浅谈土木工程结构设计中的安全性与经济性

陆文彬

摘要：随着人们生活水平的逐步提高， 以及城市化进程的不断加快，各类工程项目蓬勃发展起来，建筑工程结构设计的最优方案不仅要保证工程结构的安全性还要实现经济效益，本文就以土木工程结构设计为研究对象，对土木工程结构设计中的安全性与经济性进行了分析探讨。

关键词：土木工程；结构设计；安全性；经济性

中图分类号： TU318文献标识码： A

引言

土木工程结构的设计目标是要保证建筑主体可满足使用要求并符合安全性需求。随着经济的发展，建筑的经济性也在土木工程中占据了主要地位。因此，平衡二者进行设计是在市场经济发展中对建筑结构设计的必然要求。实践可知，没有经济性约束的设计会造成设计结果与投资限制的差距增加。如混凝土结构在设计中为了确保结构安全可靠按照规范进行设计和计算，从设计和施工中发现，提高结构安全性会增加投入成本，即安全性与经济性是相互矛盾的两个主体。现行的混凝土结构设计规范中，主要是通过提高材料质量增加安全性能，而非依靠材料数量的增加来提高安全性能。在此种要求下，综合经济性要求，设计者应对材料的性价比进行考量。衡量经济性的重要指标是建筑的强度与成本的比较。

一、土木工程结构设计的现状

1、工程结构设计目标的模糊性

工程结构设计在经济角度方面的分析主要是指把工程结构安全和工程结构经济两个方面密切配合以达到平衡的过程。从这一角度分析，工程结构设计的关键在于：在保证工程结构稳定与可靠的前提下，尽量减少经济支出，为了达到工程结构设计这个目标，在实际工作中通常采取的方式是降低工程结构造价，但是这种方式下所实现的经济效益大都是短期的，同时，如果只是一味的控制工程结构设计的造价开支，就会对工程结构的安全造成影响。 根据这一情况，相关人员研究出在工程结构设计中要使经济效益最大就必须满足的一个公式：结构造价（x）＋维护及使用经济损失期望值（x）→min＝设计目标（x），对这一函数关系进行研究就会发现：因为维护及使用经济损失期望值与整个工程结构使用周期内所涉及的破坏因素有着直接的联系，比如，火灾、地震等外在因素，这些因素因为没有规律性，这也就使得结构设计目标具有模糊性的特征。

2、工程结构设计反应运行范围的不确定性

实验证明， 工程结构的抗力与整体允许被破坏的程度两者之间有着密切的联系， 因为工程结构允许被破坏程度具有不稳定性也就决定了工程结构设计在反应运行方面的不确定性，比如，在当前技术条件下，工程结构设计的破坏程度可以划分为以下几个类型：破坏轻微、中等、严重、无法修复，这几个等级之间的界定标准同样具有不确定性。 现阶段工程设计中应用较多的是容许应力，但在工程结构设计过程中有很多不确定因素，这也就决定了工程结构设计反应运行范围的不确定性。

3、工程结构设计场地分类的模糊性

实践证明，场地的类别及其分类大多取决于地面运动所对应的卓越周期参数，虽然在场地类型没有确定的情况下，场地类别的划分还是随机性的，还是在地面运动所对应的卓越周期参数方面有模糊性的特征。同时，从工程结构设计的实践经验来看，对土壤类别的影响因素有很多，包括地下水、土层结构以及覆盖土层厚度，工程结构设计场地类别应选择多种因素综合评价的方式， 这样就造成了工程结构设计场地分类的模糊性。

二、提高土木工程结构设计安全性的策略

1、规范行业标准

我国的建筑业随着世贸组织的进程取得快速的发展。土木工程的安全性受到高度的重视。我国也制定了很多相关的条文条例，强制性的执行这些规范。从设计人员入手，设计人员要高度重视结构的安全问题，严格依照建筑设计的规定进行设计工作。从结构设计上杜绝建筑工程的安全问题，切实保障建筑总体的稳固性和安全性。施工单位在施工过程中，对于设计图纸中不满足规范要求的，要停止施工，把图纸交予开发商，进行解决。对于多次违反相关规定并且不予以改正的情况，要对该设计师和开发商给予一定的法律制裁，以免出现更为严重的安全问题。

