土建工程结构设计的优化技术研究

土建工程结构设计的优化技术研究

【摘要】：在传统的住宅结构设计中，一般都会缺少优化环节，施工人员直接按照图纸进行施工，而并不会考虑材料成本、实际住宅环境以及舒适性等一些因素，这将会直接影响到住宅用户的生活体验。如今，随着社会的不断发展，生活质量的逐步提升，结构优化调整技术也纳入到了土木工程结构设计阶段，其能有效的降低工程项目的成本，并调整施工用料、外形结构、建筑布局等，在方案设计的基础上对整个工程结构进一步的完善，从而提升建筑的经济性、舒适性、美观性和安全性。基于此，笔者首先介绍了土建工程结构的现状以及优化技术的必要性，并结合笔者多年的工作经验，阐述了土建结构优化的原则，同时探讨了一些土建结构优化策略。【Keys】：土建工程；结构设计；优化技术研究引言随着我国经济的不断发展，人民对生活环境的要求也逐渐提高了，而建筑住房正是人民幸福生活的基础，这也对土建工程行业提出了新的挑战。土建工程企业应该抓住这个发展的好时机，强化设计人员的专业能力，对工程结构设计不断优化，弥补其中的缺点，紧跟人民的需求，完善创新工程建筑风格，从而为人民提供更为优质的生活环境，同时也能促进土建行业的快速发展。1.土建工程结构设计概述1.1结构优化设计现状分析在土建建构设计中，由于所要考量的因素和设计要点太多，设计人员难免会有一些疏漏，此时就需要结构优化人员对某一项设计方案展开深入研究，对工程结构做出详细的设计方法，并在原有的设计上进行一些微调，让其更为合理和科学。目前，结构设计优化大致可分为类型优化、布局优化、拓扑优化、形状优化以及尺寸优化等方式，但是我国在优化方面的工作起步相对国外比较晚，存在很多不完善的地方，从而致使结构优化工作的效果不佳，进而不会被企业所重视。根据笔者多年的工作经验，土建结构优化所存在的问题大致有以下方面：第一，结构优化的相关条例和法规不完善，缺乏参考案例，以至于优化人员只能以自己的工作经验和实际情况进行调整，经验尚浅的优化人员就会达不到效果；第二，结构优化人才缺乏；第三，可参考的优化案例缺乏，在实际优化过程中会存在很多的变数，从而致使优化效果不佳。1.2土建结构设计优化技术的必要性从国内外土建结构优化成功的案例来看，结构优化不仅可以降低工程成本，提升工程质量，更能合理降低施工技术要求，加快工程进度，因此，结构优化工作在土建设计施工中也是非常重要的。在土建结构设计中，结构优化一般都是寻找设计方案的缺陷，并进行完善或是设计弥补方案，更进一步的优化措施，则是在原有的设计基础上，根据实际施工情况，寻找更为合理的施工方案，例如，调整建筑构件尺寸、分析构件的应力和强度等，合理降低一些用料的施工量，从而让工程造价从技术层面降低，并且通过优化设计，也可以对一些工程项目的成本进行预估，继而使得工程资金正常运转，避免工程款项短缺影响工程进度。2.土建结构设计的基本原则2.1以人为本现在大部分的土建建筑都是为人类的生活、工作、劳动、休闲等活动提供服务的，因此，任何结构设计都需要遵循以人为本的原则。对于生活休闲功能的建筑，设计人员应该掌握该区域人民的生活习性，提供一些人性化的设计，而对于工作功能的建筑也分为多种，电子设备防、机械厂房、办公楼等等，都有各自的特点，有些需要增加隔音效果，有利于无线网络的传输，而有些就需要通风、防火、防潮、便于电力传输等。土建工程设计应针对不同功能的建筑有特定的方法，从而充分发挥出建筑的功能性。2.2安全性能安全性能可以说是每一个建筑都必须具备，对于不同的区域以及不同的用途，其安全性能等级也会略有差别。