关于土木工程荷载与结构设计的分析

关于土木工程荷载与结构设计的分析

李 红

身份证号码： 2305231XXXX9191544

摘要：建筑结构在设计的过程中，需要充分考虑到它使用的过程中，需要承受的各种作用以及压力，在土木工程领域中，建筑结构所承受的各种压力实际上是建筑施工过程中，各种荷载效应的总作用，建筑结构中所承受的荷载效应的组合也不尽相同。所以设计人员要特别注重结构设计中已经出现的问题，并结合具体的荷载等设计缺陷和不足来完善整个土木工程的设计方案，确保结构稳固安全。

关键词：土木工程；荷载；结构设计

土木工程荷载组合的设计，可选择标准式荷载效应的组合方式、准永久式荷载的组合方式，确保结构设计稳定性，满足土木工程设计的目标，确保建筑结构质量。最后，为了落实好土木工程的结构与荷载设计工作，在结构设计期间内，应明确土木工程的结构与荷载设计重要性，从实际出发，因地制宜，进行设计，做到具体的问题具体去分析，强化设计效果。

1影响土木结构稳定性的重要因素

1.1随机因素对结构的影响

从实际的土木结构体系设计规划工作中就可以发现，其结构稳固性的影响因素多种多样，其一为结构体系内部为了应对多种应力作用而产生的抵御能力，其二是来自与外界或者其他方面的应力作用。这些作用力的出现影响着土木结构中各个部件的受力变化情况，因此而产生其结构内部出现偏移甚至扭曲变形的质量病害，此时检测其结构性能就会发现很多指标参数都与原有的设计方案存在着极大的偏差。

1.2影响结构体系可靠性的具体因素

我们在分析影响当前土木结构体系可靠性的因素时，其中一个因素是极为关键的，那就是时间因素，在一定时期内，结构本身能够持续抵御各方应力的有效时间，这就是衡量土木结构自身可靠性的一个重要指标，它没有明确的数值数字来加以表达和体现出来，而是以概率大小的表现方式存在的，设计人员所考虑的重点问题就是如何去控制好概率的大小，掌握和把控好其概率的度量，但要确认基本的概率区间。

1.3荷载设计对构件的影响

构件的可靠性对于荷载的取值，在结构设计时候如果荷载错误，按照错误荷载设计的结构其抗力应该与错误的荷载相对应，这样的话能够严重影响构件的可靠性，而且通过一些理论计算公式我们会发现如果结构设计荷载取值偏大的话，对构件的可靠性的提高作用并不大。当地下水设防水位低于室外地坪标高时，作用在地下室底板、侧壁、挡墙上的地下水按活荷载作用，水位变化较大时分项系数取为1.4，否则可取1.35；给排水构筑物分项系数可取1.27。若乘以分项系数后的等效水头高于室外地坪，则取到室外地坪标高。当地下水设防水位取为室外地坪标高时，地下水按恒荷载作用，分项系数取1.0。

1.4荷载特点对结构可靠性的影响

永久荷载取值在设计基准期T内基本不变，统计分析结果可认为永久的任意时点概率分布函数服从正态分布。不同的可变荷载、其统计参数τ、p以及任意时间点荷载的概论分布都是不同的。结构构件抗力根据概率轮中的中心极限定理指出，结构抗力R的概率分布类型均可假定为对数正态分布，在实际工程中，结构的功能函数往往是由多个随机变量组成的非线性函数，而这些随机变量并不都服从正态分布或对数正态分布，因此实际工程中采用近似概率法又称一次二阶矩法（包括中心点法和验算点法）分析结构可靠度。

2土木工程结构的设计方法

2.1结构可靠度的设计方法

为了确保土木工程结构设计的可靠性，可在结构设计期间，把概率论作为理论支撑，结合各个不同的极限状态，结合耐久性以及承载力的极限情况去设计，可确保结构设计的可靠性。此外，荷载数值的设计可利用数据统计方法获得，调查和分析数据，然后明确结构荷载标准，通过目标概率，去获得抗力系数以及荷载的关系，可保障结构的安全性。

