土木工程建筑结构设计优化研究

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　　摘    要：随着土木工程领域的发展，土木工程建筑数量增加、规模扩大，其安全问题也越来越突出。结构设计作为土木工程的重要环节，其结果不仅影响着施工效果，也影响着工程效益和企业收益。为提高土木工程的施工质量，优化结构设计显得尤为重要。基于此，本文从土木工程建筑结构设计原则出发，首先分析了土木工程建筑结构设计问题，然后探讨了优化设计策略，以供参考。
　　关键词：土木工程;建筑结构;问题;优化策略
　　1  前言
　　在国民经济快速发展的背景下，建筑行业得到前所未有的发展。但是，在经历过多次死亡事件后，建筑结构的预处理仍存在诸多不足，特别是自然灾害频发的地区。另外，由于我国很多地区不属于灾害高发区，所以结构设计时不仅忽视它的安全性，也未投入足够的财力和时间，从而给整个工程带来严重影响。对此，深入探讨土木工程建筑结构设计具有重大意义。
　　2  土木工程建筑结构设计的原则
　　2.1  高效性
　　在土木工程建筑结构设计期间，需要全面标注设计图表，明确设计方案中的数据资料，并分析和探讨建筑结构可能存在的风险。重点设计重要结构，特别是承重结构、部分承重墙，做好重难点的突破性设计，探讨灾害发生后的损失和影响，保证设计方案的高效性。
　　2.2  安全性
　　从本质上看，建筑可为人们提供舒适、安全的场所，或提供可停留或居住的空间。这样一来，需要满足规避极端天气、风吹日晒的需求。自然灾害作为一种常见的自然现象，对建筑的影响除体现在地震方面，还涉及泥石流、海啸等，对建筑安全性和社会危害较大。对此，在自然灾害发生后，人们对建筑的依赖性更高，此时其结构安全性显得尤为重要[1]。此外，随着社会经济的发展，城市人口密度提高，建筑数量增加，如若灾害发生后建筑倒塌，就会造成成倍危害，这也要求建筑结构具备安全性特征。
　　2.3  合理性
　　土木工程建筑方案设计过程中，除要保证其安全性外，还要确保设计方案的合理性。实际设计中，需要全面分析结构特征，简要分析现场情况，综合调查地质条件，从而保证设计方案的合理性、科学性，促使设计方案满足需求和质量标准。
　　2.4  完整性
　　在建筑结构设计过程中，需要考虑设计方案的完整性，集中探讨和分析土木工程，总结设计不足和缺陷。设计人员应在方案设计结束后，对其进行针对性的优化和补充，对于重点或薄弱环节，要进行多次分析，严格按国家标准设计，确保最终方案满足需求，提高结构安全性和稳定性。
　　3  土木工程建筑结构设计存在的问题
　　3.1  环境破坏和污染严重
　　一直以来，环境问题都是人们的关注重点，行业的发展会对环境产生或多或少的影响，只能采用有效措施尽可能的避免。如若在土木工程建筑结构设计中忽视环境保护，将严重影响生态环境。
　　3.2  结构设计安全问题
　　建筑结构设计方案优劣性，和事故发生几率有着直接关系。从当前来看，部分人员在设计建筑结构方案时，多存在随意增添钢量或扩大截面的现象，增加施工成本，威胁建筑结构的安全性。报告显示，尽管我国在结构方案上的安全储备较低，但是对材料用料的要求却高于其他国家。20世纪50年代初期，我国的混凝土强度低，施工方式也落后于其他国家，导致安全事故频发。可见，安全事故的发生和建筑结构的安全性密不可分。
　　3.3  结构稳定性问题
　　现阶段，土木工程建筑多为高层，但是在工程施工中，由于内外界因素的影响，严重干扰着结构的稳定性。因此，在设计建筑结构时，需要综合考虑其抗震性能和稳定性。建筑结构抗震设计期间，建筑工程的宽度参数是重要指标，也是设计人员考虑的重点，和建筑结构稳定性有着直接关系[2]。同时，还要考虑建筑基础深度，比如：部分员工经由变形缝分开裙楼和主楼，加之基础埋深不合适，一旦发生地震，将导致建筑物滑移或颠覆，威胁居民的生命、财产安全。
　　3.4  楼层平面刚度问题
　　建筑结构设计过程中，若结构概念缺失或布置不合理，可使用楼板变形的方式计算楼层平面高度。从力学模型上看，该方法是可行的。但是，设计人员在明确变形程序时，所得结果并不准确。分析得知，计算结果不准确的原因和立于安全储备上的位置受到严重影响相关。基于此，设计人员可借助楼层设计的刚性露面进行计算，从而规避计算误差现象的出现。
　　4  土木工程建筑结构设计优化策略
　　4.1  优化建筑图纸设计
