土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)研究

何靜

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710300

在傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般都會(huì)缺少優(yōu)化環(huán)節(jié)，施工人員直接按照?qǐng)D紙進(jìn)行施工，而并不會(huì)考慮材料成本、實(shí)際住宅環(huán)境以及舒適性等一些因素，這將會(huì)直接影響到住宅用戶的生活體驗(yàn)。如今，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，生活質(zhì)量的逐步提升，結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)也納入到了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，其能有效的降低工程項(xiàng)目的成本，并調(diào)整施工用料、外形結(jié)構(gòu)、建筑布局等，在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，從而提升建筑的經(jīng)濟(jì)性、舒適性、美觀性和安全性。鑒于此，本篇文章就對(duì)土建構(gòu)成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探究與分析，希望通過本文的闡述與探究可以為相關(guān)探究人員以及工作人員提供一些理論性的借鑒。

1 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

對(duì)于建筑工程來(lái)說，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是不可忽視的，簡(jiǎn)單來(lái)說就是要從施工特點(diǎn)、工程要求出發(fā)，對(duì)建筑機(jī)構(gòu)、建筑體系加以合理選擇，同時(shí)要將高精度儀器的作用發(fā)揮出來(lái)，確保核算、應(yīng)力分析更為準(zhǔn)確，這樣一來(lái)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案會(huì)更加的詳細(xì)，專業(yè)水平也會(huì)得到提升。這里需要指出的是，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該要和現(xiàn)行的法律法規(guī)相符，設(shè)計(jì)人員對(duì)此應(yīng)該要有清晰的認(rèn)知，只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠真正得到優(yōu)化，后續(xù)施工才能有序展開，建筑質(zhì)量方可大幅提升，成本也可控制在合適的范圍內(nèi)。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，尺寸、形狀、拓?fù)洹⒉季?、類型的?yōu)化均要加以重視，然而從國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀來(lái)看，優(yōu)化設(shè)計(jì)的起步相對(duì)較晚，存在的問題較多，如果未能解決的話，設(shè)計(jì)優(yōu)化工作難以有序展開。首先是建筑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的受重視程度雖然有一定程度提升，但是與此相關(guān)的法律法規(guī)并未構(gòu)建起來(lái)，相關(guān)人員在展開設(shè)計(jì)工作時(shí)無(wú)法得到制度約束，如此就會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作顯得較為隨意，設(shè)計(jì)質(zhì)量得不到保證。其次是我們國(guó)家現(xiàn)有的設(shè)計(jì)人才較少，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)明顯缺乏，設(shè)計(jì)過程中就是圍繞理論來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是在建筑施工過程中卻發(fā)現(xiàn)和實(shí)際情況并不相符。最后是相關(guān)人員并未認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，而且能夠獲得的參考資料非常少，如此就會(huì)使得設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)較多變數(shù)，而且有不少的因素會(huì)產(chǎn)生約束，如果未能及時(shí)消除的話，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就會(huì)偏離正軌，后續(xù)施工面對(duì)的困難也就大幅增加[1]。

1.2 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的必要性

從國(guó)外土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化成功的案例來(lái)看，結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅能夠有效降低工程成本，提高工程質(zhì)量，與此同時(shí)還可以進(jìn)一步降低施工技術(shù)要求，增快工程進(jìn)度，所以，結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作在土建設(shè)計(jì)施工當(dāng)中也是十分重要的[2]。在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化一般都是尋找設(shè)計(jì)方案的缺陷與不足，并且進(jìn)行完善或者是彌補(bǔ)設(shè)計(jì)方案，更進(jìn)一步的優(yōu)化措施，則是在原有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，根據(jù)具體施工狀況，尋找更加合理科學(xué)的施工建設(shè)方案，例如，調(diào)整建筑構(gòu)件尺寸、分析構(gòu)件的應(yīng)力與強(qiáng)度等等，科學(xué)降低一些用料的施工量，進(jìn)而使得工程造價(jià)從技術(shù)層面降低，并且通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，也可以對(duì)一些工程項(xiàng)目的成本進(jìn)行預(yù)估，從而使得工程資金得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止工程款項(xiàng)短缺對(duì)工程進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。

