李士杰

摘要： 本文以土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為論述對(duì)象，以設(shè)計(jì)過(guò)程存在問(wèn)題為論述手段，以強(qiáng)化設(shè)計(jì)措施為論述目的，以此展開(kāi)技術(shù)分析。

關(guān)鍵詞： 土木工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)化措施

引言：安全性與耐久性乃當(dāng)代土木建筑工程需遵循的兩大原則，其與土木工程設(shè)計(jì)具有十分密切的關(guān)聯(lián)，當(dāng)土木工程設(shè)計(jì)不夠規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)時(shí)，土木建筑工程的安全性與耐久性勢(shì)必將受到折損。透過(guò)相關(guān)現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)我國(guó)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍存在一系列亟待完善的問(wèn)題。為此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)細(xì)致地剖析現(xiàn)存問(wèn)題，并透過(guò)現(xiàn)象窺見(jiàn)問(wèn)題本質(zhì)，從而采取可行有效的解決對(duì)策。

1 關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)述

現(xiàn)代土木工程指利用各種施工機(jī)械進(jìn)行勘察、施工的活動(dòng)，其又可以被理解為因人類需求而開(kāi)展的設(shè)施建造。隨著民眾生活水平的逐步提升，其對(duì)于建筑功能有了更為嚴(yán)苛的要求，普通的土木工程建筑儼然已難以滿足民眾的生活需求。鑒于此，建筑設(shè)計(jì)方則需借助更為科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案來(lái)滿足民眾的需要。一般而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作會(huì)先于土木施工工作，其對(duì)于土木建筑工程具有一定的指導(dǎo)作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)合理時(shí)，后續(xù)的工程環(huán)節(jié)則將受到嚴(yán)重影響，建筑的使用安全也得不到完全保障。因此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)始終對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保持高度謹(jǐn)慎的態(tài)度，力求徹底完善不合理的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，從而確保建筑的安全性與穩(wěn)固性并推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)牢固性差

土木工程整體的安全性在很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)的牢固性，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在工程設(shè)計(jì)中已逐漸發(fā)展為普遍性問(wèn)題。一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的局部破壞雖然不至于結(jié)構(gòu)物整體崩塌，但在火災(zāi)、地震以及其他自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，便會(huì)嚴(yán)峻考驗(yàn)著結(jié)構(gòu)的冗余度設(shè)計(jì)。例如基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)若未對(duì)地基承載力和沉降量、沉降差進(jìn)行充分考慮，那么建筑整體結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)因沉降而出現(xiàn)開(kāi)裂與失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.2 構(gòu)造柱與承重柱的區(qū)分問(wèn)題

設(shè)計(jì)合理的構(gòu)造柱與梁可有效避免墻體發(fā)生裂縫，進(jìn)而確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能表現(xiàn)優(yōu)越。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，部分設(shè)計(jì)人員混淆構(gòu)造柱與承重柱，將二者類似于同一原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，致使建筑結(jié)構(gòu)因構(gòu)造柱缺乏基礎(chǔ)而影響其抗震能力，最終反應(yīng)為結(jié)構(gòu)裂縫、沉降甚至倒塌等病害發(fā)生。另外，設(shè)計(jì)過(guò)程中有時(shí)為了方便對(duì)承重柱的受力情況進(jìn)行分析，則會(huì)縮小其截面面積，如此一來(lái)當(dāng)有外力作用時(shí)，柱體與梁極易發(fā)生開(kāi)裂破壞[1]。

2.3 忽略環(huán)境影響因素

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除穩(wěn)定性與耐久性外，同時(shí)還需考慮外部環(huán)境（如土質(zhì)結(jié)構(gòu)、空氣溫度與濕度等）對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，但是基于現(xiàn)實(shí)情況的分析，環(huán)境因素通常不受重視且忽于考慮，進(jìn)而對(duì)工程結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響，致使建筑物因結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而降低其安全性。

3 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)化措施

3.1 選擇設(shè)計(jì)方案

框架結(jié)構(gòu)的選擇、基礎(chǔ)布置等是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的基本內(nèi)容，梁、柱等構(gòu)件組成了框架結(jié)構(gòu)，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接，可有效承受豎向、水平荷載力，對(duì)于多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定，還要將水平風(fēng)荷載考慮進(jìn)去；基礎(chǔ)布置時(shí)，要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、水文及施工條件，低層建筑可選擇獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式，多層建筑則要選擇綜合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式；結(jié)構(gòu)措施要根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求實(shí)施，采取可行措施，加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，選擇符合設(shè)計(jì)要求的配筋構(gòu)件。

3.2 確定構(gòu)件截面尺寸

土木工程需要嚴(yán)格控制截面尺寸的構(gòu)件，其主要有柱尺寸、梁尺寸、板尺寸三種，具體確定方法如下：

3.2.1 柱尺寸。土木工程的結(jié)構(gòu)主體柱截面一般都相同，因此可以估算中柱的截面尺寸，然后估算出整個(gè)結(jié)構(gòu)恒荷載的標(biāo)準(zhǔn)值、活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值和柱軸力的設(shè)計(jì)值等；

