土木工程结构设计安全问题及策略分析

2016-12-05易理发湖南省邮电规划设计院有限公司湖南长沙410001

低碳世界 2016年22期

关键词：抗震承载力结构设计

易理发（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙410001）

土木工程结构设计安全问题及策略分析

易理发（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙410001）

经济社会的迅猛发展，促进了我国土木工程的建设和发展。在土木工程设计和施工中，要想对其质量进行保证，其结构设计是重点，是整个土木工程建设中的关键环节。本文主要阐述了土木工程结构设计中存在的安全方面的问题，并且针对存在的问题提出了几点对策。

土木；建筑；结构；设计；安全；问题；对策

引言

土木工程设计的范围比较广泛，包括道路工程、建筑工程、地下工程、桥梁工程等等。随着土木工程建设规模的逐渐扩大，其安全问题得到了越来越多的重视，如果出现安全和质量问题，会导致安全事故的产生，不仅会危害人们的生命和财产安全，还会给国家带来巨大的经济损失。因此，做好土木工程结构安全设计显得十分的重要。

1 土木工程结构安全性概述

土木工程结构的安全性是指结构及其构件在荷载等各种可能出现的外加作用下防止破坏倒塌，保护人员设备不受损伤的能力。

1.1 结构外加作用与结构设计

（1）外加作用

一般作用、偶然作用、导致结构材料性能劣化（如钢材锈蚀与混凝土腐蚀）的环境作用或环境影响。

（2）结构设计采用极限状态设计方法

结构及其构件在其设计使用年限内，必须具有适当的安全度和适当的可靠度，应满足下列三个方面的基本功能要求：①在一般作用或环境作用下满足正常使用的适用性要求；②在可能出现的一般作用和规定的偶然作用下，有足够的承载力，能够抵抗倒塌等严重破坏；③在可遇见或不可遇见的偶然灾害作用下或受到重大人为影响时，结构不应发生与其初始原因不相称的严重破坏后果，也就是结构必须具备整体牢固性和稳定性。

（3）对于结构设计，要保证结构的安全性，就必须做到以下几点：

①在可能发生的一般作用与规定的偶然作用下，结构的每一构件（如梁、板、柱及其连接）都具有足够的强度和稳定性，即构件在承载力上的安全性；

②结构必须有整体牢固性，无论天灾人祸，结构都不应该发生与其不相称的严重破坏后果；

③在环境作用下，结构材料性能的劣化，应控制在可接受的程度内。

注：对于混凝土结构的设计，主要考虑的极限状态有承载力极限状态（与构件的安全性相应）和正常使用时的变形极限状态与裂缝极限状态。

1.2 构件承载力的安全设置水准

材料强度的标准值无论在可靠度或者安全系数的极限状态设计方法中，目前多普遍采用95%保证率的材料强度作为标准值。

（2）分项系数与安全因数

一般荷载作用下：我国规范在计算承载力时所规定的材料强度分项系数比英美的相应安全系数低大约10～15%，由表1可以发现，我国结构设计规范构件承载力安全设置水准在

（1）在结构设计规范中，按承载力极限状态设计的一般计算式为：国际上是最低的。

表1 各国分项系数

偶然荷载作用下，我国规范只要求在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性（除特殊用途的建筑物外），并且只是规定地震作用与防火要求，并不考虑可能的爆炸、撞击与严重人为错误以及比规范规定烈度更大的地震出现时如何减轻灾难性后果的要求。

1.3 结构的整体牢固性

对于结构的整体牢固性，我国规范尚未能够提出具体的分析方法与标准，只能通过合理的结构方案与结构布置以及可靠的构造措施加以保证。

1.4 环境作用

我国土建结构的设计与施工规范中的重点内容是结构在各种荷载作用下的结构强度要求，但是对于环境作用下的结构强度要求重视度不足，如干湿、冻融、以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀等环境问题。在结构设计中，应该要注意防止混凝土与钢筋的侵蚀，防止混凝土发生开裂。

2 当前土木工程结构设计安全问题

2.1 土木工程设计结构规范的安全等级低

目前我国在土木结构设计中依然还存在着比较多的安全隐患，一些土木结构在使用比较短的时间之后就出现了一些质量问题，如建筑墙体出现裂缝和变形情况。而国外一些国家，一些建筑或者桥梁已经具有几百年的历史，但是仍然具有比较完整的保存，基本上不存在大的质量问题。导致上述现象的主要原因是我国的土木结构安全设置等级与国外一些国家相比较低。目前我国抗震设计规范规定的抗震设防目标是小震不坏，中震可修，大震不倒，在这样的目标下进行结构设计仅仅能够对小地震之下的建筑保持其完好，对于大地震就很难保证其结构安全性。

