试析土木工程结构设计中的安全性与经济性

张福平

【摘 要】随着社会经济的快速发展，建筑行业也得到了快速的发展。在我国现阶段，土木工程建筑中企业的主要目标是提高建筑的安全性能，降低企业的建筑成本。土木工程事故发生以后，给人们的生活和经济都造成了巨大的损失。现阶段按照国家规定，土木工程项目是终身责任制的，但是很多设计者在进行设计工作的时候，并没有对结构安全设计给予足够的重视，所以给人们的生活、财产和生命安全都带来了极大的隐患。基于此，本文就土木工程结构设计中的安全性与经济性进行分析与研究。

【关键词】土木工程；结构设计；安全性；经济性

一、土木工程结构设计中存在的问题

（一）土木工程设计结构的牢固性较差

土木工程安全性的首要任务就是保证结构的牢固性，因为它是决定建筑是否安全的决定因素。

我国土木工程的的牢固性问题是目前土木工程设计的最大欠缺。牢固性，即如果建筑工程局部出现损坏时，不至于导致整体的破坏。比如：当发生地震、火灾、爆炸或其他人为事故等重大灾害时，只有结构设计中的延性和冗余度的设计优良，同时还要结合地质情况和土质承载能力，对土木工程的设计进行论证，才能保证建筑损坏降低到最小。而现阶段我国土木工程设计在此方面设计不够完善，从而造成的大范围的损坏、倒塌事故，伤亡较多，如：汶川地震時众多房屋倒塌所带来的血淋淋的教训，提醒我们土木工程的牢固性极其重要。

（二）土木工程设计结构规范的安全设置较国外低

我国土木工程的安全规范存在许多漏洞，权威性较低，约束力较差，所以导致我国土木工程的质量普遍不如国外，很多国外的百年老楼质量依旧很好，仍在正常使用，而我国很多的土木工程质量令人堪忧，甚至有的建筑使用不到十年，已开始出现墙壁开裂、变形等等现象。造成这些现象的原因之一是我国土木工程的结构规范安全设置低于国外的规范。比如：我国的荷载标准值低于国外水平。如：我国办公楼楼板承受的活荷载是200Kg/m2，而美国是240Kg/m2，英国是250Kg/m2。这样施工出来的建筑质量必然低于国外水平。类似的规范中各种安全设置值低于国外，导致了工程质量不如国外的水平。

（三）设计中混淆构造柱和承重柱造成事故

在土木工程设计中，有些设计会将构造柱和承重柱混淆，影响了工程的牢固性，从而造成事故的发生。构造柱是在砖混结构的建筑中，与梁配合，可以防止墙壁的裂缝，有助于提高房屋的抗震能力。但是，如果设计人员将构造柱当成承重墙使用，当遇到地震等剧烈震动时，因为构造柱不如承重柱的强度，而且构造柱不设基础，抵抗不住地震的力量，从而遭到破坏，出现裂缝、沉降，最终导致房屋的倒塌。因此，设计人员必须认真区分构造柱和承重柱，以防止悲剧发生。

（四）承重柱截面积设计过小

设计人员在设计抗震烈度要求不高的地区的建筑时，会将承重柱截面积设计过小，这样更方便分析受力。但是这样做的时候，往往会在有外力作用时，导致柱和梁开裂的现象，从而降低了建筑的使用寿命。如果出现地震等强大作用力下，房屋就有可能倒塌，造成人员伤亡。

二、土木工程结构设计的安全性与经济性

（一）确保设计的安全性

1.从管理上保证设计的安全性。选择资质等级高、实力强、管理先进的设计单位。这样的单位往往掌握最先进的设计理论及设计方法，拥有最先进的设计设备，其设计人员素质较高，设计经验比较丰富，其设计成果质量往往也很高。

2.加强理论学习，熟练掌握设计计算理论及方法，提高设计素质。设计人员对设计理论、设计方法的掌握程度直接影响设计质量。而且，钢筋混凝土是一种较新的建筑材料，人们对它的认识还处在不断完善的过程中，钢筋混凝土结构设计计算理论不断发展，结构形式不断推陈出新，设计规范也不断修改完善。设计人员既要熟练掌握现有的设计理论及方法，又要不断更新自己的知识体系，使自己始终处在本专业知识的前沿。綦江桥拉杆钢绞线的锚固采用锥形夹片锚具，并采用用小锤向内敲打夹片的施工工艺，这是明显的设计错误。

