土木工程结构设计的安全性与经济性探究

万敏

摘要：最近几年来，国家各个地方出现地震，针对土木工程安全性提出非常高的要求，可是，在土木工程设计当中，设计工作者过分的追求经济性，不能良好的保障土木工程设计的安全性，进而限制了土木工程的良好发展。

关键词：土木工程; 结构设计; 安全性; 经济性

一、现行国家结构规范对结构安全性与经济性的体现

在工程結构设计中满足建设与完工后使用过程中的安全性，并具备建筑物应有的使用功能需求是工程项目建设的根本性目的，而在此基础上考虑项目的经济优化，更是开发项目主体的主要目标。

二、建筑方案的合理性是结构安全性与经济性的前提

（一）伴随着时代的发展，观念的更新，业主审美的要求，近来，建筑理念越来越求新求变，建筑造型越来越光怪陆离，外观越来越复杂多变，建筑师逼迫着结构设计师不断突破常规做法，甚至是国家规范的限制;

（二）市场的需求决定了工程项目中的经济性被更加重视，业主在不考虑建筑方案的不规则性，外立面要求的全混凝土外墙，造型部分的混凝土量的大量增加，仍以含钢量等经济指标作为签定合同的依据，超指标需要优化或在合同条款超指标抵扣设计费的问题，这样的现状下，结构设计人员只能挖空心思，把结构的构造要求一降再降，只要承载能力极限状态不出问题，不考虑正常使用状态下的使用要求，不考虑结构的耐久性要求，防水混凝土墙，车库顶板不满足最小厚度要求等，使得用户的投诉问题越来越多。由上所诉，建筑结构的合理性，安全性，经济性最主要的先决条件是有一个合理的建筑方案。

三、提高结构设计人员设计水平，加强设计人员的成本控制意识是结构安全性与经济性的必要条件

（一） 不断提高结构设计人员的安全意识。结构方案要根据建筑使用功能，房屋高度，地理环境，施工技术条件和材料供应情况，有无抗震设防选择合理的结构类型。对可能存在安全隐患的建筑关键部位和薄弱部分，加强人工计算复核，保证结构安全;对地基基础部分结构设计人员就与岩土工程师及施工工程师紧密配合，研究和解决设计与施工过程中的技术难题，保证地基基础工程在建设与使用期中的安生;对在地震高烈度区加强概念设计，结构体系宜采用多道抗震防线，设计具有双重抗侧力体系和多赘余度的结构体系，提高建筑的抗侧刚度，分别确定不同地震水准下结构不同部位的水平构件和竖向构件的要求，提高结构关键部分的延性构造。

（二） 加强成本控制观念。结构设计人员应加强成本控制意识，在保证结构安全的前提下尽量做经济合理，成本控制应贯穿结构设计的各个阶段。在建筑方案阶段，结构设计人员与造价工程师积极配合，在保证建筑功能与立面效果的前提上提供合理化建议，使建筑结构方案合理，为经济指标的实现垫定基础;在结构设计阶段，严格执行结构定案流程，主任工程师结合工程建筑方案及多年类似工程经验制定合理，经济的结构方案;设计过程中加强沟通及多方案经济比选，设计完成加强优化校对，审定工作;在结构设计完成后，注重工程经验积累，为此后的工程成本控制工作垫定基础。

四、结构多方案优选是结构安全性与经济性的有效措施

重视结构工程方案多方案比选经验的积累是确保建筑工程安全，满足结构设计规范，进一步降低工程成本，提高经济效益的重要保障。下面举出几个典型案例供大家参考：

工程案例1：II级自重湿陷性场地地基处理方案经济比选

（1） 工程概况及场地地质条件：本工程为地下二层地下三十三层钢筋混凝土剪力墙结构，根据湿陷性黄土地区建筑规范，建筑物分类为甲级;拟建场地为II级自重湿陷性场地，基础以下未处理湿陷性土层厚度仍有6m。

（2） 采用两种地基处理方案进行对比，一种是采用墙下布置钢筋混凝土灌注桩，桩径700，计算竖向单桩承载力时考虑6m深自重湿陷性土层的负摩阻力特征值15kPa，桩数为137根，桩长40m，另一种是先采用素土挤密桩处理场地湿陷性，桩长6m，桩数1488，再墙下布置钢筋混凝土灌注桩，计算竖向单桩承载力时不考虑负摩阻力，桩数相同，桩长可修改为34。

（3） 两种方案进行对比：第一种方案工期比第二种方案可少二个月时间;第二种方案费用比第一种方案节省25万左右 （素土挤密桩按25元/m，灌注桩按700元/m） ，素土桩总价22.3万，加长的灌注桩总价47.95万元，节省50%左右。

（4） 在工期允许的情况下可尽量采用第二种方案。

工程案例2：8度第二组框架结构与框架剪力墙结构方案经济比选：

（1） 工程概况：本工程为不带地下室的四层小学教学楼项目，抗震设防烈度Ⅷ度，第二级，场地类别三类，层有退台，四层建筑面积与一层比有占60%。1层层高4.2m，其它层层高3.9m，如图1所示。

（2） 结构方案：第一种方案采用框架结构，柱截面最大到900×900，扭转仍不好控制，大部分柱截面700×800，柱截面影响到讲台处教学开门，课桌布置有影响，梁截面X，Yf都用到350×800，配筋大。第二种方案，采用框剪结构，柱截面控制到550×600，一至二层退台处采用500×500，梁截面X方向主梁主要承担竖向力为350×700，Y方向采用300×600，房屋净高可提高100。

（3） 两方案比选：框剪结构比框架结构抗震性级好，更能满足建筑的使用功能要求，在同样净高的要求下，层高可降低;经济比选上，框剪结构比框架结构混凝土含量相差不多，含钢量减少8kg/m2。

五、结语：

总之，提高整个建筑工程价值链参与各方的安全意识与成本控制意识，兼顾项目的安全需求和经济性能，是工程结构设计成功的充分必要条件。

参考文献：

[1] 孙芳垂，汪祖培，冯康曾.建筑结构设计优化案例分析.

[2]朱来庆.浅谈土木工程结构设计中存在的问题及对策[J].黑龙江科技信息，2012 （10） .