淺析如何保障土木工程設(shè)計(jì)工作的安全性與經(jīng)濟(jì)性

黃東輝

摘要：近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，建設(shè)工程事業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展。目前，土木建筑工程項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，項(xiàng)目規(guī)模也不斷地?cái)U(kuò)大，人們對(duì)土木工程質(zhì)量提出了更高的要求。建筑企業(yè)為了在日益激烈的市場競爭中獲取更多的市場份額，就必須加強(qiáng)土木工程施工質(zhì)量管理，重視土木工程設(shè)計(jì)工作的安全性與經(jīng)濟(jì)性。土木工程設(shè)計(jì)是土木工程施工中的重要組成部分，必須予以高度重視，針對(duì)當(dāng)前土木工程設(shè)計(jì)中存在的問題，實(shí)施有效措施，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高土木工程穩(wěn)定性，保障土木工程施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：保障;土木工程;設(shè)計(jì)工作;安全性;經(jīng)濟(jì)性

引言

土木工程設(shè)計(jì)過程中，優(yōu)化土木工程設(shè)計(jì)方法的必要性和重要性體現(xiàn)在實(shí)際的建筑體和土木工程中，其目的在于提供更為便利使用空間的同時(shí)，保證土木工程的美觀性。土木工程設(shè)計(jì)直接決定建筑整體的安全穩(wěn)定性、人居環(huán)境的舒適度、性能發(fā)揮的完整性，需要設(shè)計(jì)人員高度重視。在建筑技術(shù)不斷革新發(fā)展的進(jìn)程中，土木工程呈現(xiàn)出更加多變的特征，建筑類型、功能模式均朝著高度復(fù)雜的方向發(fā)展，對(duì)土木工程設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也使土木工程設(shè)計(jì)中原有薄弱問題更加明顯。因此，探究土木工程設(shè)計(jì)工作的安全性與經(jīng)濟(jì)性具有非常重要的意義。

1土木工程設(shè)計(jì)工作安全性與經(jīng)濟(jì)性之間的聯(lián)系

土木工程的安全性是對(duì)人民群眾生命健康安全與財(cái)產(chǎn)安全的保障，但提升土木工程的安全性需要提升相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)成本。換言之，安全性的提升常伴隨經(jīng)濟(jì)性的下降，經(jīng)濟(jì)性的提升常伴隨安全性的下降，在二者均不可被輕視的新時(shí)代工程建筑價(jià)值體系中，如何平衡安全性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系是一個(gè)具備較高研究價(jià)值的問題。在實(shí)際建筑生產(chǎn)過程中，安全性與經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系并不是簡單的線性相關(guān)關(guān)系。例如，水平較高的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位能在合理利用材料的情況下完成質(zhì)量更高的設(shè)計(jì)方案，在材料成本尚未提高的情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性也可能獲得提升。再如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性基本相同的情況下，合理的受力結(jié)構(gòu)分析能幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)排除不必要的土木工程設(shè)計(jì)，刪減掉并未發(fā)揮承重作用的冗余結(jié)構(gòu)，在安全性不變的情況下降低了施工成本。同時(shí)，在建筑技術(shù)的影響下，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)出現(xiàn)較大幅度的變化。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)盡量選用密度與強(qiáng)度彼此協(xié)調(diào)的配筋方式，要么選用強(qiáng)度低、密度高的，要么選用強(qiáng)度高、密度低的，以此在安全性與經(jīng)濟(jì)性之間尋找平衡點(diǎn)，確保二者之間的協(xié)調(diào)性，充分體現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將安全性與經(jīng)濟(jì)性并舉的基本思想。

2保障土木工程設(shè)計(jì)工作的安全性與經(jīng)濟(jì)性的有效策略

2.1工程模型的優(yōu)化建立

在開展土木工程設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的過程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型及計(jì)算方案是極為重要的。所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，即是從眾多變量中選擇較為關(guān)鍵的參數(shù)，之后結(jié)合這些參數(shù)建立函數(shù)模型，并計(jì)算出最優(yōu)解。通常情況下，對(duì)模型的構(gòu)建可分為以下幾部分。首先，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理選擇，設(shè)計(jì)變量不但對(duì)模型的構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也關(guān)系著對(duì)參數(shù)的選擇，設(shè)計(jì)人員通過對(duì)模型的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，計(jì)算編程的工作量也會(huì)得到有效地降低。其次便是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的明確，在這一過程中，設(shè)計(jì)人員需找到能滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，之后還需對(duì)約束條件進(jìn)行合理確定，其中就包括應(yīng)力、強(qiáng)度以及尺寸等數(shù)據(jù)條件。在落實(shí)土木工程設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的過程中，設(shè)計(jì)人員需確保這些約束條件可達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，這樣設(shè)計(jì)的相關(guān)需求也能得到有效的滿足。