2 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 安全性原則

安全性能可以說是每一個(gè)建筑都必須具備，對(duì)于不同的區(qū)域以及不同的用途，其安全性能等級(jí)也會(huì)略有差別。安全性可以分為兩種：第一，施工中的安全，如若設(shè)計(jì)人員不注重施工的先后順序，就會(huì)有可能導(dǎo)致在建建筑構(gòu)件倒塌，從而危害到施工人的生命健康；第二，用戶安全，有些建筑的安全性能沒有達(dá)標(biāo)，在遭到一些地質(zhì)災(zāi)害或是意外情況，會(huì)致使建筑內(nèi)的人民受到傷害，例如，在地震多發(fā)地區(qū)，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該增強(qiáng)建設(shè)的抗震等級(jí)，臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)要增強(qiáng)建筑的抗風(fēng)能力，而有些地區(qū)的溫度和濕度都會(huì)有很大差別，對(duì)土建的施工材料就會(huì)有一定的要求。

2.2 以人為本原則

現(xiàn)階段，大多數(shù)土建工程都是為人類的休閑、勞動(dòng)、工作以及生活等活動(dòng)提供服務(wù)的，所以，任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都需要充分遵循以人為本的原則[3]。對(duì)于生活休閑功能的建筑，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要充分掌握這一區(qū)域人民的生活習(xí)性，提供一些人性化的設(shè)計(jì)，而對(duì)于工作功能的建筑也分為多種，電子設(shè)備房、機(jī)械廠房以及辦公樓等等，都有各自的特點(diǎn)，有些需要增加隔音效果，有利于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，而有些就需要通風(fēng)、防火、防潮、便于電力傳輸?shù)鹊取Ｍ两üこ淘O(shè)計(jì)需要針對(duì)不同功能的建筑選用特定的方法，進(jìn)而更為充分的發(fā)揮出建筑的功能性。

2.3 方案選擇原則

土建工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際施工中，都需要遵循一定要求和規(guī)則，而土建工程整體設(shè)計(jì)施工方案的質(zhì)量，直接決定了整個(gè)土建工程項(xiàng)目的實(shí)際施工質(zhì)量和效果。所以，建設(shè)單位在選擇土建工程施工方案的過程中，設(shè)計(jì)人員需要站在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度，以嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、規(guī)范的態(tài)度選擇合適的土建工程施工方案。并且，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際作業(yè)中，需要從多個(gè)角度考慮土建工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及合理性，充分結(jié)合土建工程施工區(qū)域的地質(zhì)水文情況、氣候溫度狀況和施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等內(nèi)容，綜合所有足以影響施工進(jìn)程和施工質(zhì)量的因素進(jìn)行考量。需要注意的是，設(shè)計(jì)人員還需要重點(diǎn)關(guān)注土建工程地基設(shè)計(jì)，充分考慮地基是否在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)變形等問題，并采取科學(xué)合理的措施確保土建工程項(xiàng)目中地基的牢固性、穩(wěn)定性以及安全性。

2.4 環(huán)保性原則

伴隨著人們物質(zhì)生活質(zhì)量的不斷提升，其對(duì)房屋建筑的綠色以及環(huán)保也提出了更新的要求，與此同時(shí)國(guó)家也提出了綠色發(fā)展的戰(zhàn)略，這也就意味著，土建行業(yè)將會(huì)朝著綠色環(huán)保的方向不斷發(fā)展。所以，在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的過程當(dāng)中，相關(guān)工作人員首先需要對(duì)建筑的用料進(jìn)行充分考量，不僅需要充分注重材料的性能，還需要充分考慮其環(huán)保性能，其次，對(duì)土建綠化也需要進(jìn)行更為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而使得綠化面積可以充分符合相關(guān)要求。

3 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)探究

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)扭矩

在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，如若鋼筋架構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理與科學(xué)，就會(huì)因?yàn)殇摻罴軜?gòu)難以預(yù)防扭矩力作用而導(dǎo)致建筑構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而使得鋼筋失去了支撐的作用。在土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程當(dāng)中，扭矩安全優(yōu)化需要充分注意以下幾方面內(nèi)容：首先，鋼筋間距，如若土建結(jié)構(gòu)受到了扭轉(zhuǎn)力的影響，那么出現(xiàn)的裂縫就會(huì)與縱軸呈45°夾角，針對(duì)這一狀況，就需要將鋼筋結(jié)構(gòu)最大間距調(diào)小至截面寬度的數(shù)值，與此同時(shí)使得每一個(gè)鋼筋都需要穿過一個(gè)斜線裂縫；其次，箍筋形式，如若構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)了四個(gè)不同的側(cè)面裂縫，那么箍筋就需要設(shè)計(jì)為封閉式結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使得鋼筋裂縫面上的受力得到平衡；最后，扭矩鋼筋配置范圍，在建筑構(gòu)件受到扭矩時(shí)，其箍筋與縱筋會(huì)共同承受外力，那么抗扭鋼筋配置范圍就需要依據(jù)縱筋的延長(zhǎng)程度來(lái)確定，進(jìn)而將抗扭力設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)更為充分的發(fā)揮出來(lái)[4]。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)磚石結(jié)構(gòu)

