土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性與經(jīng)濟(jì)性分析

蔡茱萸

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 浙江 杭州 310012

1 引言

隨著土木工程的迅猛發(fā)展，其在我國整個(gè)建筑行業(yè)當(dāng)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(shè)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性以及經(jīng)濟(jì)性問題也逐漸受到相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員以及整個(gè)建筑行業(yè)的關(guān)注與重視。對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行一個(gè)有效的解決，不但可以提高建筑的安全度，為人們提供一個(gè)安全、舒適的居住和活動(dòng)環(huán)境，減少建筑倒塌事故的發(fā)生，提高建筑企業(yè)的聲譽(yù)以及形象，還可以為企業(yè)節(jié)約建筑資金的投入，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。但是，如何能夠在保證建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的前提下，最大限度地降低建筑造價(jià)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的統(tǒng)一，是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員以及整個(gè)建筑行業(yè)面臨著的嚴(yán)峻的考驗(yàn)和棘手的問題。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注重安全性與經(jīng)濟(jì)性協(xié)調(diào)的必要性

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)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(shí)用等，并且還要注重建筑的安全性，要以相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)作為建筑施工以及保證建筑質(zhì)量的原則。但是，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，建筑市場逐漸擴(kuò)大，對于建筑材料的需求也在不斷增加，高昂的建筑造價(jià)成本使得土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性問題也逐漸在土木工程項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中發(fā)揮著主導(dǎo)的作用。根據(jù)以往的建筑工程施工經(jīng)驗(yàn)，假如沒有將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性當(dāng)做一個(gè)比較重要的考量標(biāo)準(zhǔn)考慮到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，這毋庸置疑會加大設(shè)計(jì)結(jié)果與項(xiàng)目投資限制之間的差距。比如：為了保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠性以及安全性，通常會在設(shè)計(jì)過程中充分發(fā)揮到混凝土結(jié)構(gòu)的作用，這就需要有關(guān)單位以及建筑設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況以及相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范對建筑工程展開相應(yīng)的設(shè)計(jì)以及計(jì)算工作[1]。然而在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及建筑施工的過程中，想要使建筑結(jié)構(gòu)的安全性得到提高，就必須得加大對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資金的投入，如選取高價(jià)、高質(zhì)量以及高標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料，但是這樣一來，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本就會有所上升，由此可知土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性與經(jīng)濟(jì)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(zhì)量來提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性時(shí)，也需要充分考慮其對于經(jīng)濟(jì)性的要求，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就需要綜合考量建筑材料的選取以及價(jià)格，所以就有必要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行一個(gè)有效的協(xié)調(diào)。

在對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行衡量的時(shí)候，要對建筑之間的強(qiáng)度成本兩者的比值進(jìn)行計(jì)算，并且要以此作為衡量的主要指標(biāo)和依據(jù)。也就是說，當(dāng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到了某個(gè)建筑強(qiáng)度層次時(shí)，需要對在整個(gè)設(shè)計(jì)工作過程中所產(chǎn)生建筑成本數(shù)量的消耗進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)、全面的了解與掌握。在相反的另一個(gè)方面，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目工程被極其有限的經(jīng)濟(jì)條件所制約，有關(guān)建筑單位或者建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就需要思考如何在經(jīng)濟(jì)條件有限的情況下，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性得到保證，符合相關(guān)的安全規(guī)范。在這個(gè)時(shí)候，就要求對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行一個(gè)綜合的考量，盡量在實(shí)際的工程建設(shè)工作當(dāng)中保持兩者關(guān)系的協(xié)調(diào)以及統(tǒng)一。比如：在對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)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(jīng)濟(jì)性，具體采取的方法就是對鋼筋的價(jià)格和強(qiáng)度之間的比值進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算，以兩者之間的比值作為其具備安全性和經(jīng)濟(jì)性的體現(xiàn)。可以通過選擇強(qiáng)度較高、密度較低或者是強(qiáng)度較低、密度較高的配筋形式，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和密度之間的互補(bǔ)，來對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行一定的調(diào)整，根據(jù)具體情況綜合考慮可行的設(shè)計(jì)方案，獲得最優(yōu)的性價(jià)比，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著科學(xué)、合理的方向發(fā)展[2]。

3 我國土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，不但會對建筑施工后期的進(jìn)度產(chǎn)生不良的影響，而且還會直接關(guān)系到建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性以及經(jīng)濟(jì)性問題。因此，在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要充分考慮到可能會對工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的各種因素，并且采取針對性的措施來對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行進(jìn)一步的加強(qiáng)。但是，目前。我國的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中仍然存在著許多的不足，急需要尋找切實(shí)可行的方案來對存在的問題進(jìn)行解決。

