关于土木工程的结构设计和工程荷载研究

摘要: 随着人类生活水平的不断提高，对于建筑的要求也越来越高，土木工程结构形式也越来越多样化，结构工作的环境也是日趋复杂，承受荷载的形式种类也越来越多。这些变化都对土木工程的结构设计提出了很多新的要求，因此对土木工程结构设计以及工程荷载进行研究是非常有必要的。进一步分析土木工程荷载及结构问题，明确相关概念，综合考虑各方面因素，从不同角度讨论荷载结构设计方案的实施。

关键词:分析研究结构设计土木

中图分类号：S969文献标识码： A

结构设计的重要性不可估量，由此，充分说明为了提高建筑的工程质量，建筑结构在设计时一定要综合考虑自然因素和非自然因素所引起的荷载效应。从施工开始、施工期间、施工结束，每个环节不同程度承受因素是必须重视的，从客观因素到主观因素的实施，都必须明确建筑结构设计不同所产生的影响不同，从而设计更为适合的结构设计，有效促进建筑工程的实施。

1土木工程荷载与结构设计

1.1土木工程荷载

在土木工程领域，荷载是作用的一种体现，《工程结构设计基本术语和通用符号》一文中曾对“作用”作如下的定义：施加在结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，统称为“结构E”的作用，而建筑结构在施工过程和使用过程中所受到的各种直接作用称为荷载。

1.2土木工程结构设计

土木工程的结构设计就是决定采用什么形式的骨架将相应的建筑支撑起来，以及如何抵御各种灾害和传递作用力等，同时还包括建筑材料的制造以及建筑材料尺寸的选择等。它具有安全性、适用性、耐久性和可靠性的特性。土木工程设计要完成的工作如下：一是结构的方案设计,在满足结构预定功能的条件下，选择合理的结构形式；二是结构的详细设计，就是完成荷载计算、荷载效应计算和机构抗力的计算。

2对土木工程结构设计方法的分析

2.1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。

2.2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。

2.3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。

3常见的荷载效应组合方式分析

3.1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。

3.2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。

4土木工程荷载效应组合的设计对结构设计的影响

4.1荷载设计对结构件的影响

构件的可靠性依赖于荷载的取值，在结构设计时如果荷载取值出错，按照错误荷载设计的结构其抗力应与错误荷载相对应，这样的话将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，对构件可靠性的提高作用并不大，相反如果结构设计荷载取值偏小。随着错误发生概率的增大，构件的可靠性会大幅度降低。

4.2荷载设计对系统结构的影响

4.2.1荷载设计对串联结构体系的影响

相关的测算公式表明，串联结构体系的可靠性指标对荷载相应参数的变化比较敏感，随着荷载相应参数的减小，串联结构体系的可靠性能降低。当荷载相应参数为负值时，串联结构体系的可靠性指标也将变为负值。也就是说，对于串联结构体系，如果结构设计荷载取值偏大的话，对串联结构体系可靠性的提高并不大，相反如果结构设计荷载取值偏小的话。随着荷载取值错误发生概率的增大，串联结构体系的可靠性会大幅度降低。同时串联结构体系各元件与荷载可靠指标的相关性也影响系统的可靠性，二者的相关性越大，系统越安全。

4.2.2荷载设计对并联结构体系的影响

相关的测算公式表明，与串联结构体系相比，并联结构体系的可靠性指标对荷载相应参数的变化不是非常敏感，如果荷载相应参数的变化不明显的话，并联结构体系的可靠性趋于稳定。对于并联结构体系，如果结构设计荷载取值偏大的话，对并联结构体系可靠性的提高同样作用不大，同样如果结构设计荷载取值偏小的话，并联结构体系的可靠性会随着荷载取值错误发生概率的减小，而大幅度提升。但是并联结构体系各元件与荷载可靠指标的相关性对系统的可靠性影响并不明显，系统安全几乎不受二者相关性的影响。

4.2.3并联机构体系受到荷载组合的影响

对于并联结构体系来说，结构的可靠程度一般不会受到荷载参数的影响，一般来说，只要结构的工程荷载参数不是出现非常大的变化，那么结构的可靠性就可以得到很好的保证。在并联结构体系当中，采用的荷载设计值大对于结构的可靠度的提高基本上没有什么作用，但是如果取值过小的话，结构体系的可靠程度会一直不断的上升。所以在进行结构设计时，对于并联结构体系可以将荷载对结构产生的影响忽略不计，但是对于整个建筑工程的效益则会有很大的影响。

4.3结构构件受到荷载组合的影响

在进行结构构件的计算时荷载的取值显得比较的重要，因为如果荷载的取值不正确，相对应的结构抗力的计算就会出现错误，结构构件设计就会被严重的影响。分析结构构件设计的相关公式可以发现，如果结构的工程荷载的取值过大的话，结构设计的可靠度不会受到很大的影响，但是如果取值过小，结构设计的可靠程度会大大的降低，这样对于结构的安全性能会产生很大的影响。

5结束语

在进行土木工程结构设计时需要对结构上的工程荷载进行充分的考虑，在进行荷载效应组合时需要根据结构所处在具体工作环境而定。同时还应该根据结构的不同情况来考虑结构的工程荷载，然后进行精确的计算，选取合理的荷载效应组合方式，得到相关数据之后对相关数据进行分析，对结构的受力情况进行综合的评价，最后确定合适的结构设计方案。这样的结构设计步骤不仅仅可以大大的减少结构设计中的失误，同时避免了结构设计当中不合理情况的发生，对于工程的质量是很大的保证。

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