土木工程建设中房屋建筑结构设计常见问题及改进建议

2023-08-01付明芳

建材发展导向 2023年9期

付明芳

（晋中市建筑勘察设计院，山西晋中 030600）

近年来，随着人们的生活水平和审美意识的提高，房屋的结构从单一的单层到多层、复杂的发展，使目前的房屋建筑形式越来越新颖。从实际情况来看，房屋建筑结构的这种变化也产生了许多问题，若不采取相应的解决措施，将会对房屋的安全造成很大的影响。目前，在当前的土木工程建设中，房屋结构设计呈现出多层次、复杂化的趋势，给房屋设计带来了一定的难度。因此，如何针对这些问题制定相应的应对措施已是重中之重。文章着重分析了土木工程施工中常见的房屋结构设计问题及应对措施。

1 土木工程建设中房屋建筑结构设计的主要内容

1.1 土木工程建筑结构设计的基本要求

1.1.1 基础设计方案应符合合理性要求

在建筑项目实施之前，需要对建筑结构进行基础的设计，而土木工程的建筑结构设计将对整个工程的建设质量产生重要的影响。因此，在进行土木工程的建筑结构设计之前，必须对施工场地进行细致的调查分析，因地制宜，多因素综合地制订出一套科学、合理的建筑结构设计方案，以保证建筑结构设计不仅满足实际需求，还能推进项目的进展，方便施工。

1.1.2 结构计算模型及计算参数合理性要求

在进行施工项目的结构设计时，不仅要遵循国家的相关规范以及当地的相关标准，还要结合实际的实践经验。本文对如何建立合理的计算模型进行研究探讨，选择科学恰当的计算参数，采用合理的计算假定对结构设计进行计算。确保工程在满足国家规定的基础上，提升工程的适用性和经济性。

1.2 土木工程建设中房屋建筑结构设计原则分析

在优化建筑结构设计时，必须根据相应的系统和设计准则进行优化。为了优化结构，必须确保建筑整体结构的安全，即建筑结构的施工过程应结合各种因素，充分考虑自然环境和外部环境的影响。确保整个建筑在紧急情况下能够确保房屋使用者的安全。因此，在建筑结构设计过程中，必须注意建筑结构的一部分的承载能力和性能。安全是建筑结构设计的主要原则，最大限度地保证了建筑结构设计中的安全原则。二是保证建筑结构的舒适性。即在优化建筑结构设计的过程中，将舒适性作为设计的第二原则，以满足房屋用户的多样化需求。舒适性能主要包括建筑物的内外装饰、建筑物的形状和环境以及各种设备的安装。最后，住房建设成本控制原则是在住房建设结构设计满足上述原则的基础上控制成本投入，防止成本投入的浪费。

1.3 土木工程建设中房屋建筑结构设计的程序

在结构设计中，应充分考虑整体的设计过程，并严格按照每个步骤进行结构设计。当前，我国的建筑设计应从给排水设计、采暖通风设计、电气设计等方面入手，加强设计的环保、经济和安全设计[1]。一般情况下，首先是对工程进行初步的计划，接着是对工程的结构进行分析。最后，在结构分析结果的基础上，对有关的部件进行设计，最后完成整体施工图的编制。

2 土木工程建设中房屋建筑结构设计常见问题

2.1 图纸设计问题

在项目施工过程中，由于时间等原因，一些施工企业没有重视图纸设计，以便尽快完成整个建筑的施工。设计人员没有对具体的建筑环境进行实地调查，也没有准确地收集和掌握相关数据，所以他们匆忙开始图纸设计。过去，一些设计师直接选择复制同一类型房屋建筑工程的结构设计图纸，只对一些参数做了一些修改，因为所使用的图纸没有相应的规范，而且设计师对每层的具体结构缺乏充分和实际的调查和了解，因此他们设计的结构图纸不能满足行业中合理科学的设计标准，这不仅会对后续的房屋建设项目产生一定的影响，也会对整个建筑的质量产生负面影响。