　　图纸是建筑工程施工的重要依据，也是保证工程效益的主要资料，只有施工人员参照图纸施工，才能保障施工安全性和施工质量。具体施工中，普遍存在敷衍图纸要求的情况，图纸内容也存在诸多缺陷，这是导致图纸无法落到实处，无法发挥实用价值的重要因素。对此，需要针对性的完善建筑图纸。投资人员需要充分了解建筑质量、经济效益间的关系，以保证图纸完善、合理，尽可能的确保施工质量、经济成本的最优关系。在建筑图纸设计过程中，需要明确参数指标，直观判断图纸内容。同时，还要在图纸中标注参数及含义，明确参数界限，确保施工人员不会对图纸产生模棱两可理解的情况，便于有效落实设计方案。建筑方案设计完成后，先对图纸内容进行检查，确认无误后方可使用。若建筑图纸出现问题，即刻结合工程实际修改，直到图纸内容都准确标注，进一步体现图纸设计的严谨性及合理性。
　　4.2  优化安全設计，降低自然灾害影响
　　待自然灾害设计得以完善后，根据其对建筑工程的影响，采用有效措施降低自然灾害对建筑的影响[3]。现阶段，多在建筑主体、基础结构间设置隔离层，在顶端设置反摆，规避自然灾害发生后的建筑碰撞，解决建筑大幅度振动的问题，保证建筑结构的稳定性。该方案已在当前广泛应用，而且在部分项目中也明确了该方案的可行性。另一方面，做好建筑结构的抗震设计，例如：借助偏压柱、综合受弯梁等方法提高抗震性能，做好配筋和板的设计，保证板的长短边设计合理。又或者，沿着墙体高度设置钢筋硂小柱，按构造要求设置构造柱，其截面为240×180mm，纵筋使用4Ф12，箍筋间距≤250mm，并在柱上下端加密。 　　4.3  优化建筑结构设计
　　建筑结构设计是土木工程建筑设计中的重要环节，因此设计人员除要保证图纸精准外，还要优化结构设计。具体设计中，设计人员需要明确这样几点：第一，结构设计优化的目的是提高建筑工程的施工质量;第二，结构设计优化应尽量压缩工程造价。这种情况下，设计人员不但要考虑工程的实际需求，还要考虑投资方的投入成本、经济实力，不断优化工程结构，直到满足投资方、施工单位的需求，并得到双方认可。首先，到施工现场进行考察，借鉴相关资料，结合自身经验，计算相关构建的承载力，并比较其属性，从中优选出最合适的构件。以某工程为例，其结构不但受竖向荷载影响，还受地震荷载、风荷载等方面影响。设计人员要综合考虑这些因素，优选结构的选型方法、布置方案，增强相关荷载和安全性。需注意的是，建筑结构的传力路径不能过长，应使用跨界、简易法将结构荷载传至主梁。同时，利用竖直方向的构件，在最短时间内将荷载传至基础。在内剪力墙设计过程中，需要严格把控剪力墙间距，使楼板刚度满足施工和后期使用需求。所以，在建筑结构设计期间，需要先找寻优化对象，比如薄弱的构件或环节，然后再更换构件，增强结构强度[4]。
　　4.4  优化建筑刚度设计
　　在设计好建筑结构内外部防护后，还要选用合适措施增强结构刚度。首先，考虑施工材料的使用，比如钢筋混凝土，因为这种材料在建筑工程中应用广泛，也是确保建筑稳定性的关键。虽然我国要求不同建筑使用标准不一的混凝土施工，来保证结构稳定性，但是实际施工时不能只将标准作为目标，而是要进行不断的探索和优化，找寻最佳的施工方法和材料，在减少材料成本的同时，提高建筑材料的应用价值，促使其刚度、安全性满足国家要求。
　　此外，重视对设计人员的业务培训，加强设计过程的管理。土木工程涉及的员工，需要对工程进行严谨、客观的分析，从而保证设计方案的有效性。这就要求加强对设计人员的教育培训，特别是他们的工作理念、设计知识等，提高工作素养，这样才能设计出与工程相符的方案，不被他人所取代[5]。同时，还要加大设计过程的监管力度，结合工程实际、具体要求分析和管理设计方案，便于及时更改设计偏差，提高设计方案的可行性。
　　5  小结
　　综上所述，为提升土木工程建筑结构的稳定性、安全性，除要在设计期间坚持完整性、高效性、合理性原则外，还要深入分析结构设计中存在的问题，采用科学、有效的措施优化设计，以满足建筑结构的设计需求，减少投资成本。同时，重视对生态环境的保护，加强对员工素养、企业信誉等资产的建设，提升设计水平，推动企业长远发展。
　　参考文献：
　　[1] 高维伟.土木工程建筑结构设计优化论述[J].商品与质量，2015（52）：112～113.
　　[2] 颉爱静.土木工程建筑结构设计优化分析[J].建筑工程技术与设计，2016（9）：517.
　　[3] 王丰，王小軍.浅谈土木工程建筑结构设计优化[J].建筑工程技术与设计，2018（31）：3000.
　　[4] 肖琥.土木工程建筑结构设计优化分析[J].建筑工程技术与设计，2017（31）：2785.
　　[5] 王勇.土木工程建筑结构设计优化研究[J].河南科技，2016（19）：112～113.
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