土木工程建筑結構設計中的問題與解決路徑探究

摘要：隨著城市化進程的推進，土木工程項目逐漸增多，施工技術不斷創新，而工程建設要以設計方案為依據。土木工程建筑結構設計直接影響建筑物的安全性和穩定性，整體設計目標需要確保能夠對建筑承重荷載均勻分配，并且圖紙能夠覆蓋土木工程結構主要部位，進而通過合理的設計減少施工成本。為此，從土木工程建筑結構設計要點入手，然后結合設計問題提出土木工程建筑結構設計的優化對策，希望為相關研究提供參考。

關鍵詞：土木工程建筑結構設計建筑承重荷載工程建設

ExplorationofProblemsandSolutionsinStructuralDesignofCivilEngineeringandArchitecture

GAOJianchang

LanzhouNanhedaoEcologicalandCulturalTourismDevelopmentCo.，Ltd.，Lanzhou，GansuProvince，730030China

Abstract：Withtheadvancementofurbanization，civilengineeringprojectsaregraduallyincreasing，constructiontechnologyisconstantlyinnovating，andengineeringconstructionshouldbebased ondesignschemes.Thestructuraldesignofcivilengineeringdirectlyaffectsthesafetyandstabilityofbuildings.Theoveralldesigngoalneedstoensurethattheload-bearingloadofthebuildingcanbeevenlydistributed，andthedrawingscancoverthemainpartsofthecivilengineeringstructure，therebyreducingconstructioncoststhroughreasonabledesign.Therefore，thisarticletakesthekeypointsofcivilengineeringbuildingstructuredesignasthestartingpoint，andthenproposesoptimizationstrategiesforcivilengineeringbuildingstructuredesignbasedondesignproblems，hopingtoprovidereferenceforrelevantresearch.

KeyWords：Civilengineering;Architecturalstructuraldesign;Buildingload-bearingcapacity;Engineeringconstruction

當前土木工程規劃設計范圍逐步擴大，設計人員要全面了解建筑體系結構，選擇最佳設計方案，以此保證建筑的安全性、舒適性和經濟性。與此同時，設計人員要明確工程實際情況，有效整合資源，不過現階段在土木工程設計中依舊存在不足，須針對性解決。

1土木工程建筑結構設計的重要意義

建筑結構設計就是工程設計人員進行整體規劃，由此得到土木工程圖紙，確保建筑物各個體系結構呈現在圖紙中，然后合理選擇工程建設材料，保證建筑物的安全性。設計人員要對地基、墻體、樓板層、變形縫、門窗等進行科學設計，確保土木建筑結構滿足工程質量檢測要求，由此延長建筑使用年限。近年來，土木工程建設規模逐步擴大，設計人員結合建筑總體結構圖紙指導施工環節，而設計人員也要對土木工程的地質環境、建筑抗震等級進行綜合分析，由此優化現有結構體系，并對各個主體結構部位荷載均勻分配[1]。

2土木工程建筑結構設計要點

在結構設計過程中，應分析線路、管道設備等方面，確保建筑物結構的穩定性，并且科學規劃設計流程（如圖1所示）。現階段，土木工程結構設計涉及內容較多，須確保結構之間保持關聯，然后選擇科學的組合形式。選擇建筑結構方案時，須結合工程建設應用要求與實際特征，綜合分析建設周期和建設成本，由此選擇最佳施工工藝。與此同時，設計人員須加強造價與成本控制。在建筑結構設計中，須明確設計目標和要求，細化造價控制方案，選擇低成本的結構類型。設計人員要對工程的成本控制問題加以分析，進行工程量編制清單編制，確保涵蓋關鍵成本指標數據，之后得到項目成本控制方案，例如：通過分析建筑對資源的消耗。此外，設計人員須加強對信息技術的應用，如通過建模技術展示土木工程的設計效果。BIM技術在輔助設計上發揮了重要的作用，其在建筑結構中空間區域較多，可以對建筑空間中的關鍵要素進行展示，避免了設計中的漏項與誤差較大問題。例如：BIM技術結合數字化的立體模型對建筑項目關鍵信息加以優化，進而直觀地展示建筑內部與外部結構。

