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

陸文彬

摘要：隨著人們生活水平的逐步提高， 以及城市化進(jìn)程的不斷加快，各類工程項(xiàng)目蓬勃發(fā)展起來，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案不僅要保證工程結(jié)構(gòu)的安全性還要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，本文就以土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)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)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全性；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)： TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要保證建筑主體可滿足使用要求并符合安全性需求。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑的經(jīng)濟(jì)性也在土木工程中占據(jù)了主要地位。因此，平衡二者進(jìn)行設(shè)計(jì)是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必然要求。實(shí)踐可知，沒有經(jīng)濟(jì)性約束的設(shè)計(jì)會(huì)造成設(shè)計(jì)結(jié)果與投資限制的差距增加。如混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中為了確保結(jié)構(gòu)安全可靠按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，從設(shè)計(jì)和施工中發(fā)現(xiàn)，提高結(jié)構(gòu)安全性會(huì)增加投入成本，即安全性與經(jīng)濟(jì)性是相互矛盾的兩個(gè)主體?，F(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，主要是通過提高材料質(zhì)量增加安全性能，而非依靠材料數(shù)量的增加來提高安全性能。在此種要求下，綜合經(jīng)濟(jì)性要求，設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)材料的性價(jià)比進(jìn)行考量。衡量經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)是建筑的強(qiáng)度與成本的比較。

一、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

1、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)的模糊性

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)角度方面的分析主要是指把工程結(jié)構(gòu)安全和工程結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面密切配合以達(dá)到平衡的過程。從這一角度分析，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：在保證工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與可靠的前提下，盡量減少經(jīng)濟(jì)支出，為了達(dá)到工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這個(gè)目標(biāo)，在實(shí)際工作中通常采取的方式是降低工程結(jié)構(gòu)造價(jià)，但是這種方式下所實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益大都是短期的，同時(shí)，如果只是一味的控制工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的造價(jià)開支，就會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的安全造成影響。 根據(jù)這一情況，相關(guān)人員研究出在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要使經(jīng)濟(jì)效益最大就必須滿足的一個(gè)公式：結(jié)構(gòu)造價(jià)（x）＋維護(hù)及使用經(jīng)濟(jì)損失期望值（x）→min＝設(shè)計(jì)目標(biāo)（x），對(duì)這一函數(shù)關(guān)系進(jìn)行研究就會(huì)發(fā)現(xiàn)：因?yàn)榫S護(hù)及使用經(jīng)濟(jì)損失期望值與整個(gè)工程結(jié)構(gòu)使用周期內(nèi)所涉及的破壞因素有著直接的聯(lián)系，比如，火災(zāi)、地震等外在因素，這些因素因?yàn)闆]有規(guī)律性，這也就使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)具有模糊性的特征。

2、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反應(yīng)運(yùn)行范圍的不確定性

實(shí)驗(yàn)證明， 工程結(jié)構(gòu)的抗力與整體允許被破壞的程度兩者之間有著密切的聯(lián)系， 因?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)允許被破壞程度具有不穩(wěn)定性也就決定了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在反應(yīng)運(yùn)行方面的不確定性，比如，在當(dāng)前技術(shù)條件下，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的破壞程度可以劃分為以下幾個(gè)類型：破壞輕微、中等、嚴(yán)重、無法修復(fù)，這幾個(gè)等級(jí)之間的界定標(biāo)準(zhǔn)同樣具有不確定性。 現(xiàn)階段工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的是容許應(yīng)力，但在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中有很多不確定因素，這也就決定了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反應(yīng)運(yùn)行范圍的不確定性。

3、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)場(chǎng)地分類的模糊性

實(shí)踐證明，場(chǎng)地的類別及其分類大多取決于地面運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的卓越周期參數(shù)，雖然在場(chǎng)地類型沒有確定的情況下，場(chǎng)地類別的劃分還是隨機(jī)性的，還是在地面運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的卓越周期參數(shù)方面有模糊性的特征。同時(shí)，從工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，對(duì)土壤類別的影響因素有很多，包括地下水、土層結(jié)構(gòu)以及覆蓋土層厚度，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)場(chǎng)地類別應(yīng)選擇多種因素綜合評(píng)價(jià)的方式， 這樣就造成了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)場(chǎng)地分類的模糊性。

二、提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的策略

1、規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)的建筑業(yè)隨著世貿(mào)組織的進(jìn)程取得快速的發(fā)展。土木工程的安全性受到高度的重視。我國(guó)也制定了很多相關(guān)的條文條例，強(qiáng)制性的執(zhí)行這些規(guī)范。從設(shè)計(jì)人員入手，設(shè)計(jì)人員要高度重視結(jié)構(gòu)的安全問題，嚴(yán)格依照建筑設(shè)計(jì)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上杜絕建筑工程的安全問題，切實(shí)保障建筑總體的穩(wěn)固性和安全性。施工單位在施工過程中，對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙中不滿足規(guī)范要求的，要停止施工，把圖紙交予開發(fā)商，進(jìn)行解決。對(duì)于多次違反相關(guān)規(guī)定并且不予以改正的情況，要對(duì)該設(shè)計(jì)師和開發(fā)商給予一定的法律制裁，以免出現(xiàn)更為嚴(yán)重的安全問題。