2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

土木工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的科學(xué)性是最基本的前提條件，具體從以下方面著手：（1）統(tǒng)籌分析土木工程的各項(xiàng)因素、資源，以此來保證土木工程設(shè)計(jì)優(yōu)化方法滿足設(shè)計(jì)、施工的要求和條件;（2）建筑原材料質(zhì)量要從源頭控制，保證所有進(jìn)入施工現(xiàn)場的零部件、建筑材料質(zhì)量，進(jìn)而保證各類材料能夠發(fā)揮其功能，避免材料浪費(fèi);（3）土木工程外部因素必須納入考慮的范疇內(nèi)，盡可能減少人力、物力等因素影響到建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化;（4）簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，高層土木建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分繁瑣，且承載的能力較低，一旦出現(xiàn)計(jì)算失誤，不僅會(huì)增加施工成本，而且還會(huì)留下安全隱患，最終影響工程的整體質(zhì)量。因此，整體設(shè)計(jì)過程中，必須精簡內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

2.3結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在土木工程的抗震性能設(shè)計(jì)中，需要合理選用平面設(shè)計(jì)，采用合乎規(guī)則的結(jié)構(gòu)布局，避免結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)和薄弱的連接面或連接點(diǎn)的出現(xiàn)?？梢酝ㄟ^抗震縫的布局方式，把結(jié)構(gòu)整體分割成幾個(gè)抗震單元，進(jìn)行分離分析和整體分析。在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，需要額外考慮建筑所承受的風(fēng)壓。因此在高層建筑的外形選用上，最好采用流線型設(shè)計(jì)，避免采用矩形平面，因?yàn)榫匦纹矫嫦啾扔诹骶€型設(shè)計(jì)需要承受額外的風(fēng)壓，使得建筑受到更多的風(fēng)載荷。此外平面設(shè)計(jì)中，兩個(gè)兩兩正交方向的剛度需要盡量保持一致，剪力墻可以設(shè)置在周圍，可以提升建筑整體的剛度與抗扭轉(zhuǎn)力的能力。同時(shí)可以適當(dāng)增加樓層的高度或者大梁的高度，來讓剪力墻能夠承受更大的彎扭應(yīng)力作用。在豎向設(shè)計(jì)過程中，剪力墻的高度應(yīng)該遵尋從下到上逐漸減小的原則，可以避免使得建筑整體對(duì)于水平力的抵抗能力。

2.4結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計(jì)

由于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和變形受場地土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度等多種因素的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振周期無限接近場地土的主導(dǎo)周期時(shí)，建筑物地震反應(yīng)、振動(dòng)變形、地震作用會(huì)呈現(xiàn)出增加趨勢，因此，建筑設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合土木工程具體體系、高度、場地條件等因素，綜合判定，精密設(shè)置變形限制，將變形限制在規(guī)范許可范疇內(nèi)，達(dá)到減小土木工程變形概率的目的。比如，單一從場地條件上分析，對(duì)于硬土地基，可以優(yōu)先選擇柔和的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法;而對(duì)于軟土地基，則可以選擇剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。或者調(diào)整土木工程剛度調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振周期至偏離（長于或短于）場地卓越周期?？紤]到建筑物立面收進(jìn)、頂部小面積突出對(duì)建筑物立面體形沿高度變化趨勢具有較大的影響，為了避免頂部側(cè)向甩動(dòng)形狀變化超出規(guī)定范疇破壞建筑物結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員可以選擇上部柔軟度較高的塔樓，盡可能減小下部大底盤、上部塔樓之間的剛度差值。

2.5注重工程設(shè)計(jì)的預(yù)見性

設(shè)計(jì)變更是所有土木工程都無法完全避免的問題，它的成因十分復(fù)雜，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位的意見、自然環(huán)境、突發(fā)事故都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在施工中期的變更現(xiàn)象。設(shè)計(jì)變更既無法提升結(jié)構(gòu)安全性，也會(huì)大幅降低結(jié)構(gòu)的安全性，在能避免的情況下應(yīng)予以盡力避免。從設(shè)計(jì)單位的角度來講，設(shè)計(jì)單位應(yīng)切實(shí)提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的預(yù)見性，既要實(shí)現(xiàn)已知的設(shè)計(jì)需求，又要根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境的考察、施工經(jīng)歷的分析使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能為可能出現(xiàn)的變更內(nèi)容做好準(zhǔn)備，預(yù)防可能會(huì)出現(xiàn)變更的情況，盡量減少土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變更現(xiàn)象。

結(jié)束語

綜上所述，若想保證土木工程設(shè)計(jì)工作的安全性與經(jīng)濟(jì)性，施工單位需從源頭抓起，做好設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)把控工作。因土木工程涉及環(huán)節(jié)較多且有著環(huán)環(huán)相扣的特點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)把握好每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從多方面進(jìn)行綜合考慮，并針對(duì)較易出現(xiàn)質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)，提前制定預(yù)防方案，確保該方案具有一定的實(shí)操性及可行性，以此推動(dòng)我國土木工程整體質(zhì)量水平的提升。

參考文獻(xiàn)

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