关于土木工程荷载与结构设计的分析

 摘要：建筑工程的施工质量受到人们大量的关注，土木工程荷载对于结构设计产生很大的影响力。本文对土木工程荷载与结构设计之间的关系做了介绍，并对土木工程结构设计的方法进行进一步的阐述，进一步强调了荷载对于结构设计的影响。 

关键词：土木工程；荷载；结构设计；分析 

　　中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号： 

　　近几年，我国在建中的大楼屡发倒塌事故，使得我国建筑施工工程的质量问题被推到了封口浪尖之处，例如在2009年6月27日上海闵行发生的在建楼盘倒塌事件造成一人死亡；2013年湖南郴州发生的在建大楼倒塌事故在，造成多人伤亡。因此，建筑结构的设计和建设就受到广泛的关注。建筑结构在设计时，就要充分考虑到它在使用的过程中，需要承受的各种压力和作用，在土木工程领域来说，建筑结构所承受的各种压力和作用实际上是建筑施工过程中，各种荷载效应的总作用，建筑结构的不同设计所承受的荷载效应的组合也是不同的，产生的影响也存在着很大的区别。 

　　一、土木工程的荷载 

　　1、土木工程设计与荷载之间的关系 

　　荷载和作用是土木工程中出现频率最高的词语。通常情况下，在土木工程的设计实际应用中，土木工程的荷载和作用对于计算作用效应和结构的影响不大。一般情况下，我们国家所说的荷载是直接对土木工程结构作用的各种力之和，而作用既包括直接作用，也包括间接作用。但是，直到现在，还有很多国家没有对荷载和作用进行界限的界定，因此那些国家的荷载和作用之间的区别非常模糊，没有很明显的划分。 

　　现阶段，我国土木工程的建造主要包括策划、设计、施工等环节，而设计又是主要环节中的重中之重。土木工程的设计主要是由结构设计和功能设计这两部分组成，结构设计包含在建筑施工中，将用怎样的形式将骨架支撑起来，以承担荷载所产生的作用，使用什么样的材料以及尺寸等方面，而功能设计则是在结构设计的基础上进行的，所设计的这个结构是为了什么，也就是我们所说的功能设计，土木工程的结构设计主要注重的是建筑结构的适用性以及外形美观度、建筑安全性、可靠性与资金成本投入之间的关系，在这几者之间寻求到一个平衡，使得土木工程所设计的结构都能够达到理想中的功能，以保证建筑工程的施工质量，确保工作人员的人身安全。 

　　土木工程荷载的分类 

　　根据土木工程的荷载作用时间的长短可以分为偶然的作用、可变的作用、永久的作用三种，偶然作用是指在土木工程结构的设计过程中，没有预想到的作用，只是在瞬间发生的，一旦发生，它的作用力是非常强大的，但是作用时间却是极短的；可变作用则是指荷载的量值会随着时间的推移而发生变化，并且可变作用下的荷载量值的变化与平均值之间相比较而言，存在的差距也是非常大的；永久作用是指在土木工程结构设计时所预想到的土木工程的荷载量值不会随着时间的增长而发生变化，由于变化的量值非常微小，因此，对于变化的量值可以忽略不计。 

　　根据土木工程结构的动力反应进行划分的话，可以分为静态作用和动态作用两大类，静态作用是指对土木工程的结构产生的荷载力是不存在加速度的，或者产生的加速度的数值也可以忽略不计，例如，房屋楼顶所承受的荷载力，就可以忽略不计；动态作用指的是土木工程的结构产生的荷载力的加速度是不能被忽视的，例如地震导致的土木工程加速度的出现、通行车辆使得房屋产生振动等都是不能被忽视的土木工程的加速度。 

　　土木工程结构设计方法分析 

　　容许应力设计方法 

　　容许应力设计方法是Navier在弹性理论结构的基础上提出来的结构设计方法，在使用容许应力设计方法时，一定要充分考虑到所有的不确定因素，当然其中也包括荷载和抗力，在考虑不确定因素时，一定要把不确定的因素都安排在同一个系数上，以确保考虑不确定因素的完善性。对土木结构建设时所用的建筑材料没有固定的、统一的标准，也不用考虑建筑材料的塑性等方面的因素，材料的能力对于容许应力设计方法的使用影响不大，安全系数也没有什么计算公式和标准，完全是靠设计者的经验。 