在優(yōu)化過程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化人員需要考慮土建建筑的實(shí)際環(huán)境，然后對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，特別要注意土建的防塵和防潮設(shè)計(jì)，這可以極大地延長(zhǎng)建筑的使用壽命[5]。例如，建筑所在地區(qū)比較潮濕，那么設(shè)計(jì)優(yōu)化人員就需要將水泥砂漿的配合比調(diào)制在M7.5以上，砌體的強(qiáng)度應(yīng)該在15MPa以上，這樣才能確保砌體的性能。但是，仍會(huì)有設(shè)計(jì)人員將水泥砂漿的配合設(shè)置為M5，磚體強(qiáng)度為10MPa，此時(shí)就需要結(jié)構(gòu)優(yōu)化人員根據(jù)實(shí)際的建筑情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，如衛(wèi)生間區(qū)域一般都處在潮濕的環(huán)境，就需要進(jìn)行一些調(diào)整，而客廳和臥室相對(duì)比較干燥，可以不用調(diào)整。在土建結(jié)構(gòu)中，一些墻體也會(huì)發(fā)生裂縫問題，那么優(yōu)化人員就需要考慮伸縮縫的設(shè)計(jì)。在施工過程中，混凝土澆筑構(gòu)件會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度而發(fā)生膨脹或緊縮，從而導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂縫，因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)人員就需要考慮氣候和環(huán)境，合理設(shè)計(jì)伸縮縫間距。

3.3 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)優(yōu)化

房屋設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)也有多種選擇。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求盡可能全面的分析潛在的影響因素，并且優(yōu)先考慮到外部環(huán)境，以產(chǎn)生更切實(shí)可行的解決方案。比方說，在所有不利因素當(dāng)中，地震是最難控制與預(yù)防的，地震有著極為巨大的破壞力，所以需要成為概念設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在對(duì)房屋構(gòu)造實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員必須要提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備，以加強(qiáng)房屋的防震能力，從根源上減輕地震所帶來(lái)的損害，保證建筑物的強(qiáng)度相對(duì)平衡，進(jìn)一步提升房屋的防震水準(zhǔn)。其次，在對(duì)住宅實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員也需要多考慮設(shè)置多渠道的防護(hù)體系，協(xié)助建筑分擔(dān)壓力，降低自然災(zāi)害帶來(lái)的影響，進(jìn)而顯著降低對(duì)房屋的損害[6]。

3.4 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)優(yōu)化

土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的工作，涉及到眾多的專業(yè)學(xué)科與知識(shí)技能。對(duì)此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需要不斷加強(qiáng)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化，為了做到這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)樹立科學(xué)的設(shè)計(jì)意識(shí)，并掌握良好的全局觀念。具體來(lái)說，在土建工程建筑規(guī)劃中，需要制定總體設(shè)計(jì)方法和布局。在工程實(shí)踐中，有很多不同的分析方法，即建筑的架構(gòu)設(shè)計(jì)既已確定，而且對(duì)荷載要求也一致。因?yàn)榭蛇M(jìn)行計(jì)算的材料、參數(shù)的載荷都是非靜止的，所以在過程中必須處理部分零件，尤其是那些無(wú)法用計(jì)算機(jī)軟件處理的問題。設(shè)計(jì)者需要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行全面研究，做出正確判斷，其問題的核心是繼續(xù)按照建筑工程的規(guī)范和準(zhǔn)則以及工程的方法加以探索與發(fā)展，以便確定各種選項(xiàng)。

