议关于土木工程的结构设计和工程荷载

牛新国

摘要:目前，土木工程的设计还是偏向于复杂多样化，为了能够承载复杂的结构模式强度也越来越迫切。因此，追求更为合理的结构设计和工程荷载能力是我们土木工程所研究的方向。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

Abstract: at present, the design of the civil engineering is preferable to complex diverse, in order to be able to carry a complicated structure mode intensity is more and more urgent. Therefore, pursue the more reasonable structure design and engineering load ability is our civil engineering research direction. Further analysis civil engineering of load and structural problems, clear the related concept, comprehensive account of various factors, from the perspective of the different load structure design plan implementation.

Keywords: analysis and study of the structure design, civil

中图分类号: TU318文献标识码：A 文章编号：

0 前言

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，建筑结构再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，从何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。

2.4结构可靠度设计方法

随着以概率论为基础的可靠度理论的日益成熟； 相关学者提出了基于构件可靠度设计的设计方法，这种设计方法具有 如下几个方面的特点：首先，分不同极限状态进行设计，包括承载能力极限状态、正常使用极限状态和耐久性性极限状态；其次，荷载和抗力系数按照确定的目标概率标定；最后，荷载标准值采用数据统计方法，对相应的调查数据进行统计。

3常见的荷载效应组合方式分析

3.1标准荷栽效应控制组合方式

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在一定程度上与过去的长期效应组合相似，其数值等于荷载的标准值乘以准永久值的系数。在该组合中充分考虑了可变荷载对结构作用的长期性。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。

3.3频遇荷载效应控制组合方式

频遇荷载效应控制组合方式是一种新型的效应控制组合方式，可 变荷载的频遇值等于可变荷载标准值乘以小于组合值系数的频遇值系数。频遇荷载效应控制组合方式的选值充分考虑了可变荷载在结构设计基准期内超越其值的次数和大小。目前频遇荷载效应控制组合方式的应用范围还比较狭小，其中吊车梁的设计就是采用的频遇荷载效应控制组合方式。由于频遇荷载效应控制组合方式还有很多的频遇值系数没有统计出来，该组合的推广运用还需要一段比较长的时间。

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。

5 结束语

土木工程的结构设计离不开荷载，两者相辅相成，互相影响互相促进。因此，在对土木工程进行结构设计时，对不同情况下的荷载量进行分析，将不同的结构同时施加于荷载，通过科学的分析，获取不同结构荷载组合下的响应，通过数据分析，综合评估荷载作用对建筑结构的影响效果。由此，可以减少和避免因荷载与结构设计不适，所导致的不良效果。

6 参考文献

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