基于土木工程建筑结构设计的优化分析

2021-12-07尹瑶宗山东电力建设第三工程有限公司

门窗 2021年11期

尹瑶宗山东电力建设第三工程有限公司

1 前言

近年来，随着我国社会经济高速发展，建筑工程事业也随之蓬勃发展。目前，建筑工程项目数量逐渐增多，项目规模也不断地扩大，人们对建筑工程质量提出了更高的要求。建筑企业为了在日益激烈的市场竞争中获取更多的市场份额，必须加强建筑工程施工质量管理，重视建筑结构设计工作。建筑结构设计是建筑工程施工中的重要组成部分，必须予以高度重视，针对当前建筑结构设计中存在的问题，实施有效措施，优化结构设计方案，提高建筑结构稳定性，保障建筑工程施工质量。

2 探讨优化房屋建筑结构设计的重要性

2.1 有效提升建筑材料的利用效率

为了获得更丰富的经济效益，在保障房屋建筑质量的前提下，需要通过开展科学的建筑结构设计来有效地节约资金，提高资金的利用效率。从建筑结构设计的实际操作来看，结构性能良好的方案所使用的结构材料并不一定是价格最高的，性价比高的材料也能够发挥出最佳的结构性能。这就要求设计人员在进行建筑结构设计时，要把提升材料利用率作为工作重点。

设计人员要通过综合应用各种新型材料。例如：预应力混凝土结构、钢管混凝土结构等新型的建筑材料，提升建筑结构设计的科学性和最终效果。新型材料在许多方面有明显的优势，如钢管混凝土结构在稳定性、抗压强度、抗变形能力方面有明显的优势。钢管和混凝土材料的有机结合，能够大大提升该材料结构的稳定性。通过充分、高效的利用钢管对混凝土的作用，使该结构呈三向受压的状态，进而显著提升该材料结构的抗压强度。

相较于普通的钢管结构，钢管混凝土能够在其自重和承载力保持一致的前提下，有效节省将近一半的钢材，能够很好地简化原本需要实施的焊接工序，减少工作人员的工作任务量。钢管混凝土结构与混凝土相比，能够减少将近一半的构件截面面积，相应的就减少一半左右的材料用量。能够在有效节省材料的同时，提升材料结构的稳定性和强度，大大提升材料的利用率，在保障建筑结构质量的同时，还能够有效地控制工程项目成本，提升材料的利用率。

2.2 推动建筑结构的经济性的提升

随着高层建筑数量的增加，建筑墙体和柱的面积也在不断地扩大，建筑结构的自重不断增大，各种管线铺设的长度也越来越长。也就是说，如果建筑的层高降低，所使用的建筑材料也会相应地减少，还能够有效提升建筑的抗震性。如果建筑的高度降低，两栋建筑之间的日照距离也会相应地发生改变，最终有效地减少用地面积。如果建筑面积相同，采用接近于方形的形状，相对的能够减少房屋建筑外墙的周长系数，就能够减少建筑基础装修和建筑内表面和外表面的装修，进而有效地推动房屋建筑经济性的提升。合理的建筑结构优化设计，能够从整体上节省房屋建筑工程造价，为建筑工程企业争取更多的经济效益。

3 简要概述现阶段房屋建筑结构设计的实际情况

3.1 结构设计图纸的内容不够完善、详尽

房屋建筑工程建设离不开图纸，设计图纸是开展房屋建筑项目工程建设必不可少的要素之一。开展房屋建筑工程项目施工的各个步骤、各个环节，都需要图纸作为参考和引导。只有设计完善、详细、科学的结构图纸，才能够为后续开展项目施工提供便利支撑，从而有效避免后续施工出现不必要的变更、修改的问题。但是，现阶段部分单位设计的结构图纸并不详尽，许多细节并未落实到位，对于建筑结构类型、抗震等级要求并未按照规范标准详细标明，也没有详细的列举有关墙体材料类型的内容。由于一些结构设计图纸的专业性不强，未能按照规范标准要求进行科学、合理的图纸绘制，图纸中所涉及的内容标识不清晰，内容不准确，给房屋建筑施工造成了严重的消极影响，成为引发安全事故问题的导火索。

3.2 房屋工程在建筑结构方面容易出现的设计问题分析

对于房屋工程的结构设计问题，相关设计人员需与技术人员从建筑学与力学、设计美学等方面进行全方位分析，并对该领域中容易造成结构问题的因素进行集中总结，这种方式能够在很大程度上提高建筑物的整体质量和安全稳定性，同时，此环节也会涉及许多复杂的工程内容。

3.2.1 地基方面

地基问题的出现，通常会涉及具有一定的复杂流程且操作难度大的部分，例如地质地形的勘察、地基加固方式的选择，都会涉及大量的设计参数。

首先，地基问题通常是在房屋工程建设的最初始阶段，施工部门并没有接收到详细的地质勘察报告或相关的地质信息，并主要通过口述、传达经验等方式进行报告，专业含量较低，这会在很大程度上造成地质信息数据的缺失，进而在施工过程中无法保障其施工数据的精准度。在缺少各类数据的情况下，若直接设计施工图，这种方式会使得部分施工细节无法得到处理，并形成相应的质量或安全隐患，造成工程事故的发生。

