土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及解決策略研究

陳立星

（廣西財經(jīng)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量對于建筑物安全性、經(jīng)濟性、可靠性有著重要影響。建筑物的安全關(guān)系到人們的日常生活和社會的生產(chǎn)保障，也對社會安定和城市發(fā)展有著直接影響。如今，建筑工程項目越來越復(fù)雜，超高層、大跨度、超限結(jié)構(gòu)不斷增多，設(shè)計規(guī)范不斷更新，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求。目前土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，仍然存在著許多問題。如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過于保守會造成建設(shè)成本過高，不利于節(jié)約投資；在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中荷載取值不合理，未按相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行抗震設(shè)計，會造成建筑結(jié)構(gòu)存在安全隱患；存在著法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)修訂的速度較為滯后的情況。這些因素都在制約著土木工程建筑的發(fā)展。因此，如何做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，使建筑物安全穩(wěn)定又經(jīng)濟合理，對推動我國建筑行業(yè)快速發(fā)展是至關(guān)重要的。

1 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.1 安全性原則

安全性是土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要考慮因素。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮各種可能的載荷作用，如地震作用、風(fēng)荷載、動荷載等，并驗算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)在各種情況下都能保證安全。同時在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要采用合理的計算方法和有效的構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，確保安全。

1.2 經(jīng)濟性原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)對建設(shè)成本、使用壽命和維修成本等因素統(tǒng)籌考慮，確保經(jīng)濟上的合理性。在材料和結(jié)構(gòu)體系的選擇上應(yīng)注重經(jīng)濟性及合理性，選擇經(jīng)濟適用的建筑材料和設(shè)計方案；在施工過程中采取合理的施工工藝技術(shù)，提高施工效率，降低建設(shè)成本；在成本控制上，進(jìn)行成本效益評估，保證建筑物的投資成本符合投資者的期望。

1.3 耐久性原則

結(jié)構(gòu)耐久性是決定建筑壽命的重要因素之一。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)所處的外部環(huán)境、維護(hù)條件以及更新的可能性，制定合理的維護(hù)管理方案延長建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時，確保建筑結(jié)構(gòu)在使用時，得到及時的維護(hù)。比如，在選用材料時，選擇優(yōu)質(zhì)的防腐、防濕、防水材料，并采取有效措施，提高建筑物的耐久性；在選擇結(jié)構(gòu)體系時，充分考慮建筑結(jié)構(gòu)維護(hù)和更新的條件，選擇耐久性好、便于維護(hù)的結(jié)構(gòu)體系。

1.4 適用性原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)充分考慮使用者的需求因素，如空間需求、功能需求等，并根據(jù)這些需求進(jìn)行合理設(shè)計。例如，對于公共建筑，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的側(cè)重點為滿足建筑使用功能的多樣性，滿足不同人群的需求；對于住宅建筑，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的側(cè)重點為充分考慮舒適性和空間利用率，提高居住品質(zhì)。

1.5 環(huán)保性原則

當(dāng)前環(huán)境問題日益突出，建筑結(jié)構(gòu)的環(huán)保性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的因素。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用可持續(xù)性的設(shè)計策略，注重資源利用、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡。在材料選擇上應(yīng)盡量選擇可再生、可循環(huán)利用的材料；在能源利用上應(yīng)注重太陽能、風(fēng)能等可再生能源的利用；在施工過程中應(yīng)采取環(huán)保措施，降低對環(huán)境的影響。

1.6 符合規(guī)范原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，符合規(guī)范原則是至關(guān)重要的。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑物的類型、規(guī)模、使用功能，所在地區(qū)的地質(zhì)、氣象、水文等條件，制定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，按相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

2 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀及問題

2.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的能力不足

從我國目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況看，有部分企業(yè)為追求經(jīng)濟效益，往往將設(shè)計工作交給設(shè)計水平不足的設(shè)計人員。他們往往未經(jīng)過一系列培訓(xùn)就直接上手設(shè)計，這些人員缺乏一定的設(shè)計實踐經(jīng)驗，對設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)不夠熟悉。他們通常認(rèn)為只要有電腦軟件輔助計算，把參數(shù)輸入這些軟件中，得出的結(jié)果就可以直接利用，往往未對軟件的計算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步校核分析，顯然，這樣的設(shè)計理念是錯誤的。同時，目前我國的電腦軟件市場上設(shè)計軟件種類眾多，各類設(shè)計軟件的質(zhì)量參差不齊，如何按具體項目選擇符合要求的設(shè)計軟件是非常重要的，如果使用的軟件不符合項目要求，或者軟件存在問題，且設(shè)計人員沒有一定的判斷分析能力，直接采用軟件的結(jié)果，將會對建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計產(chǎn)生影響，容易造成安全隱患。這就要求設(shè)計人員自身需要具備較高的業(yè)務(wù)能力以及具有一定的實踐經(jīng)驗作為支撐，才可有效地利用軟件為設(shè)計服務(wù)[1-2]。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計不合理

