刘鹏宇
铁道第三勘察设计院集团有限公司 300251
摘要：随着社会的发展，土木工程越来越多，土木工程中荷载不仅有很多种类型，而且产生的作用也是相当复杂的，不同的荷载的随机的组合会给实际工程造成不一样的影响。在土木工程的建设中要对多方面内容考虑，不仅要考虑工程的美观实用，也要重视其安全性和经济性。土木工程安全性尤其重要，其余结构设计紧密相关，荷载也在土木工程建设中有着很重要的意义。本文作者结合多年来的工作经验，对土木工程荷载与结构设计进行了研究，具有重要的参考意义。
关键词：土木工程；荷载；结构设计
随着时代的发展，土木工程的建设也在向着更安全、更美观、更经济、更实用发展。我国的土木工程建设有多年历史，从早期的古代原始操作到今天的摩天大楼、万米长桥，甚至神话中的移山倒海，现代土木工程领域也是百花盛开，多姿多彩。本文主要介绍土木工程的结构设计和荷载及二者之间的关系。
土木工程建设与我们的生活息息相关，现代的土木工程建设以生产力的发展为动力，新开发的多功能材料为基础，新型的工艺和机械为手段积极地向前发展。土木工程的建设要对多方面内容考虑，既考虑到工程的美观实用，也要重视到安全性和经济性。特别是安全性，与土木工程的结构设计有着极为密切的关系，荷载也在土木工程建设中有着很重要的意义。下面就土木工程的结构设计和荷载进行探讨。
一、土木工程荷载
荷载，指作用于工程结构上的外力，可分为静态荷载（恒载）和动态荷载（活荷载），按照大小、方向、位置是否改变来区分。作用指能使工程结构产生效应的各种原因，包括内力、应力、变形、裂缝等等，分为直接作用和间接作用。作用效应则是指作用所产生的结果。按照时间变异分类，荷载除了不变的永久性荷载和可变荷载之外还有一种可能出现也可能不出现的偶然荷载，但只要出现，其量值都是大而且持续时间比较短的。按照空间变异分类还可以分为固定荷载和可动荷载。日常生活中，比较常见的有：民用建筑楼面均布活荷载、屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载、吊车荷载、风荷载、地震荷载和其它像是振动，撞击，爆炸等等。
为了方便设计，我们把荷载按一定的量值规定，有标准值、频遇值、准永久至和组合值。
二、土木工程荷载与结构设计
1.结构设计中的问题
（1）结构设计的牢固性不够
土木工程结构建设时，若是结构设计的牢固性很差，必然会对工程结构的安全性造成非常大的影响。尽管工程结构的部分设计出现问题不会影响总体结构，但一旦发生地震、洪水、爆炸等事故，很可能导致建筑坍塌、损坏，比如唐山汶川地震时，就是因为房屋的破损倒塌造成了多人的伤亡。
（2）承重柱和构造柱没能有效区分
在土木工程建设中，砖混结构建筑的构造柱与承重柱的配合可有效的防止产生墙体裂缝，提高房屋抗震水平。而设计人员在设计建筑结构的时候没有分清楚承重柱和构造柱，按照设计承重柱的方式设计构造柱，导致了日后建筑结构出现裂缝，引起建筑物倒塌等等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，设计承重柱时仅是为了方便计算承重柱受力就把截面面积设计的太小，更容易使结构柱和承重柱开裂。
（3）忽略了环境因素的影响
除了工程结构建设中建筑结构本身的影响因素，还要考虑到很多外界因素：温度、湿度、酸碱度、化学腐蚀等等。尤其是建筑结构中常用到的钢筋混凝土，这些环境因素都会产生很不好的负面影响，存在很大的安全隐患。
2.解决对策
（1）设计合理的机构设计方案
以房屋工程结构设计为例，结构设计方案为：框架结构选择、基础布置、确定结构措施等等。框架结构选择用钢筋混凝土，综合考虑竖向和水平荷载，满足抗震的要求；基础布置要结合当地的地质、水文、气候等条件；结构措施则要具体针对建筑结构的抗震要求计算，采取必要的措施。
（2）设计合理的内力组合
内力组合设计要求工程结构设计在满足抗震条件的基础上，调整组合内力，包括框架梁内力组合，承载力抗震系数，跨间弯矩。
（3）板设计和配筋
按照板的规格采用双向或沿着短边受力单向进行计算，将构造钢筋布置在适合的位置，并根据实际情况计算出跨中的最大弯矩。
（4）控制转换层模板的侧压力
三、对土木工程结构设计方法的分析
3.1容许应力设计方法
容许应力设计方法是19世纪以后，Nayier提出的一种基于弹性理论的结构设计方法，这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，所有不确定因素，包括荷载和抗力等使用同一个系数来进行考虑；其次，材料橄限强度没有统一的准则；再次，安全系数凭经验确定；最后，不能考虑材料的塑性能力。
3.2破损阶段设计方法
破损阶段设计方法是20世纪30年代，前苏联学者帕斯金尔纳克和格沃兹捷夫等人经研究，提出的基于按破损阶段的设计方法，这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，和容许应力设计方法一样所有不确定因素，都使用同一个系数来进行考虑；其次，安全系数也是完全凭经验确定；最后，该设计方法考虑了材料的塑性能力。
3.3多系数极限状态设计方法
结构的极限状态是指结构能满足设计规定的某一功能要求的临界状况，超过这一状态结构或构件就不能满足设计的要求。其中结构的极限状态可以分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。这种设计方法具有如下几个方面的特点：首先，明确了按不同极限状态进行设计，包括承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计；其次，荷载和抗力系数仍然是凭经验确定的；再次，部分荷载和材料强度的确定采用了统计的方法，对调查数据统计分析比较明确；最后，对不同荷载、影响抗力的不同因素采用了不同系数。
4常见的荷载效应组合方式分析
4.1标准荷载效应控制组合方式
标准荷载效应控制组合方式在一定程度上与过去常用的短期效应组合相似，这一荷载效益组合方式主要用来测算一般情况下结构的挠度、裂缝等使用的极限状态问题。在该组合中，可变荷载采用标准的数据值，荷载分项系数取为1.0，即超越概率为5％的上分位值，其中可变荷载的组合值系数按《荷载规范》的相关规定取值。
4.2准永久荷载效应控制组合方式
准永久荷载效应控制组合方式要求在设计基准期内，可变荷载超越荷载准永久值的概率应保持在50％左右。准永久荷载效应控制组合方式常用于考虑荷载长期效应对结构正常使用状态的影响。一个比较典型的例子是：对于裂缝控制等级为二级的结构，按照标准荷载效应控制组合方式的要求，结构受拉边缘混凝土的应力不会超过混凝土的抗拉强度标准值，而按照准永久荷载效应控制组合方式要求，不应该出现拉应力。
结语
土木工程结构设计与工程建筑的安全性和经济性有直接关系，我们在设计土木工程结构时，要平衡好安全性和经济性，就需要在设计的时候多下功夫，综合考虑多方面影响因素。在今后的生活生产中，要采用科学的管理和设计模式实现安全性和经济性的统一，建设更美观、更安全，并能为企业带来更大的经济效益的土木工程。
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论文作者:刘鹏宇
论文发表刊物:《基层建设》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/9/30
标签：荷载论文; 土木工程论文; 组合论文; 结构设计论文; 结构论文; 方法论文; 效应论文; 《基层建设》2015年5期供稿论文;