張峰
太原市建筑設(shè)計(jì)研究院 山西 太原 030024
土木工程結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性和美觀(guān)性是衡量土木工程項(xiàng)目質(zhì)量和價(jià)值的重要指標(biāo),其還直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。隨著我國(guó)工程領(lǐng)域不斷發(fā)展,土木工程行業(yè)進(jìn)入繁榮發(fā)展時(shí)期,工程項(xiàng)目的規(guī)模和難度也不斷加大,科學(xué)地制定工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案對(duì)于確保工程項(xiàng)目安全性和質(zhì)量有著重要意義。設(shè)計(jì)單位應(yīng)總結(jié)設(shè)計(jì)方案中的不足,不斷調(diào)整設(shè)計(jì)方法和完善設(shè)計(jì)方案內(nèi)容,從而提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案質(zhì)量,保障工程項(xiàng)目質(zhì)量。
土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循一定的設(shè)計(jì)要點(diǎn),這是確保設(shè)計(jì)方案合理性的前提。完整性、安全性和經(jīng)濟(jì)性是重要的設(shè)計(jì)原則,這些設(shè)計(jì)原則直接或間接影響著土木工程結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量,如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中忽視其中一個(gè)要點(diǎn),可能對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案的效果產(chǎn)生影響,并帶來(lái)不可預(yù)估的后果。本章主要結(jié)合這幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究[2]。
完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn)側(cè)重于建筑整體結(jié)構(gòu)控制,一是確保建筑整體外觀(guān)具有一定的緊密性和層次性,建筑的結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)穩(wěn)定的連接方式形成牢固的整體,如果達(dá)不到完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基本要求,建筑的功能和價(jià)值可能無(wú)法更好地發(fā)揮。例如,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到建筑所處位置、建筑周邊環(huán)境和建筑主要功能等對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響,在確定建筑整體結(jié)構(gòu)前將這些因素可能帶來(lái)的影響結(jié)果總結(jié),設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能避開(kāi)相關(guān)影響因素,最大限度保障建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[3]。與此同時(shí),完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn)也要求設(shè)計(jì)人員能夠從建筑整體功能入手對(duì)建筑結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整,盡可能通過(guò)簡(jiǎn)單的建筑布局實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的建筑功能,這樣不僅能夠節(jié)省建筑空間,而且也能提供建筑空間的利用率。此外,完整性設(shè)計(jì)要點(diǎn)也提出利用自然空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)布局,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。建筑整體性設(shè)計(jì)要點(diǎn)實(shí)際上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了規(guī)范,為建筑詳細(xì)功能設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。
安全性原則是土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要前提,如果建筑結(jié)構(gòu)存在安全風(fēng)險(xiǎn),可能帶來(lái)不可估量的影響和損失[4]。安全性設(shè)計(jì)要點(diǎn)的核心是滿(mǎn)足工程力學(xué)極限值指標(biāo),建筑能夠在極限指標(biāo)范圍內(nèi)保持足夠的穩(wěn)定性。例如,在房屋建筑工程中,承重墻是支撐建筑重量的主要結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)階段必須確定承重墻上層建筑的整體質(zhì)量和后續(xù)使用過(guò)程中可能增加的質(zhì)量,確定最大承重指標(biāo)后進(jìn)行設(shè)計(jì),并預(yù)留一定的承重空間。建筑結(jié)構(gòu)安全性直接關(guān)系到建筑使用者及周邊人群的生命健康安全,如果設(shè)計(jì)過(guò)程中忽視了相關(guān)安全指標(biāo),可能導(dǎo)致建筑的整體安全性降低,埋下一定的安全隱患。此外,安全性設(shè)計(jì)要點(diǎn)也要求設(shè)計(jì)人員能夠充分考慮到建筑投入使用后可能面對(duì)的安全風(fēng)險(xiǎn),如果這些安全風(fēng)險(xiǎn)要素出現(xiàn),建筑能否保持足夠的穩(wěn)定性,如地震、火災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等,雖然自然災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和影響范圍無(wú)法預(yù)測(cè),但是也要確保建筑在一般自然災(zāi)害發(fā)生后依然保持足夠的穩(wěn)定性。