2.2 土木工程设计时结构体系的稳定性差

只有保证结构的稳定性才能够提高结构的安全性。如果结构具有比较高的稳定性，那么即使建筑物受到一定程度上的损害，也不会对建筑物的整体结构产生破坏。但是就我国目前情况来看，土木工程结构的稳定性还比较低，土木工程结构稳定性设计技术方面还较为欠缺，使得土木结构出现塌方、损坏等现象，造成一定的人员伤害。像玉树地震等带来的房屋倒塌等现象都在时刻告诫我们增强土木工程稳定性非常关键。

2.3 框架柱截面积设计不规范

一些地区对建筑物的抗震等级要求比较低，因结构设计人员在设计的过程中通常会设计比较小的框架柱截面积。还有一些结构设计人员为了对经济指标进行控制，在结构体系中对框架柱的数量进行尽可能的减少，对梁的跨度进行增加；但是为了满足设计要求，梁的刚度一般都是比较大的，这就会导致出现强梁弱柱的情况，违背了强柱弱梁的设计理念。强梁弱柱一旦遇到极端天气或者地震等外力的作用，很容易导致建筑物梁柱核芯区等出现不同程度的裂缝现象，导致建筑物的使用年限大大的缩短；甚至还可能导致建筑物产生坍塌的现象，严重危害人们的生命和财产安全。

2.4 在设计中设计人员未意识到环境因素的重要性

设计人员在进行土木工程设计时通常对怎样提高工程的安全性能以及延长工程的使用年限较为注重，而对环境因素的影响却没有引起足够的重视。然而，环境因素对工程设计质量也有着不容忽视的作用，如果湿度较大或是水的酸碱度以及化学药品的腐蚀等环境因素的影响，会对土木工程的质量造成一定的威胁，更有甚者会带来一定的安全隐患。

3 增强土木工程结构设计安全性的主要措施

3.1 设计方法应优化

随着我国经济的快速发展，土木工程建设速度逐渐加快，必须加强对土木结构安全性的重视，根据目前的实际情况制定出可行的建筑行业新标准制度。在结构设计过程中，相关设计人员应当严格按照国家相关标准进行设计，对结构的安全性和稳定性进行最大限度的增强。同时采用的设计方法不应该再局限于线型的小震靠计算、中震靠构造的方法来进行设计，必须对对每一项工程进行中震下的验算，对容易产生破坏的结构构件采取有效的加固措施，保证结构体系在中震的情况下也能够保持其完好无损。另外还应该结合我国实际需要，对相关技术标准进行改进，借鉴国外的一些技术和理念，提高我国土木工程结构设计的安全性。

3.2 重视设计人员安全责任观念的培训力度

设计人员在土木工程结构设计中发挥着重要的作用，对结构的安全性有着重要的影响。在结果设计过程中，不仅应该要求设计人员具备扎实的理论知识和专业技能。还应该要求其具有安全责任观念和安全意识。设计人员在设计过程中必须做好反复计算工作，保证每一个数据都是有据可循的。为提高设计人员的安全意识和专业技能，应当加强对设计人员的培训和学习，要求设计人员不断的进行经验总结，保证设计的高质量。

3.3 加强科研，推动创新

提高结构设计水平可以使设计成品具有更高的水品，更合理的结构形式，因此要不断加强创新，不断发展。作为结构设计师不能安于现状，必须通过大量研究并反复计算，将成果运用到实际工程中。只有这样设计出的成品才能更加安全可靠。

3.4 严格控制建筑使用条件

在土木工程结构交付使用之后，需要交给建筑责任主体方对建筑的使用要求进行控制，要求建筑物按照设计条件进行使用，严禁出现超过设计标准进行使用的情况，提高结构的可靠性。

3.5 做好内力组合设计

土木结构抗震设计的要点就是内力组合设计。在内力组合设计中需要以结构的承载力抗震系数为依据，要求选择抗震性能比较好的材料，同时还需要根据受弯梁、偏压柱、受剪及构件承载力等因素进行结构的承载力抗震系数的调整，从而对土木结构的承载能力进行提高。

3.6 加大设计机构安全监督力度

一些建筑结构设计安全问题也和安全监督不到位有关，应定期或不定期的审查建筑设计机构的设计过程，保证整个设计过程严格按照相关规定和标准进行，确保结构设计的安全性。