土建工程结构设计的优化技术

王亚妮 煤炭工业太原设计研究院

1 前言

随着城镇化进程的加快，越来越多的农村人口涌入城市，使得城市建筑物规模与数量也在不断扩大。同时随着人们生活质量的不断提高，对于建筑物的要求也逐渐提高，不仅要求其具有较高的质量，还要求其具有良好的外观。在建筑项目实际施工前，相关工作人员应做好设计优化，为推动建筑项目能够与时俱进提供良好条件。

基于此，为了满足社会群众日渐提高的建筑美观需求，相关开发设计人员不仅仅需要重视建筑的质量，更是应注重建筑物的风格、功能等具体结构设计优化，在保障建筑物质量的基础上，不断提高建筑美观效果与功能，从而满足现代社会对于建筑物的需求。

2 土建工程结构设计要求

土建工程结构设计工作的开展，需设计人员遵循相关规定标准，参照设计要求开展工作，从而使得建筑质量能够最大程度得到保障。从当前土建工程结构设计行业规定来看，我国对此有明确的规定标准，必须严格落实相关要求，进而保障建筑设计安全性与合理性。

2.1 土建工程安全性能

现阶段，越来越多的人重视精神需求，由此，对于住宅建筑的美观性要求逐渐提高。土建工程在具体实施的任何环节，安全性能是根本。对于建筑使用者而言，建筑物是否具有较高质量和安全性，与日后生活密切相关，且关系着使用者的人身安全。与此同时，土建工程建筑的质量与安全性，不仅会对建筑物的使用寿命产生较大影响，在施工阶段还会影响工作人员的人身安全。为了能够有效提高土建工程建筑的安全性与质量，要求土建结构设计人员在设计阶段严格遵守规范条文，对工程的各种荷载考虑完善，并对施工阶段可能发生的危险点在图纸上进行标识提醒。

比如，易发生安全事故的地库无梁楼板在施工阶段的倒塌，这要求设计人员在图纸上清楚标明施工荷载与行车路线。施工之前，对于超出原设计荷载的施工行车道及料场的堆载也要进行回顶。很多时候因场地限制，施工方需要跟甲方与设计共同制定更优化的回顶方案，同时节约工期与人工成本。

2.2 土建工程环保性

1995年，我国将可持续发展作为国家发展战略，越来越多的人意识到环保的重要性。随着各种新型环保技术的出现，建筑行业也逐渐向环保方向发展。针对现阶段土建工程而言，环保意识与环保程度都不高，大部分施工团队更加重视施工质量等内容。由此，为了能够促使土建工程满足社会可持续发展要求，应不断强化施工团队的环保意识，引导其了解环保的重要性[1]。

在实际实施阶段，可从施工材料与设备入手，对建筑整体进行全面分析，选择性价比最优施工材料，并保障材料能够满足环保要求。比如建筑内隔墙改为预制ALC板，即能有效节约人工成本和时间成本，还具有比传统砌筑更好的建筑美观性与环保性。同时，重视建筑局部细节设计，保障细节之处也能够满足环保需求。

2.3 土建工程建筑功能性

社会的快速进步，使人们的物质需求得到满足，而生活水平的不断提高，使得越来越多的人追求住所功能性。建筑结构实际设计期间，在满足建筑物安全性能的基础上，还应满足土建工程建筑功能性要求。对此，设计人员在开展土建工程建筑设计工作时，需提前详细了解建筑物本身，明确其具体用途，随后展开科学合理的设计，不仅充分保障建筑物的功能性，还能够满足建筑物使用者的各项合理需求。

3 土建工程结构设计存在的问题

3.1 对设计图纸缺乏重视

土建工程实际施工阶段，应提高对设计工作的重视程度，如若设计图纸出现问题，不仅影响工程的施工进度，更影响建筑的施工质量。但是，在实际过程中，大部分建设单位并没有提高对结构设计的重视，没有意识到结构设计对于建筑物的意义，甚至还存在随意修改设计结构图形的现象，导致实际施工与设计图形存在较大差异，很大程度上延长了施工周期。而此种情况的发生，主要是因施工单位缺乏设计理念，安全意识不足。为了赶工期或节约成本私自修改自认为不重要的部分图纸做法，导致问题出现。如果不能够彻底有效解决此种问题，会严重影响施工质量与施工安全，阻碍建筑结构设计发挥有效价值[2]。

