淺談土木工程結構設計中的安全性與經濟性

陸文彬

摘要：隨著人們生活水平的逐步提高， 以及城市化進程的不斷加快，各類工程項目蓬勃發展起來，建筑工程結構設計的最優方案不僅要保證工程結構的安全性還要實現經濟效益，本文就以土木工程結構設計為研究對象，對土木工程結構設計中的安全性與經濟性進行了分析探討。

關鍵詞：土木工程；結構設計；安全性；經濟性

中圖分類號： TU318文獻標識碼： A

引言

土木工程結構的設計目標是要保證建筑主體可滿足使用要求并符合安全性需求。隨著經濟的發展，建筑的經濟性也在土木工程中占據了主要地位。因此，平衡二者進行設計是在市場經濟發展中對建筑結構設計的必然要求。實踐可知，沒有經濟性約束的設計會造成設計結果與投資限制的差距增加。如混凝土結構在設計中為了確保結構安全可靠按照規范進行設計和計算，從設計和施工中發現，提高結構安全性會增加投入成本，即安全性與經濟性是相互矛盾的兩個主體。現行的混凝土結構設計規范中，主要是通過提高材料質量增加安全性能，而非依靠材料數量的增加來提高安全性能。在此種要求下，綜合經濟性要求，設計者應對材料的性價比進行考量。衡量經濟性的重要指標是建筑的強度與成本的比較。

一、土木工程結構設計的現狀

1、工程結構設計目標的模糊性

工程結構設計在經濟角度方面的分析主要是指把工程結構安全和工程結構經濟兩個方面密切配合以達到平衡的過程。從這一角度分析，工程結構設計的關鍵在于：在保證工程結構穩定與可靠的前提下，盡量減少經濟支出，為了達到工程結構設計這個目標，在實際工作中通常采取的方式是降低工程結構造價，但是這種方式下所實現的經濟效益大都是短期的，同時，如果只是一味的控制工程結構設計的造價開支，就會對工程結構的安全造成影響。 根據這一情況，相關人員研究出在工程結構設計中要使經濟效益最大就必須滿足的一個公式：結構造價（x）＋維護及使用經濟損失期望值（x）→min＝設計目標（x），對這一函數關系進行研究就會發現：因為維護及使用經濟損失期望值與整個工程結構使用周期內所涉及的破壞因素有著直接的聯系，比如，火災、地震等外在因素，這些因素因為沒有規律性，這也就使得結構設計目標具有模糊性的特征。

2、工程結構設計反應運行范圍的不確定性

實驗證明， 工程結構的抗力與整體允許被破壞的程度兩者之間有著密切的聯系， 因為工程結構允許被破壞程度具有不穩定性也就決定了工程結構設計在反應運行方面的不確定性，比如，在當前技術條件下，工程結構設計的破壞程度可以劃分為以下幾個類型：破壞輕微、中等、嚴重、無法修復，這幾個等級之間的界定標準同樣具有不確定性。 現階段工程設計中應用較多的是容許應力，但在工程結構設計過程中有很多不確定因素，這也就決定了工程結構設計反應運行范圍的不確定性。

3、工程結構設計場地分類的模糊性

實踐證明，場地的類別及其分類大多取決于地面運動所對應的卓越周期參數，雖然在場地類型沒有確定的情況下，場地類別的劃分還是隨機性的，還是在地面運動所對應的卓越周期參數方面有模糊性的特征。同時，從工程結構設計的實踐經驗來看，對土壤類別的影響因素有很多，包括地下水、土層結構以及覆蓋土層厚度，工程結構設計場地類別應選擇多種因素綜合評價的方式， 這樣就造成了工程結構設計場地分類的模糊性。

二、提高土木工程結構設計安全性的策略

1、規范行業標準

我國的建筑業隨著世貿組織的進程取得快速的發展。土木工程的安全性受到高度的重視。我國也制定了很多相關的條文條例，強制性的執行這些規范。從設計人員入手，設計人員要高度重視結構的安全問題，嚴格依照建筑設計的規定進行設計工作。從結構設計上杜絕建筑工程的安全問題，切實保障建筑總體的穩固性和安全性。施工單位在施工過程中，對于設計圖紙中不滿足規范要求的，要停止施工，把圖紙交予開發商，進行解決。對于多次違反相關規定并且不予以改正的情況，要對該設計師和開發商給予一定的法律制裁，以免出現更為嚴重的安全問題。

