?？蚣苤孛婷娣e的科學合理性，提高框架柱的強度及承載力。一方面，要嚴格按照標準計算框架柱的荷載能力，在對框架柱的截面面積進行計算時，需要綜合考慮截面面積與工程結(jié)構(gòu)承載力之間的關(guān)系，在綜合考慮安全性、承載力和施工成本的情況下合理控制框架柱的截面面積；同時，還需要對物理力學原理深入研究，對框架柱及梁板柱的受力進行綜合分析和準確計算，確保梁板柱與框架柱截面面積的協(xié)調(diào)一致性，以便于充分發(fā)揮二者的作用，避免二者互相產(chǎn)生不利影響；此外，設計人員還需要綜合考慮工程結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件的受力情況，對板的截面積進行精準計算，通過各個構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào)與配合，提高工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與承載力。

3.3 合理設計挑梁的荷載

挑梁設計應將土木工程結(jié)構(gòu)中梁體受壓區(qū)域的應力控制在合理的范圍之內(nèi)，以保障工程結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性。因此，在設計時，應當盡可能地保障挑梁結(jié)構(gòu)的承載力。一般而言，土木工程結(jié)構(gòu)挑梁的梁高越小，挑梁的受壓區(qū)域也就相對更小，這樣挑梁結(jié)構(gòu)的承載力也就會降低；且由于挑梁結(jié)構(gòu)本身的重量就比較輕，延展性也相對比較好，當挑梁受到豎向承載力的影響時，也會提高其抗脆性破壞能力[4]。因此，需要嚴格科學地進行挑梁荷載的設計，確保其合理性，以保障工程結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性。

3.4 對設計圖紙進行細化

為了提高設計方案的合理性，為后期施工做好充分準備，就需要在設計環(huán)節(jié)加強管理，提高設計圖紙的精細化程度，把握好各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對一些關(guān)鍵參數(shù)進行明確標識，加強與施工單位的信息對稱與技術(shù)交底，減少后期施工中因設計方案不合理、設計圖紙不完善等問題所引起的頻繁返工及變更設計方案等問題。一方面，在工程結(jié)構(gòu)設計當中，要綜合考慮實用性、安全性及穩(wěn)定性等因素，對關(guān)鍵性的設計環(huán)節(jié)進行把關(guān)，做好整體的協(xié)調(diào)，對細節(jié)部位進行細化處理[5]。尤其是一些關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)更需要進行反復測算及技術(shù)溝通，提高設計方案的合理性，與施工單位進行充分的交流，根據(jù)施工單位的意見對設計方案及設計圖紙進行優(yōu)化，確保設計方案的合理性。另一方面，由于工程結(jié)構(gòu)的設計圖紙當中會呈現(xiàn)大量專業(yè)的數(shù)據(jù)和參數(shù)，為了便于后期施工，需要在設計圖紙當中對這些專業(yè)數(shù)據(jù)和參數(shù)進行明確的標識，設計人員需要反復確認這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)和參數(shù)的準確性。組織各參建單位對設計圖紙進行討論，結(jié)合實際情況提出優(yōu)化建議，以便于最大限度地規(guī)避設計缺陷，為土木工程結(jié)構(gòu)施工做好充分準備。

4 結(jié)束語

土木工程的設計水平關(guān)系到了建筑行業(yè)的健康發(fā)展，與城市建設水平息息相關(guān)，在大興土木的今天，對土木工程結(jié)構(gòu)的安全可靠性提出了較為嚴格的要求。作為工程建設的重要環(huán)節(jié)，工程結(jié)構(gòu)設計需要綜合考慮工程的實際情況和需求，嚴格遵循相關(guān)設計原則和規(guī)范，從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、墻體結(jié)構(gòu)到細節(jié)的設計等多個方面進行全面把控，保障結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上盡可能控制成本，提升實用性。加強與各個參建單位之間的技術(shù)溝通，做好技術(shù)交底，借助先進的技術(shù)手段實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的準確測量、計算和分析，從而有效保障土木工程結(jié)構(gòu)設計的水平和質(zhì)量。