3.设计计算不漏项。一般来说，设计者考虑到的设计计算项目都能满足安全要求。对几起设计事故的分析表明，设计事故多数是由设计者疏忽而漏掉某个项目引起的。长春某设计院设计的一座中桥，在正式通车前几个盖梁就出现了裂缝。核查设计资料发现，原设计没进行裂缝宽度验算，而核算结果恰是裂缝宽度超限。

4.在设计文件上对一些细节要详加说明。由于施工人员素质差异很大，设计者应该本着吃苦耐劳、严谨细致的态度对某些细节详加说明。比如，设计文献上一般不对钢筋接头进行说明，而一批钢筋的长度又都相同，施工素质低的施工人员往往将钢筋在同一构件断面上接长（如宁波斜拉桥箱梁底板非预应力筋），这就违反了规范上关于同一断面钢筋接头根数不超过总根数的50%的规定（焊接）。所以设计者在设计文件上的一句强调说明，就可能避免一次重大施工事故。

5.跟踪施工，发现问题及时修改设计。设计文件审核实施后，设计单位与施工单位要保持联系，甚至派专人在现场监督指导施工，及时纠正施工人员的理解错误，对发现的问题要及时核对设计，发现错误及时改正。对施工人员提出的建议，要给以足够的重视。綦江桥垮塌前有人听到异响；宁波斜拉桥现场技术人员多次提出质疑和建议，都未得到足够重视。

（二）结构设计的经济性

1.从管理方面促进设计的经济性。通过招投标，并对设计方案进行评比、论证。

在确保安全的基础上，重点考察经济性，兼顾美观等，优中选优。这样会促使设计单位尽可能拿出最经济的设计方案，为国家节约开支。

2.不要一味采用标准图。采用标准图能大大降低设计工作量，加快设计进度，减少设计错误。但由于没经过计算，为保证安全，只好采用高标准系列。所以，采用标准图一般都比较保守。对小工程来说，设计工作量占总工程量的比例较高，计算设计压缩费用较小；另外，可利用标准模具，施工人员对标准件的施工熟练程度较高，施工进度会较快，所以，适当使用标准构件比较经济；而对大中型工程则不同，大中型结构构件的体积大，数量多，一点小小优化就可能使造价大大降低。所以，设计人员应有吃苦耐劳的精神，对可能压缩费用的地方进行仔细核算，在保证安全的基础上，争取拿出最经济的设计方案。

3.注意减少多参数设计时的安全累积。钢筋混凝土结构构件设计是个多因素问题，涉及材料选择、截面形状、尺寸、钢筋用量、合理布置等，所以，对于同一荷载，设计结果并不惟一，但必须满足构造和强度要求。在此基础上，应该使构件美观经济。

4.构件的初步设计由承载能力极限状态控制，即荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应设计值，写成公式：

显然，由方程只能确定一个参数，且由等式确定的值最经济，我们可以把它称为必要值，而实际采用值要使构件抗力效应有所增加（或在允许误差范围内有所减小），称它为实值。多参数设计时，往往利用常用比例关系用一个参数表示其他参数，然后用上述方程求此参数的必要值，而其他参数的必要值应该由此参数的必要值求得，而不应该由实值求得。如果用实值求，则会造成浪费（抗力增强时）或不安全（抗力减弱时）。

5.协调相关部门关系，克服本位主义，以大局为重。一個工程往往与其他单位发生关系，比如提供数据、拆迁等。如果这些单位能以大局为重，积极配合，将大大减少工程费用。否则不仅会延误工期、增加工程费用，甚至直接造成设计的过度保守。比如，桥孔设计需要水文资料，而水文站向设计单位提供水文资料从无偿提供到有偿提供再到现在的有偿也不提供原始资料（保密）。设计单位要么利用水文站的计算结果，要么类比设计。水文站的计算结果往往非常保守，而类比设计也只能趋于保守。这会使设计费用以及工程造价大幅提高。

结束语

在进行建筑工程的结构设计时，坚持安全第一的原则，以安全促进企业的发展，保证建筑设计和施工的经济性。以建筑物的安全性为基础前提，节省成本，减轻企业的经济负担。提高设计人员的专业知识和能力，遵守安全设计规范，提高安全质量的识别能力，积累经验，确保每一个建筑设计结构安全。

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