议关于土木工程的结构设计和工程荷载

议关于土木工程的结构设计和工程荷载

张超燕

黑龙江省粮食设计院黑龙江哈尔滨150018

摘要：土木工程建设与人们生活息息相关，特别是在经济高速发展的今天，人们对生活质量的追求越来越高，从而进一步推动了我国土木工程事业的发展。现代化土木工程建设以生产力的发展为动力，新开发的多功能材料为基础，新型的工艺与机械为手段积极地向前发展。土木工程建设应对多方面内容进行考虑，既要考虑到工程的美观实用，也要重视到安全性和经济性。尤其是安全性，和土木工程结构设计有着十分密切的关系，另外工程荷载也在土木工程建设中有着重要的意义。下面就对土木工程的结构设计与工程荷载进行分析。

关键词：土木工程；结构设计；工程荷载

前言：随着时代的发展，土木工程的建设也在向着更安全、更美观、更经济、更实用发展。我国的土木工程建设有多年历史，从早期的古代原始建筑到今天的摩天大楼、万米长桥，甚至神话中的移山倒海，现代土木工程领域呈现出一片百花盛开，多姿多彩的景象。本文主要介绍土木工程的结构设计和荷载及二者之间的关系。

1土木工程荷载

荷载，指作用于工程结构上的外力，可分为静态荷载（恒载）和动态荷载（活荷载），按照大小、方向、位置是否改变来区分。作用，指能使工程结构产生效应的各种原因，包括内力、应力、变形、裂缝等等。作用效应则是指作用所产生的结果。按照时间变异分类，荷载除了不变的永久性荷载和可变荷载之外还有一种可能出现也可能不出现的偶然荷载，但只要出现，其量值都是大而且持续时间比较短的。按照空间变异分类还可以分为固定荷载和可动荷载。日常生活中，比较常见的荷载有：1）永久荷载，包括自重、土压力等。2）可变荷载，包括楼面均布活荷载、屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载、吊车荷载、风荷载、地震作用、温度作用等。3）偶然荷载，包括撞击力、爆炸力和其他偶然出现的灾害引起的荷载等。为了方便设计，我们把荷载按一定的量值规定，有标准值、频遇值、准永久值和组合值。

2土木工程结构设计概念以及与荷载的关系

现在的土木工程建设有几个主要的环节，包括策划、设计、施工。其中最主要的环节之一就是设计，设计的范畴包括结构的设计以及功能的设计。决定采用哪种形势的骨架可以将建筑物支撑起来，利用什么样的方式来抵御和传递作用力，在结构中选用哪种材料来进行制造，在结构设计时每个部分的尺寸优势如何来体现，这些都是结构设计时必需明确的。对于建筑物功能的设计，主要是实现工程建造的用途以及达到工程建造的目的。工程的结构设计是要在工程的结构的适用性与外形美观、可靠性与经济之间，选择出一种合理的一种平衡。这样就可以使设计的结构体系实现建筑的各项功能，从而得到用户的满意。

在土木工程建筑中涉及到质量问题，经常会提到建筑物结构受到的荷载和作用。对于实际的工程设计来说，荷载和作用一般来说是不影响作用效应的计算和结构的本身。荷载和作用的概念不同，设计时我们经常将两者混淆。荷载是指施加在工程结构上使结构或构件产生效应的各种直接作用。而作用包括直接作用和间接作用，也就是说作用包括荷载。在做土木工程结构设计时，应当全面考虑结构的荷载和作用，并根据实际工程情况选择荷载效应组合方式，从而得到最佳的结构设计方案。

3土木工程结构设计与工程荷载的分析

3.1目前工程结构设计中的问题

3.1.1结构设计的整体牢固性不够

土木工程结构建设时，若工程结构的局部设计出现问题，则不会影响结构的安全性。但如果结构设计的整体牢固性很差，必然会对工程结构的安全性造成非常大的影响。一旦发生地震、洪水、爆炸等事故，很可能导致建筑坍塌、损坏，造成人员伤亡。

