土木工程建設中房屋建筑結構設計常見問題及改進建議

付明芳

（晉中市建筑勘察設計院， 山西 晉中 030600）

近年來， 隨著人們的生活水平和審美意識的提高， 房屋的結構從單一的單層到多層、 復雜的發展，使目前的房屋建筑形式越來越新穎。 從實際情況來看， 房屋建筑結構的這種變化也產生了許多問題，若不采取相應的解決措施， 將會對房屋的安全造成很大的影響。 目前， 在當前的土木工程建設中， 房屋結構設計呈現出多層次、 復雜化的趨勢， 給房屋設計帶來了一定的難度。 因此， 如何針對這些問題制定相應的應對措施已是重中之重。 文章著重分析了土木工程施工中常見的房屋結構設計問題及應對措施。

1 土木工程建設中房屋建筑結構設計的主要內容

1.1 土木工程建筑結構設計的基本要求

1.1.1 基礎設計方案應符合合理性要求

在建筑項目實施之前， 需要對建筑結構進行基礎的設計， 而土木工程的建筑結構設計將對整個工程的建設質量產生重要的影響。 因此， 在進行土木工程的建筑結構設計之前， 必須對施工場地進行細致的調查分析， 因地制宜， 多因素綜合地制訂出一套科學、 合理的建筑結構設計方案， 以保證建筑結構設計不僅滿足實際需求， 還能推進項目的進展，方便施工。

1.1.2 結構計算模型及計算參數合理性要求

在進行施工項目的結構設計時， 不僅要遵循國家的相關規范以及當地的相關標準， 還要結合實際的實踐經驗。 本文對如何建立合理的計算模型進行研究探討， 選擇科學恰當的計算參數， 采用合理的計算假定對結構設計進行計算。 確保工程在滿足國家規定的基礎上， 提升工程的適用性和經濟性。

1.2 土木工程建設中房屋建筑結構設計原則分析

在優化建筑結構設計時， 必須根據相應的系統和設計準則進行優化。 為了優化結構， 必須確保建筑整體結構的安全， 即建筑結構的施工過程應結合各種因素， 充分考慮自然環境和外部環境的影響。確保整個建筑在緊急情況下能夠確保房屋使用者的安全。 因此， 在建筑結構設計過程中， 必須注意建筑結構的一部分的承載能力和性能。 安全是建筑結構設計的主要原則， 最大限度地保證了建筑結構設計中的安全原則。 二是保證建筑結構的舒適性。 即在優化建筑結構設計的過程中， 將舒適性作為設計的第二原則， 以滿足房屋用戶的多樣化需求。 舒適性能主要包括建筑物的內外裝飾、 建筑物的形狀和環境以及各種設備的安裝。 最后， 住房建設成本控制原則是在住房建設結構設計滿足上述原則的基礎上控制成本投入， 防止成本投入的浪費。

1.3 土木工程建設中房屋建筑結構設計的程序

在結構設計中， 應充分考慮整體的設計過程，并嚴格按照每個步驟進行結構設計。 當前， 我國的建筑設計應從給排水設計、 采暖通風設計、 電氣設計等方面入手， 加強設計的環保、 經濟和安全設計[1]。 一般情況下， 首先是對工程進行初步的計劃，接著是對工程的結構進行分析。 最后， 在結構分析結果的基礎上， 對有關的部件進行設計， 最后完成整體施工圖的編制。

2 土木工程建設中房屋建筑結構設計常見問題

2.1 圖紙設計問題

在項目施工過程中， 由于時間等原因， 一些施工企業沒有重視圖紙設計， 以便盡快完成整個建筑的施工。 設計人員沒有對具體的建筑環境進行實地調查， 也沒有準確地收集和掌握相關數據， 所以他們匆忙開始圖紙設計。 過去， 一些設計師直接選擇復制同一類型房屋建筑工程的結構設計圖紙， 只對一些參數做了一些修改， 因為所使用的圖紙沒有相應的規范， 而且設計師對每層的具體結構缺乏充分和實際的調查和了解， 因此他們設計的結構圖紙不能滿足行業中合理科學的設計標準， 這不僅會對后續的房屋建設項目產生一定的影響， 也會對整個建筑的質量產生負面影響。

2.2 建筑選址問題

在土建工程中， 為了使建筑物的布局更加合理，需要對房屋的結構進行優化。 建筑物的選址與房屋的構造有著緊密的聯系。 依據我國相關規定， 建筑的位置應該盡量避免在地勢險峻的地方， 也就是地勢較低的地方， 比如河岸、 斜坡、 地下水較為豐富的地方。 而若要在這樣的地形上建造房屋， 就應該盡量在堅硬的土地上， 避開緊急逃生通道和其他場地。 據我所知， 一些房屋的結構設計都是在十多米的斜坡和峭壁的邊緣， 滑坡、 泥石流對房屋的破壞非常大。