地震具有不確定性和強烈的破壞性，會使建筑物產(chǎn)生劇烈的震動和嚴(yán)重的變形，威脅著建筑物的安全。建筑物一旦發(fā)生破壞造成坍塌，將會造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，影響社會穩(wěn)定。因此，建筑物的抗震設(shè)計一直是設(shè)計的重點、難點[3]。設(shè)計人員進(jìn)行抗震設(shè)計時，容易出現(xiàn)以下一些問題，如未按抗震規(guī)范要求的抗震設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)計，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度不足、變形過大等問題；未對建筑物的薄弱部位采取相關(guān)措施進(jìn)行加強，會造成薄弱部位在地震發(fā)生時最先發(fā)生破壞，影響建筑物的安全性能；未按抗震規(guī)范要求合理的設(shè)置防震縫，或防震縫設(shè)置的位置和數(shù)量不合理，將會影響建筑物的整體抗震性能。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)截面設(shè)計不夠合理

建筑結(jié)構(gòu)截面設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項重要內(nèi)容，如果設(shè)計不合理，會對建筑物的功能、安全和經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大負(fù)面影響。例如，對于框架結(jié)構(gòu)體系而言，建筑物的柱、梁、板為主要的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，承擔(dān)并傳遞荷載。因此，要保證建筑物的使用安全性，就必須合理設(shè)計這些主要的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件。但在實際設(shè)計過程中，一些設(shè)計人員考慮的荷載不足，這就會造成計算出來的構(gòu)件截面尺寸偏小，鋼筋配筋面積不足，無法承擔(dān)實際使用的荷載，建筑的墻體容易產(chǎn)生裂縫、滲水等不良后果，甚至建筑物會有倒塌的潛在風(fēng)險。

另外，設(shè)計人員對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面往往未進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)前，我國大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，節(jié)約材料的使用。而一些設(shè)計人員在設(shè)計的過程中，依然存在著浪費資源的現(xiàn)象。這些設(shè)計人員往往只考慮到如何把建筑設(shè)計得安全，而未控制鋼筋及混凝土的用量，造成了極大的浪費。

2.4 施工圖紙問題

施工圖是整個建筑物施工建設(shè)的重要依據(jù)，完善合理的施工圖能夠為整個工程的施工建設(shè)提供明確的支持。但從多數(shù)的情況來看，施工圖紙在各個方面不可避免地出現(xiàn)了一些問題。在設(shè)計圖紙時，部分設(shè)計人員在設(shè)計的過程中不夠重視施工圖紙的設(shè)計，未充分考慮施工的便捷性及難易程度，校審審核人員沒有嚴(yán)格按照流程來對圖紙進(jìn)行校審，導(dǎo)致圖紙與實際施工存在差距。此外，一些施工企業(yè)沒有專門的施工圖紙審核人員，沒有進(jìn)行嚴(yán)格的圖紙會審，編制合理的施工組織設(shè)計，就直接施工，這樣容易造成經(jīng)濟損失和安全事故。

2.5 建筑結(jié)構(gòu)法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)需要完善

法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)是土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)，設(shè)計工作需要依據(jù)法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開展、調(diào)整和完善。但在實踐過程中，法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)修訂的速度往往比較滯后，與土木工程建筑行業(yè)的發(fā)展速度不匹配[4]，在結(jié)構(gòu)安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的修正方面存在著較為滯后的情況，這會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中的不安全因素增加，不利于結(jié)構(gòu)安全也不利于建筑行業(yè)發(fā)展。

3 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題解決策略

3.1 提高土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的責(zé)任意識和設(shè)計能力

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員作為項目的核心參與者，其責(zé)任意識和設(shè)計能力對建設(shè)成果有著決定性的影響。第一，設(shè)計人員應(yīng)充分熟悉了解和遵守相關(guān)的法律法規(guī)，定期參加相關(guān)法律法規(guī)培訓(xùn)，確保在法律法規(guī)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計。第二，設(shè)計人員應(yīng)充分意識到工程質(zhì)量的重要性，樹立“質(zhì)量第一”的意識。在設(shè)計中，要充分考慮到各個影響建筑質(zhì)量的環(huán)節(jié)及因素，如材料、施工、環(huán)境等。第三，在設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮施工的可行性和難易程度，盡量避免過于復(fù)雜的設(shè)計或采用難以實現(xiàn)的方案。同時，在施工過程中，設(shè)計人員應(yīng)與施工方緊密配合，應(yīng)積極參與現(xiàn)場協(xié)調(diào)，及時解決施工中出現(xiàn)的問題，保證建筑物能按照施工圖紙順利完成。第四，設(shè)計單位應(yīng)提高對設(shè)計人員培訓(xùn)培養(yǎng)的意識，給予他們更多學(xué)習(xí)、培訓(xùn)的機會，例如，組織安排設(shè)計人員參加設(shè)計交流研討會，與同行專家進(jìn)行探討，學(xué)習(xí)他們先進(jìn)的設(shè)計理念，這樣可以拓寬設(shè)計人員的視野，豐富設(shè)計人員的經(jīng)驗，提高設(shè)計人員的設(shè)計能力。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的抗震設(shè)計