經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要點(diǎn)關(guān)系到業(yè)主方和施工方的經(jīng)濟(jì)效果,如果設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)成本投入控制不到位,可能影響到建筑的經(jīng)濟(jì)效益。在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮到應(yīng)用不同技術(shù)需要投入的成本,例如施工周期長(zhǎng)短、施工材料投入、施工人員成本等對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響[5]。影響土木工程建筑經(jīng)濟(jì)效益的因素眾多,如果在設(shè)計(jì)階段缺乏綜合思考,可能導(dǎo)致建筑施工成本增加,從而影響建筑的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要點(diǎn)也要求設(shè)計(jì)人員能夠思考使用相關(guān)施工技術(shù)過(guò)程中可能出現(xiàn)的技術(shù)性問(wèn)題,這些問(wèn)題可能對(duì)施工進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生影響,從而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。如果企業(yè)在土木工程施工中獲得的經(jīng)濟(jì)效益不夠理想,必然對(duì)企業(yè)的發(fā)展造成影響,而且施工單位可能因?yàn)槌杀就度脒^(guò)大出現(xiàn)違約的情況。此外,還需要考慮到工程項(xiàng)目后期維護(hù)成本投入問(wèn)題,如果維護(hù)成本較高,也會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響土木工程質(zhì)量。
我國(guó)土木工程行業(yè)發(fā)展快速,各類(lèi)大型的土木建筑不斷出現(xiàn)在各地,從這些項(xiàng)目的施工情況來(lái)看,結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題較為突出,許多項(xiàng)目由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題出現(xiàn)設(shè)計(jì)方案變更的情況,導(dǎo)致施工進(jìn)度和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到影響。目前我國(guó)土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要存在問(wèn)題有土木結(jié)構(gòu)缺乏完整性、土木結(jié)構(gòu)缺乏安全性和土木結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差大等問(wèn)題,這些問(wèn)題對(duì)土木工程安全和質(zhì)量產(chǎn)生了不利的影響。
土木結(jié)構(gòu)完整性是反映建筑安全性的重要指標(biāo),如果土木結(jié)構(gòu)完整性不足,可能對(duì)建筑安全性帶來(lái)影響[6]。部分設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)土木結(jié)構(gòu)時(shí)忽視了細(xì)微部分設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的重要性,從而導(dǎo)致土木結(jié)構(gòu)完整性受到影響。例如,設(shè)計(jì)樁基結(jié)構(gòu)時(shí),忽視了樁基結(jié)構(gòu)抗腐蝕性的重要性,未結(jié)合當(dāng)?shù)厮疁貤l件特點(diǎn)設(shè)計(jì)樁基結(jié)構(gòu),因此樁基在使用過(guò)程中受到腐蝕,從而增加了安全風(fēng)險(xiǎn)??刂仆聊窘Y(jié)構(gòu)完整性的前提條件是確保相關(guān)結(jié)構(gòu)能夠在特定的環(huán)境下保持足夠的穩(wěn)定性,如果其穩(wěn)定性達(dá)不到基本安全等級(jí)要求,必然對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量造成影響。還有一些設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)未能考慮相關(guān)結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn),忽視了次要功能。例如,擋土墻設(shè)計(jì)時(shí),如果未設(shè)置排水孔或排水孔設(shè)置不當(dāng),不能有效濾除土中的水分,就會(huì)增加擋土墻的水平推力,對(duì)擋土墻的穩(wěn)定性造成不利的影響。由此可見(jiàn),完整性是土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素,如果完整性得不到滿(mǎn)足,土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果將會(huì)受到影響,其對(duì)于土木工程行業(yè)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生不利影響,同時(shí)可能影響建筑質(zhì)量。
安全性問(wèn)題一直都是影響土木行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素,目前很多設(shè)計(jì)方案都存在著安全風(fēng)險(xiǎn)。例如,設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)時(shí),對(duì)工程中結(jié)構(gòu)極限能力的控制效果不夠理想,未留出足夠的拓展空間,導(dǎo)致房屋建筑的安全等級(jí)降低。安全性是土木建筑得以穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,如果相關(guān)結(jié)構(gòu)的安全性得不到有效保障,建筑在投入使用后安全風(fēng)險(xiǎn)可能持續(xù)增大,嚴(yán)重時(shí)帶來(lái)不良的社會(huì)影響。再如,一些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)輕鋼雨篷構(gòu)件時(shí)對(duì)其受力特點(diǎn)的分析不夠全面,未與主體結(jié)構(gòu)可靠拉結(jié),在長(zhǎng)期的過(guò)載壓力作用下輕鋼雨篷等鋼構(gòu)件出現(xiàn)故障,起不到遮風(fēng)擋雨的效果,帶來(lái)了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。從既往的安全事故案例成因分析可以看出,很多安全事故都是由于設(shè)計(jì)階段對(duì)于相關(guān)結(jié)構(gòu)的安全性考慮不夠到位,在土木建筑投入使用后,一些潛在的安全隱患不斷升級(jí),并演化為嚴(yán)重的安全事故。想要保障土木建筑結(jié)構(gòu)安全性,必須在設(shè)計(jì)階段全面考慮各種影響安全的因素,并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,提升土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,并按規(guī)范要求進(jìn)行檢修維護(hù),確保其能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行,使其更好地發(fā)揮自身作用。
