土木工程荷載與結構設計的研究

石林

摘 要：隨著城市化的建設進程逐漸加速，越來越多的土木工程項目開始投入到施工中。為了滿足人們對于建筑項目的需求，土木工程結構設計走向了多元化。土木工程施工比較復雜，其中荷載與結構設計都是工程施工中的重點內容。為了強化土木工程施工質量，在文章中針對土木工程荷載與結構設計進行分析，提出土木工程優化對策。

關鍵詞：土木工程；荷載；結構設計；研究

土木工程結構是整體建筑工程中的荷載骨架，針對于土木工程結構的設計與規劃，主要是指土木工程建設環節中所應用的材料、尺寸、骨架類型等。在土木工程結構設計上需要保障工程的穩定性、耐久性以及安全性等問題。此外在具體的設計過程中需要與工程實際的荷載為研究重點，保障結構設計能夠與荷載有序結合，保障土木工程設計的精密性。

1 土木工程荷載與結構設計關系

在土木工程施工荷載問題的分析與結構設計聯系緊密，從眾多的土木工程施工結果上來看，土木工程荷載決定著結構施工的方向以及施工方法采用。土木工程荷載實際上是指建筑結構上所收到的不同程度的形變，而在土木結構上所產生的形變。在不同環境、不同施工技術下的土木工程項目，其荷載類型不同。大部分的工程荷載主要為以下幾種：第一，基于時間變化的荷載。土木工程荷載會隨著時間的變化而發生變化，可以分為永久、偶然、突變等形式的荷載。這些荷載類型與建筑結構、自重、壓力等有關系，荷載也會隨著這因素增加或者是減小。如地震、大風等都為自然荷載，這些荷載變化缺乏一定的規律性，在土木工程中難以控制。第二，結構動力反應分類。土木工程荷載從建筑動力角度出發，可以分為靜荷載和動荷載。動荷載伴隨著時間的變化而發生規律的變化。

土木工程結構設計決定著荷載的變化。這是因為，在土木工程結構設計當中包含了工程結構設計和功能設計，功能設計中注重的是采用何種方法來強化土木工程的結構支撐，在具體的施工中采用不同的結構設計模式，涉及到不同類型的荷載形成。

2 土木工程荷載要點分析

2.1 荷載值確定

土木工程項目荷載可以通過結構模式、荷載類型進行精確的計算，從而實現土木工程施工。在土木工程中包含了自重、結構重力等內容，其中自重是指土木工程結構的自身重量，該種類型的重量也是一種永久性的荷載。如土木工程深基坑部分的重量、土的重量等都屬于工程中永久性荷載。那么在對于該種永久性荷載進行計算中可以從工程自重角度出發，計算自重體系中的承載物，其中建筑墻體、梁、板等都為結構自重。在計算荷載環節中，通過線、力的集中處理的方式，按照材料的單位體積自重、結構構件設計尺寸等，將具體的荷載計算出來。如，在板的面層自重計算環節中，需要充分的考慮到樓面的自重。準確的測量出面層的材料厚度、面板厚度、材料體系，將以上要素參數相乘便得到結構部件的自重。在計算梁的荷載效應過程中，通過線荷載的方式計算梁的荷載。

2.2 荷載效應分析

不同組合模式的荷載在土木工程中所能夠產生的荷載效應不同，在對荷載效應進行分析環節中，注意包含了以下幾種方式：

其一，準永久荷載效應；準永久荷載效應是最為普通的效應，應用到常規的荷載狀態分析中。土木工程在建筑施工到投入使用中長期受到荷載影響，那么在對荷載值進行計算中，可以將荷載標準值與準永久系數相乘。在實踐工程中，該種準永久荷載效應組合模式一方面能夠將對土木工程進行結構長期分析，另一方面還能夠避免結構超荷載，對土木工程結構進行分析綜合控制。

其二，頻遇荷載效應；頻遇荷載效應模式針對土木工程荷載變化的情況，應用可變荷載標志乘以一個小于組合數頻遇值的系數。該種方式從實踐中分析，應用效益比較高，并且能夠針對可變化的荷載進行統計與分析。

其三，標準荷載效應；標準荷載的實際組合方式，是指土木工程設計人員對建筑結構的裂縫、繞度等進行精確的計算，通過標準荷載效應控制模式，將分項的系數確定為0.1。在具體的組合數值系數確定時，還需要設計人員根據不同的情況確定其具體的數值。