2、加強設計工作人員安全意識的培養

土木工程是一個關乎民生的工程，而設計工作人員是這個工程的設計者和創造者。設計工作人員必須明確工程結構設計的復雜性和高精確性。對于設計工作人員的要求很高，不單是具備深厚的建筑結構設計的理論和技能，還應具備嚴謹的工作思路，依據理論和經驗相結合，進行完美的安全設計。在結構的設計過程中，設計師要嚴于律己，做到設計的每一步都準確無誤，確定土質和地基情況。設計師要進行總結、反思，積累經驗，設計師對建筑物抗震性能的重要性認識是必要的，保證質量第一，安全至上。

3、鋼材結構的設計策略

隨著城市化進程的推進，人們對住房的剛需量增大。房產開發對地皮的需求與原有的地皮量造成了房產發展的矛盾。解決住房的剛需求只能向高空建筑設計發展，這也是一個有效的方法之一。高層建筑對結構的剛度要求較高。對于建筑結構的剛度的確定是由每層間的位移狀況來監控的。就是對組成構件的剛度大小和界面大小增加剛度指標。

4、地基結構設計策略

地基是整個建筑的基石，是每一個設計工作者最重視的工程結構設計，地基設計承擔著后期設計工作的任務，也承擔著整個建筑結構安全的責任，處于決定定位。在對地基的設計中，要對地基所處地塊的地質情況、水位、溫度、土層、施工條件以及建筑的功能等進行綜合的考慮。一般設計師都是對本項目相鄰建筑物的地下設施標高、位置要進行詳細了解，保證地基的安全和施工質量水平。

三、減低土木工程結構設計成本的策略

工程建設需要考慮生產成本和產出的效益之間的比值。設計工作人員除了要保證安全性之外，還要考慮對成本的控制。

1、工程管理中的成本控制

從公開招標選擇設計部門開始入手，嚴格執行招標的規則，保證招標工作的公正、公開、公平。從安全性和經濟性綜合考慮競標者的設計方案。擇優選取，在確保了設計的安全性的基礎之上，選擇經濟性的方案，同時兼顧美觀的視覺效果，這樣不僅可以促使設計部門盡可能的提供物美價廉的設計方案，同時也節省了資金，降低了成本，減少了人們的負擔。

2、對標準圖要合理的選擇

目前，在工程的結構設計中，為了規范工程設計，同時也為了減少設計者的責任，一般都選擇標圖。標準圖的優點是減少設計的工作量，避免發生錯誤。適用于中小型工程的設計和施工，利于加快工程的施工進度，對于工程的安全性和經濟性的監控也是很有利的。然而如果將標準圖在大中型的工程中使用，則費用會大大的增加，設計也過于保守，不利于發展，相反在設置大中型的工程時，做出優化，成本大大的降低。標準圖的使用在安全方面是有利的，但是在一些工程中經濟性則不夠凸顯，而且也不利于我國土木工程設計業的發展與進步。

3、及時和相關部門進行溝

建筑工程的設計和施工需要多個部門互相配合才能完成，及時和多個部門進行溝通，搞好和其他部門的關系有利于工程設計和施工的按時完成，也能控制生產成本。如在就村改造時，涉及到的搬遷問題，如果相關部門做好工作，釘子戶等情況的發生率降低，大大的降低生產的成本，減少國家的經濟損失。

結束語

總之，在進行建筑工程的結構設計時，堅持安全第一的原則，以安全促進企業的發展，保證建筑設計和施工的經濟性。以建筑物的安全性為基礎前提，節省成本，減輕企業的經濟負擔。提高設計人員的專業知識和能力，遵守安全設計規范，提高安全質量的識別能力，積累經驗，確保每一個建筑設計結構安全。

參考文獻

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