土木工程建筑结构设计优化解析

摘要：土木工程中的建筑主要是以建筑需求和功能为目的进行的施工操作，包括支撑人类生活和生产过程需求的一种技术活动。对于土木建筑来说，它可以建筑在任何地方，服务于军事、娱乐等多个方面，具有一定的灵活性，而且在建筑过程中需要经过勘察、设计以及施工等阶段，包括建筑学、力学、工程学、管理学等多方面的内容，其中结构设计是土木建筑中的重点环节，对于工程质量有着直接的影响。本文通过对土木工程建筑结构设计的类型以及原则进行阐述，分析土木工程建筑结构设计过程中存在的问题，从而探讨建筑结构设计优化的具体措施。

关键词：土木工程；土木建筑；结构设计；优化措施

现阶段来看，人们对于建筑有了更高的要求，包括建筑的规模、功能、内部设备以及外观等多个方面，在要求质量的同时，还要保证经济效益上的稳定，这对于土木建筑工程来说有着一定的难度。在科学技术以及全球一体化的发展情况下，已经有一些新型施工工艺以及材料应用到建筑工程中，并且起到了一定的作用，与过去的土木建筑相比，现阶段的建筑工程已经逐渐向智能化与自动化发展，许多机械设备的应用，大幅度的提高了施工的工作效率，降低成本上的投入，解决施工过程中的难题，但是与此同时，建筑市场的竞争也在逐步提高，在这种环境背景下，人们对于建筑有了新的要求，包括质量、功能和外观等多个方面，这就需要相关人员做好施工前的勘测以及设计，尤其是对于结构设计来说，如何满足消费者的需求，找到过程中存在的问题，并且做好优化设计是现阶段工作人员的主要研究方向。

1土木建筑结构设计中的分类

在土木建筑的结构设计过程中，可以分为上部结构设计以及基础设计两种，在具体的操作过程中，应该根据具体的类型对设计过程进行分类，可以分为以下几方面：1.1框架结构设计。框架结构是由建筑中的梁和柱共同组成的组装结构，从而承担房屋中的全部荷载。对于现阶段的建筑工程来说，一些高层建筑或者工业建筑在形式上有着一定的复杂性，普通的砖墙已经不能满足荷载过程中的要求，所以采用框架作为其中的承重结构。框架结构根据工程规模以及信息上的不同，可以分为多层、单层等多种结构，在土木建筑中，根据材料的不同可以分为混凝土框架、胶合木结构框架以及钢筋混凝土框架等，在设计过程中可以采用整体装配的形式，根据荷载能力对框架施加不同的预应力。对于框架结构来说，它的主要特点就是具有一定的灵活性，可以节省工程周期，让框架中的梁和柱变得更加标准化，提高工程的质量，使建筑具有一定的整体性。但是框架结构设计也容易由于受力特点或者设计方面的问题导致对结构上的破坏，可能影响建筑空间的合理运用。1.2剪力墙结构设计。剪力墙结构就是通过钢筋混凝土的墙板代替框架结构中的梁柱，从而提高建筑内部的荷载能力，并且控制结构过程中的平衡作用力，这种方式已经被广泛的应用于土木建筑中，对于建筑结构的稳定性有着一定的作用。在剪力墙结构的设计过程中，它的主要承重力全部来自于剪力墙，除了可以承担竖直和水平方向上的荷载能力外，还可以对建筑内部空间进行一定的分隔，一般来说，剪力墙的高度在设计过程中与建筑内部的高度是相等的，相较于建筑空间来说，它的厚度很薄，最小的大概在16cm左右，这也就大幅度的提升了剪力墙在建筑结构设计中的空间范围。在具体的土木建筑中，可以根据建筑的规模，设置不同数量的剪力墙，但是需要注意的是剪力墙之间的距离有着标准的规范，从而提高它的空间利用率。1.3筒中筒结构设计。筒中筒结构设计是建筑结构设计中的一种，是由心腹筒、框筒以及桁架筒构成，通过不同筒结构中的内外作用力从而抵抗建筑中的水平承重力。由剪力墙围成的筒体被称为是心腹筒，在心腹筒表面呈现有规则排布的孔状筒体被称为是框筒，由竖杆和斜杆组成的架构形式被称为是桁架筒。在筒中筒的结构设计过程中，通常都会由水平方向承载一定的作用力，长此以往会使其变成弯曲的形状，但是在普通的建筑物荷载下，它的抗侧刚度还是大于同种框架体系的。由于在筒中筒的结构设计中，内外筒之间存在一定的空间，所以提高了建筑结构设计中的灵活性，可以达到不同的建筑效果。1.4砌体结构。砌体结构就是指在建筑中通过砖墙来实现结构上的整体承重，构造柱以及横梁和楼板大多采用混凝土的结构形式，砌体结构也被称为是混合结构，在建筑设计过程中采用了不同的材料设计，大多应用于多层或者低层的建筑过程中。在砌体结构的设计过程中，都是通过楼板以及墙体作为建筑的主要承重结构，虽然理论上框架结构的承重能力是多于砌体结构的，但是在实际的应用中，由于抗震等级的影响，砌体结构的稳固性更强一点。除此之外，在砌体结构的发展中，还应该注意设计过程中与空间结合方面的问题，以创造良好的室内环境作为主要目的，可以通过与现代技术的结合从而提高建筑的稳定性。