2.2容许应力的设计方法

容许应力的设计方法在早期就被提出和应用，把理论研究作为基础，在判断设计结构期间各个系数以及不确定因素后，进行结构的设计。但是需要特别注意的是，容许应力的设计没有特定标准的衡量材料去界限极限，而是利用经验去明确安全系数，忽略了材料自身塑性以及性能。

2.3破损阶段设计方法

考虑结构在材料破损阶段进行的结构设计的方法称为破损阶段法，塑性应力分布之后的结构构件的截面承载力不小于外荷载产生的内力。该方法以构件时的受力状态为依据，充分考虑了材料的塑性性能，在表达式中引入了安全系数，使得构件有了总体安全度的概念。

2.4多系数极限状态设计方法

极限状态设计法明确的把结构的极限状态分为承载力极限状态和正常使用极限状态。承载力极限状态要求结构构件可能的最小承载力不小于可能的最大外荷载产生的截面内力。正常使用极限状态是指对构件的变形及裂缝的形成或开展宽度的限制。在部分荷载和材料性能的取值上引入了概率统计的方法加以确定，也叫做半概率极限状态设计法。

2.5概率极限状态理论设计方法

由于结构抗力和荷载效应的随机性，安全可靠应该属于概率的范畴，应当用结构完成其预定功能的可能性（概率）的大小来衡量，而不是一个定值来衡量。主要原因包括如下：（1）材料强度fy和fc的离散；（2）截面尺寸h0和b的施工误差；（3）应力-应变关系参数k1和k2。

3土木工程荷载的组合模式分析

3.1标准式荷载效应的组合方式

标准式荷载效应的组合方式，从其性质的角度来看，和以往经常应用到的短期效应组合之间，具有一些相同之处。这种方式可对多方面问题有效预算，如可以对结构挠度和裂缝进行有效计算。

3.2准永久式荷载的组合方式

准永久式荷载的组合方式，可以往经常应用到的长期效应荷载组合方式具有相同之处。荷载的标准值和准确永久值，二者相互乘积就可作为结构设计的参考要素。在设计的基础时期，要注意保持准永久值百分率在0.5上下。

3.3频域荷载式组合方式

频域荷载式组合方式和上述两种荷载组合方式相比较，较为新颖，是一种全新的荷载组合模式。此组合模式在设计期间，优先考虑到土木工程设计期间可变的荷载数值以及次数，依据次数和荷载系数的变化，进行相关设计。频域荷载式组合方式也存在自身不足，如应用范围有限，可能在频遇值系数设计期间遇到一些问题，一些数值不能全部被统计，因此，增加设计人员的工作难度。频域荷载式组合方式这一不足，也正是当下研究人员突破的难点。

4土木工程的结构与荷载设计举措

4.1明确土木工程的结构与荷载设计重要性

在设计期间，相关单位以及工作人员，必须明确土木工程的结构与荷载设计工作重要性，知道此项工作在土木工程设计期间的地位以及重要性。要求各个设计人员依据相关建筑标准，做好前期的设计准备工作，保障土木工程的结构与荷载设计合理性。

4.2从实际出发，因地制宜进行设计

工作人员在设计环节，也要立足于实际，从实际出发，在调查和掌握土木工程建设区域实际情况后，针对性去设计，因地制宜落实此项工作，强化土木工程的结构与荷载设计科学性以及合理性。工作人员设计能力和设计效果联系密切，因此，也要注重人才的培养和能力提升，树立培训理念，建立一定周期，定期进开展理论知识和技能培训活动，确保其具有较高理论素养和技能。此外，也可建立奖惩制度，激发起工作热情，更加主动的去学习、去参与土木工程设计工作。

5结语

土木工程建设的质量关系重大，在很多工程建设领域内的专业人士都在考虑土木结构设计的合理性和安全性，在结构设计的总体布局和规划中，设计人员要充分、全面地了解工程建设的具体要求和面临的施工作业环境情况信息，综合多方建议和意见，重点对荷载问题等设计类缺陷加以弥补和完善，并且在积极推动新材料和新的设计理念上有所建树。

参考文献：

[1]张宏利.关于土木工程荷载与结构设计的分析[J].科技经济导刊，2018，26（26）：45.

[2]楚国枫.土木工程结构设计及荷载分析[J].科技资讯，2017，15（34）：240-241.