結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的主要因素,如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)誤差較大,施工工程安全和質(zhì)量將會(huì)受到影響。部分設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段未能得到嚴(yán)格準(zhǔn)確的工程勘察數(shù)據(jù),導(dǎo)致部分參數(shù)失真,設(shè)計(jì)階段應(yīng)用錯(cuò)誤參數(shù)設(shè)計(jì)土木結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致土木結(jié)構(gòu)質(zhì)量受到影響。例如,建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),勘察單位提供的抗浮設(shè)防水位不準(zhǔn)確或僅提供勘察期間的穩(wěn)定水位,抗浮設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)偏差較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用錯(cuò)誤參數(shù)導(dǎo)致抗浮結(jié)果出現(xiàn)較大偏差,如果施工單位按照此設(shè)計(jì)方案開(kāi)展施工,可能出現(xiàn)安全隱患。參數(shù)誤差問(wèn)題產(chǎn)生的另一個(gè)因素是設(shè)計(jì)人員未能結(jié)合施工項(xiàng)目所在區(qū)域的實(shí)際情況判斷周邊環(huán)境帶來(lái)的影響,其制定的設(shè)計(jì)方案較為理想化,而實(shí)際施工過(guò)程中施工單位需要面對(duì)的不可控因素較多,所以施工作業(yè)的實(shí)際情況與設(shè)計(jì)方案存在一定的差異,導(dǎo)致施工安全性受到影響。
土木工程行業(yè)的發(fā)展對(duì)于整個(gè)社會(huì)發(fā)展有著重要意義,為了進(jìn)一步地推動(dòng)土木工程行業(yè)發(fā)展,必須對(duì)土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足進(jìn)行優(yōu)化和改善,從而進(jìn)一步地保障設(shè)計(jì)施工作業(yè)的質(zhì)量。設(shè)計(jì)單位應(yīng)該結(jié)合常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行綜合思考,了解和掌握土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題形成的主要原因,通過(guò)多種針對(duì)性的解決措施解決相關(guān)問(wèn)題,從而更好地確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。本章主要研究了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的措施。
在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,信息化設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用有著突出的效果。設(shè)計(jì)單位應(yīng)引入信息化設(shè)計(jì)工具,利用信息化設(shè)計(jì)工具開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,從而提升土木結(jié)構(gòu)的完整性。例如,使用CAD繪圖工具,這種繪圖工具在設(shè)計(jì)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,利用計(jì)算機(jī)可以合理地調(diào)整參數(shù),能夠有效防止手繪方法計(jì)算錯(cuò)誤導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷。與此同時(shí),利用BIM工具能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模,通過(guò)觀(guān)察土木結(jié)構(gòu)模型對(duì)設(shè)計(jì)方案中存在不足的地方進(jìn)行修改,能夠避免施工單位將存在缺陷的設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于施工作業(yè)中。與此同時(shí),設(shè)計(jì)單位也應(yīng)該收集和總結(jié)以往設(shè)計(jì)案例中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的案例,分析設(shè)計(jì)方案的不足,在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能避免相關(guān)問(wèn)題出現(xiàn)。引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)能夠有效地保障設(shè)計(jì)方案的完整性,避免設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題對(duì)土木工程質(zhì)量造成影響,從而保障土木工程質(zhì)量。此外,設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù),應(yīng)這些技術(shù)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)土木工程設(shè)計(jì)工作中,不斷提升土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中存在的問(wèn)題發(fā)揮著有效作用,因此設(shè)計(jì)單位應(yīng)加大技術(shù)研發(fā)力度并不斷學(xué)習(xí)一些先進(jìn)的技術(shù),全面確保設(shè)計(jì)土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性。完整性原則是對(duì)土木設(shè)計(jì)工作的基本要求,如果完整性原則得不到體現(xiàn),土木結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量將會(huì)受到一定的影響,這也要求設(shè)計(jì)單位能夠從土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行分析和研究,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有效分析,在保障設(shè)計(jì)方案完整性的前提下應(yīng)用設(shè)計(jì)方案施工,保障土木施工的質(zhì)量。
