關于土木工程結(jié)構(gòu)設計安全性與經(jīng)濟性的探討

段改霞

摘 要：近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生產(chǎn)生活的需要，土木工程項目的數(shù)量越來越多，與此同時發(fā)生的工程事故也日益增加，各種工程大樓、公路橋梁事故屢見不鮮，這樣的工程不僅浪費了國家大量的人力、物力、財力、更給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了嚴重的威脅，在進行土木工程結(jié)構(gòu)設計過程中，首先要確保工程結(jié)構(gòu)的安全性。同時為了獲得更大的社會效益和經(jīng)濟效益，還應充分考慮土木工程結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)濟性。本文主要對土木工程結(jié)構(gòu)設計中的安全性與經(jīng)濟性進行了分析。

關鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)設計；安全性；經(jīng)濟性

中圖分類號： TB482文獻標識碼： A

引言

對土木工程進行結(jié)構(gòu)設計，涉及到安全問題和經(jīng)濟成本的問題，也是兩個最核心的問題。一方面由于設計或施工管理不善的問題發(fā)生了很多事故，例如橋梁的坍塌、地鐵的下陷、樓盤的倒塌等造成巨大的經(jīng)濟損失，結(jié)構(gòu)設計問題向土木工程行業(yè)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，工程質(zhì)量的終身制雖然有效地提高行業(yè)的整體質(zhì)量，但是由于設計者的作品缺乏人文性和當代性，在責任的沖擊下，影響著建筑結(jié)構(gòu)的安全。另一方面在當前市場經(jīng)濟條件下，如果一味的追求工程結(jié)構(gòu)的安全性和各項使用性能，將會無限制的增加工程投入的成本，導致工程項目的盈利能力不斷下降，這些都不利于建設企業(yè)和市場經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，因此需要將兩者結(jié)合起來考慮，在保證安全的基礎上達到成本最小化經(jīng)濟利益最大化的目的。

一、當前土木工程結(jié)構(gòu)設計存在問題概述

1、土木工程結(jié)構(gòu)設計安全性與經(jīng)濟性的關系

實際施工中，沒有經(jīng)濟性約束的設計會造成結(jié)果與投資間的差距增加，提高安全性就會增加成本投入。由此可見安全性與經(jīng)濟性是相互矛盾的兩個主題。例如，材料質(zhì)量是安全性的體現(xiàn)，而安全性的增加也是通過提高材料質(zhì)量實現(xiàn)的。綜合經(jīng)濟要求，設計者需要對材料的性價比來進行考量，衡量經(jīng)濟性的重要指標就是建筑的強度和成本的比較。在這樣的要求下，經(jīng)濟性與安全性成為了平衡結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。

2、土木工程結(jié)構(gòu)設計存在的問題分析

（1）工程設計的整體牢固性不夠。整體的牢固性是建筑質(zhì)量的生命線，即使在使用過程中，發(fā)現(xiàn)局部的質(zhì)量問題也不影響建筑物的安全性，因為不會出現(xiàn)大面積的坍塌，不至于造成嚴重的生命財產(chǎn)安全。土木工程的結(jié)構(gòu)的設計一定有自己的冗余度和良好的延展性，這是關系到建筑物整體牢固性的問題，良好的結(jié)構(gòu)設計可以應付各種自然災害和各種人為失誤造成的后果。

（2）抗震能力因素的設計偏小，在一般的建筑結(jié)構(gòu)設計，設計的重柱的橫截面積不夠大，雖然減低了工程的成本但是容易在外來的壓力下受損、開裂等，不僅影響了使用年限，也威脅著建筑安全，經(jīng)受不住自然災害的洗禮。

（3）土建結(jié)構(gòu)工程的耐久性安全性差。我國氣候環(huán)境不同，要求結(jié)構(gòu)設計也應不同，我國面積廣大，氣候條件不一，如何根據(jù)氣候條件進行結(jié)構(gòu)設計在相關的法律上也沒有明確的規(guī)定，缺乏規(guī)范性。我國土建結(jié)構(gòu)的設計與規(guī)范，把土建結(jié)構(gòu)工程耐久性的重點放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強度要求上，而對環(huán)境因素的作用的要求則相對考慮的比較少或者基本不考慮。而混凝土結(jié)構(gòu)因剛進的銹蝕導致結(jié)構(gòu)安全事故降低了土建結(jié)構(gòu)的使用壽命的問題十分普遍，不僅設計單位忽視了其嚴重性，使用者也沒有足夠的認識，其嚴重程度已經(jīng)大過因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準設置偏低所帶來的危害。

（4）結(jié)構(gòu)設計的規(guī)范低于國外水平，從結(jié)構(gòu)工程設計的整體性研究，安全涉及到很多方面的因素。建筑結(jié)構(gòu)的最大承載力、牢固性、耐久性等都影響著結(jié)構(gòu)的安全。

二、土木工程結(jié)構(gòu)設計安全性如何提高

1、在設計過程中，應當優(yōu)先行業(yè)內(nèi)的設計單位進行設計，選擇資質(zhì)高經(jīng)驗豐富的設計單位作為設計主體，這樣的設計企業(yè)往往具備豐富的經(jīng)驗和先進的設計設備。同時專業(yè)人員的素質(zhì)也相對較高。因此在設計中可以很好的提高設計質(zhì)量，可為結(jié)構(gòu)設計的安全性提供保障。