2.3 結構關系問題

在建筑結構布局的設計過程中， 設計師應充分考慮周圍道路的寬度和狹窄程度， 并在基礎設計中作為建筑的具體尺寸。 同時， 建筑頂部、 裙樓等部位也應保持平衡， 以確保整個建筑結構的美觀和平衡。 然而， 在一些高層住宅建筑的結構設計中， 平面深度僅為11 ～12m左右， 結構高寬比均在9 以上，且其層間位移比例與設計規范不符。 因此， 對建筑物的結構進行再設計是十分必要的。 若建筑物的高度為2.6m或更低， 不合理的結構設計將影響建筑物的功能和活動空間。

2.4 安全消防問題

隨著人們對房屋建筑需求的日益增長， 房屋建筑的功能將直接影響到房屋內部結構設計， 豐富多彩的功能要求使得房屋的結構設計變得更加復雜，這就會對建筑的安全產生一定的影響。 在大多數建筑的結構設計過程中， 一些設計師為了建筑美觀和造價的考慮， 使用了大量的可燃材料進行設計。 它們不僅不能更好地控制建筑火災的災難， 而且由于缺乏科學合理的設計， 導致火災蔓延， 對建筑安全構成巨大威脅。 因此， 在建筑結構設計過程中， 應注意建筑防火安全的設計， 并應結合建筑的實際情況采取一定的防火措施， 如設置防火墻、 防火卷簾等。

2.5 結構體系問題

在我國土木工程領域迅速發展的今天， 各種結構體系已逐漸形成了一種新的結構體系， 包括圓柱、剪力墻、 鋼筋混凝土框架等。 但在實際應用中， 這種結構形式往往不能滿足工程的設計需求， 對結構的安全性產生了很大的影響。 例如， 在建筑結構設計中， 如果平面缺乏高平面度， 樓層跨度較大， 則更適合采用梁板建筑結構。 在一些建筑結構的設計過程中， 許多設計師不注重水平和垂直框架結構，只注重建筑結構的美學設計。 對于一些結構， 很難承受豎向地震力， 這直接影響建筑結構竣工后的整體抗震性能[2]。

2.6 其他問題

2.6.1 地質勘查資料不完善， 影響結構安全

工程地質資料和場地條件對地基的選擇和持力層的選擇起著決定性的作用。 目前， 地質勘察受勘察方案不規范、 勘察場地拆遷不徹底、 部分建筑基礎設計缺乏準確的地質勘察資料、 土層地質參數不完善等因素影響。 因此， 設計人員很難對地基進行正確的設計， 如果出現這種情況， 很容易造成施工后不均勻沉降等問題， 影響工程的安全。

2.6.2 忽視懸挑梁的正常使用極限狀態驗算

在建筑結構設計中， 許多設計人員在對懸臂梁進行驗算時， 往往過于注重懸臂梁承載力極限狀態的計算。 然而， 懸臂梁在正常使用極限狀態下的撓度和裂縫控制被忽略。 懸臂梁在使用過程中存在較大的裂縫和撓度變形， 影響正常使用。 因此， 在設計過程中， 不應忽略構件正常使用極限狀態的驗算，以確保懸臂梁產生的撓度和裂縫在滿足承載力極限的前提下不超過規范相應的極限值[3]。

3 土木工程建設優化房屋建筑結構設計的注意事項

3.1 善于利用相關技術搜集相關資料

隨著住宅結構設計的不斷優化， 設計師在設計時要對施工場地進行實地考察， 搜集全屋的自然地理環境、 地形、 水文、 氣象等資料， 并與中國特定的建筑結構設計和有關規范相協調， 以達到設計目標。 從而使設計方案更加科學、 合理、 可行。 在設計中， 設計人員可以運用計算機技術， 借助BIM等軟件對其進行三維模型化， 從而實現對建筑結構設計的全方位、 立體的展示， 從而幫助設計者對其設計中存在的問題進行及時的修正和完善。

3.2 了解具體力學要求

在設計建筑結構時， 設計者必須了解建筑結構的力學變化， 包括承重柱截面的高度和結構的軸壓比。 此外， 在建筑結構的樓板設計中， 必須事先計算應力， 并找到合適的配筋。 另外， 為改善房屋結構的抗震設計， 設計者必須持續改進其水平與縱向的設計， 選擇合理的結構系統是其最根本的保證[4]。

