摘要：建筑工程的施工質(zhì)量受到人們大量的關(guān)注，土木工程荷載對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的影響力。本文對土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系做了介紹，并對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了荷載對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。
關(guān)鍵詞：土木工程；荷載；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析
中圖分類號：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：
近幾年，我國在建中的大樓屢發(fā)倒塌事故，使得我國建筑施工工程的質(zhì)量問題被推到了封口浪尖之處，例如在2009年6月27日上海閔行發(fā)生的在建樓盤倒塌事件造成一人死亡；2013年湖南郴州發(fā)生的在建大樓倒塌事故在，造成多人傷亡。因此，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建設(shè)就受到廣泛的關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，就要充分考慮到它在使用的過程中，需要承受的各種壓力和作用，在土木工程領(lǐng)域來說，建筑結(jié)構(gòu)所承受的各種壓力和作用實(shí)際上是建筑施工過程中，各種荷載效應(yīng)的總作用，建筑結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計(jì)所承受的荷載效應(yīng)的組合也是不同的，產(chǎn)生的影響也存在著很大的區(qū)別。
一、土木工程的荷載
1、土木工程設(shè)計(jì)與荷載之間的關(guān)系
荷載和作用是土木工程中出現(xiàn)頻率最高的詞語。通常情況下，在土木工程的設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用中，土木工程的荷載和作用對于計(jì)算作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的影響不大。一般情況下，我們國家所說的荷載是直接對土木工程結(jié)構(gòu)作用的各種力之和，而作用既包括直接作用，也包括間接作用。但是，直到現(xiàn)在，還有很多國家沒有對荷載和作用進(jìn)行界限的界定，因此那些國家的荷載和作用之間的區(qū)別非常模糊，沒有很明顯的劃分。
現(xiàn)階段，我國土木工程的建造主要包括策劃、設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)，而設(shè)計(jì)又是主要環(huán)節(jié)中的重中之重。土木工程的設(shè)計(jì)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)這兩部分組成，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含在建筑施工中，將用怎樣的形式將骨架支撐起來，以承擔(dān)荷載所產(chǎn)生的作用，使用什么樣的材料以及尺寸等方面，而功能設(shè)計(jì)則是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所設(shè)計(jì)的這個(gè)結(jié)構(gòu)是為了什么，也就是我們所說的功能設(shè)計(jì)，土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要注重的是建筑結(jié)構(gòu)的適用性以及外形美觀度、建筑安全性、可靠性與資金成本投入之間的關(guān)系，在這幾者之間尋求到一個(gè)平衡，使得土木工程所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)都能夠達(dá)到理想中的功能，以保證建筑工程的施工質(zhì)量，確保工作人員的人身安全。
土木工程荷載的分類
根據(jù)土木工程的荷載作用時(shí)間的長短可以分為偶然的作用、可變的作用、永久的作用三種，偶然作用是指在土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，沒有預(yù)想到的作用，只是在瞬間發(fā)生的，一旦發(fā)生，它的作用力是非常強(qiáng)大的，但是作用時(shí)間卻是極短的；可變作用則是指荷載的量值會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化，并且可變作用下的荷載量值的變化與平均值之間相比較而言，存在的差距也是非常大的；永久作用是指在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)想到的土木工程的荷載量值不會(huì)隨著時(shí)間的增長而發(fā)生變化，由于變化的量值非常微小，因此，對于變化的量值可以忽略不計(jì)。
根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行劃分的話，可以分為靜態(tài)作用和動(dòng)態(tài)作用兩大類，靜態(tài)作用是指對土木工程的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載力是不存在加速度的，或者產(chǎn)生的加速度的數(shù)值也可以忽略不計(jì)，例如，房屋樓頂所承受的荷載力，就可以忽略不計(jì)；動(dòng)態(tài)作用指的是土木工程的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載力的加速度是不能被忽視的，例如地震導(dǎo)致的土木工程加速度的出現(xiàn)、通行車輛使得房屋產(chǎn)生振動(dòng)等都是不能被忽視的土木工程的加速度。
土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析
容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法
容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法是Navier在彈性理論結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，在使用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法時(shí)，一定要充分考慮到所有的不確定因素，當(dāng)然其中也包括荷載和抗力，在考慮不確定因素時(shí)，一定要把不確定的因素都安排在同一個(gè)系數(shù)上，以確�？紤]不確定因素的完善性。對土木結(jié)構(gòu)建設(shè)時(shí)所用的建筑材料沒有固定的、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也不用考慮建筑材料的塑性等方面的因素，材料的能力對于容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法的使用影響不大，安全系數(shù)也沒有什么計(jì)算公式和標(biāo)準(zhǔn)，完全是靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。