2土木建筑结构设计中的原则

2.1保证合理的结构性能。在土木建筑设计的过程中，应该从建筑的整体性出发，明确建筑结构的基本性能，对于一个工程来说，在设计的过程中应该同时注意它的刚性强度以及柔性强度，要根据工程的具体信息以及应用功能进行判断，对于有些建筑来说，如果刚性强度过大，则会导致建筑在变形能力上的问题，从而会导致它的荷载重量变大，引起对建筑的局部损坏。但是如果柔性过强的话也会由于结构上的变化导致不能承受原有的荷载，甚至会引起建筑整体上的坍塌，因此，在设计过程中，设计师要找到其中的关键点，达到刚柔并济的目的，着力于建筑的整体来进行构思，寻找合理的建筑结构体系。2.2保证结构体系的安全性。在土木建筑结构体系的设计过程中，保证建筑的安全性是设计的主要原则，也是建筑施工中的重点管理内容，在结构设计的过程中，设计师应该注意对建筑性能上的加固，设置不同的安全防线，保证构件在安装过程中的稳定性，不能因为理论上框架结构的承重能力是大于砌体结构的，就盲目的进行结构上的选择，还是应该从建筑的环境等方面出发，考虑到自然灾害对它的影响，在设计的过程中，可以设置多道防线，因为在规划与设计建筑的结构设计中，绝对安全的设计构件和过程是不存在的，只有通过多种安全防护措施的建立才能降低危险发生的可能性，这样经过较长的时间，还能使建筑尽量保持原有的整体结构。2.3保证设计过程中的重点。现阶段来说，土木建筑在功能和规模上都有了一定的提升，在结构设计过程中多了很多复杂的工作，在不同项目设计中可能会出现交叉现象的存在，这时候设计师就要注意工作中的重点内容，明确什么部分才是结构设计中的主要承重，从结构的安全性去考虑，有的放矢的来确定不同构件的设计位置，从而减少施工过程中可能出现的损失，分清设计过程中的主次，协调好设计过程中互相之间的关系，把好质量关卡，从重点内容出发进行着重考虑。2.4保证设计过程中的高效性。对于结构体系的设计来说，它属于土木建筑的一部分，设计师在设计过程中，还需要注意它的高效性，要从建筑工程的整体来思考问题，明确结构施工图纸与计算过程中准确性的同时，还要保证它们的速度，在相关图表制作的过程中，可以通过借助一些先进技术来提高它的计算效率，从而保证土木建筑的工程进度，做到设计过程中准确性以及速度上的有效平衡。

