摘要：隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，土木工程項(xiàng)目逐漸增多，施工技術(shù)不斷創(chuàng)新，而工程建設(shè)要以設(shè)計(jì)方案為依據(jù)。土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響建筑物的安全性和穩(wěn)定性，整體設(shè)計(jì)目標(biāo)需要確保能夠?qū)ㄖ兄睾奢d均勻分配，并且圖紙能夠覆蓋土木工程結(jié)構(gòu)主要部位，進(jìn)而通過合理的設(shè)計(jì)減少施工成本。為此，從土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)入手，然后結(jié)合設(shè)計(jì)問題提出土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)策，希望為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑承重荷載工程建設(shè)

ExplorationofProblemsandSolutionsinStructuralDesignofCivilEngineeringandArchitecture

GAOJianchang

LanzhouNanhedaoEcologicalandCulturalTourismDevelopmentCo.，Ltd.，Lanzhou，GansuProvince，730030China

Abstract：Withtheadvancementofurbanization，civilengineeringprojectsaregraduallyincreasing，constructiontechnologyisconstantlyinnovating，andengineeringconstructionshouldbebased ondesignschemes.Thestructuraldesignofcivilengineeringdirectlyaffectsthesafetyandstabilityofbuildings.Theoveralldesigngoalneedstoensurethattheload-bearingloadofthebuildingcanbeevenlydistributed，andthedrawingscancoverthemainpartsofthecivilengineeringstructure，therebyreducingconstructioncoststhroughreasonabledesign.Therefore，thisarticletakesthekeypointsofcivilengineeringbuildingstructuredesignasthestartingpoint，andthenproposesoptimizationstrategiesforcivilengineeringbuildingstructuredesignbasedondesignproblems，hopingtoprovidereferenceforrelevantresearch.

KeyWords：Civilengineering;Architecturalstructuraldesign;Buildingload-bearingcapacity;Engineeringconstruction

當(dāng)前土木工程規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍逐步擴(kuò)大，設(shè)計(jì)人員要全面了解建筑體系結(jié)構(gòu)，選擇最佳設(shè)計(jì)方案，以此保證建筑的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要明確工程實(shí)際情況，有效整合資源，不過現(xiàn)階段在土木工程設(shè)計(jì)中依舊存在不足，須針對(duì)性解決。

1土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行整體規(guī)劃，由此得到土木工程圖紙，確保建筑物各個(gè)體系結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在圖紙中，然后合理選擇工程建設(shè)材料，保證建筑物的安全性。設(shè)計(jì)人員要對(duì)地基、墻體、樓板層、變形縫、門窗等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，確保土木建筑結(jié)構(gòu)滿足工程質(zhì)量檢測(cè)要求，由此延長(zhǎng)建筑使用年限。近年來，土木工程建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑總體結(jié)構(gòu)圖紙指導(dǎo)施工環(huán)節(jié)，而設(shè)計(jì)人員也要對(duì)土木工程的地質(zhì)環(huán)境、建筑抗震等級(jí)進(jìn)行綜合分析，由此優(yōu)化現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系，并對(duì)各個(gè)主體結(jié)構(gòu)部位荷載均勻分配[1]。