3.1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范性低

與其他國家相比，我國現(xiàn)有的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)普遍不高，也存在著設(shè)計(jì)不規(guī)范的問題。比如：在建筑工程的使用年限、土木工程結(jié)構(gòu)的牢固性以及實(shí)際的承載力等方面，其針對這些建筑內(nèi)容制定的標(biāo)準(zhǔn)都低于其他國家，這就會導(dǎo)致我國的整體土木工程建設(shè)的質(zhì)量和水平的不到提高，從而使得房屋建筑倒塌的的現(xiàn)象屢見不鮮，造成安全事故的頻發(fā)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到可供人們安全使用的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性差

建筑物的可靠性能與穩(wěn)定性能往往會受到土木工程質(zhì)量的影響，換而言之，就是土木工程質(zhì)量的高低會直接與建筑的安全性相掛鉤。盡管這是一個(gè)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(zhì)量問題，影響著人們的使用體驗(yàn)，存在一定的安全隱患。雖然這些局部性的質(zhì)量問題并不會造成十分嚴(yán)重或者大面積的建筑倒塌事故的發(fā)生，對于經(jīng)濟(jì)以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生的影響也幾乎是微乎其微的，但是，不可否認(rèn)的是建筑是一個(gè)系統(tǒng)性的整體，只要建筑結(jié)構(gòu)中存在質(zhì)量問題，就必然會對建筑整體的穩(wěn)定性造成影響[3]。因此，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的穩(wěn)定性問題以及質(zhì)量問題，必須要進(jìn)行嚴(yán)格的把控。

3.3 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性弱

所謂土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性，就是指在荷載的作用下，土木工程建筑所表現(xiàn)出來對于荷載作用的接受程度，即耐久性。比如自然環(huán)境以及其他各種因素等會對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性產(chǎn)生一定的作用和影響，但是現(xiàn)階段，我國的土木工程建設(shè)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，卻缺乏了對這些因素進(jìn)行充分的考慮，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shù)的建筑工程施工當(dāng)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(qū)的自然環(huán)境狀況大不相同，不同土壤的溫度、環(huán)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(dǎo)致整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)的耐久性隨之減弱。

3.4 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性小

面對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，我國對于建筑結(jié)構(gòu)的性能有了更高的要求，不僅要提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與牢固性，也要加強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震能力。但是在實(shí)際的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，卻很難落實(shí)提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的工作。究其原因，有兩個(gè)方面，第一個(gè)是部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員僅僅只是一味的追求建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，為了節(jié)約資金的投入，忽視了對建筑結(jié)構(gòu)中承重墻荷載力的實(shí)際測試，一旦地震災(zāi)害發(fā)生，整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)根本就無法抵御地震帶來的劇烈震動(dòng)，出現(xiàn)建筑倒塌以及墻體開裂等現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)：Φ饺藗兊纳?cái)產(chǎn)安全，造成無法挽回的嚴(yán)重后果[4]。

4 提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的有效措施

4.1 對相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，越來越多先進(jìn)的技術(shù)被應(yīng)用到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，推動(dòng)了建筑結(jié)構(gòu)向著安全、規(guī)范的方向發(fā)展。想要在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中使建筑結(jié)構(gòu)的安全性充分地體現(xiàn)出來，就必須以相關(guān)的規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)的依據(jù)，讓相關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)始終貫徹到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中。因此，目前提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的當(dāng)務(wù)之急就是要制定相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并讓其在實(shí)踐當(dāng)中得到不斷地完善與發(fā)展，這既是保證建筑工程以較高質(zhì)量完成的前提，同時(shí)也是提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的有效保障。一方面，需要國家相關(guān)部門加快制定關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的提高提供可靠保證；另一方面，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該自覺學(xué)習(xí)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并將國家或者建筑行業(yè)所要求的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范落實(shí)到實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，確保設(shè)計(jì)出來的建筑結(jié)構(gòu)具備良好的安全性，滿足持久耐用的要求。

4.2 對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)的評估

眾所周知，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)方案是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的前提和基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)合理會對后期建筑結(jié)構(gòu)的安全性、牢固性、穩(wěn)定性以及耐久性產(chǎn)生直接的影響。因此，在設(shè)計(jì)方案的開始，要充分考慮到有可能會影響建筑結(jié)構(gòu)的因素，不斷對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化提升，最后對于設(shè)計(jì)方案的定稿，要綜合建筑結(jié)構(gòu)的安全性、牢固性、穩(wěn)定性以及耐久性等方面進(jìn)行一個(gè)科學(xué)的評估工作，以此來使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到一定的保障[5]。在進(jìn)行評估的具體工作過程中，應(yīng)該允許有資質(zhì)的相關(guān)機(jī)構(gòu)共同參與設(shè)計(jì)方案評估，并且要以相關(guān)的規(guī)范要求以及標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)來展開評估工作，再根據(jù)評估的結(jié)果針對設(shè)計(jì)方案中仍然存在的問題和不足進(jìn)行合理的優(yōu)化與改進(jìn)，得到一個(gè)更加合理、科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果。

