关于土木工程荷载与结构设计的分析

关于土木工程荷载与结构设计的分析

吴芳

安徽省蚌埠市建筑设计研究院 安徽 蚌埠 233000

摘要：土木工程建设与我们的生活息息相关，现代的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，新型的工艺和机械为手段积极地向前发展。土木工程的建设要对多方面内容考虑，既考虑到工程的美观实用，也要重视到安全性和经济性。特别是安全性，与土木工程的结构设计有着极为密切的关系，荷载也在土木工程建设中有着很重要的意义。下面就土木工程的结构设计和荷载进行探讨。

关键词：土木工程；荷载；结构设计；分析

引言：土木工程是建筑工程的基础性项目，它的重要性不言而言，关乎到整个建筑施工作业流程和建筑物的安全性和稳定性。在一系列工程项目管理工作中，设计规划工作起着引导性的重要作用，一旦其土木结构的设计方案中出现问题，那么就会给后续的施工作业带来很多麻烦和困扰，也会拖慢施工进度和节奏。所以设计人员要特别注重结构设计中已经出现的问题，并结合具体的荷载等设计缺陷和不足来完善整个土木工程的设计方案，确保结构稳固安全。

一、影响土木结构稳定性的重要因素

1、随机因素对结构的影响

从实际的土木结构体系设计规划工作中就可以发现，其结构稳固性的影响因素多种多样，其一为结构体系内部为了应对多种应力作用而产生的抵御能力，其二是来自与外界或者其他方面的应力作用。这些作用力的出现影响着土木结构中各个部件的受力变化情况，因此而产生其结构内部出现偏移甚至扭曲变形的质量病害，此时检测其结构性能就会发现很多指标参数都与原有的设计方案存在着极大的偏差。

2、荷载设计对构件的影响

构件的可靠性对于荷载的取值，在结构设计时候如果荷载错误，按照错误荷载设计的结构其抗力应该与错误的荷载相对应，这样的话能够严重影响构件的可靠性，而且通过一些理论计算公式我们会发现如果结构设计荷载取值偏大的话，对构件的可靠性的提高作用并不大。当地下水设防水位低于室外地坪标高时，作用在地下室底板、侧壁、挡墙上的地下水按活荷载作用，水位变化较大时分项系数取为1.4，否则可取1.35；给排水构筑物分项系数可取1.27。若乘以分项系数后的等效水头高于室外地坪，则取到室外地坪标高。当地下水设防水位取为室外地坪标高时，地下水按恒荷载作用，分项系数取1.0。

3、荷载特点对结构可靠性的影响

永久荷载取值在设计基准期T内基本不变，统计分析结果可认为永久的任意时点概率分布函数服从正态分布。不同的可变荷载、其统计参数τ、p以及任意时间点荷载的概论分布都是不同的。结构构件抗力根据概率轮中的中心极限定理指出，结构抗力R的概率分布类型均可假定为对数正态分布，在实际工程中，结构的功能函数往往是由多个随机变量组成的非线性函数，而这些随机变量并不都服从正态分布或对数正态分布，因此实际工程中采用近似概率法又称一次二阶矩法（包括中心点法和验算点法）分析结构可靠度。

二、分析一些常见的荷载效应组合方式

1、频遇荷载效应控制组合方式

该种荷载效应控制组合方式作为新型的效益控制组合方式的一种，用可变荷载的标准值和比组合值系数的频遇值小的系数相乘，结果就是可变荷载的频遇值。该种荷载效应控制组合方式对结构设计基准期之内可变荷载设计超过其值的大小和次数进行了充分的考虑。由于很多的频遇值还没有统计出来，频遇荷载效应控制方式在目前尚未得到广泛的应用，想要使得该种组合得到大范围的推广和应用短时间内是无法实现的。

2、准永久荷载效应控制组合方式

该种组合方式在很大程度上类似于以前的长期效应组合，用荷载的标准值和准永久系数相乘的结果就是荷载值，该荷载组合对可变荷载对结构产生作用的长期性进行了充分的考虑。该种组合方式在设计基准期之内，应该将可变荷载超过荷载准永久值的概率控制在大约百分之五十。该种组合方式主要适用于对结构正常使用状态受到荷载长期效应影响进行考虑。

3、标准荷载效应控制组合方式

该种组合方式在很大程度上类似于以前的短期效应组合，通过此种组合方式可以对普通情况下结构的裂缝和扰度等使用的极限状态问题进行测算。在标准荷载效应控制组合方式中，用标准数据值作为可变荷载，将荷载的分项系数定为1.0，对于可变荷载的组合值系数，根据相关规范中的具体规定进行取值。

三、土木工程的结构与荷载设计举措

1、明确土木工程的结构与荷载设计重要性

在设计期间，相关单位以及工作人员，必须明确土木工程的结构与荷载设计工作重要性，知道此项工作在土木工程设计期间的地位以及重要性。要求各个设计人员依据相关建筑标准，做好前期的设计准备工作，保障土木工程的结构与荷载设计合理性。

2、从实际出发，因地制宜进行设计

工作人员在设计环节，也要立足于实际，从实际出发，在调查和掌握土木工程建设区域实际情况后，针对性去设计，因地制宜落实此项工作，强化土木工程的结构与荷载设计科学性以及合理性。工作人员设计能力和设计效果联系密切，因此，也要注重人才的培养和能力提升，树立培训理念，建立一定周期，定期进开展理论知识和技能培训活动，确保其具有较高理论素养和技能。此外，也可建立奖惩制度，激发起工作热情，更加主动的去学习、去参与土木工程设计工作。

　 3、设计合理的机构设计方案

　　 以房屋工程结构设计为例，结构设计方案为结构形式选择、基础布置、确定结构措施等等。结构形式要根据体型等，综合考虑竖向和水平荷载，满足抗震的要求；基础布置要结合当地的地质、水文、气候等条件；结构措施则要具体针对建筑结构的抗震要求计算，采取必要的措施。

4、结构可靠度设计方法

当前，在设计结构可靠度上较为常用的方法是在结构设计中应用概率的相关知识。在设计结构可靠度时往往是依据不同极限状态来进行设计，主要包括正常使用极限状态、承载力极限状态以及耐久性极限状态等。再者，采用数据统计的方法来得到荷载数值，通过对相关调查数据的统计与分析，并采用相关统计学的方法来确定出标准荷载值。最后，采用目标概率的方法来确定结构的荷载关系与抗力系数。通常为了确保结构的安全性，采用的是目标概率的95%。

5、容许应力设计方法

容许应力设计方法提出时间较早，是以弹性理论为主要理论基础，对在设计结构过程中使用一个统一的系数来对一切不确定因素进行考虑。并没有一个统一的标准来衡量材料的强度极限，且通常依靠经验来确定安全系数，并未全面考虑材料的塑性性能。

四、结语

土木工程建设的质量关系重大，在很多工程建设领域内的专业人士都在考虑土木结构设计的合理性和安全性，人们对于土木工程的重视凸显出对当今工程建设质量与安全的重视程度大大提升。为此，作为一名土木结构的设计规划工作人员，就更要深刻认识到自身工作的重要性和关键作用。在结构设计的总体布局和规划中，设计人员要充分、全面地了解工程建设的具体要求和面临的施工作业环境情况信息，综合多方建议和意见，重点对荷载问题等设计类缺陷加以弥补和完善，并且在积极推动新材料和新的设计理念上有所建树。

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