土木工程结构设计存在的问题及设计

李士杰

摘要： 本文以土木工程结构设计为论述对象，以设计过程存在问题为论述手段，以强化设计措施为论述目的，以此展开技术分析。

关键词： 土木工程；结构设计；强化措施

引言：安全性与耐久性乃当代土木建筑工程需遵循的两大原则，其与土木工程设計具有十分密切的关联，当土木工程设计不够规范严谨时，土木建筑工程的安全性与耐久性势必将受到折损。透过相关现象，我们发现我国土木工程结构设计中仍存在一系列亟待完善的问题。为此，相关部门应细致地剖析现存问题，并透过现象窥见问题本质，从而采取可行有效的解决对策。

1 关于土木工程结构设计的简述

现代土木工程指利用各种施工机械进行勘察、施工的活动，其又可以被理解为因人类需求而开展的设施建造。随着民众生活水平的逐步提升，其对于建筑功能有了更为严苛的要求，普通的土木工程建筑俨然已难以满足民众的生活需求。鉴于此，建筑设计方则需借助更为科学的结构设计方案来满足民众的需要。一般而言，结构设计工作会先于土木施工工作，其对于土木建筑工程具有一定的指导作用。当结构设计不够科学合理时，后续的工程环节则将受到严重影响，建筑的使用安全也得不到完全保障。因此，相关部门应始终对土木工程结构设计保持高度谨慎的态度，力求彻底完善不合理的设计细节，从而确保建筑的安全性与稳固性并推动我国建筑行业的进一步发展。

2 土木工程结构设计存在问题

2.1 结构设计牢固性差

土木工程整体的安全性在很大程度上取决于其结构的牢固性，而结构稳定性在工程设计中已逐渐发展为普遍性问题。一般情况下，建筑结构的局部破坏虽然不至于结构物整体崩塌，但在火灾、地震以及其他自然灾害发生时，便会严峻考验着结构的冗余度设计。例如基础结构设计时若未对地基承载力和沉降量、沉降差进行充分考虑，那么建筑整体结构势必会因沉降而出现开裂与失稳现象。

2.2 构造柱与承重柱的区分问题

设计合理的构造柱与梁可有效避免墙体发生裂缝，进而确保建筑结构抗震性能表现优越。但在现实应用中，部分设计人员混淆构造柱与承重柱，将二者类似于同一原理进行设计，致使建筑结构因构造柱缺乏基础而影响其抗震能力，最终反应为结构裂缝、沉降甚至倒塌等病害发生。另外，设计过程中有时为了方便对承重柱的受力情况进行分析，则会缩小其截面面积，如此一来当有外力作用时，柱体与梁极易发生开裂破坏[1]。

2.3 忽略环境影响因素

土木工程结构设计除稳定性与耐久性外，同时还需考虑外部环境（如土质结构、空气温度与湿度等）对结构的影响，但是基于现实情况的分析，环境因素通常不受重视且忽于考虑，进而对工程结构带来严重的负面影响，致使建筑物因结构失稳而降低其安全性。

3 土木工程结构设计强化措施

3.1 选择设计方案

框架结构的选择、基础布置等是结构设计方案的基本内容，梁、柱等构件组成了框架结构，并通过节点连接，可有效承受竖向、水平荷载力，对于多层建筑的结构设计方案的确定，还要将水平风荷载考虑进去；基础布置时，要综合考虑现场的地质、水文及施工条件，低层建筑可选择独立基础结构模式，多层建筑则要选择综合基础结构模式；结构措施要根据抗震设计规范要求实施，采取可行措施，加强抗震设计，选择符合设计要求的配筋构件。

3.2 确定构件截面尺寸

土木工程需要严格控制截面尺寸的构件，其主要有柱尺寸、梁尺寸、板尺寸三种，具体确定方法如下：

3.2.1 柱尺寸。土木工程的结构主体柱截面一般都相同，因此可以估算中柱的截面尺寸，然后估算出整个结构恒荷载的标准值、活荷载标准值，混凝土轴心抗压强度的设计值和柱轴力的设计值等；