2土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)分析線路、管道設(shè)備等方面，確保建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程（如圖1所示）。現(xiàn)階段，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容較多，須確保結(jié)構(gòu)之間保持關(guān)聯(lián)，然后選擇科學(xué)的組合形式。選擇建筑結(jié)構(gòu)方案時(shí)，須結(jié)合工程建設(shè)應(yīng)用要求與實(shí)際特征，綜合分析建設(shè)周期和建設(shè)成本，由此選擇最佳施工工藝。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員須加強(qiáng)造價(jià)與成本控制。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，須明確設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，細(xì)化造價(jià)控制方案，選擇低成本的結(jié)構(gòu)類型。設(shè)計(jì)人員要對(duì)工程的成本控制問題加以分析，進(jìn)行工程量編制清單編制，確保涵蓋關(guān)鍵成本指標(biāo)數(shù)據(jù)，之后得到項(xiàng)目成本控制方案，例如：通過分析建筑對(duì)資源的消耗。此外，設(shè)計(jì)人員須加強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用，如通過建模技術(shù)展示土木工程的設(shè)計(jì)效果。BIM技術(shù)在輔助設(shè)計(jì)上發(fā)揮了重要的作用，其在建筑結(jié)構(gòu)中空間區(qū)域較多，可以對(duì)建筑空間中的關(guān)鍵要素進(jìn)行展示，避免了設(shè)計(jì)中的漏項(xiàng)與誤差較大問題。例如：BIM技術(shù)結(jié)合數(shù)字化的立體模型對(duì)建筑項(xiàng)目關(guān)鍵信息加以優(yōu)化，進(jìn)而直觀地展示建筑內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)。

3土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

3.1設(shè)計(jì)缺乏整體性

目前，工程體系結(jié)構(gòu)還缺乏科學(xué)規(guī)劃，如設(shè)計(jì)人員未能充分考慮整體性結(jié)構(gòu)，造成圖紙不能完全體現(xiàn)建筑物各個(gè)結(jié)構(gòu)部位的規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)，建筑體系各個(gè)空間整體性不足[2]。

3.2 構(gòu)件截面設(shè)計(jì)不合理

建筑物支撐體系中的衡量須滿足荷載要求，保證衡量支撐體系達(dá)到建筑設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)，也就是計(jì)算衡量最大荷載參數(shù)，根據(jù)圖紙掌握承重截面部位可承載的強(qiáng)度，否則將導(dǎo)致支撐梁體斷裂、墻體開裂、墻體滲水等安全隱患。如果忽視工程中截面的合理設(shè)計(jì)，就會(huì)出現(xiàn)承重截面尺寸偏差較大情況，難以保證建筑物的堅(jiān)固性。

3.3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問題

部分工程設(shè)計(jì)人員忽視建筑物設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，導(dǎo)致部分區(qū)域空間存在使用缺陷，比如室內(nèi)廚房、墻體管線連接以及隱蔽性空間未能考慮細(xì)節(jié)問題，造成建筑物連接點(diǎn)以及關(guān)鍵支撐部位薄弱，并影響人們的居住體驗(yàn)[3]。

4土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)策

4.1整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

要想保證方案設(shè)計(jì)的合理性必須對(duì)以下問題重視起來：首先，通過前期勘測(cè)分析建筑物所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，之后設(shè)計(jì)人員進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，確保體現(xiàn)建筑的空間特征；其次，分析建筑結(jié)構(gòu)存在的問題，保證建筑結(jié)構(gòu)方案符合設(shè)計(jì)要求。在建筑工程設(shè)計(jì)中，為保證建筑的安全使用功能，須建立立體空間模型，通過應(yīng)用智能化手段，幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)掌握建筑的內(nèi)部空間，與施工人員及時(shí)聯(lián)系，以此對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)加以統(tǒng)籌；再次是綜合分析外部環(huán)境造成的影響，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也要做到簡(jiǎn)化[4]。

4.2重視結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理

細(xì)節(jié)問題主要體現(xiàn)在承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及建筑隱蔽區(qū)域設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)偏差，要點(diǎn)如下。首先，精準(zhǔn)計(jì)算空間結(jié)構(gòu)的承載力與抗震能力。設(shè)計(jì)人員須加強(qiáng)支撐體系荷載與建筑截面尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且在建筑支撐體結(jié)構(gòu)中增加保護(hù)層，對(duì)建筑承重面尺寸加以優(yōu)化，保證建筑物的承重梁體和柱體材料滿足強(qiáng)度檢測(cè)，還須嚴(yán)格確保土木建筑物的地基與墻體堅(jiān)固性。其次，對(duì)截面合理設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員不僅需要重視截面尺寸設(shè)計(jì)，還須結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求對(duì)材料選擇，其中結(jié)構(gòu)承重柱材料選擇必須達(dá)到強(qiáng)度要求。實(shí)際施工中管理人員處理設(shè)計(jì)偏差問題，然后和設(shè)計(jì)單位及時(shí)溝通，調(diào)整設(shè)計(jì)方案；再次是加強(qiáng)誤差檢測(cè)，分析導(dǎo)致誤差出現(xiàn)的因素，再進(jìn)行方案優(yōu)化，尤其是對(duì)隱蔽空間區(qū)域的質(zhì)量控制加以關(guān)注[5]。

