土木工程建筑結構設計優化解析

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摘要：土木工程中的建筑主要是以建筑需求和功能為目的進行的施工操作，包括支撐人類生活和生產過程需求的一種技術活動。對于土木建筑來說，它可以建筑在任何地方，服務于軍事、娛樂等多個方面，具有一定的靈活性，而且在建筑過程中需要經過勘察、設計以及施工等階段，包括建筑學、力學、工程學、管理學等多方面的內容，其中結構設計是土木建筑中的重點環節，對于工程質量有著直接的影響。本文通過對土木工程建筑結構設計的類型以及原則進行闡述，分析土木工程建筑結構設計過程中存在的問題，從而探討建筑結構設計優化的具體措施。

關鍵詞：土木工程；土木建筑；結構設計；優化措施

現階段來看，人們對于建筑有了更高的要求，包括建筑的規模、功能、內部設備以及外觀等多個方面，在要求質量的同時，還要保證經濟效益上的穩定，這對于土木建筑工程來說有著一定的難度。在科學技術以及全球一體化的發展情況下，已經有一些新型施工工藝以及材料應用到建筑工程中，并且起到了一定的作用，與過去的土木建筑相比，現階段的建筑工程已經逐漸向智能化與自動化發展，許多機械設備的應用，大幅度的提高了施工的工作效率，降低成本上的投入，解決施工過程中的難題，但是與此同時，建筑市場的競爭也在逐步提高，在這種環境背景下，人們對于建筑有了新的要求，包括質量、功能和外觀等多個方面，這就需要相關人員做好施工前的勘測以及設計，尤其是對于結構設計來說，如何滿足消費者的需求，找到過程中存在的問題，并且做好優化設計是現階段工作人員的主要研究方向。

1土木建筑結構設計中的分類

在土木建筑的結構設計過程中，可以分為上部結構設計以及基礎設計兩種，在具體的操作過程中，應該根據具體的類型對設計過程進行分類，可以分為以下幾方面：1.1框架結構設計。框架結構是由建筑中的梁和柱共同組成的組裝結構，從而承擔房屋中的全部荷載。對于現階段的建筑工程來說，一些高層建筑或者工業建筑在形式上有著一定的復雜性，普通的磚墻已經不能滿足荷載過程中的要求，所以采用框架作為其中的承重結構?？蚣芙Y構根據工程規模以及信息上的不同，可以分為多層、單層等多種結構，在土木建筑中，根據材料的不同可以分為混凝土框架、膠合木結構框架以及鋼筋混凝土框架等，在設計過程中可以采用整體裝配的形式，根據荷載能力對框架施加不同的預應力。對于框架結構來說，它的主要特點就是具有一定的靈活性，可以節省工程周期，讓框架中的梁和柱變得更加標準化，提高工程的質量，使建筑具有一定的整體性。但是框架結構設計也容易由于受力特點或者設計方面的問題導致對結構上的破壞，可能影響建筑空間的合理運用。1.2剪力墻結構設計。剪力墻結構就是通過鋼筋混凝土的墻板代替框架結構中的梁柱，從而提高建筑內部的荷載能力，并且控制結構過程中的平衡作用力，這種方式已經被廣泛的應用于土木建筑中，對于建筑結構的穩定性有著一定的作用。在剪力墻結構的設計過程中，它的主要承重力全部來自于剪力墻，除了可以承擔豎直和水平方向上的荷載能力外，還可以對建筑內部空間進行一定的分隔，一般來說，剪力墻的高度在設計過程中與建筑內部的高度是相等的，相較于建筑空間來說，它的厚度很薄，最小的大概在16cm左右，這也就大幅度的提升了剪力墻在建筑結構設計中的空間范圍。在具體的土木建筑中，可以根據建筑的規模，設置不同數量的剪力墻，但是需要注意的是剪力墻之間的距離有著標準的規范，從而提高它的空間利用率。1.3筒中筒結構設計。筒中筒結構設計是建筑結構設計中的一種，是由心腹筒、框筒以及桁架筒構成，通過不同筒結構中的內外作用力從而抵抗建筑中的水平承重力。由剪力墻圍成的筒體被稱為是心腹筒，在心腹筒表面呈現有規則排布的孔狀筒體被稱為是框筒，由豎桿和斜桿組成的架構形式被稱為是桁架筒。在筒中筒的結構設計過程中，通常都會由水平方向承載一定的作用力，長此以往會使其變成彎曲的形狀，但是在普通的建筑物荷載下，它的抗側剛度還是大于同種框架體系的。由于在筒中筒的結構設計中，內外筒之間存在一定的空間，所以提高了建筑結構設計中的靈活性，可以達到不同的建筑效果。1.4砌體結構。砌體結構就是指在建筑中通過磚墻來實現結構上的整體承重，構造柱以及橫梁和樓板大多采用混凝土的結構形式，砌體結構也被稱為是混合結構，在建筑設計過程中采用了不同的材料設計，大多應用于多層或者低層的建筑過程中。在砌體結構的設計過程中，都是通過樓板以及墻體作為建筑的主要承重結構，雖然理論上框架結構的承重能力是多于砌體結構的，但是在實際的應用中，由于抗震等級的影響，砌體結構的穩固性更強一點。除此之外，在砌體結構的發展中，還應該注意設計過程中與空間結合方面的問題，以創造良好的室內環境作為主要目的，可以通過與現代技術的結合從而提高建筑的穩定性。