3土木工程建筑结构设计中存在的问题

对于现阶段来说，人们对于建筑质量的要求是非常高的，而且还是在保证建筑功能的前提下，这对于土木工程建筑的结构设计来说也就提出了更高的要求，在这种情况下，需要对设计过程中存在的问题进行分析，找到合理的优化方式，从而提高土木建筑的市场价值。3.1地基设计方面的问题。地基设计是土木建筑设计过程中的基础，对于结构的安全以及稳定有着重要的作用，随着建筑承重能力的提高，在地基设计过程中也有了很多方面的压力。这也就导致在地基设计中，存在一些原则上的问题。首先，在土木建筑的地基设计过程中，设计师没有考虑到在施工过程中由于建筑的自重从而导致的压缩以及沉降不均匀的问题，特别是有些建筑它的自重并不是理论上的数据，还需要考虑在施工过程中所施加的压力，这就导致在地基下沉过程中出现不平衡受力的情况，如果当地基所承受的荷载能力较大时，不均匀沉降的可能性也在提高。其次，设计师在设计的过程中没有考虑到地基渗漏方面的问题，没有采取有效的防水措施，对于水量的设置范围没有从长远角度来考虑，如果经过长时间的累积，地基的渗透量超过一定的范围，就可能引发一些严重的安全事故。另外，对于一些带有地下室的土木建筑来说，设计师在混凝土强度以及墙体设计等多方面没有采取针对性的设计方案，没有考虑到地下室环境的影响，从而导致存在一定的安全隐患。出现这些情况的原因是由于在设计过程中没有对实地进行仔细的考察，缺少一定的实践依据。3.2抗震设计存在的问题。在现代的建筑结构设计过程中，由于它的高度有着不同的特点，而且从城市发展来看，房屋建筑逐渐朝着高层建筑发展，在这种情况下，为了进一步提高建筑的稳定性，避免自然灾害对建筑结构上的影响，应该加强抗震方面的设计。现阶段来说，在抗震设计的过程中，仍然存在一些问题，主要体现在以下方面。首先，有些设计在设计过程中没有从综合方面进行考虑，导致有些承重柱的横截面太小，当建筑受到一定的外力作用时，就会降低结构中的稳定性，很容易引发建筑的倒塌现象。其次，在抗震设计过程中，我国关于这方面有着抗震等级的明确规定，但是在实际的设计过程中，不应该按照抗震等级作为设计中的主要指标，因为在不同的建筑工程中，它的地理环境是不同的，也可能导致理论和实际中的不匹配，造成安全隐患。另外，需要注意的是，有些设计师在结构设计的过程中，对于平面的布置存在不规则的现象，从而导致单元上的不对称，进而影响建筑的结构性能。3.3结构图纸设计中的问题。结构施工图是土木建筑中结构设计的重点内容，也是承重构件布置上的主要依据，在结构施工图中，对于建筑的材料以及规格等方面都有着标准的划分。在图纸设计的过程中，目前存在的主要问题在于基础平面图的绘制以及工程计算等方面的问题。首先，在基础平面图的绘制过程中，有些设计师并没有对所有的细节进行完善，有些工作并没有在平面图中显示出来，例如定位轴线以及施工后浇带等方面的工作，这些施工工艺与建筑的质量有着密切的联系，也是工人在施工过程中的主要依据。其次，平面图中的符号和元素不全也是其中存在的问题，有些工艺在设计过程中没有进行详细的编号，尤其是对于不同的桩来说，它有着不同的规格，如果没有进行相应的编号，很可能会在施工中造成混乱的现象。另外，需要注意的是，在工程计算的过程中存在的问题，设计师在结构设计过程中需要对某些环节进行计算，得到具体的参数，但是有些设计师对于计算过程没有进行二次核验，导致许多参数存在一定的问题。

