土木工程結構設計中的安全性與經濟性分析

蔡茱萸

浙江省天正設計工程有限公司 浙江 杭州 310012

1 引言

隨著土木工程的迅猛發展，其在我國整個建筑行業當中占有著越來越重要的地位。而面臨著人們對于建筑要求不斷提高的情況下，土木工程建設中結構設計的安全性以及經濟性問題也逐漸受到相關建筑結構設計人員以及整個建筑行業的關注與重視。對土木工程結構設計的安全性與經濟性問題進行一個有效的解決，不但可以提高建筑的安全度，為人們提供一個安全、舒適的居住和活動環境，減少建筑倒塌事故的發生，提高建筑企業的聲譽以及形象，還可以為企業節約建筑資金的投入，獲得一定的經濟效益。但是，如何能夠在保證建筑物結構設計安全性的前提下，最大限度地降低建筑造價成本，實現經濟效益與社會效益的統一，是土木工程結構設計人員以及整個建筑行業面臨著的嚴峻的考驗和棘手的問題。

2 土木工程結構設計中注重安全性與經濟性協調的必要性

在土木工程結構設計的進行過程中，要確保建筑具備一定的安全性，即建筑不但要滿足人們的各種使用要求，如：美觀、實用等，并且還要注重建筑的安全性，要以相關的安全標準作為建筑施工以及保證建筑質量的原則。但是，隨著我國經濟水平的不斷提高，建筑市場逐漸擴大，對于建筑材料的需求也在不斷增加，高昂的建筑造價成本使得土木工程結構設計的經濟性問題也逐漸在土木工程項目建設當中發揮著主導的作用。根據以往的建筑工程施工經驗，假如沒有將建筑結構設計的經濟性當做一個比較重要的考量標準考慮到土木工程結構設計的過程中，這毋庸置疑會加大設計結果與項目投資限制之間的差距。比如：為了保證建筑結構的可靠性以及安全性，通常會在設計過程中充分發揮到混凝土結構的作用，這就需要有關單位以及建筑設計人員根據實際情況以及相關的設計規范對建筑工程展開相應的設計以及計算工作[1]。然而在實際的建筑結構設計以及建筑施工的過程中，想要使建筑結構的安全性得到提高，就必須得加大對建筑結構設計資金的投入，如選取高價、高質量以及高標準的建筑材料，但是這樣一來，建筑結構設計的成本就會有所上升，由此可知土木工程結構設計中安全性與經濟性存在著客觀上的矛盾。因此，在思考如何通過建筑材料的質量來提高建筑結構設計的安全性時，也需要充分考慮其對于經濟性的要求，建筑結構設計人員就需要綜合考量建筑材料的選取以及價格，所以就有必要對建筑結構設計的安全性與經濟性進行一個有效的協調。

在對土木工程結構設計中經濟性進行衡量的時候，要對建筑之間的強度成本兩者的比值進行計算，并且要以此作為衡量的主要指標和依據。也就是說，當土木工程結構設計達到了某個建筑強度層次時，需要對在整個設計工作過程中所產生建筑成本數量的消耗進行一個詳細、全面的了解與掌握。在相反的另一個方面，當建筑結構設計項目工程被極其有限的經濟條件所制約，有關建筑單位或者建筑結構設計人員就需要思考如何在經濟條件有限的情況下，使建筑結構設計的安全性得到保證，符合相關的安全規范。在這個時候，就要求對土木工程結構設計中的安全性與經濟性進行一個綜合的考量，盡量在實際的工程建設工作當中保持兩者關系的協調以及統一。比如：在對混凝土結構進行設計的時候，由于會使用到鋼筋這種常見的建筑材料，通常會衡量鋼筋的經濟性，具體采取的方法就是對鋼筋的價格和強度之間的比值進行細致的計算，以兩者之間的比值作為其具備安全性和經濟性的體現?？梢酝ㄟ^選擇強度較高、密度較低或者是強度較低、密度較高的配筋形式，實現強度和密度之間的互補，來對建筑結構設計的安全性與經濟性進行一定的調整，根據具體情況綜合考慮可行的設計方案，獲得最優的性價比，推動建筑結構設計朝著科學、合理的方向發展[2]。

3 我國土木工程結構設計的現狀

土木工程結構的設計是否科學合理，不但會對建筑施工后期的進度產生不良的影響，而且還會直接關系到建筑工程結構的安全性以及經濟性問題。因此，在進行土木工程結構設計的過程中，結構設計人員需要充分考慮到可能會對工程結構產生影響的各種因素，并且采取針對性的措施來對建筑結構設計的安全性和經濟性進行進一步的加強。但是，目前。我國的土木工程結構設計工作中仍然存在著許多的不足，急需要尋找切實可行的方案來對存在的問題進行解決。