3.5 重視結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要進(jìn)行如下工作，即檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔當(dāng)中涉及的所有元素，并且嚴(yán)格按照文檔內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，以避免在后續(xù)工程建設(shè)進(jìn)行以后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題以及工程質(zhì)量問題。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，還需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的各種類型以及房屋進(jìn)行劃分，并且規(guī)定相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全管理層次與應(yīng)用壽命。通過這樣的設(shè)計(jì)流程，能夠保證建筑體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范性，具備了更佳的設(shè)計(jì)合理性、更高的應(yīng)用安全性，并且能夠?yàn)閼?yīng)用者創(chuàng)造更為優(yōu)質(zhì)的家居應(yīng)用環(huán)境。與此同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)安全管理進(jìn)行規(guī)范的建筑設(shè)計(jì)者需要選擇現(xiàn)代最為先進(jìn)的計(jì)算公式，科學(xué)計(jì)算與結(jié)構(gòu)規(guī)劃有關(guān)的參數(shù)，以保證參數(shù)的高精度，然后需要充分根據(jù)準(zhǔn)確的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證這一項(xiàng)目具有優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行安全性[7]。

3.6 增強(qiáng)環(huán)保設(shè)計(jì)

近年來(lái)，國(guó)家、社會(huì)和公眾高度重視環(huán)境保護(hù)，環(huán)境保護(hù)已成為現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，這同樣也適用于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員必須從結(jié)構(gòu)規(guī)劃和建設(shè)的角度出發(fā)，以盡可能好的方式滿足無(wú)害環(huán)境發(fā)展的要求。在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)積極融入生態(tài)思維，特別是材料選擇和工程結(jié)構(gòu)規(guī)劃應(yīng)滿足環(huán)境要求，為實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。例如，可以將太陽(yáng)能和循環(huán)水等低碳環(huán)境技術(shù)引入到工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，以促進(jìn)環(huán)保理念在居民和用戶的生活和工作中的實(shí)施。其次，土建結(jié)構(gòu)中將不可避免地會(huì)出現(xiàn)建筑垃圾、噪音、光污染、污水等環(huán)境問題，由此可見，環(huán)境保護(hù)也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須遵守的基本原則之一。對(duì)此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)加強(qiáng)合作，雙方應(yīng)積極發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，制定各種優(yōu)化的設(shè)計(jì)和施工方案，提出解決實(shí)際問題的各種措施，切實(shí)保護(hù)環(huán)境。

3.7 保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的藝術(shù)性與實(shí)用性

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)工作人員而言，建筑自身是其最自豪的藝術(shù)作品。因此，建筑設(shè)計(jì)工作人員在對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程當(dāng)中，都會(huì)盡可能的表現(xiàn)自身的設(shè)計(jì)理念與目標(biāo)，并且提供更多實(shí)用性與藝術(shù)性的作品。因此，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要優(yōu)先考慮建筑物的實(shí)用性與安全性，并且在這一基礎(chǔ)之上，盡可能增加建筑物的穩(wěn)定性，與此同時(shí)利用客觀條件表現(xiàn)其藝術(shù)目標(biāo)。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中，設(shè)計(jì)工作人員也需要保障建筑平面布置的規(guī)律性、對(duì)稱性以及準(zhǔn)確性，與此同時(shí)減少建筑物質(zhì)量與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間的差距，并且避免建筑在實(shí)際設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中因?yàn)檫^量荷載而造成的建筑物質(zhì)量問題。在考慮建筑垂直框架問題的過程當(dāng)中，需要優(yōu)先考慮建筑物的水平結(jié)構(gòu)。因?yàn)榻ㄖ锏拇怪背兄亟Y(jié)構(gòu)必須要可以上下連接。除此之外，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員還需要充分考慮垂直布置的剛度，以避免過度的應(yīng)力梯度集中，進(jìn)而提升了建筑的抗壓能力。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說，土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜性與專業(yè)性兼具的充滿挑戰(zhàn)的工作，對(duì)人員的專業(yè)能力也提出了更高要求。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，充分理解主要設(shè)計(jì)規(guī)范的條文，并經(jīng)常關(guān)注本行業(yè)的前沿技術(shù)，同時(shí)加強(qiáng)與建筑及設(shè)備專業(yè)的溝通，避免出現(xiàn)使用功能上的缺陷。同時(shí)我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該樹立科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，統(tǒng)籌好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、質(zhì)量設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)、生態(tài)設(shè)計(jì)等要素之間的關(guān)系。在工程施工階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該加強(qiáng)與土建工程施工團(tuán)隊(duì)的交流與協(xié)作，制定出滿足土建工程實(shí)際建設(shè)需求的設(shè)計(jì)方案，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，為我國(guó)土建工程領(lǐng)域的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。