浅谈土木工程结构设计中的安全性与经济性

黄樊薇 孙远亮 李国钰 杜金锁

摘要：土木工程结构设计的安全性与经济性一直是业内人士关注的问题，这关系到工程安全与经济的平衡，更是国家法律法规的目的。所以，国家制定完善相关的设计标准，为土木工程结构设计提供一个良好的平台，与此同时，将工程与新技术理论的结合，提高土木结构设计的安全性、耐久性、经济性，是土木工程结构设计日后的发展方向。另外，加强土木工程结构设计的管理也是保证其工程的安全性与经济性的重要措施。

关键字：土木工程 结构设计 安全性经济性

中图分类号：C35文献标识码： A

一、土木工程结构设计的现状

（一）、工程结构设计目标的模糊性

工程结构设计在经济角度方面的分析主要是指把工程结构安全和工程结构经济两个方面密切配合以达到平衡的过程。从这一角度分析，工程结构设计的关键在于：在保证工程结构稳定与可靠的前提下，尽量减少经济支出，为了达到工程结构设计这个目标，在实际工作中通常采取的方式是降低工程结构造价，但是这种方式下所实现的经济效益大都是短期的，同时，如果只是一味的控制工程结构设计的造价开支，就会对工程结构的安全造成影响。 根据这一情况，相关人员研究出在工程结构设计中要使经济效益最大就必须满足的一个公式：结构造价（x）＋维护及使用经济损失期望值（x）→min＝设计目标（x），对这一函数关系进行研究就会发现：因为维护及使用经济损失期望值与整个工程结构使用周期内所涉及的破坏因素有着直接的联系，比如，火灾、地震等外在因素，这些因素因为没有规律性，这也就使得结构设计目标具有模糊性的特征。

（二）、工程结构设计场地分类的模糊性

实践证明，场地的类别及其分类大多取决于地面运动所对应的卓越周期参数，虽然在场地类型没有确定的情况下，场地类别的划分还是随机性的，还是在地面运动所对应的卓越周期参数方面有模糊性的特征。同时，从工程结构设计的实践经验来看，对土壤类别的影响因素有很多，包括地下水、土层结构以及覆盖土层厚度，工程结构设计场地类别应选择多种因素综合评价的方式， 这样就造成了工程结构设计场地分类的模糊性。（三）、工程结构设计反应运行范围的不确定性

实验证明， 工程结构的抗力与整体允许被破坏的程度两者之间有着密切的联系， 因为工程结构允许被破坏程度具有不稳定性也就决定了工程结构设计在反应运行方面的不确定性，比如，在当前技术条件下，工程结构设计的破坏程度可以划分为以下几个类型：破坏轻微、中等、严重、无法修复，这几个等级之间的界定标准同样具有不确定性。 现阶段工程设计中应用较多的是容许应力，但在工程结构设计过程中有很多不确定因素，这也就决定了工程结构设计反应运行范围的不确定性。

二、土木工程结构设计中的安全性与经济性协调的必要性

在进行土木工程结构设计的时候一定要确保建筑具有较好的安全性，不仅要让建筑主体满足各项使用要求，还应该达到相关的安全标准。不过随着市场经济的不断发展，在土木工程项目当中建筑的经济性也逐渐起到了主导的作用。按照以往的施工经验，如果在设计的过程中没有将经济性作为一个重要的考虑标准，将会导致设计结果跟项目投资限制之间的差距加大，例如：混凝土结构在设计过程中起到的主要作用就是确保结构的安全性和可靠性，这就要求根据相关规范开展设计和计算工作，不过在实际的设计过程和工程施工中，在提高结构的安全性时，同时也会增加工程成本的投入，也就是说安全性和经济性这两个主体是互相矛盾的。在目前所遵循的混凝土结构设计规范当中，提高工程结构设计的安全性主要是通过进一步提高施工材料的质量来实现的，而不是增加施工材料的数量。所以在这样的前提之下，就要把经济性要求也考虑进来，设计者需要对施工材料的性价比做出综合的考量。以上设计思路就是将安全性和经济性进行有机的结合。

在衡量土木工程的经济性时，主要依据的指标就是建筑强度跟建筑成本之间的比值。也就是说要了解结构设计在达到了某种建筑强度时需要消耗的实际建筑成本数量，相反的，项目工程在受到了某种经济条件限制的情况下，如何才能够满足施工规范要求的安全性。在这种情况下，为了进一步平衡土木工程结构，就需要综合考虑其安全性和经济性，尽可能的在实际的工作中保持二者的协调统一。例如：在设计混凝土结构的时候，对钢筋的经济性进行衡量，需要通过其价格和强度之间的比来体现出其具有的安全性和经济性。可以通过选择强度较高、密度较低或者是强度较低、密度较高的配筋形式，通过这种方式来有效的调整结构设计的安全性和经济性，对结构形式进行综合的考虑进而确定出最科学合理的混凝土结构设计模式，最终获得最优的性价比。

三、提高安全性与经济性的现实措施

（一）国家制定严格的土木工程结构设计标准及规范和社会广泛参与

要想改善我国土木工程结构的安全性和经济性，国家必须给予一定的支持。除了在财力、人力、物力方面，还需要法律法规方面的规定，制定相关的技术标准及规范，并要求相关研究单位即部门进行深入研究，例如，对强化混凝土工程的耐久性方面，以及其与现代科技的结合等。通过这种方面监督建筑企业设计施工，确保建筑企业按标准施工设计，提高建筑工程的安全性。同时，土木工程结构设计还应集思广益，参考各方面的意见和建议，使得设计更加科学、全面。

（二）企业内部建立土木工程结构设计安全性与经济性管理体系

在进行土木工程结构设计时，管理者在设计单位的选择上，要坚持择优的原则，具有雄厚实力、高等资质的单位，以先进的设计方法、设计理论为指导，以高素质的设计人员为支撑，共同为工程设计的安全性而努力。与此同时，管理者应对招投标中的方案进行比对，不但要保证招标单位的安全性系数，还要兼顾其经济性方面的实力，双标准选择。这样不仅可以获最安全的设计方案，还能够最大限度的节约成本。因此，建筑企业必须实行安全性与经济性双管齐下的管理模式，提高企业的综合实力。

（三）实行土木结构工程的检测与维护

建筑的安全性与经济性与使用阶段的检测、维护和修理是密不可分的，尤其是一些露天和恶劣环境状态下的基础设施工程。因此，在工程建成后的使用过程中，进行定期检测和维护是十分必要的。虽然我国有结构工程的设计规范与施工规范，但是缺乏如何使用的相关规范。对于一些安全事故，如有定期的检测是可以避免的。从法律角度来控制工程的检测与维护，针对不同工程制定不同的检测与维护制度，还可借鉴我国先进的技术和经验，提高我国土木工程结构设计的安全性与经济性。

结语

提高建筑的安全，减低生产成本是土木工程建筑企业的最终目标之一。发生土木工程的事故损害了人民的利益，威胁生命财产的安全。虽然对工程的负责是终身制的，但是忽视了设计者的设计工作问题和施工过程的问题，这些都有可能造成事故的发生。从当前土木工程结构设计的主要问题来研究土木工程结构设计的安全性.讨论如何减少成本的支出。

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。