2、加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作人員安全意識(shí)的培養(yǎng)

土木工程是一個(gè)關(guān)乎民生的工程，而設(shè)計(jì)工作人員是這個(gè)工程的設(shè)計(jì)者和創(chuàng)造者。設(shè)計(jì)工作人員必須明確工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和高精確性。對(duì)于設(shè)計(jì)工作人員的要求很高，不單是具備深厚的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論和技能，還應(yīng)具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ魉悸罚罁?jù)理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行完美的安全設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師要嚴(yán)于律己，做到設(shè)計(jì)的每一步都準(zhǔn)確無誤，確定土質(zhì)和地基情況。設(shè)計(jì)師要進(jìn)行總結(jié)、反思，積累經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)師對(duì)建筑物抗震性能的重要性認(rèn)識(shí)是必要的，保證質(zhì)量第一，安全至上。

3、鋼材結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，人們對(duì)住房的剛需量增大。房產(chǎn)開發(fā)對(duì)地皮的需求與原有的地皮量造成了房產(chǎn)發(fā)展的矛盾。解決住房的剛需求只能向高空建筑設(shè)計(jì)發(fā)展，這也是一個(gè)有效的方法之一。高層建筑對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度要求較高。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的剛度的確定是由每層間的位移狀況來監(jiān)控的。就是對(duì)組成構(gòu)件的剛度大小和界面大小增加剛度指標(biāo)。

4、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

地基是整個(gè)建筑的基石，是每一個(gè)設(shè)計(jì)工作者最重視的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地基設(shè)計(jì)承擔(dān)著后期設(shè)計(jì)工作的任務(wù)，也承擔(dān)著整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)安全的責(zé)任，處于決定定位。在對(duì)地基的設(shè)計(jì)中，要對(duì)地基所處地塊的地質(zhì)情況、水位、溫度、土層、施工條件以及建筑的功能等進(jìn)行綜合的考慮。一般設(shè)計(jì)師都是對(duì)本項(xiàng)目相鄰建筑物的地下設(shè)施標(biāo)高、位置要進(jìn)行詳細(xì)了解，保證地基的安全和施工質(zhì)量水平。

三、減低土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本的策略

工程建設(shè)需要考慮生產(chǎn)成本和產(chǎn)出的效益之間的比值。設(shè)計(jì)工作人員除了要保證安全性之外，還要考慮對(duì)成本的控制。

1、工程管理中的成本控制

從公開招標(biāo)選擇設(shè)計(jì)部門開始入手，嚴(yán)格執(zhí)行招標(biāo)的規(guī)則，保證招標(biāo)工作的公正、公開、公平。從安全性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮競(jìng)標(biāo)者的設(shè)計(jì)方案。擇優(yōu)選取，在確保了設(shè)計(jì)的安全性的基礎(chǔ)之上，選擇經(jīng)濟(jì)性的方案，同時(shí)兼顧美觀的視覺效果，這樣不僅可以促使設(shè)計(jì)部門盡可能的提供物美價(jià)廉的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也節(jié)省了資金，降低了成本，減少了人們的負(fù)擔(dān)。

2、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圖要合理的選擇

目前，在工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了規(guī)范工程設(shè)計(jì)，同時(shí)也為了減少設(shè)計(jì)者的責(zé)任，一般都選擇標(biāo)圖。標(biāo)準(zhǔn)圖的優(yōu)點(diǎn)是減少設(shè)計(jì)的工作量，避免發(fā)生錯(cuò)誤。適用于中小型工程的設(shè)計(jì)和施工，利于加快工程的施工進(jìn)度，對(duì)于工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性的監(jiān)控也是很有利的。然而如果將標(biāo)準(zhǔn)圖在大中型的工程中使用，則費(fèi)用會(huì)大大的增加，設(shè)計(jì)也過于保守，不利于發(fā)展，相反在設(shè)置大中型的工程時(shí)，做出優(yōu)化，成本大大的降低。標(biāo)準(zhǔn)圖的使用在安全方面是有利的，但是在一些工程中經(jīng)濟(jì)性則不夠凸顯，而且也不利于我國(guó)土木工程設(shè)計(jì)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

3、及時(shí)和相關(guān)部門進(jìn)行溝

建筑工程的設(shè)計(jì)和施工需要多個(gè)部門互相配合才能完成，及時(shí)和多個(gè)部門進(jìn)行溝通，搞好和其他部門的關(guān)系有利于工程設(shè)計(jì)和施工的按時(shí)完成，也能控制生產(chǎn)成本。如在就村改造時(shí)，涉及到的搬遷問題，如果相關(guān)部門做好工作，釘子戶等情況的發(fā)生率降低，大大的降低生產(chǎn)的成本，減少國(guó)家的經(jīng)濟(jì)損失。

結(jié)束語

總之，在進(jìn)行建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，堅(jiān)持安全第一的原則，以安全促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展，保證建筑設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)濟(jì)性。以建筑物的安全性為基礎(chǔ)前提，節(jié)省成本，減輕企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識(shí)和能力，遵守安全設(shè)計(jì)規(guī)范，提高安全質(zhì)量的識(shí)別能力，積累經(jīng)驗(yàn)，確保每一個(gè)建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全。

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