4.3優(yōu)化設(shè)計(jì)扭矩

在土木工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，鋼筋架構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑構(gòu)件裂縫產(chǎn)生有直接關(guān)系，如果扭矩設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致鋼筋失去支撐的作用。因此，從技術(shù)角度講，需要注意以下問題：首先，加強(qiáng)鋼筋間距控制。受扭轉(zhuǎn)力影響裂縫與縱軸成45°夾角，需要設(shè)計(jì)扭矩過程中將鋼筋結(jié)構(gòu)最大間距調(diào)小到截面寬度的數(shù)值，并且保證每個(gè)鋼筋穿過斜線裂縫；其次，加強(qiáng)箍筋形式控制。構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)側(cè)面裂縫，設(shè)計(jì)人員須將箍筋設(shè)計(jì)為封閉式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)鋼筋裂縫面的受力平衡。此外，扭矩鋼筋配置范圍控制。建筑構(gòu)件受到扭矩影響，箍筋和縱筋共同承受外力，所以抗扭鋼筋配置依據(jù)縱筋的延長(zhǎng)程度。

4.4優(yōu)化設(shè)計(jì)磚石結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)人員需要考慮施工環(huán)境，然后優(yōu)化砌體結(jié)構(gòu)，為延長(zhǎng)建筑的使用壽命重點(diǎn)做好防塵和防潮設(shè)計(jì)，其中建筑所在地區(qū)比較潮濕要求水泥砂漿的配合比達(dá)到M7.5，砌體強(qiáng)度至少為15MPa，例如：衛(wèi)生間區(qū)域較為潮濕，也需要對(duì)磚石結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)墻體裂縫問題需要考慮伸縮縫設(shè)計(jì)。施工中混凝土澆筑構(gòu)件因環(huán)境溫度發(fā)生膨脹或緊縮，所以設(shè)計(jì)人員要考慮氣候和環(huán)境，之后合理設(shè)計(jì)伸縮縫間距。

5土木工程建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

某工程項(xiàng)目為高層商住兩用建筑，共有2層地下室，已經(jīng)被用于停車場(chǎng)和人防工程，該建筑地上1～4層為商業(yè)區(qū)，5層及以上為住房。該建筑區(qū)域主體樓為20層，裙樓和主體建筑用伸縮縫連接，2棟塔樓共18層，塔樓頂端2層相連。本工程建筑結(jié)構(gòu)多為框架-剪力墻，其中底端部分區(qū)域轉(zhuǎn)換為剪力墻結(jié)構(gòu)[6]。

5.1基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)

本工程選樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案制定后選擇鉆孔灌注樁，樁基根據(jù)建筑上部具體荷載狀況施工。樁基直徑包括800mm和700mm，在主樓區(qū)域樁基直徑為800mm，其余區(qū)域直徑為700mm。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，樁體位于持力層2.5m～6.4m，樁體長(zhǎng)度基本在53m。在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，先進(jìn)行了地質(zhì)勘察，之后得到，進(jìn)而確定單樁豎向承載力特征值，達(dá)到4100kN。

5.2地下室設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員將地下室平面設(shè)計(jì)為“廠”字形，多數(shù)區(qū)域用于人防工程，地下室的南北向?yàn)?20m，東西向150m，在縱橫向?qū)Χ嗟篮鬂矌Ъ右栽O(shè)置，以此減少混凝土收縮以及溫差變化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的影響。