　　破损阶段设计方法 

　　破损阶段设计方法是在20世纪被前苏联的学者经过大量的实验，在按破损阶段的基础上研究得出的，破损阶段设计方法在使用时和容许应力设计方法一样，对于所要考虑的所有的不确定因素，都要在同一个系数上，否则将会影响土木工程结构设计的科学性，安全系数也一样是靠经验来确定，但是，破损阶段设计方法在使用时，要充分考虑到建筑材料的塑性能力，以提高破损阶段设计方法的科学性、安全性和耐久性。 

　　多系数极限状态设计方法 

　　当把土木工程的某一结构的功能被发挥到临界线时，并且还符合土木工程结构设计的规章制度，那么这个临界线就是该结构的极限状态，如果所设计的土木工程结构不能达到这个要求，就说明土木工程的结构没有达到土木工程设计的要求。土木工程的结构极限状态是由承载能力极限状态、正常使用极限状态两大类组成，在使用多系数极限状态设计结构时，要根据不同系数的极限状态进行，并且土木工程结构的荷载和抗力的系数也没有什么好的计算方式，完全凭经验决定，不过，结构中有一部分荷载和建筑材料的强度是需要统计方法进行统计计算的，统计计算后还需要对统计出的数据进行细致、明确的分析，以保证设计结构的科学性，多系数极限状态设计与前两种设计方法不同，它所考虑到的荷载、抗力根据它们影响因素的不同，从而在结构设计时考虑不同的系数。 

　　荷载、结构和抗力的分析情况 

　　土木工程结构可靠性的影响因素 

　　在结构设计的过程中，会有多种多样的因素来影响结构的可靠性，结构自身的抵抗能力和结构承受外力的能力是影响结构可靠性的最关键原因。如果在结构上施加不同种类的外力，那么结构的支架处将会产生反力，从而致使结构发生变形、倾覆和滑移等变形，与此同时，结构中将会产生内力，结构的内力是由轴力、剪力和弯矩等组成。土木工程结构中构件所具备的几何参数、计算方式都是影响土木工程结构抗力的最关键因素。 

　　土木工程结构的可靠度 

　　在土木工程中，结构的可靠度通常情况下是指时间问题，也可以将时间固定在一个范围内，又在一定条件的基础上，来计算出预定功能的概率数，也可以说土木工程结构的可靠度是由土木工程结构的某一功能的概率数来决定的。 

　　荷载设计对于土木工程构件的影响 

　　土木工程荷载的取值数决定着构件的可靠性，如果在土木工程结构的设计过程中，发生荷载取值出现错误时，结构荷载设计所对应的结构的抗力也是错误的，那么土木工程构件就没有可靠性可言了。在研究过程中发现，如果在计算过程中，刻意把荷载取值取大，对于土木工程构件可靠性的提高没有多大作用，但是，如果荷载取值小了，土木工程的可靠性将会大打折扣，并且出错的概率将会大幅度加大。 　 

　　结语： 

　　综上所述，土木工程荷载与结构设计是密不可分，相互影响，相互作用。一般情况下，在设计土木工程结构之前，就会根据不同情况下，各荷载在特定的结构上进行施加，并对结构不同荷载下的反应进行分析，以得到土木工程结构最为科学的组合，要充分考虑到构件的荷载作用对土木工程结构所产生的影响，采取各种有效措施有效地规避荷载作用对结构设计的影响，从而提高土木工程结构设计的科学性、安全性、耐久性和经济性。 　　 

　　参考文献： 

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　　[3]焦东轶.浅析土木建筑工程结构的安全性与耐久性设计[J].科技创新导报，2009(27) 

　　[4]朱来庆,吴立娜.浅谈土木工程结构设计中存在的问题及对策[J].黑龙江科技信息，2012(05)