3土木工程建筑結構設計問題

3.1設計缺乏整體性

目前，工程體系結構還缺乏科學規劃，如設計人員未能充分考慮整體性結構，造成圖紙不能完全體現建筑物各個結構部位的規劃設計要點，建筑體系各個空間整體性不足[2]。

3.2 構件截面設計不合理

建筑物支撐體系中的衡量須滿足荷載要求，保證衡量支撐體系達到建筑設計強度指標，也就是計算衡量最大荷載參數，根據圖紙掌握承重截面部位可承載的強度，否則將導致支撐梁體斷裂、墻體開裂、墻體滲水等安全隱患。如果忽視工程中截面的合理設計，就會出現承重截面尺寸偏差較大情況，難以保證建筑物的堅固性。

3.3建筑結構設計細節問題

部分工程設計人員忽視建筑物設計細節，導致部分區域空間存在使用缺陷，比如室內廚房、墻體管線連接以及隱蔽性空間未能考慮細節問題，造成建筑物連接點以及關鍵支撐部位薄弱，并影響人們的居住體驗[3]。

4土木工程建筑結構設計的優化對策

4.1整體結構優化方案

要想保證方案設計的合理性必須對以下問題重視起來：首先，通過前期勘測分析建筑物所在區域的地質環境，之后設計人員進行圖紙設計，確保體現建筑的空間特征；其次，分析建筑結構存在的問題，保證建筑結構方案符合設計要求。在建筑工程設計中，為保證建筑的安全使用功能，須建立立體空間模型，通過應用智能化手段，幫助設計人員及時掌握建筑的內部空間，與施工人員及時聯系，以此對各個施工環節加以統籌；再次是綜合分析外部環境造成的影響，而內部結構設計中也要做到簡化[4]。

4.2重視結構細節處理

細節問題主要體現在承重結構設計以及建筑隱蔽區域設計，避免出現設計偏差，要點如下。首先，精準計算空間結構的承載力與抗震能力。設計人員須加強支撐體系荷載與建筑截面尺寸的優化設計，并且在建筑支撐體結構中增加保護層，對建筑承重面尺寸加以優化，保證建筑物的承重梁體和柱體材料滿足強度檢測，還須嚴格確保土木建筑物的地基與墻體堅固性。其次，對截面合理設計。設計人員不僅需要重視截面尺寸設計，還須結合項目設計要求對材料選擇，其中結構承重柱材料選擇必須達到強度要求。實際施工中管理人員處理設計偏差問題，然后和設計單位及時溝通，調整設計方案；再次是加強誤差檢測，分析導致誤差出現的因素，再進行方案優化，尤其是對隱蔽空間區域的質量控制加以關注[5]。

4.3優化設計扭矩

在土木工程設計當中，鋼筋架構設計與建筑構件裂縫產生有直接關系，如果扭矩設計不合理會導致鋼筋失去支撐的作用。因此，從技術角度講，需要注意以下問題：首先，加強鋼筋間距控制。受扭轉力影響裂縫與縱軸成45°夾角，需要設計扭矩過程中將鋼筋結構最大間距調小到截面寬度的數值，并且保證每個鋼筋穿過斜線裂縫；其次，加強箍筋形式控制。構件的扭轉出現側面裂縫，設計人員須將箍筋設計為封閉式結構，可以實現鋼筋裂縫面的受力平衡。此外，扭矩鋼筋配置范圍控制。建筑構件受到扭矩影響，箍筋和縱筋共同承受外力，所以抗扭鋼筋配置依據縱筋的延長程度。

4.4優化設計磚石結構

設計人員需要考慮施工環境，然后優化砌體結構，為延長建筑的使用壽命重點做好防塵和防潮設計，其中建筑所在地區比較潮濕要求水泥砂漿的配合比達到M7.5，砌體強度至少為15MPa，例如：衛生間區域較為潮濕，也需要對磚石結構優化設計。針對墻體裂縫問題需要考慮伸縮縫設計。施工中混凝土澆筑構件因環境溫度發生膨脹或緊縮，所以設計人員要考慮氣候和環境，之后合理設計伸縮縫間距。

5土木工程建筑結構優化設計要點

某工程項目為高層商住兩用建筑，共有2層地下室，已經被用于停車場和人防工程，該建筑地上1～4層為商業區，5層及以上為住房。該建筑區域主體樓為20層，裙樓和主體建筑用伸縮縫連接，2棟塔樓共18層，塔樓頂端2層相連。本工程建筑結構多為框架-剪力墻，其中底端部分區域轉換為剪力墻結構[6]。

