土木工程結構設計存在的問題及設計

李士杰

摘要： 本文以土木工程結構設計為論述對象，以設計過程存在問題為論述手段，以強化設計措施為論述目的，以此展開技術分析。

關鍵詞： 土木工程；結構設計；強化措施

引言：安全性與耐久性乃當代土木建筑工程需遵循的兩大原則，其與土木工程設計具有十分密切的關聯，當土木工程設計不夠規范嚴謹時，土木建筑工程的安全性與耐久性勢必將受到折損。透過相關現象，我們發現我國土木工程結構設計中仍存在一系列亟待完善的問題。為此，相關部門應細致地剖析現存問題，并透過現象窺見問題本質，從而采取可行有效的解決對策。

1 關于土木工程結構設計的簡述

現代土木工程指利用各種施工機械進行勘察、施工的活動，其又可以被理解為因人類需求而開展的設施建造。隨著民眾生活水平的逐步提升，其對于建筑功能有了更為嚴苛的要求，普通的土木工程建筑儼然已難以滿足民眾的生活需求。鑒于此，建筑設計方則需借助更為科學的結構設計方案來滿足民眾的需要。一般而言，結構設計工作會先于土木施工工作，其對于土木建筑工程具有一定的指導作用。當結構設計不夠科學合理時，后續的工程環節則將受到嚴重影響，建筑的使用安全也得不到完全保障。因此，相關部門應始終對土木工程結構設計保持高度謹慎的態度，力求徹底完善不合理的設計細節，從而確保建筑的安全性與穩固性并推動我國建筑行業的進一步發展。

2 土木工程結構設計存在問題

2.1 結構設計牢固性差

土木工程整體的安全性在很大程度上取決于其結構的牢固性，而結構穩定性在工程設計中已逐漸發展為普遍性問題。一般情況下，建筑結構的局部破壞雖然不至于結構物整體崩塌，但在火災、地震以及其他自然災害發生時，便會嚴峻考驗著結構的冗余度設計。例如基礎結構設計時若未對地基承載力和沉降量、沉降差進行充分考慮，那么建筑整體結構勢必會因沉降而出現開裂與失穩現象。

2.2 構造柱與承重柱的區分問題

設計合理的構造柱與梁可有效避免墻體發生裂縫，進而確保建筑結構抗震性能表現優越。但在現實應用中，部分設計人員混淆構造柱與承重柱，將二者類似于同一原理進行設計，致使建筑結構因構造柱缺乏基礎而影響其抗震能力，最終反應為結構裂縫、沉降甚至倒塌等病害發生。另外，設計過程中有時為了方便對承重柱的受力情況進行分析，則會縮小其截面面積，如此一來當有外力作用時，柱體與梁極易發生開裂破壞[1]。

2.3 忽略環境影響因素

土木工程結構設計除穩定性與耐久性外，同時還需考慮外部環境（如土質結構、空氣溫度與濕度等）對結構的影響，但是基于現實情況的分析，環境因素通常不受重視且忽于考慮，進而對工程結構帶來嚴重的負面影響，致使建筑物因結構失穩而降低其安全性。

3 土木工程結構設計強化措施

3.1 選擇設計方案

框架結構的選擇、基礎布置等是結構設計方案的基本內容，梁、柱等構件組成了框架結構，并通過節點連接，可有效承受豎向、水平荷載力，對于多層建筑的結構設計方案的確定，還要將水平風荷載考慮進去；基礎布置時，要綜合考慮現場的地質、水文及施工條件，低層建筑可選擇獨立基礎結構模式，多層建筑則要選擇綜合基礎結構模式；結構措施要根據抗震設計規范要求實施，采取可行措施，加強抗震設計，選擇符合設計要求的配筋構件。

3.2 確定構件截面尺寸

土木工程需要嚴格控制截面尺寸的構件，其主要有柱尺寸、梁尺寸、板尺寸三種，具體確定方法如下：

3.2.1 柱尺寸。土木工程的結構主體柱截面一般都相同，因此可以估算中柱的截面尺寸，然后估算出整個結構恒荷載的標準值、活荷載標準值，混凝土軸心抗壓強度的設計值和柱軸力的設計值等；

