土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全性與經(jīng)濟性

苗震

摘要： 對于土木工程而言，安全性和經(jīng)濟性一直是影響著該工程發(fā)展的兩大關(guān)鍵因素，工程能否為企業(yè)贏得經(jīng)濟效益和社會效益很大程度上來源于最初的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。最大限度地提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性成為了建筑行業(yè)亟待解決的問題之一。

關(guān)鍵詞： 土木工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；安全性；經(jīng)濟性

引言：安全性與經(jīng)濟性是現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計所必須兼顧的兩項控制指標，但從目前我國建筑行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在實際工程中質(zhì)量事故仍頻頻發(fā)生。因此，建筑的實用性與安全性則是其最為關(guān)注的核心問題。綜合這兩方面，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性與安全性則成為了建設(shè)企業(yè)與使用者的最終關(guān)注點。在本文當中，筆者主要圍繞如何提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性這一問題進行了論述，以期為相關(guān)行業(yè)工作者提供一定的參考。

1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中加強安全性與經(jīng)濟性的重要性

安全性是各類土木工程皆需遵守的一大原則，其保證了建筑施工與后續(xù)使用的安全，確保土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性可保障建筑工程各項功能的發(fā)揮，也可促使施工完結(jié)后，建筑能達到國家安全標準。因混凝土具有良好的耐久性、抗壓強度與安全性，長期以來其都被視作土木建筑的主要原材料。合理、科學地使用混凝土材料能在保證建筑結(jié)構(gòu)安全性的同時，又提升建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益并優(yōu)化企業(yè)的社會形象，從而提升建筑企業(yè)的綜合競爭力。近年來，相關(guān)事件的頻發(fā)使得社會各行各業(yè)對建筑安全極為重視。當發(fā)生惡性安全事故時，企業(yè)效益與人員安全勢必會遭受嚴重的損害。因此，安全可謂是一切工程活動的根本，唯有保證安全才有可能提升建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。鑒于此，在具體土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，設(shè)計人員需兼顧這二者時，切不可偏重一方或偏廢一方。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

2.1 工程設(shè)計不夠堅固且安全標準較為寬松

在確保構(gòu)件承載力的前提下保證建筑整體穩(wěn)定性乃土木結(jié)構(gòu)的一項基本設(shè)計原則。然而現(xiàn)階段坍塌事故仍時有發(fā)生，工程設(shè)計缺乏牢固性易致使土木工程建筑的整體性能低下，在遭受強大的外力作用時，建筑則顯得十分脆弱，嚴重時甚至會出現(xiàn)連續(xù)性倒塌的情形。對于建筑企業(yè)而言，此類事故必將導(dǎo)致其利益受損；而對于使用者而言，此類事故則會致使其生命財產(chǎn)安全遭受嚴重威脅。另一方面，與國外相關(guān)行業(yè)相比較，我國現(xiàn)行的土木工程設(shè)計安全規(guī)范、標準仍相對寬松，對于部分細部構(gòu)造并未加以十分嚴格的把控。現(xiàn)行安全標準的管理內(nèi)容只集中于幾個方面，其僅對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、分項系數(shù)、可靠度和結(jié)構(gòu)耐久性等因素進行了嚴格控制。

2.2 建筑體牢固性較差

對于建筑物來說，影響其使用壽命的關(guān)鍵因素之一就是其牢固程度。建筑物的牢固性達不到一定要求在工程完成初期的使用過程中雖然看不出什么弊端，但隨著使用年限的增加，許多問題就會接踵而來，例如，墻體破裂，嚴重的甚至會出現(xiàn)墻體坍塌的危險。這些問題不僅會影響到使用過程中的安全性，而且還極大地增加了后期的修復(fù)成本。

2.3 設(shè)計過程中將構(gòu)造要求與結(jié)構(gòu)計算混淆

部分結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計過程中會將構(gòu)造要求與結(jié)構(gòu)計算相混淆，從而致使土木建筑的功能性嚴重降低。在土木施工中，將結(jié)構(gòu)柱與梁板體系有機配合可使建筑物的空間整體性得到控制，從而提升建筑物的抗震性。而若設(shè)計人員在工作中將構(gòu)造要求與結(jié)構(gòu)計算混淆，在面對地震等自然災(zāi)害時，房屋則會因整體性不足而出現(xiàn)節(jié)點失效、墻體開裂等現(xiàn)象。因此，設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)嚴格遵守規(guī)范要求，對受力構(gòu)件進行設(shè)計的同時還要滿足構(gòu)造要求。而在實際的設(shè)計過程中，對于抗震性能并不做嚴格要求的土木項目，設(shè)計人員往往會忽略結(jié)構(gòu)的整體性與結(jié)構(gòu)延性，只簡單地利用軟件進行配筋設(shè)計而未進行概念設(shè)計分析。這樣的建筑結(jié)構(gòu)一旦遭受巨大的外力作用時，其受力構(gòu)件易出現(xiàn)開裂、滑移、局部失穩(wěn)等現(xiàn)象，從而致使建筑壽命嚴重受損。