2土木建筑結構設計中的原則

2.1保證合理的結構性能。在土木建筑設計的過程中，應該從建筑的整體性出發，明確建筑結構的基本性能，對于一個工程來說，在設計的過程中應該同時注意它的剛性強度以及柔性強度，要根據工程的具體信息以及應用功能進行判斷，對于有些建筑來說，如果剛性強度過大，則會導致建筑在變形能力上的問題，從而會導致它的荷載重量變大，引起對建筑的局部損壞。但是如果柔性過強的話也會由于結構上的變化導致不能承受原有的荷載，甚至會引起建筑整體上的坍塌，因此，在設計過程中，設計師要找到其中的關鍵點，達到剛柔并濟的目的，著力于建筑的整體來進行構思，尋找合理的建筑結構體系。2.2保證結構體系的安全性。在土木建筑結構體系的設計過程中，保證建筑的安全性是設計的主要原則，也是建筑施工中的重點管理內容，在結構設計的過程中，設計師應該注意對建筑性能上的加固，設置不同的安全防線，保證構件在安裝過程中的穩定性，不能因為理論上框架結構的承重能力是大于砌體結構的，就盲目的進行結構上的選擇，還是應該從建筑的環境等方面出發，考慮到自然災害對它的影響，在設計的過程中，可以設置多道防線，因為在規劃與設計建筑的結構設計中，絕對安全的設計構件和過程是不存在的，只有通過多種安全防護措施的建立才能降低危險發生的可能性，這樣經過較長的時間，還能使建筑盡量保持原有的整體結構。2.3保證設計過程中的重點?，F階段來說，土木建筑在功能和規模上都有了一定的提升，在結構設計過程中多了很多復雜的工作，在不同項目設計中可能會出現交叉現象的存在，這時候設計師就要注意工作中的重點內容，明確什么部分才是結構設計中的主要承重，從結構的安全性去考慮，有的放矢的來確定不同構件的設計位置，從而減少施工過程中可能出現的損失，分清設計過程中的主次，協調好設計過程中互相之間的關系，把好質量關卡，從重點內容出發進行著重考慮。2.4保證設計過程中的高效性。對于結構體系的設計來說，它屬于土木建筑的一部分，設計師在設計過程中，還需要注意它的高效性，要從建筑工程的整體來思考問題，明確結構施工圖紙與計算過程中準確性的同時，還要保證它們的速度，在相關圖表制作的過程中，可以通過借助一些先進技術來提高它的計算效率，從而保證土木建筑的工程進度，做到設計過程中準確性以及速度上的有效平衡。

