土木工程結構設計中存在的問題及應對措施探討

張峰

太原市建筑設計研究院 山西 太原 030024

土木工程結構完整性、穩定性和美觀性是衡量土木工程項目質量和價值的重要指標，其還直接關系到企業的經濟效益[1]。隨著我國工程領域不斷發展，土木工程行業進入繁榮發展時期，工程項目的規模和難度也不斷加大，科學地制定工程項目設計方案對于確保工程項目安全性和質量有著重要意義。設計單位應總結設計方案中的不足，不斷調整設計方法和完善設計方案內容，從而提升土木工程結構設計方案質量，保障工程項目質量。

1 土木工程結構設計要點控制

土木工程結構設計需要遵循一定的設計要點，這是確保設計方案合理性的前提。完整性、安全性和經濟性是重要的設計原則，這些設計原則直接或間接影響著土木工程結構的安全和質量，如果在設計過程中忽視其中一個要點，可能對整個設計方案的效果產生影響，并帶來不可預估的后果。本章主要結合這幾個設計要點進行了分析和研究[2]。

1.1 完整性

完整性設計要點側重于建筑整體結構控制，一是確保建筑整體外觀具有一定的緊密性和層次性，建筑的結構能夠通過穩定的連接方式形成牢固的整體，如果達不到完整性設計要點的基本要求，建筑的功能和價值可能無法更好地發揮。例如，建筑結構設計時應考慮到建筑所處位置、建筑周邊環境和建筑主要功能等對建筑結構的影響，在確定建筑整體結構前將這些因素可能帶來的影響結果總結，設計過程中盡可能避開相關影響因素，最大限度保障建筑結構穩定性[3]。與此同時，完整性設計要點也要求設計人員能夠從建筑整體功能入手對建筑結構布局進行優化和調整，盡可能通過簡單的建筑布局實現復雜的建筑功能，這樣不僅能夠節省建筑空間，而且也能提供建筑空間的利用率。此外，完整性設計要點也提出利用自然空間結構優化建筑結構布局，從而實現節能降耗。建筑整體性設計要點實際上對建筑結構的主要結構進行了規范，為建筑詳細功能設計打下了基礎。

1.2 安全性

安全性原則是土木結構設計的首要前提，如果建筑結構存在安全風險，可能帶來不可估量的影響和損失[4]。安全性設計要點的核心是滿足工程力學極限值指標，建筑能夠在極限指標范圍內保持足夠的穩定性。例如，在房屋建筑工程中，承重墻是支撐建筑重量的主要結構，在設計階段必須確定承重墻上層建筑的整體質量和后續使用過程中可能增加的質量，確定最大承重指標后進行設計，并預留一定的承重空間。建筑結構安全性直接關系到建筑使用者及周邊人群的生命健康安全，如果設計過程中忽視了相關安全指標，可能導致建筑的整體安全性降低，埋下一定的安全隱患。此外，安全性設計要點也要求設計人員能夠充分考慮到建筑投入使用后可能面對的安全風險，如果這些安全風險要素出現，建筑能否保持足夠的穩定性，如地震、火災、臺風等，雖然自然災害發生的時間、地點和影響范圍無法預測，但是也要確保建筑在一般自然災害發生后依然保持足夠的穩定性。

1.3 經濟性

經濟性設計要點關系到業主方和施工方的經濟效果，如果設計過程中對成本投入控制不到位，可能影響到建筑的經濟效益。在土木結構設計時，應充分考慮到應用不同技術需要投入的成本，例如施工周期長短、施工材料投入、施工人員成本等對經濟效益的影響[5]。影響土木工程建筑經濟效益的因素眾多，如果在設計階段缺乏綜合思考，可能導致建筑施工成本增加，從而影響建筑的經濟效益。經濟性設計要點也要求設計人員能夠思考使用相關施工技術過程中可能出現的技術性問題，這些問題可能對施工進度和質量產生影響，從而影響企業的經濟效益。如果企業在土木工程施工中獲得的經濟效益不夠理想，必然對企業的發展造成影響，而且施工單位可能因為成本投入過大出現違約的情況。此外，還需要考慮到工程項目后期維護成本投入問題，如果維護成本較高，也會對運營企業的經濟效益產生影響，進而影響土木工程質量。

2 土木工程結構設計中存在的問題

我國土木工程行業發展快速，各類大型的土木建筑不斷出現在各地，從這些項目的施工情況來看，結構缺陷問題較為突出，許多項目由于結構問題出現設計方案變更的情況，導致施工進度和企業的經濟效益受到影響。目前我國土木結構設計中主要存在問題有土木結構缺乏完整性、土木結構缺乏安全性和土木結構參數誤差大等問題，這些問題對土木工程安全和質量產生了不利的影響。

