议关于土木工程的结构设计和工程荷载

徐亚军

【摘 要】 随着我国土木工程事业的不断发展，研究其结构设计和工程荷载凸显出重要意义。本文首先对土木工程结构设计做了概述，分析了土木工程结构设计方法，探讨了土木工程结构设计中的问题，研究了优化土木工程结构设计和荷载的对策。

【关键词】 土木工程；结构设计；工程荷载

一、前言

土木工程的不断发展，对其结构设计和工程荷载提出了新的要求。在新的土木工程条件下，研究其结构设计和工程荷载能够更好地促进土木工程的良性发展，提升土木工程的建造水平。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

二、土木工程结构设计概述

土木工程结构的安全性能中，结构设计是保障。结构设计可行性、施工水平及合理科学的维护检查是衡量结构工程质量的三大重要标准，结构设计是土木工程安全性的决定性因素，施工水平和后期维护、检测都对土木工程的质量安全产生直接关系，三者既有联系又有区分。当前，我国建筑相关部门对土建结构工程设计虽有一定的文件支持与管理，但是相比国际同类标准还有很大差距。我国工程建设的总数量比较大，所以出现事故的数量相对就比较高，特别是我国又属于各种灾害比较多的国家，故因为土木工程结构设计水平低对我国造成的损失是相当大的。当下我国土木工程建设中的主要问题，就是结构工程建设牢固性欠缺，主要构建承载力达不到要求。土木建筑工程结构第一要义就是安全设计，科学合理的安全设计能够保证建筑局部出现问题也能够保证整体建筑的安全性，同时能够避免局部损伤出现连续性破坏。科学合理的安全设计是土木工程结构整体牢固性的必要条件，要想结构牢固，就必须在设计中充分考虑结构的延展性和必要的冗余度，经过科学验证的安全设计，能够在地震及爆炸等天灾人祸中保证工程的质量及使用寿命不减短。所以因为我国土木工程结构设计起步比较晚，发展比较慢，所以在实际的操作中有很多问题出现。

土木工程结构设计是关系到整个建筑的质量与安全的关键，特别是土木工程结构设计的安全性已经成为土木工程考虑的首要因素。在现代社会，建筑行业蒸蒸日上的发展对建筑质量与安全的要求越来越严格，所以，要保证土木工程的质量与安全，就必须要重视土木工程结构设计的重要性。其次，土木工程结构设计关系到施工单位施工水平的高低。土木工程结构设计是工程的前期准备，也是关键所在，前期设计工作质量不高，势必会会导致后期的施工过程不能顺利进行，严重的更会引起施工中的不安全事故的發生，威胁到施工人员的生命安全，并增加了建筑的成本，影响到整个建筑的质量水平。

三、对土木工程结构设计方法的分析

1.容许应力设计方法

容许应力设计方法是19世纪以后，Nayier提出的一种基于弹性理论的结构设计方法，这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，所有不确定因素，包括荷载和抗力等使用同一个系数来进行考虑；其次，材料橄限强度没有统一的准则；再次，安全系数凭经验确定；最后，不能考虑材料的塑性能力。

2.破损阶段设计方法

破损阶段设计方法是20世纪30年代，前苏联学者帕斯金尔纳克和格沃兹捷夫等人经研究，提出的基于按破损阶段的设计方法，这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，和容许应力设计方法一样所有不确定因素，都使用同一个系数来进行考虑；其次，安全系数也是完全凭经验确定；最后，该设计方法考虑了材料的塑性能力。

3.多系数极限状态设计方法

结构的极限状态是指结构能满足设计规定的某一功能要求的临界状况，超过这一状态结构或构件就不能满足设计的要求。其中结构的极限状态可以分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，明确了按不同极限状态进行设计，包括承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计；其次，荷载和抗力系数仍然是凭经验确定的；再次，部分荷载和材料强度的确定采用了统计的方法，对调查数据统计分析比较明确。

