加强土木工程结构设计安全性的措施讨论

2021-12-07王叶青山西宏厦建筑工程第三有限公司

门窗 2021年5期

王叶青山西宏厦建筑工程第三有限公司

1 对土建结构工程设计进行优化的意义

工程设计优化可以降低企业的投资成本，节约资金的投入。减少了多层建设采光不好等多方面的因素带来的成本的投入。优化设计结构是降低成本的有效措施，可以提高建筑结构经济，建设多层住宅和高层住宅的时候，建筑楼层越高，需要的建筑材料越多，随着楼层的增加，墙体的承重和建筑主体的重量会不断地增加，地基和墙面的承重力增加，所需要的水电管道和劳动力都会相应地增加。所以，在工程施工项目中，合理运用结构设计优化措施，可以为土木工程建设项目提供了更多的有效运用率，也可以确保建筑工程的施工质量达到的预定的状态。也是提高了施工企业的利润，也为建筑行业的可持续发展做出了有效的措施。

2 土木工程结构设计的特征

较比其他工程而言，土木工程项目通常为较为庞大的项目工程，与其他建筑类型项目存在了一定的差异化，在安全性方面所表现也不相同，不仅需要高质量的材料，同时还要牢固的建筑物维持，且在结构设计的过程中，要充分做好预防灾害的基础，其中，不仅针对了自然性灾害，同时还包括了人为灾害。

此外，土木工程建设运用的材料较为普通，在资金充足的条件下，可选用较为新颖的材料。土木工程涉及的钢筋、沙石等材料很容易获得，且材料的市场较大，因此价格较为可观。

3 土木工程结构设计安全问题分析

3.1 牢固性不够

土木工程结构设计的过程中，结构的牢固性对建筑质量的整体安全有着较为关键的影响。随着我国社会建设的高速变革，土木工程设计较差的牢固性已成为影响土木工程结构安全的主要因素，是现阶段土木设计面临的重要课题。

虽然部分结构的牢固性在一定程度上不会对土木工程结构造成严重危害，但如出现特殊事故，局部的不稳定，就会导致整体结构的安全性受到影响。在实际结构设计过程中，普遍存在着牢固性较差的问题。此外，在实际结构设计的环节中，混淆构造柱以及承重柱会带来较大的安全事故。

3.2 结构布局不合理

为了保障土木工程设计的质量，设计人员在工作过程中需要对影响施工的因素进行科学的分析，优化整体土木工程结构的设计，加强土木工程整体的稳定性。但是，在实际的调查研究过程中发现，一些设计人员在图纸设计工作时，过度追求土木工程的美观性，轻视了内部结构的重要性；更有一些设计人员一味追求土木工程面积的扩大，缩减了承重墙的尺寸，这都导致了土木工程的抗震等级不达标，影响了土木工程结构的稳定与安全。

4 土木工程结构设计安全优化

4.1 优化土木工程结构整体

在建筑物的结构中，优化建筑物的安全性必须做整体考量。地基是建筑安全稳定的基础，是结构设计的重点。地基结构的好坏不仅影响造价和工程进度，更直接关系到建筑整体结构好坏，地基安全性不好，会引起无法估量的严重后果和损失。地基在建筑物荷载作用下的容许承载力必须达到标准。针对不同的建筑荷载大小、地质情况空间分布、水文及灾害的情况来优化设计，增加建筑总体的稳定性、安全性。

建筑上部结构是满足建筑使用人员、财产安置、功能使用的重要部分，是整个建筑中的关键部分。对建筑上部结构的优化可做多重考虑。优化前期概念设计，前期设计起着先导作用，针对细部进行优化，经过完整的、全盘的概念设计，为之后的计算、造价、建造等环节打下良好的基础。优化设计概念与建筑建造之间的融合，根据实际情况因地制宜针对每一个环节，进行灵活的设计，让结构设计落地能真正实现建筑结构本身的强度与承受性能，增强准确性，一定程度上提高建筑的质量与安全性。

4.2 优化框架结构与剪力墙

框架是建筑结构的骨骼，是现代建筑结构中常见的形式，其中钢筋混凝土框架结构是建筑施工中常常采用的形式。对于框架结构的优化，要综合考量，多层面分析。框架与剪力墙之间刚度、承载力、变形都需要具体问题具体分析，彼此匹配，做到最优设计。在建筑框架结构设计阶段准确、高效地进行计算与分析，并严格按照规范要求进行设计、优化处理决定工程设计质量好坏。

