土木工程荷载与结构设计的研究

石林

摘 要：随着城市化的建设进程逐渐加速，越来越多的土木工程项目开始投入到施工中。为了满足人们对于建筑项目的需求，土木工程结构设计走向了多元化。土木工程施工比较复杂，其中荷载与结构设计都是工程施工中的重点内容。为了强化土木工程施工质量，在文章中针对土木工程荷载与结构设计进行分析，提出土木工程优化对策。

关键词：土木工程；荷载；结构设计；研究

土木工程结构是整体建筑工程中的荷载骨架，针对于土木工程结构的设计与规划，主要是指土木工程建设环节中所应用的材料、尺寸、骨架类型等。在土木工程结构设计上需要保障工程的稳定性、耐久性以及安全性等问题。此外在具体的设计过程中需要与工程实际的荷载为研究重点，保障结构设计能够与荷载有序结合，保障土木工程设计的精密性。

1 土木工程荷载与结构设计关系

在土木工程施工荷载问题的分析与结构设计联系紧密，从众多的土木工程施工结果上来看，土木工程荷载决定着结构施工的方向以及施工方法采用。土木工程荷载实际上是指建筑结构上所收到的不同程度的形变，而在土木结构上所产生的形变。在不同环境、不同施工技术下的土木工程项目，其荷载类型不同。大部分的工程荷载主要为以下几种：第一，基于时间变化的荷载。土木工程荷载会随着时间的变化而发生变化，可以分为永久、偶然、突变等形式的荷载。这些荷载类型与建筑结构、自重、压力等有关系，荷载也会随着这因素增加或者是减小。如地震、大风等都为自然荷载，这些荷载变化缺乏一定的规律性，在土木工程中难以控制。第二，结构动力反应分类。土木工程荷载从建筑动力角度出发，可以分为静荷载和动荷载。动荷载伴随着时间的变化而发生规律的变化。

土木工程结构设计决定着荷载的变化。这是因为，在土木工程结构设计当中包含了工程结构设计和功能设计，功能设计中注重的是采用何种方法来强化土木工程的结构支撑，在具体的施工中采用不同的结构设计模式，涉及到不同类型的荷载形成。

2 土木工程荷载要点分析

2.1 荷载值确定

土木工程项目荷载可以通过结构模式、荷载类型进行精确的计算，从而实现土木工程施工。在土木工程中包含了自重、结构重力等内容，其中自重是指土木工程结构的自身重量，该种类型的重量也是一种永久性的荷载。如土木工程深基坑部分的重量、土的重量等都属于工程中永久性荷载。那么在对于该种永久性荷载进行计算中可以从工程自重角度出发，计算自重体系中的承载物，其中建筑墙体、梁、板等都为结构自重。在计算荷载环节中，通过线、力的集中处理的方式，按照材料的单位体积自重、结构构件设计尺寸等，将具体的荷载计算出来。如，在板的面层自重计算环节中，需要充分的考虑到楼面的自重。准确的测量出面层的材料厚度、面板厚度、材料体系，将以上要素参数相乘便得到结构部件的自重。在计算梁的荷载效应过程中，通过线荷载的方式计算梁的荷载。

2.2 荷载效应分析

不同组合模式的荷载在土木工程中所能够产生的荷载效应不同，在对荷载效应进行分析环节中，注意包含了以下几种方式：

其一，准永久荷载效应；准永久荷载效应是最为普通的效应，应用到常规的荷载状态分析中。土木工程在建筑施工到投入使用中长期受到荷载影响，那么在对荷载值进行计算中，可以将荷载标准值与准永久系数相乘。在实践工程中，该种准永久荷载效应组合模式一方面能够将对土木工程进行结构长期分析，另一方面还能够避免结构超荷载，对土木工程结构进行分析综合控制。

其二，频遇荷载效应；频遇荷载效应模式针对土木工程荷载变化的情况，应用可变荷载标志乘以一个小于组合数频遇值的系数。该种方式从实践中分析，应用效益比较高，并且能够针对可变化的荷载进行统计与分析。