2、加强设计工作人员安全意识的培养

土木工程是一个关乎民生的工程，而设计工作人员是这个工程的设计者和创造者。设计工作人员必须明确工程结构设计的复杂性和高精确性。对于设计工作人员的要求很高，不单是具备深厚的建筑结构设计的理论和技能，还应具备严谨的工作思路，依据理论和经验相结合，进行完美的安全设计。在结构的设计过程中，设计师要严于律己，做到设计的每一步都准确无误，确定土质和地基情况。设计师要进行总结、反思，积累经验，设计师对建筑物抗震性能的重要性认识是必要的，保证质量第一，安全至上。

3、钢材结构的设计策略

随着城市化进程的推进，人们对住房的刚需量增大。房产开发对地皮的需求与原有的地皮量造成了房产发展的矛盾。解决住房的刚需求只能向高空建筑设计发展，这也是一个有效的方法之一。高层建筑对结构的刚度要求较高。对于建筑结构的刚度的确定是由每层间的位移状况来监控的。就是对组成构件的刚度大小和界面大小增加刚度指标。

4、地基结构设计策略

地基是整个建筑的基石，是每一个设计工作者最重视的工程结构设计，地基设计承担着后期设计工作的任务，也承担着整个建筑结构安全的责任，处于决定定位。在对地基的设计中，要对地基所处地块的地质情况、水位、温度、土层、施工条件以及建筑的功能等进行综合的考虑。一般设计师都是对本项目相邻建筑物的地下设施标高、位置要进行详细了解，保证地基的安全和施工质量水平。

三、减低土木工程结构设计成本的策略

工程建设需要考虑生产成本和产出的效益之间的比值。设计工作人员除了要保证安全性之外，还要考虑对成本的控制。

1、工程管理中的成本控制

从公开招标选择设计部门开始入手，严格执行招标的规则，保证招标工作的公正、公开、公平。从安全性和经济性综合考虑竞标者的设计方案。择优选取，在确保了设计的安全性的基础之上，选择经济性的方案，同时兼顾美观的视觉效果，这样不仅可以促使设计部门尽可能的提供物美价廉的设计方案，同时也节省了资金，降低了成本，减少了人们的负担。

2、对标准图要合理的选择

目前，在工程的结构设计中，为了规范工程设计，同时也为了减少设计者的责任，一般都选择标图。标准图的优点是减少设计的工作量，避免发生错误。适用于中小型工程的设计和施工，利于加快工程的施工进度，对于工程的安全性和经济性的监控也是很有利的。然而如果将标准图在大中型的工程中使用，则费用会大大的增加，设计也过于保守，不利于发展，相反在设置大中型的工程时，做出优化，成本大大的降低。标准图的使用在安全方面是有利的，但是在一些工程中经济性则不够凸显，而且也不利于我国土木工程设计业的发展与进步。

3、及时和相关部门进行沟

建筑工程的设计和施工需要多个部门互相配合才能完成，及时和多个部门进行沟通，搞好和其他部门的关系有利于工程设计和施工的按时完成，也能控制生产成本。如在就村改造时，涉及到的搬迁问题，如果相关部门做好工作，钉子户等情况的发生率降低，大大的降低生产的成本，减少国家的经济损失。

结束语

总之，在进行建筑工程的结构设计时，坚持安全第一的原则，以安全促进企业的发展，保证建筑设计和施工的经济性。以建筑物的安全性为基础前提，节省成本，减轻企业的经济负担。提高设计人员的专业知识和能力，遵守安全设计规范，提高安全质量的识别能力，积累经验，确保每一个建筑设计结构安全。

参考文献

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