浅谈土木工程设计工作的安全性与经济性

浅谈土木工程设计工作的安全性与经济性

许燕

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摘要：土木工程结构设计是一门综合学科，经过数十年的发展，已逐步形成一套独具特色的理论体系。研究的是结构的力学基础，结构材料的选择，结构的形式和计算，以及结构的承载力和稳定性。然而，设计师在做设计时应兼顾安全性和经济性，通过制订规范，开展结构安全性评价，加强耐久性设计，以达到安全和经济的目的；只有从安全性和经济性两方面做好保障，土木工程才能真正为人类的生存与发展提供可持续的支撑。

关键词： 土木工程；结构设计；安全性；经济性

引言：随着社会和科技的不断发展，人们对建筑结构的安全、经济的要求日益提高。安全与经济都是保证建筑物整体稳定可靠的关键，二者的持续强化，不但可以为公众创造一个舒适的居住环境，还可以为设计者等相关主体在市场中获得良好的声誉。因此，对民用建筑结构的安全和经济性能进行研究是十分必要的。

一、土木工程结构安全性与经济性之间的关系

安全是建筑设计的第一个目的，就是要保证建筑在正常的工作状态和突然的载荷作用下，具有足够的强度、稳定性和耐久性，从而保证人们的生命和财产的安全。为了提高安全性能，就必须在原料和加工上进行更多的投资，而这又会提高建设费用。而这又会提高建设费用，影响经济效益。在满足安全要求的条件下，对经济性的要求是尽量降低造价、降低资源的使用，从而增加项目的经济效益。通过合理的材料选择，优化设计，提高施工效率，可以达到这一目的。

二、当前土木工程结构设计中存在的问题

2.1 结构稳定性较差

结构失稳是土木工程结构设计中的一个共性问题。这将使结构在外力作用下失去稳定性，造成结构失效甚至坍塌，威胁人身安全。由于结构设计不合理，材料选择不合理，施工质量不佳，导致结构稳定不佳。

2.2 设计结构牢固性不强

目前，我国民用建筑结构设计中普遍存在的一个问题就是设计结构的坚固性差。这种现象的产生与设计者对结构的受力状况、变形需求及传力途径的认识不足有关。以某房屋楼梯为例，若设计人员对楼梯的受力状况及荷载传递途径不够全面，则会造成楼梯在服役期间因变形而发生损坏，进而影响整体结构的稳固。分析认为，设计人员没有考虑楼梯的荷载、人流、楼梯间的衔接形式等主要影响因素。另外，若所选材质不当，如强度不够或材质低劣，亦会影响楼梯之稳固性。所以，在进行结构设计时，一定要注意其牢固性。

2.3 工程结构的耐久性不强

该工程建筑物的耐久性较差。这就意味着，在服役一段时间以后，结构会发生腐蚀，疲劳，变形甚至破坏。造成这一现象的主要原因是材料选用不合理，环境因素不够充分，施工技术不够规范。

2.4 节能设计不充足

在建筑与结构设计中，应注意节能降耗、节能降耗，从而达到减轻环境污染，达到可持续发展的目的。建筑的节能设计不足主要体现在建筑的隔热、采光和通风上。

2.5 对环境因素考虑不足

在建筑物设计时，周边环境是一种不确定性，如果不加以充分的考虑，就会影响到建筑物的使用性能。如对钢筋、混凝土而言，化学腐蚀、水、土的酸碱度、温湿度等多个因素的共同作用，会对结构的服役寿命造成一定的影响，若不加以重视，则会增加工程的重大安全事故。