其三，标准荷载效应；标准荷载的实际组合方式，是指土木工程设计人员对建筑结构的裂缝、绕度等进行精确的计算，通过标准荷载效应控制模式，将分项的系数确定为0.1。在具体的组合数值系数确定时，还需要设计人员根据不同的情况确定其具体的数值。

2.3 风荷载的计算

风荷载是土木工程荷载计算中的重点内容，在风荷载计算环节中包含以下内容：

风压标准值计算公式为：

其中，为高度处的风震系数；为风压高度变化系数；风荷载体型系数；为基本风压。如在一处教学楼建筑中，建筑结构设计使用的年限为50年。设定该工程中的基本风压为=0.75kN/m2.在该工程中将结构高度确定为18.5米，取为1.0。在对土木工程的风荷载计算环节中将其换算为框架上每层节点上的集中荷载，其中，设定A为一品框架上各个层节点上的受风面积。结果如下：

3 土木工程结构设计方法

土木工程中包含的内容比较多，并且工程设计比较复杂，在具体的结构设计环节中所应用的设计方法不同。在文章中主要针对结构平面图设计、屋顶结构图设计、详图设计、楼梯设计以及基础图设计等进行研究。

3.1 结构平面图设计

在土木工程结构设计环节中，设计能够符合建筑工程需求，以及人在土木工程中的舒适度。基于结构的平面图设计是保障土木工程结构稳定的基础性设计，在具体的设计当中，设计人员需要對土木工程环境进行调查，制定出有针对性的方案。首先，设计人员需要对工程结构整体进行设计与绘制，具体的设计需要通过在现场中进行调查、取样。土木工程结构设计最为关键的就是安全度，结构抗震性决定着结构的安全，因此需要在结构设计中格外关注其抗震性方面的优化。土木结构的抗震性与施工地点特征有关系，当施工所处的环境中抗震设防烈度在六度区中，在具体的工程设计中就需要进行截面抗震的验算。在具体的工程中，还需要满足建筑结构的抗压性能，及时有效的发现设计工程中的问题。特别是在应力的设计环节中，需要采取专业的曲线绘制软件进行计算，以提升土木工程结构设计的精确性。

3.2 屋顶结构图设计

屋面的结构设计在土木工程结构设计中需要进行多方面因素的考虑，基于屋面的结构设计主要包含了两种设计方式：第一，梁板式结构设计。该种结构设计针对的是建筑屋面不平整的情况，在屋面上进行大跨度的结构设计。该种结构设计模式在大型的商业建筑中比较常见。第二，折板式结构设计，该种设计在具体的应用中针对屋顶之外的结构设计，需要设计人员能够对设计图纸进行充分的了解，掌握图纸设计的意图。

3.3 土木工程挡土墙结构设计

在特殊地带的土木工程结构施工环节中需要对挡土墙的结构施工设计进行考虑。挡土墙的结构设计需要满足土木施工规则，通过合理的挡土墙结构设计来保障土木工程结构设计的合理性。在进行土木工程挡土墙结构设计环节中需要遵循一定的原则，既要符合工程实际，也需要满足建筑结构的稳定需求。以斜坡中的土木工程结构设计为例进行分析，斜坡上的土木工程结构设计需要做到以下几点：第一，挡土墙与建筑主体结构相互分开；（2）建筑主体结构与挡土墙相互结合。为了准确的计算出挡土墙结构应力，需要根据其在不同的情况下进行有针对性的分析。如，在静止土压力以及水压力作用下，挡土墙计算模型，取1米板带宽度。

4 结语

综上所述，在土木工程中荷载与结构设计之间的关系密切，为了提升土木工程的质量，需要对土木工程的荷载进行计算，根据实际荷载确定结构设计方案。从众多的土木工程施工结果上来看，土木工程荷载决定着结构施工的方向以及施工方法采用。在文章中针对土木工程结构设计进行分析，工程设计比较复杂，在具体的结构设计环节中所应用的设计方法不同。文章中主要针对结构平面图设计、屋顶结构图设计、详图设计、楼梯设计以及基础图设计等进行研究。

参考文献

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[2] 颜涵.关于土木工程荷载与结构设计分析[J].建筑知识，2016（04）：52.