其次，设计人员在设计过程中，会对地基的耐力承受值进行一定程度的降低，但事实是，仅依靠降低地基承受值进行设计，无法全面保障施工安全，建筑工程还涉及其他数据和指标，例如土质力学以及地下水的化学含量、地表浅层容易出现的应力变化程度等方面。

最后，在软基的处理方面，设计人员通常会选用更换土垫层的方式进行，但对并土垫层的设计有所缺失，无法确保土垫层的厚度与宽度，这在一定程度上形成了安全质量隐患。

3.2.2 楼板方面

楼板起到的作用对于整个建筑结构稳定性而言非常的重要，楼板的受力程度与建筑物的实际承载有很大的联系，同时，楼板的设计也与墙面、梁体、柱体的具体设置情况有关，设计人员应突出楼板的整体性。若设计人员只将楼板承载力作为实际出发点，忽略楼板与其他元素之间的整体性联系，这种方式将无法满足建筑结构的基本承载需求，经过时间的催化后，楼板会出现一定的裂缝问题，并增多其他的工程安全隐患。

在房屋工程的建设过程中，设计人员需考虑的第一要素应是建筑物的整体安全性和稳定性，其他的功能建设应在确保这两方面达到规范要求后再进行建设。建筑的稳定性十分重要，只有确保建筑物的基础稳定性，才能以此为基础展开后续的施工作业，并确保施工质量和工期。还有，在楼板出现变形情况的可能性预判方面，若相关设计人员在此环节仅依靠自身经验，并简化应用的数据计算流程，那么楼板产生形变量的数据会出现一定的偏差，进而影响施工效率和施工质量。

3.2.3 梁体方面

在房屋建筑工程中，梁体的设计与施工质量会对整个建筑工程的使用质量和安全稳定性产生非常明显的影响作用，其中，梁高与连续梁之间的结构设计非常关键，针对建筑内梁高过小的情况，若相关设计人员只重视梁体的承受力和刚度方面，在一段使用时间过后，梁体的稳定性就会出现一定问题，并且梁的挠度会呈比例增大，形变到一定程度后梁体会出现裂纹，并且此裂纹会不断扩张，降低房屋的使用安全性。

在连续梁的设计方面，相关设计人员通常会忽略边梁的实际负荷量，并将连续梁的负筋配筋量降低。在综合作用下，这种情况会促使梁体的受拉区域出现裂纹。边梁部分的承载情况通常会受到温差影响，若温差过大，则会出现相应的梁体收缩或拉伸情况，并加剧了此前留下的裂纹，增加建筑工程的使用风险。

3.2.4 框架方面

框架的设计主要涉及两个部分，分别为横向框架和纵向框架，而当前建筑工程设计人员通常注重横向框架的设计，十分缺少对纵向框架设计的考虑。就目前建筑楼梯的抗震效果而言，通常会以主轴方向为主展开设计，而在抗震作用下，其框架的承受对象来自各类构件，这种情况能够促使震动效果能够被分散并将其承载减轻。

所以，设计人员应对不同方向的框架进行合理规划，但目前许多设计人员无法对框架的两种情况进行等量讨论。设计过程中，相关人员应对框架的纵筋与箍筋的实际配比进行精准分析并考量，若设计内容无法符合实际构造需求，这会在很大程度上影响结构的抗震性。

3.2.5 构造柱与承受柱方面

具体到构造柱与承重柱方面的设计，设计人员需对这两个部分的结构有一定的认知，并明确这两方面的实际承载情况。其中，承重柱的作用非常重要，不论是在平层还是低层建筑结构。基于此，设计人员需将承重柱的承载原理明确，优先设计承重柱。在构造柱与承受柱方面的设计中，现阶段的建筑设计人员通常会对构造柱作为第二承受柱，这会对构造柱的整体承载情况产生一定影响，进而影响到建筑结构的稳定性。若构造柱承受了额外的承载力，则会造成构造柱受力不均，进而造成构造柱的约束力较低，在这种情况下，若房屋出现震动，那么构造柱则无法承担震动带来的冲击力，使得房屋工程发生崩坏。

其次，构造柱部分处于地圈梁之中，若没有设置其他的辅助承载机制，构造柱的底部构件无法发挥力学中的抗剪切功能以及抗弯功能，若出现地质情况的问题，墙体则会由于稳定性而形成破裂，使得裂纹进一步扩展。承重柱的截面经常会出现有效高度缺失问题，若有效高度不足，承重柱的截面高度则无法提高，针对此情况，部分设计人员会相应地削减截面高度。但这种方式没有考虑到梁柱的刚性作用和效果，无法达到房屋工程的基本抗震效果。