安全性可以分为两种：第一，施工中的安全，如若设计人员不注重施工的先后顺序，就会有可能导致在建建筑构件倒塌，从而危害到施工人的生命健康；第二，用户安全，有些建筑的安全性能没有达标，在遭到一些地质灾害或是意外情况，会致使建筑内的人民受到伤害，例如，在地震多发地区，房屋结构设计应该增强建设的抗震等级，台风多发地区要增强建筑的抗风能力，而有些地区的温度和湿度都会有很大差别，对土建的施工材料就会有一定的要求。2.3环保性随着人们的物质生活越来越丰富，其对房屋建筑的环保和绿色也提出了新的挑战，同时国家也提出了绿色发展的战略，这也意味着土建行业会向着绿色环保的方向发展。因此，在土建结构设计和优化过程中，工作者应该首先对建筑的用料进行考量，不仅要注重材料的性能，更要考虑其环保性能，其次，对土建绿化也要进行详细的设计，从而让绿化面积满足要求。3.土建工程结构设计的优化方法3.1间距问题的优化设计在间距优化过程中，结构优化人员需要考虑土建建筑的实际环境，然后对砌体结构进行优化，特别要注意土建的防尘和防潮设计，这可以极大的延长建筑的使用寿命。例如，建筑所在地区比较潮湿，那么设计优化人员就需要将水泥砂浆的配合比调制在M7.5以上，砌体的强度应该在15MPa以上，这样才能确保砌体的性能。但是，仍会有设计人员将水泥砂浆的配合设置为M5，砖体强度为10MPa，此时就需要结构优化人员根据实际的建筑情况对设计方案进行调整，如卫生间区域一般都处在潮湿的环境，就需要进行一些调整，而客厅和卧室相对比较干噪，可以不用调整。在土建结构中，一些墙体也会发生裂缝问题，那么优化人员就需要考虑伸缩缝的设计。在施工过程中，混凝土浇筑构件会因为环境温度而发生膨胀或紧缩，从而导致墙体出现裂缝，因此，优化设计人员就需要考虑气候和环境，合理设计伸缩缝间距。3.2扭矩的优化设计在土建结构设计中，如若钢筋架构设计不科学，就会因钢筋架构无法预防扭矩力作用而使得建筑构件产生裂缝，从而让钢筋失去了支撑的作用。在土建结构优化过程中，扭矩安全优化需要注意一下方面：第一，钢筋间距，如若土建结构受到了扭转力影响，那么产生的裂缝就会与纵轴呈45°夹角，针对此种情况，就需要将箍筋结构最大间距调至小于截面宽度的数值，同时要让每一个钢筋都要穿过一个斜线裂缝；第二，箍筋形式，如若构件的扭转出现了四个不同的侧面裂缝，那么箍筋就需要设计为封闭式结构，从而使裂缝面上的受力得到平衡；第三，抗扭钢筋配置范围，在建筑构件受到扭矩时，其箍筋和纵筋会共同承受外力，那么抗扭钢筋配置范围就需要依据纵筋的延展长度来确定，从而发挥出抗扭力设计的优势。3.3保证结构设计的实用性和艺术性在土建建构设计过程中，有些设计师可能会将自己的想法全部表现出来，按照自己的审美标准进行设计，甚至会牺牲建筑的实用性，增加工程成本，以展现自己的艺术作品，此时，就需要设计优化者根据实际需求校准建筑的艺术性以及实用性。在实际建筑结构设计过程中，设计者除了要保证建筑的基本艺术性，如规则性、对称性等，还要减少建筑刚度和质量的差异性，避免建筑构件在使用过程中因荷载作用过大而发生扭转情况。结束语总之，土建结构的优化设计对于整个建筑都有着重大的意义，对其质量有着明显的提升，同时还能减少工程成本，提升用户的体验。优化设计师需要考虑实际施工中的各种情况，对设计方案进行分析，弥补其中的缺陷，完善其性能，从而保证建筑的实用性和安全性达到要求。Reference：[1]陈舒科.土建结构设计中如何把握结构安全的要点[J].低界,2018(02):188-189.[2]邢一行.