4.3 對設(shè)計(jì)人員的安全意識進(jìn)行加強(qiáng)

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員安全意識的高低會對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性產(chǎn)生較大的影響。由于土木工程得到快速的發(fā)展，逐漸在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要的地位，其涉及的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)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(chǎn)和生活，那么一旦建筑結(jié)構(gòu)中存在一定的質(zhì)量問題，產(chǎn)生安全隱患，便會很大可能地對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全以及日常生活和生產(chǎn)產(chǎn)生極其嚴(yán)重的威脅。只有提高建筑設(shè)計(jì)人員的安全意識，遵循安全第一的設(shè)計(jì)原則，使其充分認(rèn)識到自身工作的重要性，才能夠?qū)⒆銐虻陌踩砸庾R融合到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。此外，相關(guān)企業(yè)還應(yīng)該對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行大量的培訓(xùn)，使他們的專業(yè)素養(yǎng)、專業(yè)知識水平以及實(shí)操作技能得以提高，從而能夠在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中游刃有余地對出現(xiàn)的各種問題進(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的有效措施

5.1 合理控制工程設(shè)計(jì)成本

在充分保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備良好安全性的前提下，為了使土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性得到更好的提高，那就需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，做好設(shè)計(jì)成本的預(yù)測工作，建筑工程的設(shè)計(jì)成本進(jìn)行嚴(yán)格的把控。開始一項(xiàng)土木工程，就需要進(jìn)行前其的設(shè)計(jì)方案招標(biāo)，對相應(yīng)的設(shè)計(jì)部門進(jìn)行選擇，在整個(gè)過程中，需要以嚴(yán)格的具體規(guī)則作為展開實(shí)施招標(biāo)的依據(jù)，確保建筑工程招標(biāo)工作能夠公正、公平、公開進(jìn)行[6]。對于競標(biāo)者的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，要兼顧建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性以及經(jīng)濟(jì)性來綜合考慮和選擇，在選擇的過程當(dāng)中，要秉持擇優(yōu)選取的原則，不能出現(xiàn)假公濟(jì)私的現(xiàn)象。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案兼具安全性以及美觀性的同時(shí)，對經(jīng)濟(jì)成本投入較低的方案進(jìn)行優(yōu)先選取，通過這種方法，既能保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、穩(wěn)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(jià)，工程設(shè)計(jì)成本得到合理的控制，使建筑企業(yè)獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 加強(qiáng)各部門的溝通合作

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不單單只是設(shè)計(jì)部門所要涉及的工作范圍，想要產(chǎn)生高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，必須要多個(gè)部門進(jìn)行有效溝通與交流，緊密協(xié)調(diào)各個(gè)部門之間的合作關(guān)系，相互配合。在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作之前，需要對設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性成本加以預(yù)測，這就需要與成本預(yù)算部門進(jìn)行充分的配合，根據(jù)成本預(yù)算計(jì)劃對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念加以嚴(yán)格的執(zhí)行，以此來實(shí)現(xiàn)控制建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本的目的，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性得到體現(xiàn)。

5.3 周全考慮各種影響參數(shù)

一些比較復(fù)雜的建筑工程項(xiàng)目會給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面帶來一定的困難，因?yàn)樵谶M(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對工程項(xiàng)目的各種繁瑣的參數(shù)進(jìn)行充分的考慮。由于這部分參數(shù)的安全性往往會對土木工程結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，因此在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中不能忽略這些參數(shù)，要對其進(jìn)行及時(shí)的處理，避免出現(xiàn)多個(gè)參數(shù)數(shù)量累積的現(xiàn)象。比如：在進(jìn)行鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)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(shù)進(jìn)行全面、充分、綜合、周全的考慮，才能減小設(shè)計(jì)方案與實(shí)際操作之間的差距，從而使土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性問題得到一定程度上的解決。

6 結(jié)束語

總而言之，隨著我國土木工程事業(yè)的不斷發(fā)展，注重安全性和經(jīng)濟(jì)性兩者的協(xié)調(diào)問題，日益成為人們以及整個(gè)建筑行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。此外，人們對于建筑安全性要求的不斷升高以及建筑行業(yè)對于降低建筑造價(jià)的渴望，都一定程度上迫使著有關(guān)部門對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行解決和優(yōu)化，推動(dòng)了土木工程技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。