4.结构可靠度设计方法

随着以概率论为基础的可靠度理论的日益成熟；相关学者提出了基于构件可靠度设计的设计方法，这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，分不同极限状态进行设计，包括承载能力极限状态、正常使用极限状态和耐久性性极限状态；其次，荷载和抗力系数按照确定的目标概率标定；最后，荷载标准值采用数据统计方法，对相应的调查数据进行统计。

四、土木工程结构设计中的问题

1.结构设计的牢固性不够

土木工程结构建设时，若是结构设计的牢固性很差，必然会对工程结构的安全性造成非常大的影响。尽管工程结构的部分设计出现问题不会影响总体结构，但一旦发生地震、洪水、爆炸等事故，很可能导致建筑坍塌、损坏，比如唐山汶川地震时，就是因为房屋的破损倒塌造成了多人的伤亡。

2.承重柱和构造柱没能有效区分

在土木工程建设中，砖混结构建筑的构造柱与承重柱的配合可有效的防止产生墙体裂缝，提高房屋抗震水平。而设计人员在设计建筑结构的时候没有分清楚承重柱和构造柱，按照设计承重柱的方式设计构造柱，导致了日后建筑结构出现裂缝，引起建筑物倒塌等等。另外，设计承重柱时仅是为了方便计算承重柱受力就把截面面积设计的太小，更容易使结构柱和承重柱开裂。

3.忽略了环境因素的影响

除了工程结构建设中建筑结构本身的影响因素，还要考虑到很多外界因素：温度、湿度、酸碱度、化学腐蚀等等。尤其是建筑结构中常用到的钢筋混凝土，这些环境因素都会产生很不好的负面影响，存在很大的安全隐患。

五、优化土木工程结构设计和荷载的对策

1.结构设计方案的确定

以某楼房土木工程的结构设计为例，结构设计方案的内容包括框架结构选择、基础布置、结构措施等，具体方案内容如下：（1）框架结构由梁、柱构件组成，构件之间由节点进行连接，以承受竖向荷载和水平荷载的能力。如果是多层建筑，还要考虑水平风荷载的因素。（2）基础布置需要考虑工程现场的地质条件、水文条件、施工条件等。如果层数比较少，意味着上部结构荷载力不大，可选择独立基础的结构模式。如果层数比较多，则要采用综合基础的结构模式。

2.对于后续施工中遇到的问题，要及时修改结构设计

不是说设计人员在完成土木工程的设计稿就可以功成身退，这只是一个开始而已，在后续施工过程中，施工人员要与设计人员时刻保持联系，彼此互通消息。面对施工时出现的难题，施工人员应与设计人员沟通、讨论，解决问题或者修改设计方案，避免发生不必要的事故。修改设计不是对结构设计本身的否定，而是对于更完美地呈现出优秀的作品、华丽而安全的建筑的一种必需的付出。结构设计的不断修改，是不断提升的过程，我们必须正面对待修改设计方案，因为所做的一切都是为了确保土木工程结构设计的安全性，只有安全度高的建筑才能长久地屹立于大地上，并且将设计人员的名字永久流传。

3.逐渐提高土木工程结构设计的安全性

要保证施工质量与安全，必须首先从工程结构的设计着手，工程结构设计的安全性是施工过程保质保量的完成施工任务的重要保证。施工方可以在施工中严格监控工程的质量与安全，那么结构设计的安全性必须在设计的过程中得到保障。完善设计标准，严格按照工程规定的安全规章制度进行结构设计工作，并且加强学习借鉴国外先进的技术经验，争取靠近并达到国际安全等级的水平。

六、结束语

通过对土木工程的结构设计和工程荷载的相关研究，我们可以发现，作为土木工程设计的重点环节，结构设计和工程荷载应该被赋予更多的关注。有关人员应从土木工程的客观实际出发，研究制定最为切实可行的结构设计与荷载方案。

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