2.1 土木結構缺乏完整性

土木結構完整性是反映建筑安全性的重要指標，如果土木結構完整性不足，可能對建筑安全性帶來影響[6]。部分設計單位在設計土木結構時忽視了細微部分設計方案優化的重要性，從而導致土木結構完整性受到影響。例如，設計樁基結構時，忽視了樁基結構抗腐蝕性的重要性，未結合當地水溫條件特點設計樁基結構，因此樁基在使用過程中受到腐蝕，從而增加了安全風險?？刂仆聊窘Y構完整性的前提條件是確保相關結構能夠在特定的環境下保持足夠的穩定性，如果其穩定性達不到基本安全等級要求，必然對整個項目的質量造成影響。還有一些設計單位在設計時未能考慮相關結構功能特點，忽視了次要功能。例如，擋土墻設計時，如果未設置排水孔或排水孔設置不當，不能有效濾除土中的水分，就會增加擋土墻的水平推力，對擋土墻的穩定性造成不利的影響。由此可見，完整性是土木結構設計的關鍵要素，如果完整性得不到滿足，土木結構設計的效果將會受到影響，其對于土木工程行業的發展將會產生不利影響，同時可能影響建筑質量。

2.2 土木結構缺乏安全性

安全性問題一直都是影響土木行業發展的關鍵因素，目前很多設計方案都存在著安全風險。例如，設計房屋建筑結構時，對工程中結構極限能力的控制效果不夠理想，未留出足夠的拓展空間，導致房屋建筑的安全等級降低。安全性是土木建筑得以穩定運行的關鍵，如果相關結構的安全性得不到有效保障，建筑在投入使用后安全風險可能持續增大，嚴重時帶來不良的社會影響。再如，一些設計人員在設計輕鋼雨篷構件時對其受力特點的分析不夠全面，未與主體結構可靠拉結，在長期的過載壓力作用下輕鋼雨篷等鋼構件出現故障，起不到遮風擋雨的效果，帶來了一定的安全風險。從既往的安全事故案例成因分析可以看出，很多安全事故都是由于設計階段對于相關結構的安全性考慮不夠到位，在土木建筑投入使用后，一些潛在的安全隱患不斷升級，并演化為嚴重的安全事故。想要保障土木建筑結構安全性，必須在設計階段全面考慮各種影響安全的因素，并不斷優化設計方案，提升土木結構穩定性，并按規范要求進行檢修維護，確保其能夠安全穩定運行，使其更好地發揮自身作用。

2.3 土木結構參數誤差大

結構參數誤差是影響結構穩定性和安全性的主要因素，如果在設計過程中相關參數誤差較大，施工工程安全和質量將會受到影響。部分設計單位在設計階段未能得到嚴格準確的工程勘察數據，導致部分參數失真，設計階段應用錯誤參數設計土木結構，從而導致土木結構質量受到影響。例如，建筑地下室結構設計時，勘察單位提供的抗浮設防水位不準確或僅提供勘察期間的穩定水位，抗浮設計時計算所得的數據偏差較大，設計時應用錯誤參數導致抗浮結果出現較大偏差，如果施工單位按照此設計方案開展施工，可能出現安全隱患。參數誤差問題產生的另一個因素是設計人員未能結合施工項目所在區域的實際情況判斷周邊環境帶來的影響，其制定的設計方案較為理想化，而實際施工過程中施工單位需要面對的不可控因素較多，所以施工作業的實際情況與設計方案存在一定的差異，導致施工安全性受到影響。

3 土木工程結構設計方案優化措施

土木工程行業的發展對于整個社會發展有著重要意義，為了進一步地推動土木工程行業發展，必須對土木結構設計中存在的不足進行優化和改善，從而進一步地保障設計施工作業的質量。設計單位應該結合常見的設計問題進行綜合思考，了解和掌握土木結構設計問題形成的主要原因，通過多種針對性的解決措施解決相關問題，從而更好地確保設計方案的科學性。本章主要研究了土木工程結構設計方案優化的措施。