4土木工程建筑结构设计的优化措施

4.1地基结构设计中的优化。在土木建筑的地基设计过程中，设计部门的工作人员需要对现场进行实地勘测，根据相应的地质报告以及工程的主要信息，来确定在施工过程中建筑物的自重以及外界施加的压力，从而确定它的荷载范围，由专业的工作人员进行底面积的测绘以及计算，保证地基设计过程中的稳定性，避免由于外界压力导致沉降不均匀的现象发生。其次，还应该考虑在设计过程中的施工技术以及材料，以具体的工程为准，选择合适的地基处理技术，通常来说包括独立地基、浅地基以及深地基和桩基等，在材料的选择中，也要保证材料的强度等级，确定它的主要性能，保证在施工过程中的质量问题，对可能用到的钢筋进行计算，从地基的内部预应力进行考虑。另外，在地基压实的设计工作中，尽可能保证材料上的稳定性，避免选择类似于软土性能的材料，避免材料自身存在压缩或者膨胀的现象，注意结构上的紧密性。4.2抗震设计中的优化。在土木建筑的抗震结构设计过程中，应该注意设计过程中计算数据的准确性，保证承重柱中横截面积达到一定的标准，在施工之前要进行预应力方面的测验，保证它可以承受住一定范围的外界作用力。其次，在设计过程中，要保证支柱、剪力墙以及横梁之间达到了一定的平衡，在设计过程中避免刚度太强，要具有一定的变性能力，可以根据外力作用来调节自身的承受能力，对剪力墙进行有效的保护，提高建筑本身的抗震能力。另外，还应该对照国家标准规定的抗震等级进行设计，在实际的设计过程中，由于工程环境以及外力的影响，通常来说，抗震等级都会比规定的标准高一点，为了保证建筑在作用力下也能保持相应的延展性和承载能力，这就要求设计师在设计过程中需要注意钢筋中的结构配比以及和混凝土之间形成的作用力，从而保证对抗震安全的有效性。4.3结构施工图设计中的优化。在结构图纸的设计过程中，设计师需要从图纸的应用角度来进行考虑，保证设计图纸的完整性，准确性以及灵活性。首先，在图纸设计过程中，设计师应该明确建筑中的具体项目类型，绘制出相应的定位轴线以及基础构建，明确它们的具体位置以及尺寸、编号等，从而保证在施工过程中可以做好细节上的问题。其次，设计师还应该对一些重点工程进行详细的分解，尤其是在施工技术以及材料的选择上，确定它的合理性，保证计算过程中的准确性，包括基坑深度、承载力以及横截面的参数等方面。另外，设计师要对结构图纸中的一些预埋件和设备进行相应的标注，提供编号和详细图纸，如果在施工过程中存在一定的问题，也要及时对设计图纸进行完善和更改，保证它的灵活性。4.4加强工作人员的管理。对于结构设计过程中的工作人员来说，也要进行相应的优化措施。首先，应该保证工作人员在设计过程中真正的走入到工程中，而不是纸上谈兵，在设计过程中，应该加强他们与其他部门之间的有效联系，避免出现“信息孤岛”等问题，做好各方面的协调，才能保证基础工作的完善。其次，还要设置相应的考核制度提高他们的工作水平，对一段时间内的工作内容进行评定，建立奖惩措施，起到一定的警示作用，这样才能保证在工作过程中对细节上的把握，避免粗心大意引发的问题，提高他们的工作能力。

5结语

总而言之，人们对于土木工程中的建筑质量有了更高层次的要求，这也需要加强结构设计上的优化，从基本的设计原则出发，明确结构设计中可能存在的问题，从地基设计、图纸设计以及抗震设计等多个方面做好优化措施，加强员工的管理，从而提高结构设计过程的整体水平。

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作者:林小杰 单位:福建江夏学院