安全性設(shè)計(jì)原則直接關(guān)系到土木工程項(xiàng)目安全性,因此必須加強(qiáng)安全設(shè)計(jì)管理工作。在安全性原則方面,必須從具體的設(shè)計(jì)角度入手,嚴(yán)格地控制各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。例如,設(shè)計(jì)橋梁樁基結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)考慮到樁基所處位置的水文變化情況、樁基的最大承重和自然環(huán)境變化等因素對(duì)其造成的影響,如果設(shè)計(jì)過(guò)程中忽視了某個(gè)因素,可能對(duì)樁基的安全性產(chǎn)生威脅。設(shè)計(jì)過(guò)程中也要考慮到土木結(jié)構(gòu)后期維護(hù)管理內(nèi)容,盡可能選擇便于維護(hù)管理的結(jié)構(gòu),這不僅可以降低維護(hù)管理工作的難度,而且也能保障維護(hù)管理的效果。很多土木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題都是由于設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)安全性要素考慮不夠全面導(dǎo)致的,如未能考慮到工程項(xiàng)目后續(xù)投入使用后環(huán)境因素變化對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響,所以隨著工程項(xiàng)目使用時(shí)間增加其安全性也受到了一定的影響。設(shè)計(jì)單位應(yīng)重新認(rèn)識(shí)安全性原則重要性,能夠?qū)⑺杏绊懲聊窘Y(jié)構(gòu)安全性的要素考慮全面,并在設(shè)計(jì)過(guò)程中融入安全理念,有效地保障設(shè)計(jì)方案的安全性。此外,應(yīng)用BIM工具可以對(duì)設(shè)計(jì)方案中存在安全隱患的內(nèi)容進(jìn)行分析,利用BIM系統(tǒng)演示功能可以模擬施工作業(yè)過(guò)程,如果設(shè)計(jì)方案存在安全隱患,演示系統(tǒng)能夠?qū)⑾嚓P(guān)隱患清晰地展示出來(lái),從而幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計(jì)方案,確保設(shè)計(jì)方案的安全性。設(shè)計(jì)單位需不斷地創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法,充分地考慮各項(xiàng)影響因素對(duì)設(shè)計(jì)方案安全性的影響,從而更好地確保設(shè)計(jì)方案的安全性。
管理工作也是影響土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要因素,針對(duì)目前設(shè)計(jì)人員技術(shù)性失誤問(wèn)題,必須通過(guò)管理工作進(jìn)行控制。在管理方法優(yōu)化方面,應(yīng)該明確各項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則,并詳細(xì)地記錄各個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程,有效地保障設(shè)計(jì)工作的有效性。在管理制度方面,必須對(duì)設(shè)計(jì)人員失誤行為提出具體的處罰措施,這是減少人員失誤的關(guān)鍵一環(huán),通過(guò)懲罰措施能夠使技術(shù)人員更好地規(guī)范自己的行為。在管理體系建設(shè)方面,應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理和遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)管理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行有效管理的目標(biāo)。管理工作優(yōu)化工作的開(kāi)展也應(yīng)立足于設(shè)計(jì)單位廣泛存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,制定更多有效的發(fā)展措施,使每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都能在具體的管理體系支撐下得到有效控制[7]。此外,設(shè)計(jì)單位也可以建設(shè)線(xiàn)上管理體系,設(shè)計(jì)工作全部在線(xiàn)上完成,管理人員能夠結(jié)合線(xiàn)上設(shè)計(jì)工作內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)工作存在問(wèn)題的地方進(jìn)行分析和研究,結(jié)合具體的問(wèn)題制定解決和調(diào)整措施,最大限度保障設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量。不斷地優(yōu)化管理工作,制定科學(xué)的管理方法和措施能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的有效控制,解決常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題,有效提升土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
總而言之,土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是影響設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵因素,針對(duì)土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)單位應(yīng)制定更多控制措施,通過(guò)這些措施使常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題得到有效地解決,從而推動(dòng)土木設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展。對(duì)土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行優(yōu)化和完整可以進(jìn)一步提升土木結(jié)構(gòu)的安全性和質(zhì)量,其對(duì)于我國(guó)土木行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著關(guān)鍵作用,作為土木設(shè)計(jì)行業(yè)中的一員,設(shè)計(jì)單位應(yīng)該立足于土木行業(yè)整體穩(wěn)定發(fā)展的角度思考這一問(wèn)題,結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程中常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究,制定更多優(yōu)化和調(diào)整的措施,從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的發(fā)展目標(biāo)。