徐亞軍

【摘 要】 隨著我國土木工程事業(yè)的不斷發(fā)展，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程荷載凸顯出重要意義。本文首先對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計做了概述，分析了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，探討了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題，研究了優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和荷載的對策。

【關(guān)鍵詞】 土木工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；工程荷載

一、前言

土木工程的不斷發(fā)展，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程荷載提出了新的要求。在新的土木工程條件下，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程荷載能夠更好地促進土木工程的良性發(fā)展，提升土木工程的建造水平。本文從概述相關(guān)內(nèi)容著手本課題的研究。

二、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

土木工程結(jié)構(gòu)的安全性能中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是保障。結(jié)構(gòu)設(shè)計可行性、施工水平及合理科學的維護檢查是衡量結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的三大重要標準，結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程安全性的決定性因素，施工水平和后期維護、檢測都對土木工程的質(zhì)量安全產(chǎn)生直接關(guān)系，三者既有聯(lián)系又有區(qū)分。當前，我國建筑相關(guān)部門對土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計雖有一定的文件支持與管理，但是相比國際同類標準還有很大差距。我國工程建設(shè)的總數(shù)量比較大，所以出現(xiàn)事故的數(shù)量相對就比較高，特別是我國又屬于各種災害比較多的國家，故因為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計水平低對我國造成的損失是相當大的。當下我國土木工程建設(shè)中的主要問題，就是結(jié)構(gòu)工程建設(shè)牢固性欠缺，主要構(gòu)建承載力達不到要求。土木建筑工程結(jié)構(gòu)第一要義就是安全設(shè)計，科學合理的安全設(shè)計能夠保證建筑局部出現(xiàn)問題也能夠保證整體建筑的安全性，同時能夠避免局部損傷出現(xiàn)連續(xù)性破壞。科學合理的安全設(shè)計是土木工程結(jié)構(gòu)整體牢固性的必要條件，要想結(jié)構(gòu)牢固，就必須在設(shè)計中充分考慮結(jié)構(gòu)的延展性和必要的冗余度，經(jīng)過科學驗證的安全設(shè)計，能夠在地震及爆炸等天災人禍中保證工程的質(zhì)量及使用壽命不減短。所以因為我國土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計起步比較晚，發(fā)展比較慢，所以在實際的操作中有很多問題出現(xiàn)。

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計是關(guān)系到整個建筑的質(zhì)量與安全的關(guān)鍵，特別是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性已經(jīng)成為土木工程考慮的首要因素。在現(xiàn)代社會，建筑行業(yè)蒸蒸日上的發(fā)展對建筑質(zhì)量與安全的要求越來越嚴格，所以，要保證土木工程的質(zhì)量與安全，就必須要重視土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性。其次，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到施工單位施工水平的高低。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計是工程的前期準備，也是關(guān)鍵所在，前期設(shè)計工作質(zhì)量不高，勢必會會導致后期的施工過程不能順利進行，嚴重的更會引起施工中的不安全事故的發(fā)生，威脅到施工人員的生命安全，并增加了建筑的成本，影響到整個建筑的質(zhì)量水平。

三、對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的分析

1.容許應(yīng)力設(shè)計方法

容許應(yīng)力設(shè)計方法是19世紀以后，Nayier提出的一種基于彈性理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，這種設(shè)計方法具有如下幾個方面的特點：首先，所有不確定因素，包括荷載和抗力等使用同一個系數(shù)來進行考慮；其次，材料橄限強度沒有統(tǒng)一的準則；再次，安全系數(shù)憑經(jīng)驗確定；最后，不能考慮材料的塑性能力。

2.破損階段設(shè)計方法

破損階段設(shè)計方法是20世紀30年代，前蘇聯(lián)學者帕斯金爾納克和格沃茲捷夫等人經(jīng)研究，提出的基于按破損階段的設(shè)計方法，這種設(shè)計方法具有如下幾個方面的特點：首先，和容許應(yīng)力設(shè)計方法一樣所有不確定因素，都使用同一個系數(shù)來進行考慮；其次，安全系數(shù)也是完全憑經(jīng)驗確定；最后，該設(shè)計方法考慮了材料的塑性能力。

3.多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計方法

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求的臨界狀況，超過這一狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足設(shè)計的要求。其中結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可以分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。這種設(shè)計方法具有如下幾個方面的特點：首先，明確了按不同極限狀態(tài)進行設(shè)計，包括承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計；其次，荷載和抗力系數(shù)仍然是憑經(jīng)驗確定的；再次，部分荷載和材料強度的確定采用了統(tǒng)計的方法，對調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析比較明確。