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，合理的抗震設(shè)計是確保建筑物在地震發(fā)生時能夠保持穩(wěn)定和安全的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)類型和體系的選擇對抗震性能有重要影響。在選擇結(jié)構(gòu)類型時，要按建筑物所處的場地條件、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度以及建筑物的使用功能，建設(shè)投資的多少、震后修復(fù)的難易程度等因素，合理選擇具有適宜剛度、穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)體系[5]。鋼結(jié)構(gòu)體系具有較好的延性和強度，適合用于造型復(fù)雜，大跨度的建筑物，如工業(yè)廠房，體育館屋面網(wǎng)架等；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系具有較好的耐久性和經(jīng)濟性，適合用于一般民用建筑，如住宅、辦公樓等。同時，應(yīng)注意建筑結(jié)構(gòu)的平面和立面布置，盡量保持結(jié)構(gòu)的對稱性和均勻性，避免出現(xiàn)突變和應(yīng)力集中。且應(yīng)根據(jù)建筑類型、高度、長度合理設(shè)置防震縫，將建筑物分割成若干個獨立的結(jié)構(gòu)單元，有利于減輕地震作用對建筑物的影響。在抗震構(gòu)造措施方面，應(yīng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點、連接，合理采用設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱、加強筋等構(gòu)造措施，增加結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。

3.3 完善我國建筑結(jié)構(gòu)法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前我國建筑業(yè)發(fā)展迅猛，生產(chǎn)和經(jīng)營規(guī)模不斷擴大，工藝、材料、技術(shù)更新?lián)Q代速度快，土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)必須依照行業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步地優(yōu)化調(diào)整，讓設(shè)計工作更加有據(jù)可依，有章可循[6]。要及時學(xué)習(xí)國外設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，吸收其中的先進(jìn)設(shè)計成果和理念，并及時對國內(nèi)的設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步修訂完善，不斷提高我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。同時，建筑結(jié)構(gòu)安全問題不容忽視，必須在法律層面確立明確的法律規(guī)章制度，加強對建筑市場安全質(zhì)量的控制，規(guī)范流程，提升設(shè)計人員的安全責(zé)任意識，約束設(shè)計人員的行為，防止他們只考慮短期利益，進(jìn)行不合理設(shè)計，造成安全隱患。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要嚴(yán)格控制造價

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，在確保建筑物設(shè)計質(zhì)量的前提下，可以通過以下措施節(jié)省造價。第一，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案的選擇對建筑物的造價影響非常大，合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案能極大程度地節(jié)省造價，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)工程要求和場地條件，合理地選擇結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案，在保證建筑物安全的前提下，降低建設(shè)成本[7]。第二，在設(shè)計過程中，注重限額設(shè)計，即根據(jù)工程投資估算，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行指標(biāo)控制，可有效避免因設(shè)計過度等原因?qū)е略靸r過高的問題。第三，在設(shè)計過程中，要充分考慮材料和設(shè)備的性能、價格和質(zhì)量等因素。在滿足設(shè)計要求的前提下，盡量選擇價格合理、性能良好的材料和設(shè)備，以降低工程造價。第四，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮施工的可操作性和難易程度，避免因施工難度大導(dǎo)致施工周期長、成本增加等問題。第五，在設(shè)計過程中，應(yīng)注重細(xì)節(jié)處理，減少浪費和不必要損耗。第六，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)設(shè)計管理，結(jié)構(gòu)設(shè)計管理是控制造價的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)建立完善的設(shè)計管理制度，加強設(shè)計變更和現(xiàn)場簽證的控制和管理，確保設(shè)計符合工程要求和成本控制目標(biāo)。

4 結(jié)語

隨著科技的不斷進(jìn)步，土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計將會迎來新的發(fā)展機遇。新型材料和設(shè)計方法的應(yīng)用將越來越廣泛，這些新材料、新技術(shù)將為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來更多的可能性。同時，未來的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計將更加注重綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計人員應(yīng)努力提高自身的設(shè)計能力，加強責(zé)任意識及安全意識，及時學(xué)習(xí)新規(guī)范、新技術(shù)，保證設(shè)計任務(wù)的圓滿完成。