5.3結(jié)構(gòu)選型

該建筑的平面結(jié)構(gòu)較為狹長(zhǎng)，設(shè)計(jì)在連體結(jié)構(gòu)兩側(cè)塔樓時(shí)，主要是分析結(jié)構(gòu)平面的一致性，并且結(jié)構(gòu)的剛度相同?；谠械脑O(shè)計(jì)方案，兩側(cè)塔樓為喇叭形狀，其中，柱和南北的距離分別為29.4m、16.8m。連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)選擇將最下層鋼骨混凝土梁，以此支撐連接體，經(jīng)計(jì)算，鋼骨混凝土梁結(jié)構(gòu)截面尺寸為2.7m2，導(dǎo)致施工難度加大，為了保證工程的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)人員在兩軸之間設(shè)置了兩根柱子，讓連接體結(jié)構(gòu)的柱間距相同，都為16.8m。此外，針對(duì)連接體和建筑主體結(jié)構(gòu)連接的部位，選擇剛性連接方法，在每層設(shè)置0.9m2的混凝土梁，進(jìn)而保證了連接區(qū)域的剛度。因建筑的主梁高度大，設(shè)計(jì)人員將每層連接體高度調(diào)節(jié)到兩層塔樓高度，滿足了建筑對(duì)空間要的求。

5.4結(jié)構(gòu)布置

設(shè)計(jì)人員計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過程中，采用平扭耦聯(lián)方式，并且對(duì)雙向地震帶來的影響進(jìn)行深入分析。本工程的梁體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在計(jì)算的過程中選擇彈性樓蓋。例如；連接體兩側(cè)塔樓體形和接近，距離較近，因此在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)分析了二者的相互作用，結(jié)構(gòu)布置的計(jì)算方法是體形系數(shù)乘以互相干擾擴(kuò)大系數(shù)，并且分析了連接結(jié)構(gòu)最底層樓板風(fēng)吸力問題，經(jīng)過公式計(jì)算，在自振周期在規(guī)定范圍內(nèi)的參數(shù)達(dá)到規(guī)定要求。

5.5抗震設(shè)計(jì)

首先是轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)?？紤]建筑為高層建筑，并且建筑的轉(zhuǎn)換層較薄弱，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了以下處理，將剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)域以及框支柱的抗震等級(jí)適當(dāng)提升。針對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱層的地震剪力適當(dāng)提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)框支柱的剪力得到優(yōu)化?？蛑Я汉涂蛑е脑O(shè)計(jì)也要達(dá)到抗震設(shè)計(jì)要求。其次是連接體抗震措施。由于項(xiàng)目為不規(guī)則建筑，受到地震影響后容易威脅連接體結(jié)構(gòu)，造成建筑主體與連接體結(jié)構(gòu)連接部位損壞，所以設(shè)計(jì)人員主要考慮了以下問題，先讓連接體和周邊的部件的抗震能力提升，并且把樓板的厚度調(diào)節(jié)到15cm，之后在連接區(qū)域增加配筋。

5.6連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程的兩側(cè)塔樓設(shè)計(jì)充分考慮項(xiàng)目整體規(guī)劃要求，所以選擇52m的空中部位實(shí)施結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)施工，進(jìn)一步提升了施工的安全性。與此同時(shí)，在合適的位置搭設(shè)臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)。本工程的連接體結(jié)構(gòu)自重較大，為減少平臺(tái)施工成本和提升施工安全性，選擇混凝土分階段澆搗施工技術(shù)。

6結(jié)語

綜上所述，工程設(shè)計(jì)人員須從建筑結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)行合理的方案設(shè)計(jì)，盡管當(dāng)前的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體水平得到提升，不過在實(shí)施過程中依舊存在不利因素，需要從整體出發(fā)，進(jìn)行設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的處理，關(guān)注工程基礎(chǔ)選型、結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，在實(shí)施過程中需要加強(qiáng)造價(jià)與成本控制，應(yīng)用信息化技術(shù)，最終全面提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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