2.2 建筑选址问题

在土建工程中，为了使建筑物的布局更加合理，需要对房屋的结构进行优化。建筑物的选址与房屋的构造有着紧密的联系。依据我国相关规定，建筑的位置应该尽量避免在地势险峻的地方，也就是地势较低的地方，比如河岸、斜坡、地下水较为丰富的地方。而若要在这样的地形上建造房屋，就应该尽量在坚硬的土地上，避开紧急逃生通道和其他场地。据我所知，一些房屋的结构设计都是在十多米的斜坡和峭壁的边缘，滑坡、泥石流对房屋的破坏非常大。

2.3 结构关系问题

在建筑结构布局的设计过程中，设计师应充分考虑周围道路的宽度和狭窄程度，并在基础设计中作为建筑的具体尺寸。同时，建筑顶部、裙楼等部位也应保持平衡，以确保整个建筑结构的美观和平衡。然而，在一些高层住宅建筑的结构设计中，平面深度仅为11 ～12m左右，结构高宽比均在9 以上，且其层间位移比例与设计规范不符。因此，对建筑物的结构进行再设计是十分必要的。若建筑物的高度为2.6m或更低，不合理的结构设计将影响建筑物的功能和活动空间。

2.4 安全消防问题

随着人们对房屋建筑需求的日益增长，房屋建筑的功能将直接影响到房屋内部结构设计，丰富多彩的功能要求使得房屋的结构设计变得更加复杂，这就会对建筑的安全产生一定的影响。在大多数建筑的结构设计过程中，一些设计师为了建筑美观和造价的考虑，使用了大量的可燃材料进行设计。它们不仅不能更好地控制建筑火灾的灾难，而且由于缺乏科学合理的设计，导致火灾蔓延，对建筑安全构成巨大威胁。因此，在建筑结构设计过程中，应注意建筑防火安全的设计，并应结合建筑的实际情况采取一定的防火措施，如设置防火墙、防火卷帘等。

2.5 结构体系问题

在我国土木工程领域迅速发展的今天，各种结构体系已逐渐形成了一种新的结构体系，包括圆柱、剪力墙、钢筋混凝土框架等。但在实际应用中，这种结构形式往往不能满足工程的设计需求，对结构的安全性产生了很大的影响。例如，在建筑结构设计中，如果平面缺乏高平面度，楼层跨度较大，则更适合采用梁板建筑结构。在一些建筑结构的设计过程中，许多设计师不注重水平和垂直框架结构，只注重建筑结构的美学设计。对于一些结构，很难承受竖向地震力，这直接影响建筑结构竣工后的整体抗震性能[2]。

2.6 其他问题

2.6.1 地质勘查资料不完善，影响结构安全

工程地质资料和场地条件对地基的选择和持力层的选择起着决定性的作用。目前，地质勘察受勘察方案不规范、勘察场地拆迁不彻底、部分建筑基础设计缺乏准确的地质勘察资料、土层地质参数不完善等因素影响。因此，设计人员很难对地基进行正确的设计，如果出现这种情况，很容易造成施工后不均匀沉降等问题，影响工程的安全。

2.6.2 忽视悬挑梁的正常使用极限状态验算

在建筑结构设计中，许多设计人员在对悬臂梁进行验算时，往往过于注重悬臂梁承载力极限状态的计算。然而，悬臂梁在正常使用极限状态下的挠度和裂缝控制被忽略。悬臂梁在使用过程中存在较大的裂缝和挠度变形，影响正常使用。因此，在设计过程中，不应忽略构件正常使用极限状态的验算，以确保悬臂梁产生的挠度和裂缝在满足承载力极限的前提下不超过规范相应的极限值[3]。

3 土木工程建设优化房屋建筑结构设计的注意事项

3.1 善于利用相关技术搜集相关资料

随着住宅结构设计的不断优化，设计师在设计时要对施工场地进行实地考察，搜集全屋的自然地理环境、地形、水文、气象等资料，并与中国特定的建筑结构设计和有关规范相协调，以达到设计目标。从而使设计方案更加科学、合理、可行。在设计中，设计人员可以运用计算机技术，借助BIM等软件对其进行三维模型化，从而实现对建筑结构设计的全方位、立体的展示，从而帮助设计者对其设计中存在的问题进行及时的修正和完善。