结合建筑结构设计的需求，科学合理优化剪力墙的质量与数量。在建筑结构设计中，为了完善框架和剪力墙体系，在保持剪力墙重心稳定的情况下，经过合理的结构设计，适当使用剪力墙的数量，可酌情减少剪力墙，以此来优化建筑整体的抗震性，可以增强建筑结构面对突发地质灾害的抵抗能力。

短肢剪力墙相比于框架结构，在刚度、内力分配、荷载上更合理均匀，而且变形时候的竖向位移差也相对比较小。短肢剪力墙一般有利于进行建筑布置、减轻结构自重的特点。所以短肢剪力墙适合广泛用于现代化住宅建设，同时短肢剪力墙也存在抗震性较差的特点，不常应用于地震灾害高发区。

4.3 科学计算主体承重柱分布

承重柱直接影响土木工程结构安全系数，根据详细土木工程结构的实际数据，科学地计算出主体承重柱的尺寸，结合土木工程物的质量分布情况，制定承重柱的具体分布数量。如：某高层或超高层写字楼，对其进行技术分析，建议用平板式筏形的基础架构，土木工程标准层建议设计为普通的框架梁结合现浇的空心板结构体系，结合框架与核心筒，其结构简单，一般采用的是立面和平面相结合的规则，基础结构多是立面和平面相结合的规则。

而基础多是天然的桩基。若发现土木工程混凝土的折算厚度较大，会影响配筋量，且会加大自重，进而造成主楼板、筏板的基础承载力不足等后果。若梁截面较大或者是板较厚，则没有很好地落实经济效益，不利于墙柱弱梁功能的实现，结构自重也会受到影响，地震力受到加强，竖向构件安全性较低。

相对来说，核心筒剪力墙内隔墙的受力偏小，则在设计上相应的厚度也会偏大。在整体结构设计上，侧重“以柔克刚”方式，但是需要保障各项指标满足要求。自重增加的原因有很多，科学计算主体的承重分布显得尤为重要。

4.4 软土处理

在西北湿陷性黄土地区，由于湿陷性黄土的特殊结构，使其遇水后出现明显的沉降，而且随着时间的推移和浸水深度的增加，其沉降深度也在不断增加。这是导致土木工程踏步、残疾人坡道和周围散水下沉、拉裂的最主要原因；其次是周围回填土处理不到位。

由于周围散水和踏步的下沉，表面上看起来非常明显，使得大部分非土木工程行业的人员将其与土木工程基础相联系，认为土木工程是不是出现了严重的质量问题，甚至认为土木工程整体有垮塌的危险，这造成了很多不必要的麻烦和恐慌。

为解决这类问题，建筑人一直在探索，如增加散水宽度、在散水周围增加一圈排水沟、加深周围回填土地基处理深度等方法。但最可靠的办法是将散水和踏步与结构主体相连接，形成整体，同时与其他措施相结合，必要时，对于比较大的踏步和残疾人坡道可设计单独的结构基础。如此多管齐下，才能一劳永逸。

4.5 优化柱箍筋间距和框架梁

针对不同的抗震等级框架梁，柱箍筋的加密区最大和最小之间的距离需明确规定，按照规定标准，土木工程施工取值上，梁和柱箍筋的加密区的间距是100mm，非加密区的柱箍筋最大间距是其二倍。相比较来说，电算程度规定的梁和柱箍筋的加密区间距是100mm，按照此项数据标准确定柱箍筋的面积。

相关设计人员应该按照标准规范来确定肢数和柱箍筋直径。但是，需要强调的是，程序内定，框架梁跨中存在次梁或者是荷载集中作用下，两肢柱箍筋，适当地增加柱箍筋间距及其直径。框架柱的内定加密区柱箍筋是100mm，也可能存在非加密区的200mm也会造成配箍的不足问题。

4.6 加大沟通力度

经过国内土木行业这几年爆发式的发展，无论是设计、施工还是安装都呈现了批量化的生产，批量化的生产可以快速提高生产效率，但同样也存在一些问题。尤其是设计过程中体现更明显。很多新材料、新技术、新工艺不易融于流水线模式的设计中。譬如雨棚设计，早期雨棚多为混凝土结构，随着经济的不断发展，越来越多的混凝土结构雨棚已被轻钢玻璃雨棚所代替。

设计中经常标注轻钢玻璃雨棚由专业厂家设计制作，但却在结构上忽视了玻璃雨棚的着力点，没有考虑玻璃雨棚斜拉杆所需要的结构梁，或斜拉杆所需结构梁位置偏差较大。这使得后期的施工遇到很多困难。此类问题多与结构设计相关，而结构设计出现的问题后期是最难补救的，因此可以在结构设计中，多与其他专业沟通协作，尽量将更多问题消灭在设计阶段。