2.3 風荷載的計算

風荷載是土木工程荷載計算中的重點內容，在風荷載計算環節中包含以下內容：

風壓標準值計算公式為：

其中，為高度處的風震系數；為風壓高度變化系數；風荷載體型系數；為基本風壓。如在一處教學樓建筑中，建筑結構設計使用的年限為50年。設定該工程中的基本風壓為=0.75kN/m2.在該工程中將結構高度確定為18.5米，取為1.0。在對土木工程的風荷載計算環節中將其換算為框架上每層節點上的集中荷載，其中，設定A為一品框架上各個層節點上的受風面積。結果如下：

3 土木工程結構設計方法

土木工程中包含的內容比較多，并且工程設計比較復雜，在具體的結構設計環節中所應用的設計方法不同。在文章中主要針對結構平面圖設計、屋頂結構圖設計、詳圖設計、樓梯設計以及基礎圖設計等進行研究。

3.1 結構平面圖設計

在土木工程結構設計環節中，設計能夠符合建筑工程需求，以及人在土木工程中的舒適度。基于結構的平面圖設計是保障土木工程結構穩定的基礎性設計，在具體的設計當中，設計人員需要對土木工程環境進行調查，制定出有針對性的方案。首先，設計人員需要對工程結構整體進行設計與繪制，具體的設計需要通過在現場中進行調查、取樣。土木工程結構設計最為關鍵的就是安全度，結構抗震性決定著結構的安全，因此需要在結構設計中格外關注其抗震性方面的優化。土木結構的抗震性與施工地點特征有關系，當施工所處的環境中抗震設防烈度在六度區中，在具體的工程設計中就需要進行截面抗震的驗算。在具體的工程中，還需要滿足建筑結構的抗壓性能，及時有效的發現設計工程中的問題。特別是在應力的設計環節中，需要采取專業的曲線繪制軟件進行計算，以提升土木工程結構設計的精確性。

3.2 屋頂結構圖設計

屋面的結構設計在土木工程結構設計中需要進行多方面因素的考慮，基于屋面的結構設計主要包含了兩種設計方式：第一，梁板式結構設計。該種結構設計針對的是建筑屋面不平整的情況，在屋面上進行大跨度的結構設計。該種結構設計模式在大型的商業建筑中比較常見。第二，折板式結構設計，該種設計在具體的應用中針對屋頂之外的結構設計，需要設計人員能夠對設計圖紙進行充分的了解，掌握圖紙設計的意圖。

3.3 土木工程擋土墻結構設計

在特殊地帶的土木工程結構施工環節中需要對擋土墻的結構施工設計進行考慮。擋土墻的結構設計需要滿足土木施工規則，通過合理的擋土墻結構設計來保障土木工程結構設計的合理性。在進行土木工程擋土墻結構設計環節中需要遵循一定的原則，既要符合工程實際，也需要滿足建筑結構的穩定需求。以斜坡中的土木工程結構設計為例進行分析，斜坡上的土木工程結構設計需要做到以下幾點：第一，擋土墻與建筑主體結構相互分開；（2）建筑主體結構與擋土墻相互結合。為了準確的計算出擋土墻結構應力，需要根據其在不同的情況下進行有針對性的分析。如，在靜止土壓力以及水壓力作用下，擋土墻計算模型，取1米板帶寬度。

4 結語

綜上所述，在土木工程中荷載與結構設計之間的關系密切，為了提升土木工程的質量，需要對土木工程的荷載進行計算，根據實際荷載確定結構設計方案。從眾多的土木工程施工結果上來看，土木工程荷載決定著結構施工的方向以及施工方法采用。在文章中針對土木工程結構設計進行分析，工程設計比較復雜，在具體的結構設計環節中所應用的設計方法不同。文章中主要針對結構平面圖設計、屋頂結構圖設計、詳圖設計、樓梯設計以及基礎圖設計等進行研究。

參考文獻

[1] 喬棟.關于土木工程的結構設計和工程荷載研究[J].當代化工研究，2016（06）：76-77.

[2] 顏涵.關于土木工程荷載與結構設計分析[J].建筑知識，2016（04）：52.