3.2.2 梁尺寸。以柱距為標桿。如果柱距相同，則表示邊跨梁、中跨梁、邊柱聯系梁、中柱聯系梁等的截面尺寸一致；

3.2.3 板尺寸。需要考慮限制板的撓度、裂縫寬度等因素對鋪設在板內管線的影響。

3.3 內力組合設計

作為土木工程結構設計中抗震性能控制的關鍵點，內力組合需在調整結構抗震系數的基礎上對框架梁內力進行科學設計。

3.3.1 承載力抗震系數調整。土木工程結構設計過程中，當有抗震要求時，其所用材料的強度值應大于沒有抗震要求的情況，若在抗震結構中采用非抗震材料進行計算與設計，則需實時調整承載力抗震系數。通過對綜合調整受彎梁、偏壓柱及受剪等系數，可使結構的承載能力得到有效提升。

3.3.2 框架梁的內力組合。一般情況下，多采用梁端和跨中的方式來控制梁體承載力的設計截面。當考慮地震作用組合時，截面控制除需利用梁端負彎矩與剪力進行設計外，同時還需對梁端的正彎矩進行組合。例如對于正在使用的工程結構，其極有可能遭受不同可變荷載的同時作用，此時為了減少結構的不利效應，對可變荷載效應組合可取值1.2，永久荷載效應組合可取值1.35；而當作用效應對結構設計有利時，效應取值則可為1.0，滑移、漂移、與傾覆等取值為0.9。

3.3.3 跨間彎矩計算。基于活載與恒載的共同作用，可對結構跨間彎矩近似取值，同時以支座彎矩的調幅與平衡條件為依據可將相應荷載計算得出。在此過程中，地震力組合、梁端左右彎矩與豎向荷載為計算過程主要考慮的因素[2]。

3.4 板設計與配筋

在對板及配筋設計過程中，主要分析因素為板邊尺寸的長寬比ω。當ω<2時，設計則宜采用雙向板形式進行計算；當2≤ω<3時，那么則可以短邊方向為依據以單向板形式進行計算，同時于長邊位置布置充足的構造鋼筋。依據工程結構板的實際大小，可靈活采用彈性模型計算；對于連續雙向板跨中最大彎矩的計算，應以荷載分布的實際情況為依據分解滿布荷載與合理布置間距。通常情況下，在支承中間柱的位置處，對格板應加以固定，同時結合具體的支承情況，將各個區域格板的彎矩計算而出，最后通過所得彎矩的疊加，便可獲得位于跨中的最大彎矩[3]。

3.5 優化結構設計的安全問題

隨著建筑設計理念的轉變和我國民眾安全意識的提升，安全問題儼然成為了當代建筑工程中的首要問題。在進行土木結構設計時，設計人員應極力消除安全隱患，從而全面提升建筑的整體安全性。首先，為保證施工安全與質量，設計人員務必從工程結構入手，欲確保施工方可順利實施質量與安全監控，設計方則必須為施工方提供安全可行的設計方案。為此，相關管理人員需不斷細化設計標準，并參照工程實際開展結構設計工作。上文中提到，國外相關領域的安全設計標準較國內而言相對嚴苛，因此，施工單位可引入國外領域的先進經驗，并對結構設計的安全性詳加論證，以提升土木結構設計的安全性。

3.6 保證結構設計的整體性

土木結構設計中安全性的片面管理、可靠度的偏重管理、耐久性的部分管理都反映出了土木結構設計過程中整體觀念的缺失，由于這一疏忽而加劇的安全隱患較為突出[4]。為此，在土木結構設計過程中，設計人員應時刻將整體性置于首要位置，力求細致分析所有的工程細節，從而避免“蝴蝶效應”的出現。

結語：

基于以上論述，土木工程結構設計為一項系統而復雜的任務，其過程只有依據規范實施標準化設計，方能實現結構使用性能與使用壽命的多元化發展方向。

參考文獻

[1]王慶杰，張秀芹.土木工程建筑結構設計中的問題與初探[J].建材與裝飾，2018（31）：115.

[2]張敏.土木工程結構設計安全問題及策略分析[J].中國高新技術企業，2015（22）：119-120.

[3]張萬和.土木工程結構設計中的安全性與經濟性[J].科技展望，2015，25（02）：39.

[4]胡敏，王亮.土木工程結構設計中的問題及對策探討[J].科技風，2016（16）：227.