土木工程结构设计中存在的问题及对策

土木工程结构设计中存在的问题及对策

0引言

在我国城市的建设与发展中，随着城市化建设水平的不断提高，土木

工程的建设的数量和规模在不断扩大，设计及施工的难度也在提高。

在土木工程项目当中，工程结构直接关系到工程的安全性和稳定性,

这就要求设计环节必须综合考虑工程施工建设及投入使用后的情况,

考虑设计方案的合理性，考虑因设计问题所引发的质量及安全风险,

为工程的施工建设奠定良好基础。也就是说在土木工程项目当中，结

构设计十分关键，设计人员必须要做好全面细致的勘察工作，获取真

实准确的数据，提升工程结构设计水平，尤其是要对结构设计中存在

的问题积极地寻求解决方案，规避因设计方案不合理给后期施工造成

的风险。

1土木工程结构设计的原则

1.1主次分明

土木工程结构设计所针对的构件不同，不同的构件在工程整体结构中

所承担的作用也不尽相同，因此设计人员在进行工程结构设计时，必

须明确分清各个构件在整体建筑结构中的主次关系，通过主次分明的

设计做到层次分明、功能清晰，并且保障各个构件在整体结构中协调

统一。

1.2优势互补

优势互补原则也是土木工程结构设计的重要原则。所谓优势互补，就

是设计人员在进行工程结构设计时应当尽可能突出工程的优势，做到

刚柔并济，实用与美观兼备。结构设计如果过柔，在实际使用过程中

容易出现变形、断裂等情况，造成工程结构华而不实、实用性差；反

之，如果结构设计过刚，虽然不容易变形，但在遇到较大破坏力的情

况下容易受损，造成工程结构整体受损［1］。因此，设计人员在进行

土木工程结构的设计时，必须秉持优势互补原则，协调整体设计风格,

提升工程整体的稳定性与实用性。

1.3层层设计

土木工程结构设计承载着工程整体的稳定性和安全性，以应对外界环

境的长期侵蚀和严重的外力破坏。因此，设计人员在进行工程结构设

计时，需要考虑整体结构的稳定性，层层设计安全结构体系，通过整

体结构的稳定提升房屋结构抵御外力破坏和抗侵蚀的能力。

1.4科学合理

在土木工程结构设计当中，需要综合考虑项目的施工以及后期使用的

问题，本着安全第一的原则开展设计工作，在发挥工程结构功能的基

础上强调工程结构的安全性。在开展设计前，需要做好充分的准备工

作，全面勘查项目所在区域的环境，获取地质结构、地形地貌、土壤、

气候、降水等信息，结合具体的数据信息开展设计工作，确保结构设

计的科学合理性；同时，还需要严格遵循国家及建筑行业的相关标准,

不断提高设计施工的质量，采用先进的测量及设计方法，减少因设计

问题在后期施工中所造成的质量及安全风卷，为工程施工打好基础。

2土木工程结构设计中存在的问题

2.1地基设计问题

基础是土木工程结构设计中最为重要的环节之一，基础承载着工程的

整体结构，保障着整体承载的安全性，决定着结构整体的安全性和稳

定性。如果基础设计不合理，即使上层建筑设计得再好，也很难保证

工程结构的稳固。因此，在土木工程结构设计中必须要对基础设计进

行优化。但是在实际的工程结构设计中，很多设计单位受到成本、利

润、勘测难度等多种原因的影响，在没有经过详细实地勘查、测量和

数据分析的情况下就盲目开展地基设计，造成了基础设计不合理，难

以满足工程实际的荷载需求，造成工程在后期使用过程中出现沉降的

问题，给工程埋下了严重的安全隐患。

2.2框架柱的截面设计不合理

框架柱是整个土木工程基础结构的主要承重结构，与工程结构的承载

力与稳定性关系重大，在整个工程结构设计当中，对框架柱设计的合

理性要求较高，尤其是框架柱的截面设计决定了工程结构中框架柱所

能够承受的荷载。框架柱的截面设计不能盲目开展，而是必须要全面

勘查施工环境，掌握准确的数据资料，结合工程结构的整体设计思路,

对框架柱的截面面积进行精准计算。但是就目前实际情况而言，部分

设计单位为了压缩项目成本，在框架柱设计环节缩小了框架柱的截面

面积，或将框架柱的设计与构造柱的设计相混淆，导致工程结构的承

载能力降低，在长期使用过程中，工程结构的强度和承载力会不断下

降，使用寿命降低，甚至引起工程结构位移、变形、断裂等问题，严

重情况下还会造成结构坍塌，引发十分严重的安全隐患。

2.3悬挑梁荷载设计过小

悬挑梁也是土木工程结构中的主要承重部位，在工程结构设计工作中,

设计人员在悬挑梁的设计上往往更加关注悬挑梁的强度是否达标，却

容易忽视悬挑梁的荷载问题。具体而言，工程结构中悬挑梁所受的荷

载是竖向分布的，如果设计当中悬挑梁的荷载设计过小，挑梁截面的

应力就会过于集中，随着使用年限的不断增加，就会造成承受的荷载

过重，长此以往容易造成挑梁结构变形甚至裂缝、断裂，危害工程结

构的稳固性和安全性。

2.4设计图纸完整性不足

