土木工程结构设计安全与经济分析

汪亮婷 陈礼鹏

土木工程结构设计的安全性和经济性是设计的核心要求。在市场经济环境下，追求结构性能的安全性，必然会导致成本消耗的不可抑制地扩大，从而导致项目盈利能力的下降，明显不利于企业和市场的发展，相反只追求經济性不顾安全也是不可取的。因此，土木工程结构设计应做到安全和经济的和谐统一。

一、土木工程中安全与经济性的协调

对于土木工程结构，其设计目标是对建筑的安全负责，即保证建筑主体满足使用要求和安全要求。然而，随着经济发展的需要，建筑经济在土木工程中也占有重要的地位。因此，土木工程结构设计必须综合评价其安全性和经济性，并以平衡两者为目标进行设计和实施，这种设计要求是市场经济发展对建筑结构设计的必然要求。

从实际工程经验来看，无经济约束的设计将导致设计结果与投资约束之间的差距增大。例如，混凝土结构的设计是为了保证结构的安全性和可靠性，所以它们是按照规范进行设计和计算的。然而，从设计和施工的角度来看，结构安全性的提高往往会增加成本投入，即安全性和经济性是相互矛盾的。设计人员应考虑材料的性价比，以满足综合经济的要求。衡量经济性的重要指标是建筑物强度和造价的比较，经济与安全成为平衡结构的重要基础，在实际运行中应予以协调。

二、土木工程结构设计安全与经济性协调措施

（一）对安全性的保证

首先，在设计过程中，要优先考虑行业中优秀的设计单位。选择高素质、经验丰富的设计单位作为设计主体。此类设计企业往往经验丰富，设计设备先进，而专业人员素质较高，因此在设计中可以提高设计质量，成为结构设计的安全保障。

其次，在设计中应完善和完善相应的设计理论，即对某些概念设计要有透彻的理解，设计思想要清晰。目前，概念结构设计已成为保证结构安全的主要设计思想。例如，在材料的选择上，进行了全面的安全性评价，并通过精确的计算对概念设计进行了核对，以获得最稳定的结构模式，提高建筑的整体安全性。

第三，在设计上要全面、准确。在设计中，要运用科学、系统的管理，细化整个结构设计项目，认真划分设计项目和内容，逐一完善和审查子项目，确保设计中不遗漏任何项目和计算内容。设计事故多是由于设计中遗漏了某个工程或参数，导致整个结构的安全性降低。因此，在设计过程中，应认真、严格地对整个过程进行管理、监控和审核，确保设计项目的完整性和准确性。

最后，在施工过程中应严格控制设计变更。工程结构设计是一项系统工程，其设计是相互联系的。也就是说，每一个结构都有一个必然的关联，也就是说，它影响着整个身体。由于施工条件的限制，结构的一个点需要改变。它不仅对该结构的施工工艺和性能有影响，而且对与之相关的结构性能也有影响。因此，为保证结构设计的安全，对施工中可能出现的问题，应制定方案，即设计应采用多方案的思想，尽可能提供设计的灵活性，尽可能适应施工条件，减少变化，适应一定的变化，并控制范围。

（二）结构设计的经济性提高

首先，在经济保证方面，可以通过投标对设计方案和成本进行综合评价和选择。也就是说，在项目设计之前，我们可以在一定程度上控制经济，并利用专业设计单位提出的设计报价形成明确的经济指标，以降低成本和浪费。

其次，在结构设计中，应鼓励设计人员采用灵活的设计思想和方法，如：不要盲目使用标准图纸进行设计。当然，使用标准图纸可以大大减少设计工作量和时间，加快结构设计进度，也可以相对降低设计误差率。然而，这种设计方法往往不利于降低工程结构的成本，因为标准图纸的设计是根据相应的安全标准进行标准图形的选择，高标准意味着高成本。因此，在设计中应充分发挥设计人员的安全保障能力，采用合理的结构方法降低成本，这是结构设计的核心要求。

第三，设计中应控制多参数设计的安全积累。例如，钢筋混凝土结构设计中涉及到材料、截面形状、面积、数量和钢筋布置等诸多成本和安全因素。这些参数的设计将影响结构的安全性和经济性。同一荷载下不同参数的选择直接导致设计结果的不一致。因此，在设计中应进行各种设计方案的评价和选择，即通过参数的变化和选择进行综合计量，并尽量控制经济与安全与主要参数的协调。

最后，为了得到更准确的信息和帮助，在施工中应协调相关部门之间的关系，以降低成本。土木工程结构设计不仅涉及到简单的施工问题，而且涉及到大量的辅助信息和工作。如：地质勘探资料及资料、检验检测资料等。为此，在设计中应与多个相关部门合作，利用综合信息和数据，提高设计的经济性。由于环境气候、地质构造等因素会直接影响设计标准和安全要求，因此也会影响结构设计的经济性。

三、结语

土木工程结构设计是保证建筑物安全和使用效果的基础，也是工程造价最高的系统。因此，工程结构的设计管理和控制必须首先保证其安全性，为了获得效益和谋求发展，结构设计的经济性也是设计成功的必要条件。所以，将两者结合，运用科学的管理和设计方法，实现安全与经济的和谐统一，将是土木工程结构设计的主导思想。（作者单位：江西工程学院）