土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題及策略分析

易理發(fā)（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙410001）

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題及策略分析

易理發(fā)（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙410001）

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了我國土木工程的建設(shè)和發(fā)展。在土木工程設(shè)計(jì)和施工中，要想對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行保證，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，是整個(gè)土木工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文主要闡述了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的安全方面的問題，并且針對(duì)存在的問題提出了幾點(diǎn)對(duì)策。

土木；建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；安全；問題；對(duì)策

引言

土木工程設(shè)計(jì)的范圍比較廣泛，包括道路工程、建筑工程、地下工程、橋梁工程等等。隨著土木工程建設(shè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，其安全問題得到了越來越多的重視，如果出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題，會(huì)導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生，不僅會(huì)危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。因此，做好土木工程結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)顯得十分的重要。

1 土木工程結(jié)構(gòu)安全性概述

土木工程結(jié)構(gòu)的安全性是指結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在荷載等各種可能出現(xiàn)的外加作用下防止破壞倒塌，保護(hù)人員設(shè)備不受損傷的能力。

1.1 結(jié)構(gòu)外加作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）外加作用

一般作用、偶然作用、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料性能劣化（如鋼材銹蝕與混凝土腐蝕）的環(huán)境作用或環(huán)境影響。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，必須具有適當(dāng)?shù)陌踩群瓦m當(dāng)?shù)目煽慷?，?yīng)滿足下列三個(gè)方面的基本功能要求：①在一般作用或環(huán)境作用下滿足正常使用的適用性要求；②在可能出現(xiàn)的一般作用和規(guī)定的偶然作用下，有足夠的承載力，能夠抵抗倒塌等嚴(yán)重破壞；③在可遇見或不可遇見的偶然災(zāi)害作用下或受到重大人為影響時(shí)，結(jié)構(gòu)不應(yīng)發(fā)生與其初始原因不相稱的嚴(yán)重破壞后果，也就是結(jié)構(gòu)必須具備整體牢固性和穩(wěn)定性。

（3）對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要保證結(jié)構(gòu)的安全性，就必須做到以下幾點(diǎn)：

①在可能發(fā)生的一般作用與規(guī)定的偶然作用下，結(jié)構(gòu)的每一構(gòu)件（如梁、板、柱及其連接）都具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，即構(gòu)件在承載力上的安全性；

②結(jié)構(gòu)必須有整體牢固性，無論天災(zāi)人禍，結(jié)構(gòu)都不應(yīng)該發(fā)生與其不相稱的嚴(yán)重破壞后果；

③在環(huán)境作用下，結(jié)構(gòu)材料性能的劣化，應(yīng)控制在可接受的程度內(nèi)。

注：對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要考慮的極限狀態(tài)有承載力極限狀態(tài)（與構(gòu)件的安全性相應(yīng)）和正常使用時(shí)的變形極限狀態(tài)與裂縫極限狀態(tài)。

1.2 構(gòu)件承載力的安全設(shè)置水準(zhǔn)

材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值無論在可靠度或者安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中，目前多普遍采用95%保證率的材料強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）分項(xiàng)系數(shù)與安全因數(shù)

一般荷載作用下：我國規(guī)范在計(jì)算承載力時(shí)所規(guī)定的材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)比英美的相應(yīng)安全系數(shù)低大約10～15%，由表1可以發(fā)現(xiàn)，我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范構(gòu)件承載力安全設(shè)置水準(zhǔn)在

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的一般計(jì)算式為：國際上是最低的。

表1 各國分項(xiàng)系數(shù)

偶然荷載作用下，我國規(guī)范只要求在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性 （除特殊用途的建筑物外），并且只是規(guī)定地震作用與防火要求，并不考慮可能的爆炸、撞擊與嚴(yán)重人為錯(cuò)誤以及比規(guī)范規(guī)定烈度更大的地震出現(xiàn)時(shí)如何減輕災(zāi)難性后果的要求。

1.3 結(jié)構(gòu)的整體牢固性

對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體牢固性，我國規(guī)范尚未能夠提出具體的分析方法與標(biāo)準(zhǔn)，只能通過合理的結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置以及可靠的構(gòu)造措施加以保證。

1.4 環(huán)境作用

我國土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范中的重點(diǎn)內(nèi)容是結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，但是對(duì)于環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求重視度不足，如干濕、凍融、以及工程周圍水、土中有害化學(xué)介質(zhì)侵蝕等環(huán)境問題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該要注意防止混凝土與鋼筋的侵蝕，防止混凝土發(fā)生開裂。

2 當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題

2.1 土木工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)范的安全等級(jí)低

目前我國在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中依然還存在著比較多的安全隱患，一些土木結(jié)構(gòu)在使用比較短的時(shí)間之后就出現(xiàn)了一些質(zhì)量問題，如建筑墻體出現(xiàn)裂縫和變形情況。而國外一些國家，一些建筑或者橋梁已經(jīng)具有幾百年的歷史，但是仍然具有比較完整的保存，基本上不存在大的質(zhì)量問題。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因是我國的土木結(jié)構(gòu)安全設(shè)置等級(jí)與國外一些國家相比較低。目前我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的抗震設(shè)防目標(biāo)是小震不壞，中震可修，大震不倒，在這樣的目標(biāo)下進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅僅能夠?qū)π〉卣鹬碌慕ㄖ３制渫旰?，?duì)于大地震就很難保證其結(jié)構(gòu)安全性。