4.結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計方法

隨著以概率論為基礎(chǔ)的可靠度理論的日益成熟；相關(guān)學者提出了基于構(gòu)件可靠度設(shè)計的設(shè)計方法，這種設(shè)計方法具有如下幾個方面的特點：首先，分不同極限狀態(tài)進行設(shè)計，包括承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)和耐久性性極限狀態(tài)；其次，荷載和抗力系數(shù)按照確定的目標概率標定；最后，荷載標準值采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，對相應(yīng)的調(diào)查數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

四、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計的牢固性不夠

土木工程結(jié)構(gòu)建設(shè)時，若是結(jié)構(gòu)設(shè)計的牢固性很差，必然會對工程結(jié)構(gòu)的安全性造成非常大的影響。盡管工程結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計出現(xiàn)問題不會影響總體結(jié)構(gòu)，但一旦發(fā)生地震、洪水、爆炸等事故，很可能導致建筑坍塌、損壞，比如唐山汶川地震時，就是因為房屋的破損倒塌造成了多人的傷亡。

2.承重柱和構(gòu)造柱沒能有效區(qū)分

在土木工程建設(shè)中，磚混結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)造柱與承重柱的配合可有效的防止產(chǎn)生墻體裂縫，提高房屋抗震水平。而設(shè)計人員在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的時候沒有分清楚承重柱和構(gòu)造柱，按照設(shè)計承重柱的方式設(shè)計構(gòu)造柱，導致了日后建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，引起建筑物倒塌等等。另外，設(shè)計承重柱時僅是為了方便計算承重柱受力就把截面面積設(shè)計的太小，更容易使結(jié)構(gòu)柱和承重柱開裂。

3.忽略了環(huán)境因素的影響

除了工程結(jié)構(gòu)建設(shè)中建筑結(jié)構(gòu)本身的影響因素，還要考慮到很多外界因素：溫度、濕度、酸堿度、化學腐蝕等等。尤其是建筑結(jié)構(gòu)中常用到的鋼筋混凝土，這些環(huán)境因素都會產(chǎn)生很不好的負面影響，存在很大的安全隱患。

五、優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和荷載的對策

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定

以某樓房土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的內(nèi)容包括框架結(jié)構(gòu)選擇、基礎(chǔ)布置、結(jié)構(gòu)措施等，具體方案內(nèi)容如下：（1）框架結(jié)構(gòu)由梁、柱構(gòu)件組成，構(gòu)件之間由節(jié)點進行連接，以承受豎向荷載和水平荷載的能力。如果是多層建筑，還要考慮水平風荷載的因素。（2）基礎(chǔ)布置需要考慮工程現(xiàn)場的地質(zhì)條件、水文條件、施工條件等。如果層數(shù)比較少，意味著上部結(jié)構(gòu)荷載力不大，可選擇獨立基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)模式。如果層數(shù)比較多，則要采用綜合基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)模式。

2.對于后續(xù)施工中遇到的問題，要及時修改結(jié)構(gòu)設(shè)計

不是說設(shè)計人員在完成土木工程的設(shè)計稿就可以功成身退，這只是一個開始而已，在后續(xù)施工過程中，施工人員要與設(shè)計人員時刻保持聯(lián)系，彼此互通消息。面對施工時出現(xiàn)的難題，施工人員應(yīng)與設(shè)計人員溝通、討論，解決問題或者修改設(shè)計方案，避免發(fā)生不必要的事故。修改設(shè)計不是對結(jié)構(gòu)設(shè)計本身的否定，而是對于更完美地呈現(xiàn)出優(yōu)秀的作品、華麗而安全的建筑的一種必需的付出。結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷修改，是不斷提升的過程，我們必須正面對待修改設(shè)計方案，因為所做的一切都是為了確保土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，只有安全度高的建筑才能長久地屹立于大地上，并且將設(shè)計人員的名字永久流傳。

3.逐漸提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性

要保證施工質(zhì)量與安全，必須首先從工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計著手，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性是施工過程保質(zhì)保量的完成施工任務(wù)的重要保證。施工方可以在施工中嚴格監(jiān)控工程的質(zhì)量與安全，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性必須在設(shè)計的過程中得到保障。完善設(shè)計標準，嚴格按照工程規(guī)定的安全規(guī)章制度進行結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，并且加強學習借鑒國外先進的技術(shù)經(jīng)驗，爭取靠近并達到國際安全等級的水平。

六、結(jié)束語

通過對土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程荷載的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，作為土木工程設(shè)計的重點環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程荷載應(yīng)該被賦予更多的關(guān)注。有關(guān)人員應(yīng)從土木工程的客觀實際出發(fā)，研究制定最為切實可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計與荷載方案。

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