3.2 土建工程结构设计缺乏整体性

土建工程结构设计阶段，若设计工作人员未对建筑物实际情况进行综合全面的评估分析，就会影响设计图纸质量，甚至还会出现图纸与实际不符的情况，不仅影响施工质量，还影响施工进程。在实际开展结构设计工作时，要充分满足建筑结构的完整性，在此基础灵活使用各种资源。

客观而言，土建工程结构设计对整体要求相对较高，若设计图纸未考虑建筑物整体性，在后期施工阶段容易出现问题或失误。针对此，设计人员应提前了解建筑物实际情况，将结构划分为多个节点，并对其展开准确分析。但是，因部分设计人员工作经验匮乏，导致无法准确把控整体建筑的设计方向，所以设计图纸中出现较多失误，进而损害建筑物整体稳定性与安全性[3]。

3.3 缺乏与实际情况的有效结合

施工选址在土建工程实际施工环节中十分关键，选址的不同，建筑结构设计也不同。从现阶段土建工程建设实际状况来看，大部分建设单位重视项目站点工作的开展，了解站点在整体工程中的重要性。但是在实际选点期间，却缺乏与技术人员之间的沟通交流，导致实际施工阶段，往往因选点而引发安全事故[4]。比如，建设单位在投标时对某地段的工程预算评估，未提前考察周边楼盘施工时遇到的地质复杂情况，导致后期在地下投入的资金远远大于地上。或某些建筑物或构筑物建于危险边坡周边，忽略了对周边山体的加固，导致施工阶段或施工完成后引发安全事故。

4 优化技术在土建工程结构设计中的应用原则

4.1 土建结构耐久性

土建结构在实际施工阶段，其耐久性会受到多方面因素的影响，比如，施工材料、施工环境等。如若实际施工阶段，能够使用符合规定标准的施工材料，可以保障土建结构的耐久性，所以，在设计过程中，实际人员需要按照工程实际情况，遵循相关规定标准合理选择施工材料。

因土建结构的耐久性会受到施工环境因素的影响，设计人员应在设计方案时，充分考虑建筑生态环境、地质条件等内容，分析是否存在影响建筑结构的化学物质，并及时采取相应防控措施，从而有效减少环境等因素对土建结构产生的危害[5]。例如，临海建筑当中，因其空气中含有大量的氯离子，所以在实际设计环节应考虑此因素，制定出防止氯离子侵蚀建筑的控制措施，进一步提高建筑的耐久性。

4.2 土建结构疲劳荷载作用下的应对

土建结构需具有良好的稳定性，才能够承受各类活荷载作用，在设计环节中，设计人员应对活荷载作用对土建结构产生的影响进行全面考虑。客观而言，活荷载能够对土建结构产生长时间的影响，主要因其会持续性作用于土建结构，并导致其内部产生变化应力，进而引发土建结构内部出现震动，甚至于损害其结构，使其出现疲劳损伤，长此以往，对建筑结构造成极为严重的破坏。

从当前土建结构的具体使用情况来看，大部分土建材料的均匀性与连续性都相对较弱，由此在实际施工环节中，受活荷载作用，土建结构内部不断发生变化，甚至出现扩大情况以至影响土建结构的强度。如果在设计环节未重视活荷载作用，后续施工中肯定会受此问题影响，进而降低建筑工程的安全稳定性能[6]。

由此，在研究疲劳荷载问题时，应该在考虑整体的基础上，详细分析如何应对关键部件的抗疲劳荷载作用，并提前做好应对措施，为保障土建结构的安全性与稳定性奠定良好基础。

5 土建工程结构设计优化技术策略

5.1 优化土建工程整体和局部

土建结构设计人员在实际设计的过程中，应考虑建筑物的整体与局部，最终确保结构设计具有较高合理性与安全性。实际工程中经常遇到地库与塔楼的结合、主体采用混凝土局部采用钢结构的结合等案例，所以土建工程结构设计方案相对较为复杂，对此，设计人员需要在保障整体稳定性的基础上，考虑优化局部细节，根据建筑物的不同用途，结合其具体要求，对建筑物局部不断进行优化调整，最终促使土建工程能够最大程度上发挥出其效用。