3.3 審美與實用相結合

在設計建筑結構時， 設計師不僅要注意房子的美觀， 還要注意房子的實用性。 因此， 所設計的建筑結構不僅具有良好的抗風和抗震性能， 而且能夠滿足大多數人的生活需要。 此外， 為了建筑結構的美觀， 在設計建筑結構時， 在進行房屋建筑的結構設計時， 確保房屋建筑結構設計的方案與周邊的環境相協調， 使建筑盡可能具有創新性， 提升建筑工程的節能性和環保性， 從而推動房屋建筑結構設計的綠色協調、 可持續發展。

4 建筑結構設計中的優化策略

4.1 平面設計方案的優化

在房屋建筑結構設計中， 結構的布局將直接關系到整體結構設計方案、 建筑功能和建筑造價。 所以， 對建筑物的平面布局進行優化， 可以得到平面布局、 樓層高度和基本情況等。 所以， 在進行房屋結構方案的優化時， 必須綜合考慮建筑物的使用功能， 并結合現場的具體條件進行全面的綜合分析， 雖然不能考慮到所有的問題， 但也要考慮到一些問題[5]。

4.2 結構形式的合理選擇

在建筑結構的選取上， 應充分考慮其使用方式、功能、 實用性和可靠性。 在高層建筑中， 通常采用框架結構、 剪力墻結構等結構形式。 在此基礎上，對不同的結構類型， 分別采用不同的優化方法。 例如剪力墻結構， 可以通過增加連梁的截面剛度有效地改善整體結構的抗震能力， 但由于連梁的剛度增大， 所分配的剪力也隨之增大， 在這種情況下， 構件的強度也會相應地增大， 這就導致了材料的浪費。而在大跨度使用剪力墻結構時， 盡管結構的側向剛度有所提高， 但相應的結構位移也相應減小， 地震作用也會隨著抗側剛度的增加而增加。

4.3 提供準確完善的地質勘察資料

由于工程施工的地質調查數據對工程的安全性和經濟性有很大的影響， 因此， 對工程的工程施工進行全面、 精確的地質勘探數據是進行工程設計的先決條件。 業主應當嚴格選擇具有相應資格的地質勘探機構， 并按有關勘察規范進行房屋建設項目的地質勘測， 并對其進行相應的審核。 設計單位接到設計審查的地質調查報告后， 要對設計的抗浮水位、滲透系數、 土層厚度、 土層壓縮模量等進行檢驗。只有正確、 合理的地質勘察報告， 才能對地基的持力層進行精確的定位， 對地基的埋深進行合理的選擇， 對地基的整體抗浮和局部抗浮進行精確的分析，這樣才能使房屋結構基礎設計的安全性和經濟性得到最大的保證[6]。

4.4 確保懸挑梁撓度及裂縫寬度滿足正常使用極限狀態驗算

在考慮其長期影響下， 鋼筋混凝土結構的變形應該采用準永久性荷載的形式進行。 在懸挑梁的變形極限分析中， 其計算跨距是懸挑梁的兩倍。 依據結構構件所處的構造形式和周圍的情況， 按照相關的規范和國家規定， 選擇合適的縫隙寬度極限。 在懸挑梁的合理配置中， 采用合理的懸挑梁的實際懸臂長度與梁高的比值、 合理的梁縱筋及箍筋配筋率等措施。

4.5 準確計算建筑結構的地基承載力

鑒于建筑結構設計中地基承載力計算不準確導致缺乏安全性， 設計人員必須準確計算地基承載力。首先， 業主應該提高對測量單位的監督， 對其提出明確的制度規范， 確保地質測量工作的順利開展，從而獲取精準的測量資料。 其次， 在獲得地質調查數據后， 設計師應嚴格按照相關方法準確計算建筑結構的地基承載力。 然而， 應注意的是， 在使用換土墊層的設計時， 設計師還需要計算換土層的厚度，以確保基礎承載力計算精準無誤。 最后， 在計算建筑結構的基礎承載力時， 設計師還需要關閉梁、 柱等基礎， 然后根據相關規范檢查減載系數， 以最大程度確保建筑結構的安全。

4.6 將美學與實用性互相結合

對于建筑結構設計中存在的問題， 我們只有將美學與實用主義相結合， 才能有效的改善現狀， 提升建筑的使用年限。 如今， 在建筑結構設計過程中，設計師不應盲目追求房屋的美感， 而應更加注重其實際應用， 如房屋結構的抗風、 抗震等。

5 結語

隨著我國建筑業的發展， 房屋結構的設計方案優化是確保工程質量的重要途徑， 同時， 它也是確保設計科學和合理的一種重要手段。 因此， 在確保建筑單位在合理地實施項目成本的前提下， 必須不斷地優化房屋的結構設計， 這樣既可以滿足人們對房屋的使用功能需求， 又可以改善整個建筑的檔次和品質， 讓施工單位得到應有的經濟利益。