3.1 引入先進技術保障結構完整性

在土木結構設計方面，信息化設計軟件的應用有著突出的效果。設計單位應引入信息化設計工具，利用信息化設計工具開展設計工作，從而提升土木結構的完整性。例如，使用CAD繪圖工具，這種繪圖工具在設計行業有著廣泛的應用，利用計算機可以合理地調整參數，能夠有效防止手繪方法計算錯誤導致設計結構缺陷。與此同時，利用BIM工具能夠對設計方案進行建模，通過觀察土木結構模型對設計方案中存在不足的地方進行修改，能夠避免施工單位將存在缺陷的設計方案應用于施工作業中。與此同時，設計單位也應該收集和總結以往設計案例中出現質量問題的案例，分析設計方案的不足，在后續設計過程中盡可能避免相關問題出現。引入先進的設計技術能夠有效地保障設計方案的完整性，避免設計缺陷問題對土木工程質量造成影響，從而保障土木工程質量。此外，設計人員也應該積極主動地學習國外先進的設計技術，應這些技術應用于國內土木工程設計工作中，不斷提升土木結構設計的合理性。引入先進的設計技術對于解決傳統設計技術中存在的問題發揮著有效作用，因此設計單位應加大技術研發力度并不斷學習一些先進的技術，全面確保設計土木結構設計的完整性。完整性原則是對土木設計工作的基本要求，如果完整性原則得不到體現，土木結構的安全和質量將會受到一定的影響，這也要求設計單位能夠從土木結構穩定的結構入手進行分析和研究，對設計方案進行有效分析，在保障設計方案完整性的前提下應用設計方案施工，保障土木施工的質量。

3.2 綜合考慮土木結構的安全性

安全性設計原則直接關系到土木工程項目安全性，因此必須加強安全設計管理工作。在安全性原則方面，必須從具體的設計角度入手，嚴格地控制各項設計要點。例如，設計橋梁樁基結構時，應考慮到樁基所處位置的水文變化情況、樁基的最大承重和自然環境變化等因素對其造成的影響，如果設計過程中忽視了某個因素，可能對樁基的安全性產生威脅。設計過程中也要考慮到土木結構后期維護管理內容，盡可能選擇便于維護管理的結構，這不僅可以降低維護管理工作的難度，而且也能保障維護管理的效果。很多土木結構出現質量問題都是由于設計過程中對安全性要素考慮不夠全面導致的，如未能考慮到工程項目后續投入使用后環境因素變化對其結構穩定性造成的影響，所以隨著工程項目使用時間增加其安全性也受到了一定的影響。設計單位應重新認識安全性原則重要性，能夠將所有影響土木結構安全性的要素考慮全面，并在設計過程中融入安全理念，有效地保障設計方案的安全性。此外，應用BIM工具可以對設計方案中存在安全隱患的內容進行分析，利用BIM系統演示功能可以模擬施工作業過程，如果設計方案存在安全隱患，演示系統能夠將相關隱患清晰地展示出來，從而幫助設計人員優化和調整設計方案，確保設計方案的安全性。設計單位需不斷地創新設計方法，充分地考慮各項影響因素對設計方案安全性的影響，從而更好地確保設計方案的安全性。

3.3 強化設計人員管理優化工作

管理工作也是影響土木結構設計質量的重要因素，針對目前設計人員技術性失誤問題，必須通過管理工作進行控制。在管理方法優化方面，應該明確各項設計技術應用準則，并詳細地記錄各個設計過程，有效地保障設計工作的有效性。在管理制度方面，必須對設計人員失誤行為提出具體的處罰措施，這是減少人員失誤的關鍵一環，通過懲罰措施能夠使技術人員更好地規范自己的行為。在管理體系建設方面，應通過現場技術管理和遠程動態管理的方法實現對技術人員進行有效管理的目標。管理工作優化工作的開展也應立足于設計單位廣泛存在的問題進行分析，制定更多有效的發展措施，使每一個設計環節都能在具體的管理體系支撐下得到有效控制[7]。此外，設計單位也可以建設線上管理體系，設計工作全部在線上完成，管理人員能夠結合線上設計工作內容對設計工作存在問題的地方進行分析和研究，結合具體的問題制定解決和調整措施，最大限度保障設計工作的效率和質量。不斷地優化管理工作，制定科學的管理方法和措施能夠實現對各個設計環節的有效控制，解決常見的設計問題，有效提升土木結構設計的質量。

4 結束語

總而言之，土木結構設計方法是影響設計效果的關鍵因素，針對土木結構設計中廣泛存在的問題，設計單位應制定更多控制措施，通過這些措施使常見的設計問題得到有效地解決，從而推動土木設計行業的發展。對土木結構設計工作進行優化和完整可以進一步提升土木結構的安全性和質量，其對于我國土木行業的發展發揮著關鍵作用，作為土木設計行業中的一員，設計單位應該立足于土木行業整體穩定發展的角度思考這一問題，結合設計過程中常見的設計問題進行分析和研究，制定更多優化和調整的措施，從而實現預期的發展目標。