破損階段設(shè)計(jì)方法
破損階段設(shè)計(jì)方法是在20世紀(jì)被前蘇聯(lián)的學(xué)者經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，在按破損階段的基礎(chǔ)上研究得出的，破損階段設(shè)計(jì)方法在使用時(shí)和容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法一樣，對于所要考慮的所有的不確定因素，都要在同一個(gè)系數(shù)上，否則將會(huì)影響土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，安全系數(shù)也一樣是靠經(jīng)驗(yàn)來確定，但是，破損階段設(shè)計(jì)方法在使用時(shí)，要充分考慮到建筑材料的塑性能力，以提高破損階段設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性、安全性和耐久性。
多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法
當(dāng)把土木工程的某一結(jié)構(gòu)的功能被發(fā)揮到臨界線時(shí)，并且還符合土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)章制度，那么這個(gè)臨界線就是該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，如果所設(shè)計(jì)的土木工程結(jié)構(gòu)不能達(dá)到這個(gè)要求，就說明土木工程的結(jié)構(gòu)沒有達(dá)到土木工程設(shè)計(jì)的要求。土木工程的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是由承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)兩大類組成，在使用多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)不同系數(shù)的極限狀態(tài)進(jìn)行，并且土木工程結(jié)構(gòu)的荷載和抗力的系數(shù)也沒有什么好的計(jì)算方式，完全憑經(jīng)驗(yàn)決定，不過，結(jié)構(gòu)中有一部分荷載和建筑材料的強(qiáng)度是需要統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算的，統(tǒng)計(jì)計(jì)算后還需要對統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致、明確的分析，以保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，多系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)與前兩種設(shè)計(jì)方法不同，它所考慮到的荷載、抗力根據(jù)它們影響因素的不同，從而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮不同的系數(shù)。
荷載、結(jié)構(gòu)和抗力的分析情況
土木工程結(jié)構(gòu)可靠性的影響因素
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，會(huì)有多種多樣的因素來影響結(jié)構(gòu)的可靠性，結(jié)構(gòu)自身的抵抗能力和結(jié)構(gòu)承受外力的能力是影響結(jié)構(gòu)可靠性的最關(guān)鍵原因。如果在結(jié)構(gòu)上施加不同種類的外力，那么結(jié)構(gòu)的支架處將會(huì)產(chǎn)生反力，從而致使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、傾覆和滑移等變形，與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)中將會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力是由軸力、剪力和彎矩等組成。土木工程結(jié)構(gòu)中構(gòu)件所具備的幾何參數(shù)、計(jì)算方式都是影響土木工程結(jié)構(gòu)抗力的最關(guān)鍵因素。
土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度
在土木工程中，結(jié)構(gòu)的可靠度通常情況下是指時(shí)間問題，也可以將時(shí)間固定在一個(gè)范圍內(nèi)，又在一定條件的基礎(chǔ)上，來計(jì)算出預(yù)定功能的概率數(shù)，也可以說土木工程結(jié)構(gòu)的可靠度是由土木工程結(jié)構(gòu)的某一功能的概率數(shù)來決定的。
荷載設(shè)計(jì)對于土木工程構(gòu)件的影響
土木工程荷載的取值數(shù)決定著構(gòu)件的可靠性，如果在土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，發(fā)生荷載取值出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)的抗力也是錯(cuò)誤的，那么土木工程構(gòu)件就沒有可靠性可言了。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，如果在計(jì)算過程中，刻意把荷載取值取大，對于土木工程構(gòu)件可靠性的提高沒有多大作用，但是，如果荷載取值小了，土木工程的可靠性將會(huì)大打折扣，并且出錯(cuò)的概率將會(huì)大幅度加大。
結(jié)語：
綜上所述，土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是密不可分，相互影響，相互作用。一般情況下，在設(shè)計(jì)土木工程結(jié)構(gòu)之前，就會(huì)根據(jù)不同情況下，各荷載在特定的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行施加，并對結(jié)構(gòu)不同荷載下的反應(yīng)進(jìn)行分析，以得到土木工程結(jié)構(gòu)最為科學(xué)的組合，要充分考慮到構(gòu)件的荷載作用對土木工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響，采取各種有效措施有效地規(guī)避荷載作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，從而提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性。
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