3.1.2承重柱和构造柱没能有效区分

在土木工程建设中，砖混结构建筑的构造柱与承重柱的配合可有效的防止墙体产生裂缝，提高房屋抗震能力。而设计人员在设计砖混结构的时候没有弄清承重柱和构造柱的区别，按照设计构造柱的方式设计承重柱，导致日后建筑结构出现裂缝，引起建筑物倒塌等等。另外，设计承重柱时为了方便分析承重柱受力就把截面面积设计的太小，这样在外力的作用下，很容易使承重柱和横梁开裂。

3.1.3忽略了环境因素的影响

在结构设计时，除了需要考虑工程结构建设中建筑结构本身的影响因素，还要考虑很多外界因素：温度、湿度、酸碱度、化学腐蚀等等。尤其是建筑结构中常用到的钢筋混凝土，这些环境因素都会对其产生很不利的影响，降低结构的耐久性和安全性，使建筑物存在很大的安全隐患。

3.2解决对策

3.2.1设计合理的结构设计方案

以房屋工程结构设计为例，结构设计方案主要包括框架结构选择、基础形式和结构措施的确定等等。框架结构选择用钢筋混凝土梁、柱组成的受力体系，综合考虑竖向和水平荷载，以满足其承载和抗震的要求；基础形式要结合当地的地质、水文、气候等条件来确定；结构措施则要按照建筑结构的抗震要求进行计算，以采取必要的抗震措施。

3.2.2设计合理的内力组合

内力组合设计要求工程结构设计在满足抗震要求的基础上，调整组合内力，包括框架梁内力组合，承载力抗震系数，跨间弯矩。

3.2.3板设计和配筋

按照板的规格采用双向板或沿着短边受力的单向板进行计算，依据规范中的构造要求设置构造钢筋，并根据实际情况计算跨中最大弯矩。

4结构可靠度和结构抗力的分析

4.1影响结构可靠性和结构抗力的因素

影响土木工程结构可靠性的因素有很多种，其中主要包括两个大的方面，一个方面就是土木工程结构本身对各种各样的作用效应的抵抗能力，另一个方面就是土木工程结构所受到的各种各样来自于外界的作用。施加在土木工程结构上面的各种各样的作用将在支座处产生反力，同时使得土木工程结构构件产生内力、变形、倾覆和滑移。内力包括弯矩、轴力、扭转以及剪力。影响土木工程结构抗力的主要因素有材料性能、几何参数和计算模式的精确性等等。

4.2土木工程结构的可靠度以及它的随机性

土木工程结构的可靠度指的是在规定的条件下和规定的时间内，工程结构具有的满足预期的安全性、适用性和耐久性等功能的能力。这样来看，土木工程结构的可靠度是结构可靠性的一个概率度量。换句话来说，也就是说对土木工程结构可靠性有着一种定量的需求。在各种随机因素影响下，土木工程结构完成预期功能的能力是不能预先确定的，它存在着变数，只有用概率来描述才合适。由于土木工程结构失效一般为很小的概率，失效的概率对结构的可靠度的把握也就更加直接，因此习惯于采用失效的概率来度量结构的可靠性。

结束语：

总之，土木工程结构设计与工程建筑的安全性和经济性有直接关系。我们在设计土木工程结构时，要平衡好安全性和经济性，就需要在设计的时候多下功夫，综合考虑多方面影响因素。在今后的生活生产中，要采用科学的管理和设计模式，实现安全性和经济性的统一，建设更美观、更安全，并能为企业带来更大经济效益的工程建筑。

参考文献：

[1]杨晓明.时丹.在役土木工程结构薄弱处分析[J].工业建筑，2012-07-20.

[2]曹小囡.土木工程荷载与结构设计探讨[J].科技传播，2012-03-08.

[3]陈建伟.浅议土木工程结构设计控制措施[J].建筑知识：学术刊，2012（06）.

[4]杨春苗.浅谈土木工程结构设计与施工技术两者之间的关系[J].江西建材，2014（23）.

[5]张世伟.浅谈土木工程结构设计安全问题及应对策略[J].华东科技：学术版，2013（06）.