谈建筑工程结构设计中存在的问题及应对措施

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摘 要：建筑工程结构的稳定性和安全性与其自身结构设计密切相关，建筑工程结构设计若是不科学，将直接影响到工程的整体施工质量。当前在建筑工程结构设计仍存在许多问题，严重制约了建筑行业的良性发展，鉴于此，本文简要探析了工程结构设计中存在的问题和应对措施，以便能够为建设工程行业设计提供一定的借鉴。

关键词：建筑工程；结构设计；问题与措施；设计优化

1、存在的问题

1.1结构设计牢固性差

建筑工程结构的牢固性在很大程度上决定着工程整体的安全性，而建筑工程结构的稳定性已经成为了工程结构设计中普遍存在的一个问题。虽然局部结构的破坏不会导致整体结构的崩塌，但一旦发生火灾或地震等重大灾难性事故，将会给工程结构的冗余度设计带来巨大考验。比如，若是地基结构设计未能充分考虑到地质承载能力等因素，必然无法确保外力破坏下工程结构的稳定性和安全性。当前国内大部分建筑工程在结构设计方面并不是很完善，建筑工程的整体稳定性和牢固性并不是很强。

1.2构造柱和承重柱的区分问题

构造柱和梁若是设计合理，能够有效防止墙体裂缝的发生，是提高建筑工程抗震能力的有效途径和手段。事实上，设计人员完全未能明确构造柱和承重柱的概念，将构造柱设计等同于承重柱设计，未能为构造柱设置基础。所以，在抗震能力方面不是很强，造成了结构的裂缝和沉降，甚至导致建筑工程的倒塌。此外，为了对承重柱的受力加以客观全面的分析，将其截面面积设计的太小。如此一来，一旦发生外力破坏，柱体和梁体变化产生裂缝。

1.3忽略环境影响因素

工程结构设计在考虑结构稳定性和安全性基础上，还需要全面考虑外部环境因素，包括空气湿度、温度和土质结构等，但就现状来讲，环境因素往往会被忽略，而这些因素对结构构件会产生重大的负面影响。不仅无法强化工程结构的稳定性和安全性，而且也会对工程结构带来巨大隐患。

2、问题的对策

2.1确定结构设计方案

工程结构设计方案主要包括框架选择、基础设置和结构措施等内容。

框架结构由结构性构件组成，彼此之间通过节点加以连接，以产生垂直和水平荷载能力。若是多层建筑，还要对水平风荷载加以特殊考虑。此外，框架结构最好要选择杆件刚接体系，以确保工程结构的抗震性和稳定性。

基础设置要充分考虑施工现场的水文地质和施工环境等。若是低层建筑，那么其上部结构荷载不会太大，由此便可以选择独立基础的结构模式。若是高层建筑，就要选择综合基础的结构模式。

结构措施要结合具体的抗震设计规范要求，在结构设计方面加强抗震设计，采取有效抗震措施。比如以整体浇筑的方式进行梁柱灌注，选择最佳的结构构件。

2.2设计内力组合

内里组合是工程结构设计中抗震设计的关键点，要在调整结构抗震系数的基础上加以科学设计。在进行抗震设计时，构件材料的强度要大于未考虑抗震要求时的材料强度。若是以普通抗震设计材料强度对抗震系数加以计算，那么在实际工程结构抗震设计过程中要对系数加以调整。经过全面的抗震系数调整，提高建筑工程结构的抗震能力。

2.3 板设计和配筋的设计

在进行这方面的结构设计时，要对板长边和短边长度进行全面分析。若是长度差距在2㎜以内，那么就要采用双向板设计若是长度差距在2～3㎜，则采用单向板加以设计，并在长边位置上合理布置构造钢筋。结合结构板的实际大小，可灵活采用弹性方法加以设计。在对连续双向跨板的最大弯矩进行分析和计算时，一定要结合具体荷载分布，对满布荷载加以分解，对间隔加以合理布置。一般情况下，在支承中间柱的位置上对格板加以稳固，并结合实际支承，计算出所有格板的弯矩，然后将所得弯矩加以叠加，最后算出跨中最大弯矩。

2.4控制转换层模板的侧压力

在对转换层进行浇筑时，可灵活使用内部振捣器。在确保模板承载性的基础上，尽可能地增强模板刚性。而转换层模板的侧压力，可通过固定公式加以计算：F=0.2γct0β1β2V2。上式中的F代表最大侧压力，单位为kN/m2；c代表具体的凝注时间，单位为h。若是无法确定凝注时间，可通过公式t0=200/（T+15）加以计算。式中的T代表新浇筑混凝土温度，H代表浇筑高度，单位是m；V代表浇筑速度，单位是m/h。采用内部振捣器浇筑混凝土，浇筑速度通常控制在6m/h以内；β1代表添加外加剂后的修正系数。若是不添加任何外加剂，那么修正系数取1，若是添加添加剂，则修正系数取1.2；β2代表混凝土出现塌落后的修正系数。若是塌落度小于30毫米，那么修正系数取值为0.85，若是塌落度大于50毫米而小于90毫米，那么修正系数取值为1；若是塌落度大于110毫米，小于150毫米，那么修正系数取值为1.15。

3、设计的优化

选择设计变量：所谓设计变量，是指在结构设计过程中需要优化的量，具体包括构件尺寸、结构形状和结构材料等。通常来讲，设计变量越多，优化效果就越好，但复杂度也相应加大。在实际设计过程中，总是尽可能低减少设计变量，将那些不会产生太大优化效果的参数排除。设计变量的选择要以客观条件为依据，要合理控制其选择范围，若是将梁的截面高度选为设计变量，根据具体要求，它是受一定限制的。

目标函数建立：目标函数是对以设计变量目标性指标的一种解析表达式。目标函数是衡量结构方案好与坏的重要标准，结构的刚度、抗震力、形状、尺寸和重量等都能够成为目标函数。

约束条件设立：所谓约束条件，是指优化过程中要遵守的具体条件。约束条件一定要符合具体的设计要求和设计标准。在设立约束条件时，要将那些和优化变量有关，必须存在的限制条件作为约束条件，并去掉一些可有可无的限制条件，尽可能地实现简化。在优化过程中，约束条件主要分为两类：第一，设计标准和设计要求中有明确规定的数值，比如梁的宽度要求、配筋率要求和钢筋混凝土要求等；第二，确保结构常态下的稳定性、安全性和承载性等的限制，这些条件通常和设计变量之间不存在直接联系，需要经过复杂计算才能确定和设立。

优化算法选择：为了取得良好的优化效果，必须要在构建优化模型基础上，合理选择优化算法。选择合理的优化算法对优化模型进行解算，可将其视为在约束条件下求目标函数相关值的问题。就现实来讲，约束条件和目标函数并非单纯的非线性，还具有隐形函数性质，因此，不同的优化问题要选择相应的优化算法，以此来确保优化效果的最佳化。

参考文献

[1]郝敏：《浅谈建筑工程结构设计中的安全性与经济性》[J]黑龙江科技信息，2013（27）

[2]薛扬欣：《建筑工程结构设计安全问题分析及策略研究》[J]建设科技，2012（16）

[3]徐克红：《结构与地基加固技术在建筑工程设计中的应用》[J]中小企业管理与科技（下旬刊），2013（03）