3土木工程建筑結構設計中存在的問題

對于現階段來說，人們對于建筑質量的要求是非常高的，而且還是在保證建筑功能的前提下，這對于土木工程建筑的結構設計來說也就提出了更高的要求，在這種情況下，需要對設計過程中存在的問題進行分析，找到合理的優化方式，從而提高土木建筑的市場價值。3.1地基設計方面的問題。地基設計是土木建筑設計過程中的基礎，對于結構的安全以及穩定有著重要的作用，隨著建筑承重能力的提高，在地基設計過程中也有了很多方面的壓力。這也就導致在地基設計中，存在一些原則上的問題。首先，在土木建筑的地基設計過程中，設計師沒有考慮到在施工過程中由于建筑的自重從而導致的壓縮以及沉降不均勻的問題，特別是有些建筑它的自重并不是理論上的數據，還需要考慮在施工過程中所施加的壓力，這就導致在地基下沉過程中出現不平衡受力的情況，如果當地基所承受的荷載能力較大時，不均勻沉降的可能性也在提高。其次，設計師在設計的過程中沒有考慮到地基滲漏方面的問題，沒有采取有效的防水措施，對于水量的設置范圍沒有從長遠角度來考慮，如果經過長時間的累積，地基的滲透量超過一定的范圍，就可能引發一些嚴重的安全事故。另外，對于一些帶有地下室的土木建筑來說，設計師在混凝土強度以及墻體設計等多方面沒有采取針對性的設計方案，沒有考慮到地下室環境的影響，從而導致存在一定的安全隱患。出現這些情況的原因是由于在設計過程中沒有對實地進行仔細的考察，缺少一定的實踐依據。3.2抗震設計存在的問題。在現代的建筑結構設計過程中，由于它的高度有著不同的特點，而且從城市發展來看，房屋建筑逐漸朝著高層建筑發展，在這種情況下，為了進一步提高建筑的穩定性，避免自然災害對建筑結構上的影響，應該加強抗震方面的設計?，F階段來說，在抗震設計的過程中，仍然存在一些問題，主要體現在以下方面。首先，有些設計在設計過程中沒有從綜合方面進行考慮，導致有些承重柱的橫截面太小，當建筑受到一定的外力作用時，就會降低結構中的穩定性，很容易引發建筑的倒塌現象。其次，在抗震設計過程中，我國關于這方面有著抗震等級的明確規定，但是在實際的設計過程中，不應該按照抗震等級作為設計中的主要指標，因為在不同的建筑工程中，它的地理環境是不同的，也可能導致理論和實際中的不匹配，造成安全隱患。另外，需要注意的是，有些設計師在結構設計的過程中，對于平面的布置存在不規則的現象，從而導致單元上的不對稱，進而影響建筑的結構性能。3.3結構圖紙設計中的問題。結構施工圖是土木建筑中結構設計的重點內容，也是承重構件布置上的主要依據，在結構施工圖中，對于建筑的材料以及規格等方面都有著標準的劃分。在圖紙設計的過程中，目前存在的主要問題在于基礎平面圖的繪制以及工程計算等方面的問題。首先，在基礎平面圖的繪制過程中，有些設計師并沒有對所有的細節進行完善，有些工作并沒有在平面圖中顯示出來，例如定位軸線以及施工后澆帶等方面的工作，這些施工工藝與建筑的質量有著密切的聯系，也是工人在施工過程中的主要依據。其次，平面圖中的符號和元素不全也是其中存在的問題，有些工藝在設計過程中沒有進行詳細的編號，尤其是對于不同的樁來說，它有著不同的規格，如果沒有進行相應的編號，很可能會在施工中造成混亂的現象。另外，需要注意的是，在工程計算的過程中存在的問題，設計師在結構設計過程中需要對某些環節進行計算，得到具體的參數，但是有些設計師對于計算過程沒有進行二次核驗，導致許多參數存在一定的問題。

