土木工程结构设计与载荷的探析

土木工程结构设计与载荷的探析

刘鑫

广西建工集团第五建筑工程有限责任公司

摘要：时代的变迁，人们对房屋工程的需求逐渐向实用性、经济性与美观性发展。尤其是，房屋建筑逐渐向大规模、超高层转变，如何保障工程美观性的同时，提高工程整体质量成为关键。为此，应重视土木工程的结构设计，全面掌握土木工程载荷，以此保障土木工程的承载力，提高工程整体质量，推动土木工程进一步发展。

关键词：土木工程；结构设计；载荷

在土木工程建设中，结构设计、载荷作为工程重要内容，直接影响着工程整体质量与安全性，对此，在实际建设中，两项内容应得到足够重视。掌握土木工程的设计方式，能够有效提高工程设计水平与设计可行性[1]。掌握工程载荷，能够保障整个工程的承载力满足需求，避免了安全事故与潜在质量隐患。若对工程载荷了解不足，极易导致一系列问题。可以说，两项内容直接决定着土木工程的发展。下文对此展开探析。

1土木工程荷载概述及分类

一般情况下，荷载主要是指建筑构建承受的重量，是导致工程结构、建筑构件产生内力与变形外力的因素。在相关文献中，对于荷载的认知是：工程结构受到作用力后，结构因此变化。又称：建筑结构所承受的直接作用力都可说是荷载。

在土木工程建设中，荷载可分为如下类型：其一，依照时间的变化划分，不随时间变化或变化可忽略不计的荷载被成为永恒荷载，在空间位置上，其的变异表现出随机性，如：土压力、地基变形、结构自重、混凝土收缩、同一水位水压力等。随着时间变化而改变的载荷被称为可变载荷，统计规律和时间相关，如：雪荷载、人群荷载、道路上车辆荷载、潮汐荷载等。另外，偶然荷载，在基准期设计中，该荷载并不经常出现，不过，一旦出现，量值非常大，持续时间较短[2]。如：撞击力、龙卷风、爆破力等。其二，依照结构动力划分，荷载包括静态荷载与动态荷载，对结构或者工程构件存在加速度，则为动态荷载，加速度几乎忽略或者不产生加速度，则为静态荷载。如图1为工程吊装施工图，其中，吊装构件对于整个工程来讲，其带来的载荷为永恒荷载；在施工过程中，工作人员站在房顶施工，在工程完毕后，人们在房屋中随意走动，带来的荷载，均为可变荷载。

图1土木工程吊装

2土木工程结构设计方法

在土木工程的结构设计中，无论采用哪种设计方式，都应遵循以下原则：其一，完整性原则。在工程结构设计中，结构的完整性非常关键。首先，设计人员应对工程各个方面进行考虑，并深入分析不同构件，高度重视薄弱环节，严格遵循设计原则的同时，制定可靠性设计方案，保障结构的整体性与完整性。同时，全面掌握周围地质情况，保障土木工程设计的科学性与合理性。其二，核算图表的高效性。在土木工程结构设计方式应用中，预先图表设计标准是关键。工作人员应对工程实况全面调查、细致分析，制定建筑图表，发挥图表制作的精炼与高效性[3]。同时，设计者应全面掌握工程结构的难点，最大限度保障图表的准确性，避免核算误差的产生。遵循以上原则的基础上，土木工程方可展设计。总体来讲，在土木工程的结构设计中，常见设计方式主要包括以下几种：

2.1、容许应力的设计

在对容许应力进行设计时，首先，设计人员应对全部不确定因素进行确定，在考虑荷载、抗力等时，应选择同一系数；其次，材料的极限强度的准则并不统一；再次，安全系数直接根据经验确定；最后，材料的塑性并不用考虑。

2.2、破损阶段的设计

实际上，在土木工程结构设计中，破损阶段设计在上世纪三十年代已经出现，其显著特点是：对于所有的不确定因素，应选择同一系数。在安全系数确定时，直接依靠经验进行判断。在结构设计中，应重视材料塑性是否满足需求。

2.3、多系数极限状态设计

在多系数极限状态设计中，不仅要遵循设计原则，还要满足规定的临界状态，若超过临界值，则工程结构设计合理性将难以保障。对此，在工程结构采用该种方式设计中，应明确极限状态，依照状态的不同展开设计，其中包括承载能力的极限状态、正常使用的极限状态。而工程荷载、抗力系数直接依靠经验确定。部分荷载与材料的强度需要选择统计方式，在分析调查数据时，应明确统计方式，保障工程设计的顺利进行。

2.4、结构可靠度设计

科技在不断进步，各种理论不断升华，随着概率论的成熟，结构可靠度随之产生。在结构设计中，该种设计方式在实际应用中，应对工程极限状态进行辨别，确定荷载的标准值后，应采用数据统计，进一步提高标准值的精准度。同时，在结构设计中，应对不同极限状态进行划分，如：承载力的极限状态、耐久性的极限状态、正常使用的极限状态。对于荷载和抗力系数，应以目标概率进行确定，荷载标准值应以数据统计方式确定，以此提高结构设计的可行性与质量。

3土木工程荷载效应组合方式

荷载效应组合，主要是指结构或者构件使用中，不仅承受恒荷载的影响，还可能同时承受两种及以上的活载荷，此时，应掌握荷载同时作用下的效应，此为荷载效应组合。在土木工程设计施工中，荷载效应组合主要包含以下方式：

3.1、标准荷载的效应组合

在土木工程设计中，标准荷载的组合是一种常见组合方式，以性质来看，与传统土木工程中常用的短期效应组合具有诸多相似处。一般情况下，标准荷载组合主要用测算工程结构多方面问题，如：结构挠度、裂缝等，以此保障工程设计的质量，为土木工程的顺利进行奠定基础[4]。

3.2、准永久荷载的效应组合

在土木施工中，由多个方面来看，准永久荷载效应组合与长期效应组合类似，荷载标准值乘以准永久值，所得结构为准永久荷载的效应数值。在该效应组合中，充分考虑了可变荷载对工程结构长期性的作用，在基期设计时，对于准永久值，应将其概率控制在0.5左右。

3.3、频域荷载的效应组合

频域荷载的效应组合，与标准荷载、准永久荷载等的效应组合相比，其是一种新型组合，全面考虑了结构基期设计的可变荷载超越标准值的大小、次数等。虽然，该种效应组合应用范围较小，在对频域值系数统计时，存在诸多问题，许多数值未完全统计，影响了该种组合方式的广泛应用。

结束语

总而言之，经过多年发展，我国土木工程在社会上占据重要地位，并发挥着不可取代的作用。然而，社会在不断进步，科学技术在迅猛发展，土木工程随之发展。在土木工程设计上，逐渐向安全性、美观性、经济性、实用性转变；在对象上，土木工程逐渐由单一建筑、桥梁等，逐渐向海洋甚至太空发展，新兴材料不断出现，新技术逐渐发展，推动了我国建设行业进一步发展。而在土木工程中，结构设计和荷载非常关键，直接关系着工程结构质量、整体寿命等，重视两项内容，对于土木工程的发展具有重要意义。

参考文献

[1]张战华,韩仕华.土木工程结构设计与载荷的探析[J].房地产导刊,2017(12):142-142.

[2]楚国枫.土木工程结构设计及荷载分析[J].科技资讯,2017(8):134-134.

[3]李运超.基于土木工程建筑结构设计的优化分析[J].建材与装饰,2018(4):61-62.

[4]常英.议关于土木工程的结构设计和工程荷载[J].黑龙江科技信息,2016(6):209-209.