3.2.2 梁尺寸。以柱距为标杆。如果柱距相同，则表示边跨梁、中跨梁、边柱联系梁、中柱联系梁等的截面尺寸一致；

3.2.3 板尺寸。需要考虑限制板的挠度、裂缝宽度等因素对铺设在板内管线的影响。

3.3 内力组合设计

作为土木工程结构设计中抗震性能控制的关键点，内力组合需在调整结构抗震系数的基础上对框架梁内力进行科学设计。

3.3.1 承载力抗震系数调整。土木工程结构设计过程中，当有抗震要求时，其所用材料的强度值应大于没有抗震要求的情况，若在抗震结构中采用非抗震材料进行计算与设计，则需实时调整承载力抗震系数。通过对综合调整受弯梁、偏压柱及受剪等系数，可使结构的承载能力得到有效提升。

3.3.2 框架梁的内力组合。一般情况下，多采用梁端和跨中的方式来控制梁体承载力的设计截面。当考虑地震作用组合时，截面控制除需利用梁端负弯矩与剪力进行设计外，同时还需对梁端的正弯矩进行组合。例如对于正在使用的工程结构，其极有可能遭受不同可变荷载的同时作用，此时为了减少结构的不利效应，对可变荷载效应组合可取值1.2，永久荷载效应组合可取值1.35；而当作用效应对结构设计有利时，效应取值则可为1.0，滑移、漂移、与倾覆等取值为0.9。

3.3.3 跨间弯矩计算。基于活载与恒载的共同作用，可对结构跨间弯矩近似取值，同时以支座弯矩的调幅与平衡条件为依据可将相应荷载计算得出。在此过程中，地震力组合、梁端左右弯矩与竖向荷载为计算过程主要考虑的因素[2]。

3.4 板设计与配筋

在对板及配筋设计过程中，主要分析因素为板边尺寸的长宽比ω。当ω<2时，设计则宜采用双向板形式进行计算；当2≤ω<3时，那么则可以短边方向为依据以单向板形式进行计算，同时于长边位置布置充足的构造钢筋。依据工程结构板的实际大小，可灵活采用弹性模型计算；对于连续双向板跨中最大弯矩的计算，应以荷载分布的实际情况为依据分解满布荷载与合理布置间距。通常情况下，在支承中间柱的位置处，对格板应加以固定，同时结合具体的支承情况，将各个区域格板的弯矩计算而出，最后通过所得弯矩的叠加，便可获得位于跨中的最大弯矩[3]。

3.5 优化结构设计的安全问题

随着建筑设计理念的转变和我国民众安全意识的提升，安全问题俨然成为了当代建筑工程中的首要问题。在进行土木结构设计时，设计人员应极力消除安全隐患，从而全面提升建筑的整体安全性。首先，为保证施工安全与质量，设计人员务必从工程结构入手，欲确保施工方可顺利实施质量与安全监控，设计方则必须为施工方提供安全可行的设计方案。为此，相关管理人员需不断细化设计标准，并参照工程实际开展结构设计工作。上文中提到，国外相关领域的安全设计标准较国内而言相对严苛，因此，施工单位可引入国外领域的先进经验，并对结构设计的安全性详加论证，以提升土木结构设计的安全性。

3.6 保证结构设计的整体性

土木结构设计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结构设计过程中整体观念的缺失，由于这一疏忽而加剧的安全隐患较为突出[4]。为此，在土木结构设计过程中，设计人员应时刻将整体性置于首要位置，力求细致分析所有的工程细节，从而避免“蝴蝶效应”的出现。

结语：

基于以上论述，土木工程结构设计为一项系统而复杂的任务，其过程只有依据规范实施标准化设计，方能实现结构使用性能与使用寿命的多元化发展方向。

参考文献

[1]王庆杰，张秀芹.土木工程建筑结构设计中的问题与初探[J].建材与装饰，2018（31）：115.

[2]张敏.土木工程结构设计安全问题及策略分析[J].中国高新技术企业，2015（22）：119-120.

[3]张万和.土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].科技展望，2015，25（02）：39.

[4]胡敏，王亮.土木工程结构设计中的问题及对策探讨[J].科技风，2016（16）：227.