土木工程结构的设计图纸是开展施工的依据，对于施工而言具有十分

巨大的影响，在工程结构设计当中，很多设计单位在设计图纸方面存

在完整性不足的问题，具体表现为：（1）没有综合考虑工程施工的实

际情况，导致设计方案不合理，这会对工程结构施工造成极大的影响，

而频繁变更设计方案必然会拖延工期，增加施工成本；（2）在工程结

构设计图纸当中没有考虑后期施工的实际需求，一些关键性的参数、

标识等展示不全，与施工单位的沟通不足，技术交底不充分，也使得

后期施工中由于设计图纸的不完整而出现一系列的问题［2］；（3）设

计图纸的精细化程度不足，对于一些关键性的环节和重要的数据参数

没有经过严谨细致的测算，数据参数的标识不够准确清晰，细节部位

展示不足，这些问题都会增加后期施工的难度，由于数据参数的错误

给工程结构施工造成质量和安全的问题，同时也会增加工程结构施工

的成本。

3土木工程结构设计策略

3.1准确计算工程结构的地基承载能力

针对前文提到的在土木工程结构设计当中因为地基承载力计算不准

确所造成的工程结构不稳定的情况，在进行结构设计时需要准确对地

基的承载能力进行测量和计算。首先，设计单位应当严格按照国家相

关的法律法规对工程现场进行实地勘测，严格测量工程结构设计所需

的相关数据，根据工程项目所在区域的地理位置、地质条件、地下水

文、土壤等的情况，因地制宜开展设计工作，综合考虑工程结构设计

的安全性及实用性，在确保安全稳定的基础上尽可能控制成本［3］；

其次，在通过实地勘测进行数据测量后通过科学的计算方法准确计算

地基的承载能力，并且进行换土垫层设计时，在计算中还要将换土层

的厚度计算在其中，以保障工程结构地基承载能力计算的准确性；再

次，考虑工程结构中的梁、柱等荷载，通过计算所获取的数据进行荷

载折减系数验算，从而最大限度地确保地基承载力计算的准确性，为

后期工程结构使用中的安全和稳定性打好基础；最后，土木工程结构

设计中还需要考虑工程结构的抗震能力，通过优化抗震设计提高工程

结构的抗震性能，严格遵循国家相关标准，合理选材、优化设计。

3.2科学设计框架柱的截面面积

由于框架柱的设计对于土木工程结构设计而言具有十分关键的影响，

必须要加强重视框架柱的设计环节，通过严谨的测量和计算确保框架

柱截面面积的科学合理性，提高框架柱的强度及承载力。一方面，要

严格按照标准计算框架柱的荷载能力，在对框架柱的截面面积进行计

算时，需要综合考虑截面面积与工程结构承载力之间的关系，在综合

考虑安全性、承载力和施工成本的情况下合理控制框架柱的截面面积;

同时，还需要对物理力学原理深入研究，对框架柱及梁板柱的受力进

行综合分析和准确计算，确保梁板柱与框架柱截面面积的协调一致性,

以便于充分发挥二者的作用，避免二者互用产生不利影响；此外，设

计人员还需要综合考虑工程结构各个构件的受力情况，对板的截面积

进行精准计算，通过各个构件之间的相互协调与配合，提高工程结构

的稳定性与承载力。

3.3合理设计挑梁的荷载

挑梁设计应将土木工程结构中梁体受压区域的应力控制在合理的范

围之内，以保障工程结构主体的稳定性。因此，在设计时，应当尽可

能地保障挑梁结构的承载力。一般而言，土木工程结构挑梁的梁高越

小，挑梁的受压区域也就相对更小，这样挑梁结构的承载力也就会降

低；且由于挑梁结构本身的重量就比较轻，延展性也相对比较好，当

挑梁受到竖向承载力的影响时，也会提高其抗脆性破坏能力［4］。因

此，需要严格科学地进行挑梁荷载的设计，确保其合理性，以保障工

程结构主体的稳定性。

3.4对设计图纸进行细化

为了提高设计方案的合理性，为后期施工做好充分准备，就需要在设

计环节加强管理，提高设计图纸的精细化程度，把握好各个关键环节，

对一些关键参数进行明确标识，加强与施工单位的信息对称与技术交

底，减少后期施工中因设计方案不合理、设计图纸不完善等问题所引

起的频繁返工及变更设计方案等问题。一方面，在工程结构设计当中，

要综合考虑实用性、安全性及稳定性等因素，对关键性的设计环节进

行把关，做好整体的协调，对细节部位进行细化处理［5］。尤其是一

些关键性的环节更需要进行反复测算及技术沟通，提高设计方案的合

理性，与施工单位进行充分的交流，根据施工单位的意见对设计方案

及设计图纸进行优化，确保设计方案的合理性。另一方面，由于工程

结构的设计图纸当中会呈现大量专业的数据和参数，为了便于后期施

工，需要在设计图纸当中对这些专业数据和参数进行明确的标识，设

计人员需要反复确认这些关键数据和参数的准确性。组织各参建单位

对设计图纸进行讨论，结合实际情况提出优化建议，以便于最大限度

地规避设计缺陷，为土木工程结构施工做好充分准备。

4结束语

土木工程的设计水平关系到了建筑行业的健康发展，与城市建设水平

息息相关