3.2 了解具体力学要求

在设计建筑结构时，设计者必须了解建筑结构的力学变化，包括承重柱截面的高度和结构的轴压比。此外，在建筑结构的楼板设计中，必须事先计算应力，并找到合适的配筋。另外，为改善房屋结构的抗震设计，设计者必须持续改进其水平与纵向的设计，选择合理的结构系统是其最根本的保证[4]。

3.3 审美与实用相结合

在设计建筑结构时，设计师不仅要注意房子的美观，还要注意房子的实用性。因此，所设计的建筑结构不仅具有良好的抗风和抗震性能，而且能够满足大多数人的生活需要。此外，为了建筑结构的美观，在设计建筑结构时，在进行房屋建筑的结构设计时，确保房屋建筑结构设计的方案与周边的环境相协调，使建筑尽可能具有创新性，提升建筑工程的节能性和环保性，从而推动房屋建筑结构设计的绿色协调、可持续发展。

4 建筑结构设计中的优化策略

4.1 平面设计方案的优化

在房屋建筑结构设计中，结构的布局将直接关系到整体结构设计方案、建筑功能和建筑造价。所以，对建筑物的平面布局进行优化，可以得到平面布局、楼层高度和基本情况等。所以，在进行房屋结构方案的优化时，必须综合考虑建筑物的使用功能，并结合现场的具体条件进行全面的综合分析，虽然不能考虑到所有的问题，但也要考虑到一些问题[5]。

4.2 结构形式的合理选择

在建筑结构的选取上，应充分考虑其使用方式、功能、实用性和可靠性。在高层建筑中，通常采用框架结构、剪力墙结构等结构形式。在此基础上，对不同的结构类型，分别采用不同的优化方法。例如剪力墙结构，可以通过增加连梁的截面刚度有效地改善整体结构的抗震能力，但由于连梁的刚度增大，所分配的剪力也随之增大，在这种情况下，构件的强度也会相应地增大，这就导致了材料的浪费。而在大跨度使用剪力墙结构时，尽管结构的侧向刚度有所提高，但相应的结构位移也相应减小，地震作用也会随着抗侧刚度的增加而增加。

4.3 提供准确完善的地质勘察资料

由于工程施工的地质调查数据对工程的安全性和经济性有很大的影响，因此，对工程的工程施工进行全面、精确的地质勘探数据是进行工程设计的先决条件。业主应当严格选择具有相应资格的地质勘探机构，并按有关勘察规范进行房屋建设项目的地质勘测，并对其进行相应的审核。设计单位接到设计审查的地质调查报告后，要对设计的抗浮水位、渗透系数、土层厚度、土层压缩模量等进行检验。只有正确、合理的地质勘察报告，才能对地基的持力层进行精确的定位，对地基的埋深进行合理的选择，对地基的整体抗浮和局部抗浮进行精确的分析，这样才能使房屋结构基础设计的安全性和经济性得到最大的保证[6]。

4.4 确保悬挑梁挠度及裂缝宽度满足正常使用极限状态验算

在考虑其长期影响下，钢筋混凝土结构的变形应该采用准永久性荷载的形式进行。在悬挑梁的变形极限分析中，其计算跨距是悬挑梁的两倍。依据结构构件所处的构造形式和周围的情况，按照相关的规范和国家规定，选择合适的缝隙宽度极限。在悬挑梁的合理配置中，采用合理的悬挑梁的实际悬臂长度与梁高的比值、合理的梁纵筋及箍筋配筋率等措施。

4.5 准确计算建筑结构的地基承载力

鉴于建筑结构设计中地基承载力计算不准确导致缺乏安全性，设计人员必须准确计算地基承载力。首先，业主应该提高对测量单位的监督，对其提出明确的制度规范，确保地质测量工作的顺利开展，从而获取精准的测量资料。其次，在获得地质调查数据后，设计师应严格按照相关方法准确计算建筑结构的地基承载力。然而，应注意的是，在使用换土垫层的设计时，设计师还需要计算换土层的厚度，以确保基础承载力计算精准无误。最后，在计算建筑结构的基础承载力时，设计师还需要关闭梁、柱等基础，然后根据相关规范检查减载系数，以最大程度确保建筑结构的安全。