3.1 土木工程結構設計規范性低

與其他國家相比，我國現有的土木工程結構設計標準普遍不高，也存在著設計不規范的問題。比如：在建筑工程的使用年限、土木工程結構的牢固性以及實際的承載力等方面，其針對這些建筑內容制定的標準都低于其他國家，這就會導致我國的整體土木工程建設的質量和水平的不到提高，從而使得房屋建筑倒塌的的現象屢見不鮮，造成安全事故的頻發，遠遠達不到可供人們安全使用的標準。

3.2 土木工程結構設計穩定性差

建筑物的可靠性能與穩定性能往往會受到土木工程質量的影響，換而言之，就是土木工程質量的高低會直接與建筑的安全性相掛鉤。盡管這是一個很普遍的意識，但是在后期投入使用的建筑物中仍然會存在局部性的質量問題，影響著人們的使用體驗，存在一定的安全隱患。雖然這些局部性的質量問題并不會造成十分嚴重或者大面積的建筑倒塌事故的發生，對于經濟以及人們的生命財產安全產生的影響也幾乎是微乎其微的，但是，不可否認的是建筑是一個系統性的整體，只要建筑結構中存在質量問題，就必然會對建筑整體的穩定性造成影響[3]。因此，對于建筑結構設計中存在的穩定性問題以及質量問題，必須要進行嚴格的把控。

3.3 土木工程結構設計耐久性弱

所謂土木工程結構設計的耐久性，就是指在荷載的作用下，土木工程建筑所表現出來對于荷載作用的接受程度，即耐久性。比如自然環境以及其他各種因素等會對土木工程結構設計的耐久性產生一定的作用和影響，但是現階段，我國的土木工程建設在進行結構設計的過程中，卻缺乏了對這些因素進行充分的考慮，導致建筑結構設計的耐久性較弱，無法滿足長期的建筑使用要求。比如：在大多數的建筑工程施工當中，鋼筋和混凝土等都被作為建筑所需的主要材料，但是由于我國各地區的自然環境狀況大不相同，不同土壤的溫度、環境的濕度以及空氣中的酸堿程度都會直接影響到鋼筋混凝土的使用效果，從而使鋼筋混凝土的使用期限大大縮短，這樣一來，便會導致整個土木工程結構的耐久性隨之減弱。

3.4 土木工程結構設計的抗震性小

面對地質災害的發生，我國對于建筑結構的性能有了更高的要求，不僅要提高建筑結構的穩定性與牢固性，也要加強土木工程結構設計的抗震能力。但是在實際的土木工程結構設計工作當中，卻很難落實提高建筑結構抗震能力的工作。究其原因，有兩個方面，第一個是部分結構設計人員僅僅只是一味的追求建筑結構的經濟性，為了節約資金的投入，忽視了對建筑結構中承重墻荷載力的實際測試，一旦地震災害發生，整個建筑物的結構根本就無法抵御地震帶來的劇烈震動，出現建筑倒塌以及墻體開裂等現象，嚴重的甚至會危害到人們的生命財產安全，造成無法挽回的嚴重后果[4]。

4 提高土木工程結構設計安全性的有效措施

4.1 對相關的規范標準進行完善

隨著科學技術的不斷進步與發展，越來越多先進的技術被應用到土木工程結構設計工作當中，推動了建筑結構向著安全、規范的方向發展。想要在土木工程結構設計工作中使建筑結構的安全性充分地體現出來，就必須以相關的規范以及標準為設計的依據，讓相關的規范、標準始終貫徹到建筑結構設計的整個過程中。因此，目前提高建筑結構設計安全性的當務之急就是要制定相關的規范和標準，并讓其在實踐當中得到不斷地完善與發展，這既是保證建筑工程以較高質量完成的前提，同時也是提高建筑結構設計安全性的有效保障。一方面，需要國家相關部門加快制定關于土木工程結構設計方面的規范以及標準內容，為建筑結構設計安全性的提高提供可靠保證；另一方面，土木工程結構設計人員應該自覺學習相關的設計規范和標準，并將國家或者建筑行業所要求的標準與規范落實到實際設計工作中，確保設計出來的建筑結構具備良好的安全性，滿足持久耐用的要求。