3 提升土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性的策略

3.1 加強工程設(shè)計的審核力度，從源頭保障企業(yè)經(jīng)濟效益

為促使建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作優(yōu)質(zhì)高效，相關(guān)人員在工作過程中應(yīng)全面滲入全過程管理思想，力求從工程的各個環(huán)節(jié)實施質(zhì)量管理而不是一味偏重某一工程環(huán)節(jié)。從實際上來看，工程設(shè)計之于建筑工程的造價的影響程度較高[1]。因此，工程設(shè)計之于相關(guān)管理工作的重要性便可見一斑。為從源頭上保障建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，工程管理人員在工程設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)對建筑工程中的細節(jié)問題詳加思考，從而極力將造價控制在較為平穩(wěn)且合理的狀態(tài)。在對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行審核時，為減少審核紕漏，審核人員可將設(shè)計工作按層級、按類別加以細分，而后再逐一加以審核，從而有效規(guī)避審核漏洞[2]。此外，在審核過程中審核人員需對各個設(shè)計相關(guān)參數(shù)加以核算，以確保各個參數(shù)精確無誤，從而將工程問題扼殺在潛在階段。

3.2 優(yōu)化設(shè)計細節(jié)，注重各個施工環(huán)節(jié)的重點設(shè)計工作

隨著我國經(jīng)濟化和城市化程度的提升，城市用地問題逐漸成為了城市規(guī)劃建設(shè)過程中的瓶頸。受到城市用地問題的影響，近年來高層建筑的使用范圍得到了顯著的拓寬。在這一社會背景下，社會對于土木工程結(jié)構(gòu)的抗彎剛度要求愈發(fā)嚴苛，而建筑剛度需以建筑的層間位移為參考指標。鑒于此，在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當中，設(shè)計人員應(yīng)當結(jié)合工程實際來擬定工程項目中的構(gòu)件剛度與其截面面積。地基乃各類土木工程項目的關(guān)鍵單元，其設(shè)計質(zhì)量將對項目質(zhì)量與安全性造成直接影響[3]。因此，在對地基加以設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮地下水位、地質(zhì)情況與施工環(huán)境，從而確保設(shè)計方案具備較強的經(jīng)濟可行性與安全性。此外，設(shè)計人員可利用地基對混凝土結(jié)構(gòu)加以約束控制。一方面，相關(guān)人員需嚴格控制外部土壓力對于混凝土結(jié)構(gòu)的約束能力。另一方面，相關(guān)人員需嚴格控制內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的強度與剛度，以利于發(fā)揮地基土對結(jié)構(gòu)的嵌固作用。

3.3 合理使用鋼結(jié)構(gòu)，提升土木結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性

合理使用鋼結(jié)構(gòu)可提升建筑的抗彎性能，從而提升建筑的安全性并保障建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。一方面，基于鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的施工一般通過使用不同型材所組成的鋼結(jié)構(gòu)來提升土木建筑的抗彎性能，鋼材的材料特性使得建筑的力學性能更為突出。當建筑投入使用之后，更佳的抗壓性能可幫助其更好地應(yīng)對地震等自然災(zāi)害，從而提升建筑的安全性。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的引入可較好地控制混凝土結(jié)構(gòu)的坍縮、開裂現(xiàn)象[4]。由此看來，運用鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)進行土木工程施工可有效規(guī)避傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)所存在的缺陷，從而有效提升建筑的安全性。此外，在傳統(tǒng)土木工程中，單一的混凝土結(jié)構(gòu)通常會出現(xiàn)坍縮、開裂現(xiàn)象，從而致使結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護費用的提升。而利用鋼結(jié)構(gòu)可有效規(guī)避混凝土的坍縮、開裂等現(xiàn)象，在提高結(jié)構(gòu)服役期的基礎(chǔ)上還可有效降低后期的維修養(yǎng)護費用。

結(jié)語：

安全性與經(jīng)濟性是當前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足的兩大原則。從我國現(xiàn)狀來看，工程設(shè)計可靠性不夠且部分規(guī)范標準要求偏低、設(shè)計過程中將構(gòu)造要求與結(jié)構(gòu)計算混淆等問題嚴重影響了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性。為此，建筑企業(yè)可采取加強工程設(shè)計的審核力度、優(yōu)化設(shè)計細節(jié)、合理使用鋼結(jié)構(gòu)等措施來提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性。

參考文獻

[1]陳敬佳.如何保障土木工程設(shè)計工作的安全性與經(jīng)濟性[J].建材與裝飾，2018（36）：96.

[2]張澤浩，張聰.保障土木工程設(shè)計工作的安全性與經(jīng)濟性的方式[J].經(jīng)貿(mào)實踐，2017（11）：67.

[3]余添朋.提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全性及經(jīng)濟性的方法分析[J].江西建材，2016（14）：9-10.

[4]郝敏.淺談土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的安全性與經(jīng)濟性[J].黑龍江科技信息，2013（27）：248.