2、注重對設計文件的說明。設計文件的細節(jié)說明是施工人員進行施工操作的重要提示內(nèi)容，因為施工人員的素質(zhì)差異較大，設計者應當注重對這些說明的表述質(zhì)量，既簡單又準確，尤其是在較為復雜上的設計中更應當對每一環(huán)節(jié)具體設計思路和操作方法加以說明，以此來保證在施工中結(jié)構(gòu)的安全性與設計的安全預期方向一致。

3、在設計中應當對相應的設計理論進行完善和提高，即對一些概念性的設計做比較深入的了解，并保持設計思路清晰，當前概念結(jié)構(gòu)設計已經(jīng)成為了保證結(jié)構(gòu)安全性的主要設計思想。例如對材料進行選擇時，進行全面的安全性評價，同時利用精確地計算對概念設計進行驗算，以獲得較為穩(wěn)妥的結(jié)構(gòu)模式，提高建筑的安全性。

4、在設計中做到全面準確。應當利用科學化、系統(tǒng)化的管理對整個結(jié)構(gòu)設計的項目進行細化，將設計的項目和內(nèi)容進行細致劃分，對項目的子項目進行完善和審核，這是為了避免在設計中對某個項目或參數(shù)漏算而導致結(jié)構(gòu)的安全性下降所采取的有效手段，所以在設計中應當對整個過程進行細致而嚴格的管理、監(jiān)督、審核、確保設計項目完整準確。

5、嚴格控制設計變更，工程結(jié)構(gòu)設計是一項系統(tǒng)工程，在設計之間相互銜接，每個結(jié)構(gòu)之間都有必然的相互關聯(lián)。某個結(jié)構(gòu)因為施工條件限制而需要改變，不止是此結(jié)構(gòu)的施工工藝和安全性能會發(fā)生改變，更會影響到與之相關的結(jié)構(gòu)性能的變化。所以保證結(jié)構(gòu)設計的安全性時，應對施工中可能出現(xiàn)的問題認真分析，采取多個思路，盡量提供柔性設計，適應現(xiàn)場的施工條件，既要減少變更也要適應某些變更，將影響范圍控制在最小。

6、加強過程監(jiān)管發(fā)現(xiàn)問題及時修改，設計文件審核實施后，設計單位與施工單位要保持聯(lián)系，及時糾正施工人員的理解偏差，對發(fā)現(xiàn)的問題要及時核對設計，對于施工人員提出的建議要給予足夠的重視。

三、土木工程結(jié)構(gòu)設計經(jīng)濟性如何提高

1、在保證經(jīng)濟性方面可以利用投招標進行設計方案、造價等綜合性的評估和選擇，即在項目設計前就對經(jīng)濟性進行一定限度的控制，利用專業(yè)的設計單位所提出的設計報價形成一個清晰的經(jīng)濟性指標，以此降低成本的浪費。

2、在施工中應協(xié)調(diào)好各個相關部門的關系，以獲取更多準確的基礎資料，以此降低成本。土木工程中結(jié)構(gòu)設計涉及到的不僅僅是單純地施工問題，還需要大量的輔助性資料和工作。例如地址勘察的資料和數(shù)據(jù)，檢驗檢測數(shù)據(jù)等，因此設計人員應當再設計中與多個相關部門進行合作，利用全面的資料和數(shù)據(jù)來輔助提高設計的經(jīng)濟性。因為環(huán)境氣候、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素將對設計的標準和安全需求產(chǎn)生一定的影響，也會影響到結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)濟性。

3、在結(jié)構(gòu)設計中應當鼓勵設計人員采用靈活的設計思路和方法，不要一味的利用標準圖進行設計。采用標準圖雖然可以降低設計工作量，加快結(jié)構(gòu)設計的進度。也可以相對減少設計失誤率，但此種設計方式往往不利于降低工程結(jié)構(gòu)造價，因為標準圖設計是按照相應的安全規(guī)范標準進行標準圖形選擇，而高標準意味著高成本，因此在設計中應當發(fā)揮設計人員的能力在設計中利用合理的結(jié)構(gòu)方式既能保證安全又能降低成本。

4、設計中應當控制多個參數(shù)設計的問題，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計會涉及到較多成本和安全因素，像材料、面積、截面形狀、鋼筋數(shù)量等，這些參數(shù)的設計都將影響結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。在設計中應當進行多種設計方案的評估與選擇，即通過參數(shù)的變化和選擇進行綜合衡量，盡量用主要參數(shù)控制經(jīng)濟性和安全性的協(xié)調(diào)。

結(jié)束語：

土木工程結(jié)構(gòu)設計是建筑安全性和經(jīng)濟性的根本保證，在進行建筑工程的結(jié)構(gòu)設計中，堅持安全第一的原則，以安全促進企業(yè)的發(fā)展，保證建筑設計和施工的經(jīng)濟性，以建筑物的安全性為基礎前提，節(jié)省成本，減輕企業(yè)的經(jīng)濟負擔，將二者有效結(jié)合起來。利用科學的管理和設計方式才能使得安全性和經(jīng)濟型的和諧統(tǒng)一。同時也應提高設計人員的專業(yè)知識和能力，遵守安全設計規(guī)范，提高其鑒別質(zhì)量安全的能力，積累豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗，以確保每一個建筑設計結(jié)構(gòu)的安全，切實保障人民生活質(zhì)量的進一步提高。

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