5.2 优化土建结构的方案设计

设计人员在设计土建工程结构时，通常会面临着多种选择，而在分析设计方案时，相应材料参数与荷载取值都需要做相应的改变。针对此，设计人员需对设计方案进行灵活选择，根据建筑实际状况，结合自身工作经验，深入分析施工情况，准确判断方案是否合理。而设计人员在进行概念设计时，在满足房屋结构设计基本原则的基础上，深入分析土建工程设计方案，从中选择出最优、最合理的方案，确保土建工程后续施工顺利[7]。

比如在大于8 度的高烈度震区设计高于4 层的住宅，若采用砖混结构按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范（2016年版）》要求，所采用的抗震措施综合算下来不如采用框架结构节约；高层民用住宅中经过对剪力墙的优化布置，可以减轻上部自重，优化地震力对结构产生的效应，节约混凝土与钢筋量；根据地质情况和结构布局选用更合适的基础方案；再比如某些建筑的构架装饰部分，若采用预制结构或钢结构，会比混凝土结构在建筑造型的实现上有更大的发挥空间，某些复杂的线脚如果可以用建筑材料实现，也可以更好地减少施工成本和施工困难等。这些在前期的设计中，结构方案的优化占有很重要的地位。

5.3 房屋结构设计和概念设计处理

一般而言，土建工程结构设计为保障建筑结构更加稳定安全，在进行房屋结构设计的同时还要进行概念设计，但这两种设计都面临着众多选择形式。对此，设计人员需明确这两种设计的根本都是为保障建筑结构的稳定性，降低外界众多因素对建筑物造成的损伤，避免化学物质对土建工程建筑内部受到侵蚀。在此过程中，房屋结构概念设计期间，设计人员在考虑外界环境影响因素的基础上，还需要综合考虑任何可能影响土建工程结构的因素，并结合实际施工环境，制定相应控制措施。

当土建工程施工阶段，遇到地震，会对其结构产生严重的破坏，并且地震因素也属于不可控因素。针对此，设计人员在设计方案时，需要对此类不可控因素考虑分析，提前做好预防工作，进一步提高土建工程建筑物内部的抗震性与稳定性，从根本上解决地震因素对房屋造成的不利影响。具体措施包括：在设计方案中加入延性设计，从而有效减少地震对土建房屋造成的伤害，确保房屋稳定性；增加抗震设计，最大程度上降低地震对房屋产生的损害等多种方法。实际设计的过程中，设计人员可根据实际地质条件、地理位置等因素合理选择预防方案。

5.4 结构设计实用性与艺术性

为满足建筑使用者对建筑外观与内部功能的要求，可在方案中融入多种风格，促使建筑物更具美观性与艺术性。但值得注意的是，设计人员首要考虑的是建筑物的安全性与稳定性，其次才是建筑物的艺术性与美观性。并且，在此过程中，设计人员还要考虑建筑物的使用寿命，应尽力减少建筑质量同建筑刚度之间的差异，充分保障土建工程建筑质量。

如果在结构设计环节中，碰到结构为竖向布局，可将土建工程建筑的功能性作为首要考虑内容，确保建筑内部竖向承重构件能够保持上下贯通，更好地维持建筑结构的稳定性；如果条件允许，设计人员还可灵活利用转换层，以此降低结构设计难度，并帮助建设单位控制项目成本，提高项目经济效益。

6 结束语

现阶段，人们对建筑房屋要求不断提高，促使土建工程行业也在不断提高标准要求，这对于土建工程行业而言，既是机遇又是挑战。对此，土建工程行业为更好长远发展进步，需要不断优化调整结构设计，适应时代的发展需求，满足群众对于房屋建筑的要求。

在此过程中，设计人员需不断强化自身技能水平，灵活应用设计方式，结合实际建筑工程项目，不断优化调整设计方案，在保障建筑质量与稳定性的基础上，提高工程结构设计的实际应用能力。与此同时，设计人员还应提前明确设计原则，掌握优化方向，从多角度入手，合理优化土建工程结构，有效确保土建工程整体质量。