3.2.2 梁尺寸。以柱距為標(biāo)桿。如果柱距相同，則表示邊跨梁、中跨梁、邊柱聯(lián)系梁、中柱聯(lián)系梁等的截面尺寸一致；

3.2.3 板尺寸。需要考慮限制板的撓度、裂縫寬度等因素對(duì)鋪設(shè)在板內(nèi)管線的影響。

3.3 內(nèi)力組合設(shè)計(jì)

作為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震性能控制的關(guān)鍵點(diǎn)，內(nèi)力組合需在調(diào)整結(jié)構(gòu)抗震系數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)框架梁內(nèi)力進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

3.3.1 承載力抗震系數(shù)調(diào)整。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)有抗震要求時(shí)，其所用材料的強(qiáng)度值應(yīng)大于沒(méi)有抗震要求的情況，若在抗震結(jié)構(gòu)中采用非抗震材料進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)，則需實(shí)時(shí)調(diào)整承載力抗震系數(shù)。通過(guò)對(duì)綜合調(diào)整受彎梁、偏壓柱及受剪等系數(shù)，可使結(jié)構(gòu)的承載能力得到有效提升。

3.3.2 框架梁的內(nèi)力組合。一般情況下，多采用梁端和跨中的方式來(lái)控制梁體承載力的設(shè)計(jì)截面。當(dāng)考慮地震作用組合時(shí)，截面控制除需利用梁端負(fù)彎矩與剪力進(jìn)行設(shè)計(jì)外，同時(shí)還需對(duì)梁端的正彎矩進(jìn)行組合。例如對(duì)于正在使用的工程結(jié)構(gòu)，其極有可能遭受不同可變荷載的同時(shí)作用，此時(shí)為了減少結(jié)構(gòu)的不利效應(yīng)，對(duì)可變荷載效應(yīng)組合可取值1.2，永久荷載效應(yīng)組合可取值1.35；而當(dāng)作用效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利時(shí)，效應(yīng)取值則可為1.0，滑移、漂移、與傾覆等取值為0.9。

3.3.3 跨間彎矩計(jì)算?；诨钶d與恒載的共同作用，可對(duì)結(jié)構(gòu)跨間彎矩近似取值，同時(shí)以支座彎矩的調(diào)幅與平衡條件為依據(jù)可將相應(yīng)荷載計(jì)算得出。在此過(guò)程中，地震力組合、梁端左右彎矩與豎向荷載為計(jì)算過(guò)程主要考慮的因素[2]。

3.4 板設(shè)計(jì)與配筋

在對(duì)板及配筋設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要分析因素為板邊尺寸的長(zhǎng)寬比ω。當(dāng)ω<2時(shí)，設(shè)計(jì)則宜采用雙向板形式進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)2≤ω<3時(shí)，那么則可以短邊方向?yàn)橐罁?jù)以單向板形式進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)于長(zhǎng)邊位置布置充足的構(gòu)造鋼筋。依據(jù)工程結(jié)構(gòu)板的實(shí)際大小，可靈活采用彈性模型計(jì)算；對(duì)于連續(xù)雙向板跨中最大彎矩的計(jì)算，應(yīng)以荷載分布的實(shí)際情況為依據(jù)分解滿布荷載與合理布置間距。通常情況下，在支承中間柱的位置處，對(duì)格板應(yīng)加以固定，同時(shí)結(jié)合具體的支承情況，將各個(gè)區(qū)域格板的彎矩計(jì)算而出，最后通過(guò)所得彎矩的疊加，便可獲得位于跨中的最大彎矩[3]。

3.5 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全問(wèn)題

隨著建筑設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變和我國(guó)民眾安全意識(shí)的提升，安全問(wèn)題儼然成為了當(dāng)代建筑工程中的首要問(wèn)題。在進(jìn)行土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)極力消除安全隱患，從而全面提升建筑的整體安全性。首先，為保證施工安全與質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員務(wù)必從工程結(jié)構(gòu)入手，欲確保施工方可順利實(shí)施質(zhì)量與安全監(jiān)控，設(shè)計(jì)方則必須為施工方提供安全可行的設(shè)計(jì)方案。為此，相關(guān)管理人員需不斷細(xì)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并參照工程實(shí)際開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。上文中提到，國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較國(guó)內(nèi)而言相對(duì)嚴(yán)苛，因此，施工單位可引入國(guó)外領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性詳加論證，以提升土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。

3.6 保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性

土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性的片面管理、可靠度的偏重管理、耐久性的部分管理都反映出了土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中整體觀念的缺失，由于這一疏忽而加劇的安全隱患較為突出[4]。為此，在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)時(shí)刻將整體性置于首要位置，力求細(xì)致分析所有的工程細(xì)節(jié)，從而避免“蝴蝶效應(yīng)”的出現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)：

基于以上論述，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的任務(wù)，其過(guò)程只有依據(jù)規(guī)范實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，方能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)使用性能與使用壽命的多元化發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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