2.2 土木工程設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性差

只有保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性才能夠提高結(jié)構(gòu)的安全性。如果結(jié)構(gòu)具有比較高的穩(wěn)定性，那么即使建筑物受到一定程度上的損害，也不會(huì)對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。但是就我國目前情況來看，土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還比較低，土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)技術(shù)方面還較為欠缺，使得土木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌方、損壞等現(xiàn)象，造成一定的人員傷害。像玉樹地震等帶來的房屋倒塌等現(xiàn)象都在時(shí)刻告誡我們?cè)鰪?qiáng)土木工程穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。

2.3 框架柱截面積設(shè)計(jì)不規(guī)范

一些地區(qū)對(duì)建筑物的抗震等級(jí)要求比較低，因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中通常會(huì)設(shè)計(jì)比較小的框架柱截面積。還有一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員為了對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行控制，在結(jié)構(gòu)體系中對(duì)框架柱的數(shù)量進(jìn)行盡可能的減少，對(duì)梁的跨度進(jìn)行增加；但是為了滿足設(shè)計(jì)要求，梁的剛度一般都是比較大的，這就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)梁弱柱的情況，違背了強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念。強(qiáng)梁弱柱一旦遇到極端天氣或者地震等外力的作用，很容易導(dǎo)致建筑物梁柱核芯區(qū)等出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物的使用年限大大的縮短；甚至還可能導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生坍塌的現(xiàn)象，嚴(yán)重危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

2.4 在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員未意識(shí)到環(huán)境因素的重要性

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行土木工程設(shè)計(jì)時(shí)通常對(duì)怎樣提高工程的安全性能以及延長工程的使用年限較為注重，而對(duì)環(huán)境因素的影響卻沒有引起足夠的重視。然而，環(huán)境因素對(duì)工程設(shè)計(jì)質(zhì)量也有著不容忽視的作用，如果濕度較大或是水的酸堿度以及化學(xué)藥品的腐蝕等環(huán)境因素的影響，會(huì)對(duì)土木工程的質(zhì)量造成一定的威脅，更有甚者會(huì)帶來一定的安全隱患。

3 增強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的主要措施

3.1 設(shè)計(jì)方法應(yīng)優(yōu)化

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土木工程建設(shè)速度逐漸加快，必須加強(qiáng)對(duì)土木結(jié)構(gòu)安全性的重視，根據(jù)目前的實(shí)際情況制定出可行的建筑行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)制度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行最大限度的增強(qiáng)。同時(shí)采用的設(shè)計(jì)方法不應(yīng)該再局限于線型的小震靠計(jì)算、中震靠構(gòu)造的方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須對(duì)對(duì)每一項(xiàng)工程進(jìn)行中震下的驗(yàn)算，對(duì)容易產(chǎn)生破壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取有效的加固措施，保證結(jié)構(gòu)體系在中震的情況下也能夠保持其完好無損。另外還應(yīng)該結(jié)合我國實(shí)際需要，對(duì)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)，借鑒國外的一些技術(shù)和理念，提高我國土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。

3.2 重視設(shè)計(jì)人員安全責(zé)任觀念的培訓(xùn)力度

設(shè)計(jì)人員在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性有著重要的影響。在結(jié)果設(shè)計(jì)過程中，不僅應(yīng)該要求設(shè)計(jì)人員具備扎實(shí)的理論知識(shí)和專業(yè)技能。還應(yīng)該要求其具有安全責(zé)任觀念和安全意識(shí)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須做好反復(fù)計(jì)算工作，保證每一個(gè)數(shù)據(jù)都是有據(jù)可循的。為提高設(shè)計(jì)人員的安全意識(shí)和專業(yè)技能，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，要求設(shè)計(jì)人員不斷的進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，保證設(shè)計(jì)的高質(zhì)量。

3.3 加強(qiáng)科研，推動(dòng)創(chuàng)新

提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平可以使設(shè)計(jì)成品具有更高的水品，更合理的結(jié)構(gòu)形式，因此要不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，不斷發(fā)展。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不能安于現(xiàn)狀，必須通過大量研究并反復(fù)計(jì)算，將成果運(yùn)用到實(shí)際工程中。只有這樣設(shè)計(jì)出的成品才能更加安全可靠。

3.4 嚴(yán)格控制建筑使用條件

在土木工程結(jié)構(gòu)交付使用之后，需要交給建筑責(zé)任主體方對(duì)建筑的使用要求進(jìn)行控制，要求建筑物按照設(shè)計(jì)條件進(jìn)行使用，嚴(yán)禁出現(xiàn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行使用的情況，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。

3.5 做好內(nèi)力組合設(shè)計(jì)

土木結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)就是內(nèi)力組合設(shè)計(jì)。在內(nèi)力組合設(shè)計(jì)中需要以結(jié)構(gòu)的承載力抗震系數(shù)為依據(jù)，要求選擇抗震性能比較好的材料，同時(shí)還需要根據(jù)受彎梁、偏壓柱、受剪及構(gòu)件承載力等因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)的承載力抗震系數(shù)的調(diào)整，從而對(duì)土木結(jié)構(gòu)的承載能力進(jìn)行提高。

3.6 加大設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)安全監(jiān)督力度

一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問題也和安全監(jiān)督不到位有關(guān)，應(yīng)定期或不定期的審查建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，保證整個(gè)設(shè)計(jì)過程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，土木工程結(jié)構(gòu)的安全性事關(guān)重大，對(duì)工程的質(zhì)量和使用壽命有著直接的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須強(qiáng)化安全意識(shí)，應(yīng)用合理的設(shè)計(jì)方法，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和耐久性。

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TU318

A

2095-2066（2016）22-0208-02

2016-7-21

易理發(fā)（1982-），男，工程師，本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工作。