4土木工程建筑結構設計的優化措施

4.1地基結構設計中的優化。在土木建筑的地基設計過程中，設計部門的工作人員需要對現場進行實地勘測，根據相應的地質報告以及工程的主要信息，來確定在施工過程中建筑物的自重以及外界施加的壓力，從而確定它的荷載范圍，由專業的工作人員進行底面積的測繪以及計算，保證地基設計過程中的穩定性，避免由于外界壓力導致沉降不均勻的現象發生。其次，還應該考慮在設計過程中的施工技術以及材料，以具體的工程為準，選擇合適的地基處理技術，通常來說包括獨立地基、淺地基以及深地基和樁基等，在材料的選擇中，也要保證材料的強度等級，確定它的主要性能，保證在施工過程中的質量問題，對可能用到的鋼筋進行計算，從地基的內部預應力進行考慮。另外，在地基壓實的設計工作中，盡可能保證材料上的穩定性，避免選擇類似于軟土性能的材料，避免材料自身存在壓縮或者膨脹的現象，注意結構上的緊密性。4.2抗震設計中的優化。在土木建筑的抗震結構設計過程中，應該注意設計過程中計算數據的準確性，保證承重柱中橫截面積達到一定的標準，在施工之前要進行預應力方面的測驗，保證它可以承受住一定范圍的外界作用力。其次，在設計過程中，要保證支柱、剪力墻以及橫梁之間達到了一定的平衡，在設計過程中避免剛度太強，要具有一定的變性能力，可以根據外力作用來調節自身的承受能力，對剪力墻進行有效的保護，提高建筑本身的抗震能力。另外，還應該對照國家標準規定的抗震等級進行設計，在實際的設計過程中，由于工程環境以及外力的影響，通常來說，抗震等級都會比規定的標準高一點，為了保證建筑在作用力下也能保持相應的延展性和承載能力，這就要求設計師在設計過程中需要注意鋼筋中的結構配比以及和混凝土之間形成的作用力，從而保證對抗震安全的有效性。4.3結構施工圖設計中的優化。在結構圖紙的設計過程中，設計師需要從圖紙的應用角度來進行考慮，保證設計圖紙的完整性，準確性以及靈活性。首先，在圖紙設計過程中，設計師應該明確建筑中的具體項目類型，繪制出相應的定位軸線以及基礎構建，明確它們的具體位置以及尺寸、編號等，從而保證在施工過程中可以做好細節上的問題。其次，設計師還應該對一些重點工程進行詳細的分解，尤其是在施工技術以及材料的選擇上，確定它的合理性，保證計算過程中的準確性，包括基坑深度、承載力以及橫截面的參數等方面。另外，設計師要對結構圖紙中的一些預埋件和設備進行相應的標注，提供編號和詳細圖紙，如果在施工過程中存在一定的問題，也要及時對設計圖紙進行完善和更改，保證它的靈活性。4.4加強工作人員的管理。對于結構設計過程中的工作人員來說，也要進行相應的優化措施。首先，應該保證工作人員在設計過程中真正的走入到工程中，而不是紙上談兵，在設計過程中，應該加強他們與其他部門之間的有效聯系，避免出現“信息孤島”等問題，做好各方面的協調，才能保證基礎工作的完善。其次，還要設置相應的考核制度提高他們的工作水平，對一段時間內的工作內容進行評定，建立獎懲措施，起到一定的警示作用，這樣才能保證在工作過程中對細節上的把握，避免粗心大意引發的問題，提高他們的工作能力。

5結語

總而言之，人們對于土木工程中的建筑質量有了更高層次的要求，這也需要加強結構設計上的優化，從基本的設計原則出發，明確結構設計中可能存在的問題，從地基設計、圖紙設計以及抗震設計等多個方面做好優化措施，加強員工的管理，從而提高結構設計過程的整體水平。

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作者:林小杰 單位:福建江夏學院