4.2 對設計方案進行科學的評估

眾所周知，在土木工程結構設計工作中，設計方案是整個建筑設計工程項目的前提和基礎，設計方案是否科學合理會對后期建筑結構的安全性、牢固性、穩定性以及耐久性產生直接的影響。因此，在設計方案的開始，要充分考慮到有可能會影響建筑結構的因素，不斷對設計方案進行優化提升，最后對于設計方案的定稿，要綜合建筑結構的安全性、牢固性、穩定性以及耐久性等方面進行一個科學的評估工作，以此來使建筑結構設計的質量得到一定的保障[5]。在進行評估的具體工作過程中，應該允許有資質的相關機構共同參與設計方案評估，并且要以相關的規范要求以及標準為依據來展開評估工作，再根據評估的結果針對設計方案中仍然存在的問題和不足進行合理的優化與改進，得到一個更加合理、科學的建筑結構設計結果。

4.3 對設計人員的安全意識進行加強

在土木工程結構設計工作當中，設計人員安全意識的高低會對結構設計的安全性產生較大的影響。由于土木工程得到快速的發展，逐漸在我國經濟發展中占據重要的地位，其涉及的應用范圍也在不斷擴大，比如涉及到橋梁、高層建筑、道路等。可見其中較大部分的建筑工程都離不開人們的日常生產和生活，那么一旦建筑結構中存在一定的質量問題，產生安全隱患，便會很大可能地對人們的生命財產安全以及日常生活和生產產生極其嚴重的威脅。只有提高建筑設計人員的安全意識，遵循安全第一的設計原則，使其充分認識到自身工作的重要性，才能夠將足夠的安全性意識融合到建筑結構設計工作當中，提高建筑結構的安全性和穩定性。此外，相關企業還應該對建筑結構設計人員進行大量的培訓，使他們的專業素養、專業知識水平以及實操作技能得以提高，從而能夠在實際的結構設計當中游刃有余地對出現的各種問題進行有效、快速的解決，避免安全隱患的累積。

5 提高土木工程結構設計經濟性的有效措施

5.1 合理控制工程設計成本

在充分保證建筑結構設計具備良好安全性的前提下，為了使土木工程結構設計的經濟性得到更好的提高，那就需要建筑結構設計人員在進行設計的過程中，做好設計成本的預測工作，建筑工程的設計成本進行嚴格的把控。開始一項土木工程，就需要進行前其的設計方案招標，對相應的設計部門進行選擇，在整個過程中，需要以嚴格的具體規則作為展開實施招標的依據，確保建筑工程招標工作能夠公正、公平、公開進行[6]。對于競標者的建筑結構設計方案，要兼顧建筑工程結構設計的安全性以及經濟性來綜合考慮和選擇，在選擇的過程當中，要秉持擇優選取的原則，不能出現假公濟私的現象。在建筑結構設計方案兼具安全性以及美觀性的同時，對經濟成本投入較低的方案進行優先選取，通過這種方法，既能保證建筑結構設計的安全性、穩定性以及耐久性，也能夠最大限度地降低了建筑工程的造價，工程設計成本得到合理的控制，使建筑企業獲得一定的經濟效益。

5.2 加強各部門的溝通合作

土木工程結構設計不單單只是設計部門所要涉及的工作范圍，想要產生高質量、高標準的結構設計方案，必須要多個部門進行有效溝通與交流，緊密協調各個部門之間的合作關系，相互配合。在進行土木工程結構設計工作之前，需要對設計的經濟性成本加以預測，這就需要與成本預算部門進行充分的配合，根據成本預算計劃對建筑結構設計理念加以嚴格的執行，以此來實現控制建筑結構設計成本的目的，使建筑結構設計的經濟性得到體現。

5.3 周全考慮各種影響參數

一些比較復雜的建筑工程項目會給結構設計方面帶來一定的困難，因為在進行建筑結構設計的時候，需要對工程項目的各種繁瑣的參數進行充分的考慮。由于這部分參數的安全性往往會對土木工程結構的整體質量產生直接的影響，因此在土木工程結構設計工作當中不能忽略這些參數，要對其進行及時的處理，避免出現多個參數數量累積的現象。比如：在進行鋼筋混凝土的結構部件設計時，必須要對相關的參數進行綜合的考量，比如鋼筋混凝土的截面形狀、尺寸、用量等，只有對這些參數進行全面、充分、綜合、周全的考慮，才能減小設計方案與實際操作之間的差距，從而使土木工程結構設計中的經濟性問題得到一定程度上的解決。

6 結束語

總而言之，隨著我國土木工程事業的不斷發展，注重安全性和經濟性兩者的協調問題，日益成為人們以及整個建筑行業關注的焦點。此外，人們對于建筑安全性要求的不斷升高以及建筑行業對于降低建筑造價的渴望，都一定程度上迫使著有關部門對土木工程結構設計中的安全性和經濟性問題進行解決和優化，推動了土木工程技術的產生與發展。