5.1基礎工程設計

本工程選樁基礎設計方案制定后選擇鉆孔灌注樁，樁基根據建筑上部具體荷載狀況施工。樁基直徑包括800mm和700mm，在主樓區域樁基直徑為800mm，其余區域直徑為700mm。根據設計方案，樁體位于持力層2.5m～6.4m，樁體長度基本在53m。在項目結構設計中，先進行了地質勘察，之后得到，進而確定單樁豎向承載力特征值，達到4100kN。

5.2地下室設計

設計人員將地下室平面設計為“廠”字形，多數區域用于人防工程，地下室的南北向為120m，東西向150m，在縱橫向對多道后澆帶加以設置，以此減少混凝土收縮以及溫差變化對建筑結構造成的影響。

5.3結構選型

該建筑的平面結構較為狹長，設計在連體結構兩側塔樓時，主要是分析結構平面的一致性，并且結構的剛度相同。基于原有的設計方案，兩側塔樓為喇叭形狀，其中，柱和南北的距離分別為29.4m、16.8m。連接體結構設計期間，轉換結構選擇將最下層鋼骨混凝土梁，以此支撐連接體，經計算，鋼骨混凝土梁結構截面尺寸為2.7m2，導致施工難度加大，為了保證工程的可靠性與經濟性，設計人員在兩軸之間設置了兩根柱子，讓連接體結構的柱間距相同，都為16.8m。此外，針對連接體和建筑主體結構連接的部位，選擇剛性連接方法，在每層設置0.9m2的混凝土梁，進而保證了連接區域的剛度。因建筑的主梁高度大，設計人員將每層連接體高度調節到兩層塔樓高度，滿足了建筑對空間要的求。

5.4結構布置

設計人員計算結構的扭轉效應過程中，采用平扭耦聯方式，并且對雙向地震帶來的影響進行深入分析。本工程的梁體結構復雜，所以在計算的過程中選擇彈性樓蓋。例如；連接體兩側塔樓體形和接近，距離較近，因此在計算風荷載時分析了二者的相互作用，結構布置的計算方法是體形系數乘以互相干擾擴大系數，并且分析了連接結構最底層樓板風吸力問題，經過公式計算，在自振周期在規定范圍內的參數達到規定要求。

5.5抗震設計

首先是轉換結構的抗震設計。考慮建筑為高層建筑，并且建筑的轉換層較薄弱，設計人員進行了以下處理，將剪力墻底部加強區域以及框支柱的抗震等級適當提升。針對結構薄弱層的地震剪力適當提升，進而實現框支柱的剪力得到優化。框支梁和框支柱的設計也要達到抗震設計要求。其次是連接體抗震措施。由于項目為不規則建筑，受到地震影響后容易威脅連接體結構，造成建筑主體與連接體結構連接部位損壞，所以設計人員主要考慮了以下問題，先讓連接體和周邊的部件的抗震能力提升，并且把樓板的厚度調節到15cm，之后在連接區域增加配筋。

5.6連接體結構設計

本工程的兩側塔樓設計充分考慮項目整體規劃要求，所以選擇52m的空中部位實施結構連接設計施工，進一步提升了施工的安全性。與此同時，在合適的位置搭設臨時作業平臺。本工程的連接體結構自重較大，為減少平臺施工成本和提升施工安全性，選擇混凝土分階段澆搗施工技術。

6結語

綜上所述，工程設計人員須從建筑結構出發，進行合理的方案設計，盡管當前的土木工程結構設計整體水平得到提升，不過在實施過程中依舊存在不利因素，需要從整體出發，進行設計細節的處理，關注工程基礎選型、結構耐久性設計，在實施過程中需要加強造價與成本控制，應用信息化技術，最終全面提升建筑結構的設計質量。

參考文獻

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[2]李剛.建筑結構設計中的安全性問題及解決策略[J].房地產世界，2023，14（10）：59-61.

[3]胡慶濤.超高層建筑結構設計問題及對策研究[J].城市建設理論研究（電子版），2023，15（13）：143-145.

[4]陳梅.建筑結構設計中常見問題與解決措施分析[J].居舍，2023，12（1）：124-127.

[5]竇鵬，劉娟.超高層建筑結構設計問題及對策研究[J].工程建設與設計，2022，22（17）：41-43.

[6]李云杰.房屋建筑結構設計中的問題與對策分析[J].科技與創新，2022，25（12）：161-163，170.