三、土木工程结构设计中提高安全性的策略

3.1 制定严格的结构设计规范

结合实际工作中的经验和理论知识，提出了相关的设计标准。只有符合工程实际的设计规程，才能从源头上保证施工质量，避免施工过程中出现安全隐患。

3.2 进行结构安全评估

为了增强土木工程结构设计的安全性，进行结构安全评估显得尤为关键。由于传统设计方法在计算过程中存在着诸多弊端，所以采用可靠度理论进行结构安全评估已成为一种必然趋势。现代的计算技术和工程软件为我们提供了强大的工具，用于进行结构安全的评估和分析，以验证结构的可靠性和安全性，并能够及时发现潜在的问题。有限元法作为一种数值方法，具有计算量小、精度高的特点，被广泛用于结构强度与刚度设计中。通过构建结构的数学模型，我们能够运用有限元分析等多种计算手段，对该结构在静力、动力以及稳定性等多个方面进行全面评估。目前已经开发出很多用于计算复杂结构响应的通用分析程序。这类分析有助于模拟结构在各种荷载状况下的动态行为，涵盖了受力、形变以及破损等多个方面。

3.3 加强结构耐久性设计

增强结构的耐久性设计能有效地延长其服役寿命，降低维修次数及费用，增强其安全可靠度。选用耐久性能好的混凝土，耐候钢材等。该材料耐腐蚀、耐老化，可在严酷环境中长时间维持其强度与稳定。采用合适的保护方法，防止建筑物受到外界的腐蚀和损坏。

3.4 优化建筑结构节能设计

通过对建筑结构进行优化设计，可以对结构的安全起到一定的作用。在建筑节能设计中，既要达到节能减排的目的，又要兼顾建筑的稳定与安全。通过对建筑结构进行优化设计，可以有效地减少建筑构件所需的材料，达到减轻建筑荷载的目的。同时，也可以从结构的形态、布置等方面改善其抗震能力。对建筑物进行节能设计时，应从抗风能力方面加以考虑。因此，在对其进行优化设计时，应兼顾其受力性能、稳定性及安全性等方面的因素，设计的结构不仅能满足节能需求，而且还能保证其安全性。

3.5 推广应用新结构新技术

因此，发展新型结构、新工艺是提升其安全性的关键。这种新型结构形式能够提高结构的承载能力和稳定性能。运用新的材料、新的结构形式，使建筑结构更结实、更可靠。随着科学技术的发展，土木工程领域出现了许多新的技术，如 CAD、BIM、无人机监控等。该方法能够为工程人员提供大量的数据与信息，有助于工程人员及时发现并消除安全隐患，从而提升设计的准确性与效率。

四、土木工程结构设计中提升经济性的策略

4.1 科学利用钢结构

钢结构以其轻质、高强、抗震性能好、工期短、节能环保等优势，被越来越多的工程应用。在此基础上，本文提出了一种新的思路，即采用了一种新的方法，即采用了一种新的方法来代替传统的钢筋混凝土梁。

4.2 合理选择标准图集

标准图集是在设计之前，参考有关标准、规程，按工程需要而制定的一套典型的结构图集。在此基础上，选取适当的规范图集，可大幅缩短工程设计的时间、人力、物力，减少误差。同时，本规范还可为工程设计提供更为安全的理论支撑，使设计人员可以少做无谓的、有风险的试验。所以，在土木工程结构设计时，要根据不同的规范要求，选用合适的规范图集，才能有效地提高设计的效率与精度，提高工程的经济性。

五、结语

在建筑结构的设计过程中，安全性与经济性形成了对立但又统一的关系，它们既存在冲突又呈现出辩证的统一性。从结构安全性角度出发进行设计，能提高建筑整体性能和使用功能。然而，安全始终是基础和首要任务。作为土木工程结构设计工程师，确保安全是首要且不可忽视的议题。只有当安全得到充分保障时，整个建设项目才能持续向前发展。

参考文献：

[1] 卢艳檀.试析土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].建材发展导向,2024,22(07):85-88.   

[2]杨国华.土木工程结构设计中实现安全性与经济性的措施探析[J].大众标准化,2024,(05):80-82.   

[3] 王彩香.土木工程建筑结构设计中的安全性及经济性分析[J].居舍,2023,(21):102-105.