土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)濟(jì)分析

汪亮婷 陳禮鵬

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性是設(shè)計(jì)的核心要求。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，追求結(jié)構(gòu)性能的安全性，必然會(huì)導(dǎo)致成本消耗的不可抑制地?cái)U(kuò)大，從而導(dǎo)致項(xiàng)目盈利能力的下降，明顯不利于企業(yè)和市場(chǎng)的發(fā)展，相反只追求經(jīng)濟(jì)性不顧安全也是不可取的。因此，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做到安全和經(jīng)濟(jì)的和諧統(tǒng)一。

一、土木工程中安全與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)

對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是對(duì)建筑的安全負(fù)責(zé)，即保證建筑主體滿(mǎn)足使用要求和安全要求。然而，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，建筑經(jīng)濟(jì)在土木工程中也占有重要的地位。因此，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須綜合評(píng)價(jià)其安全性和經(jīng)濟(jì)性，并以平衡兩者為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，這種設(shè)計(jì)要求是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必然要求。

從實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，無(wú)經(jīng)濟(jì)約束的設(shè)計(jì)將導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果與投資約束之間的差距增大。例如，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了保證結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，所以它們是按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算的。然而，從設(shè)計(jì)和施工的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)安全性的提高往往會(huì)增加成本投入，即安全性和經(jīng)濟(jì)性是相互矛盾的。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮材料的性?xún)r(jià)比，以滿(mǎn)足綜合經(jīng)濟(jì)的要求。衡量經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)是建筑物強(qiáng)度和造價(jià)的比較，經(jīng)濟(jì)與安全成為平衡結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)予以協(xié)調(diào)。

二、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)濟(jì)性協(xié)調(diào)措施

（一）對(duì)安全性的保證

首先，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要優(yōu)先考慮行業(yè)中優(yōu)秀的設(shè)計(jì)單位。選擇高素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)單位作為設(shè)計(jì)主體。此類(lèi)設(shè)計(jì)企業(yè)往往經(jīng)驗(yàn)豐富，設(shè)計(jì)設(shè)備先進(jìn)，而專(zhuān)業(yè)人員素質(zhì)較高，因此在設(shè)計(jì)中可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全保障。

其次，在設(shè)計(jì)中應(yīng)完善和完善相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論，即對(duì)某些概念設(shè)計(jì)要有透徹的理解，設(shè)計(jì)思想要清晰。目前，概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為保證結(jié)構(gòu)安全的主要設(shè)計(jì)思想。例如，在材料的選擇上，進(jìn)行了全面的安全性評(píng)價(jià)，并通過(guò)精確的計(jì)算對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了核對(duì)，以獲得最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)模式，提高建筑的整體安全性。

第三，在設(shè)計(jì)上要全面、準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)中，要運(yùn)用科學(xué)、系統(tǒng)的管理，細(xì)化整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，認(rèn)真劃分設(shè)計(jì)項(xiàng)目和內(nèi)容，逐一完善和審查子項(xiàng)目，確保設(shè)計(jì)中不遺漏任何項(xiàng)目和計(jì)算內(nèi)容。設(shè)計(jì)事故多是由于設(shè)計(jì)中遺漏了某個(gè)工程或參數(shù)，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性降低。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真、嚴(yán)格地對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行管理、監(jiān)控和審核，確保設(shè)計(jì)項(xiàng)目的完整性和準(zhǔn)確性。

最后，在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)變更。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其設(shè)計(jì)是相互聯(lián)系的。也就是說(shuō)，每一個(gè)結(jié)構(gòu)都有一個(gè)必然的關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)，它影響著整個(gè)身體。由于施工條件的限制，結(jié)構(gòu)的一個(gè)點(diǎn)需要改變。它不僅對(duì)該結(jié)構(gòu)的施工工藝和性能有影響，而且對(duì)與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)性能也有影響。因此，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全，對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)制定方案，即設(shè)計(jì)應(yīng)采用多方案的思想，盡可能提供設(shè)計(jì)的靈活性，盡可能適應(yīng)施工條件，減少變化，適應(yīng)一定的變化，并控制范圍。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性提高

首先，在經(jīng)濟(jì)保證方面，可以通過(guò)投標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)方案和成本進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和選擇。也就是說(shuō)，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，我們可以在一定程度上控制經(jīng)濟(jì)，并利用專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)單位提出的設(shè)計(jì)報(bào)價(jià)形成明確的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以降低成本和浪費(fèi)。

其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員采用靈活的設(shè)計(jì)思想和方法，如：不要盲目使用標(biāo)準(zhǔn)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)然，使用標(biāo)準(zhǔn)圖紙可以大大減少設(shè)計(jì)工作量和時(shí)間，加快結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)度，也可以相對(duì)降低設(shè)計(jì)誤差率。然而，這種設(shè)計(jì)方法往往不利于降低工程結(jié)構(gòu)的成本，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)圖紙的設(shè)計(jì)是根據(jù)相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)圖形的選擇，高標(biāo)準(zhǔn)意味著高成本。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的安全保障能力，采用合理的結(jié)構(gòu)方法降低成本，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心要求。

第三，設(shè)計(jì)中應(yīng)控制多參數(shù)設(shè)計(jì)的安全積累。例如，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及到材料、截面形狀、面積、數(shù)量和鋼筋布置等諸多成本和安全因素。這些參數(shù)的設(shè)計(jì)將影響結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。同一荷載下不同參數(shù)的選擇直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果的不一致。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行各種設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)和選擇，即通過(guò)參數(shù)的變化和選擇進(jìn)行綜合計(jì)量，并盡量控制經(jīng)濟(jì)與安全與主要參數(shù)的協(xié)調(diào)。

最后，為了得到更準(zhǔn)確的信息和幫助，在施工中應(yīng)協(xié)調(diào)相關(guān)部門(mén)之間的關(guān)系，以降低成本。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅涉及到簡(jiǎn)單的施工問(wèn)題，而且涉及到大量的輔助信息和工作。如：地質(zhì)勘探資料及資料、檢驗(yàn)檢測(cè)資料等。為此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)與多個(gè)相關(guān)部門(mén)合作，利用綜合信息和數(shù)據(jù)，提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。由于環(huán)境氣候、地質(zhì)構(gòu)造等因素會(huì)直接影響設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和安全要求，因此也會(huì)影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

三、結(jié)語(yǔ)

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證建筑物安全和使用效果的基礎(chǔ)，也是工程造價(jià)最高的系統(tǒng)。因此，工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)管理和控制必須首先保證其安全性，為了獲得效益和謀求發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性也是設(shè)計(jì)成功的必要條件。所以，將兩者結(jié)合，運(yùn)用科學(xué)的管理和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的和諧統(tǒng)一，將是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想。（作者單位：江西工程學(xué)院）