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摘要:近年来,各种摩天大楼、大型桥梁、高速公路、地下建筑的建成和使用,为人们生活提供了极大的便利,推进了我国建筑业的不断发展和进步。但是,有些土木工程的安全性出现了问题,事故频繁发生。一旦发生事故,必然造成财产、生命等各种重大损失,因此,土木工程的安全性成为土木工程设计的首要问题,对于安全性存在问题的建筑决不能投入使用,这就要求设计方案既要保证土木工程的耐久性和安全性,又要做到经济实用。笔者根据多年的工作经验,主要针对土木工程结构设计问题进行分析和讨论。
关键词:土木工程;结构设计;安全问题;安全性分析;
结构设计是结构防止破坏倒塌的能力保障安全,是结构工程最重要的质量指标结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关。工程的安全性主要决定于设计者者的结构的设计,与结构的合理使用与维护、检测紧密相连。
一、土木工程结构设计的问题分析
对于土木工程结构而言其设计目标首先就是对建筑的安全负责,即保证建筑的主体可以满足使用要求,并符合安全性需求。一般房屋结构是由板、梁、墙、柱、基础或直线形构件和杆、拱、壳等直线杆件或曲线、曲面形构件组成。梁是工程结构中的受弯构件,它承受板传来的压力及梁的自重,通常水平放置。梁按截面形式分为:矩形梁、T形梁、倒T形梁、Z形梁、空腹梁等。柱的概述:柱在工程结构中主要承受压力,主要承受梁传来的压力以及柱的自重。墙的长、宽两方向尺寸远大于其厚度,荷载作用方向与墙面平行,其作用效应为轴压力,有时还可能有弯矩。这样就要求做到以这些小点来注重土木工程结构设计中的细节问题。
随着市场经济的加快,城市建设迅猛发展,随着逐渐出现的鳞次栉比的高楼大厦,日益规划的高楼大厦,逐渐扩大的城市规模,城市人口随之急剧膨胀,越来越多的发达城市不同程度上出现了土地资源紧张、生存空间不足、交通堵塞、生态平衡遭到破坏和环境逐步恶化、基础设施落后等问题,这些称之为“城市病”,严重影响了人类居住的舒适度,对社会和经济的持续发展形成制约,成为现代城市发展的主要障碍。这样以来,建筑的经济性也在土木工程中占据了主要的地位。由此,土木工程的结构设计就不得不对安全性和经济性进行综合性评估,并以二者的平衡为目标进行设计实施。这种设计需求是在市场经济发展中对建筑结构设计的必然要求。
二、土木工程结构设计中存在的问题
土木工程结构设计的安全问题在我国土木工程建设与发展过程中是一个不容忽视和极其重要的问题,不断提高土木工程结构设计的安全性与细致性,确保我国广大人民的生命财产安全不受到损害。
1、安全性不够
我国土木工程结构设计安全规范低于国外水平,结构设计安全设置标准偏低,由此导致了工程安全规范方面的漏洞,致使安全设置规范难以发挥对工程设计的约束作用,工程质量相对较低,较易造成安全事故的发生,损害了工程的建设效益,缩短了工程的使用年限。在土木工程结构设计中,结构安全性主要取决于构件承载能力、结构工程耐久能力、结构牢固性等方面,我国土木工程结构设计水准与国外相较存在一定差距,且施工人员在施工过程中,很难以结构设计为依据施工,导致施工质量偏低,致使安全事故频发。
2、整体牢固性差
土木工程建筑设计施工在保证施工质量和施工安全的同时,还要保证整个土木建筑的整体牢固性,结构的整体牢固性是结构出现某处的局部破坏而不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力,是土木工程建筑应该具备的最基本的能力。土木工程建设完工后的产物要符合人们的要求,要能够经受住风霜雨雪,对于有特殊用途的建筑,还要采用相关的设计方法优化建筑的性能。结构的整体牢固性主要依靠结构良好的延性和必要的冗余度,这样的结构可以减少建筑在面对灾害时形成的损伤。目前,我国土木工程结构设计的整体牢固性差,应对灾害的能力低下,往往会造成很大的损失。
3、耐久安全性,维护和使用方面
我国土建结构设计和施工规范,将耐久性的关注点落在了结构强度的要求上面,忽略了环境因素如(温度、湿度、水土酸碱度、化学腐蚀)等方面的耐久性要求,忽视了很多方面的规范细致化。土木工程施工过程中,钢筋和混凝土是基本的材料,由于被锈蚀,或者是混凝土腐蚀等,从而造成结构的使用寿命出现问题,甚至造成安全事故等现象,较为普遍。由此理应对周围环境做出分析,从而防止环境对材料使用寿命的影响。设计单位和使用者,都没有对其提起足够的重视,已经超过了结构构件承载力方面的危害。在结构设计中忽略这层因素,就会降低土木工程的耐用性和安全性,造成安全隐患的发生,降低土木工程建设的效益。
4、构造柱和承重柱的区分存在问题
对于砖混结构的土木工程项目来讲,构造柱和圈梁的配合设计能够有效的防止墙体出现开裂现象,进而提升房屋的抗震水平。而从当前的实际情况来看,在结构设计的过程中设计者混淆了构造柱和承重柱的概念,将承重柱的设计方法直接应用在构造柱的设计当中,这样就会影响到建筑物的结构稳定性,影响到抗震性能,墙体裂缝以及沉箱等问题也会随之出现。除此之外,在结构设计时,设计人员为了便于分析承重柱的受力情况,将其截面面积设计的较小,这样在外力的作用下,梁体和柱体就会很容易出现开裂现象。
三、土木工程结构改良设计方法
土木工程结构振动控制技术,就是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应,此项技术在机械、宇航、船舶等领域已经得到了广泛应用。
1、被动控制
被动控制是一种不需要外部能源的结构控制技术,一般是指在结构的某个部位附加一个子系统,或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制是目前我国土木工程结构设计改良的研究重点,具有构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持等优点,被动控制从控制机理上可分为基础隔振和耗能吸能减振两大类。
2、主动控制
主动控制是一种需要外部能源的结构控制技术,它是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的,这种控制系统可以分为闭环控制、开环控制以及闭—开环控制。主动控制可分为控制力型和结构性能可变型两类。
3、混合控制
混合控制是主动控制和被动控制的联合应用,使其协调起来共同工作。这种控制系统充分利用了被动控制与主动控制各自的优点,它既可以通过被动控制系统大量耗散振动能量,又可以利用主动控制系统来保证控制效果,比单纯的主动控制能节省大量的能量,因此有着良好的工程应用价值。
结束语
在我国城市建设正在如火如荼的开展,城市建设的一个重要标志就在于城市建筑的高速发展,现代城市高楼大厦已经是一个极为重要的体现,但是城市建筑的发展还需要解决许多的问题,尤其是在我国地域差异较大,人文特征有别的国家,如何进行有效的土木工程建筑结构设计,为人们提供舒适可行的安居环境,是建筑企业或者机构需要重点思考的方面,这也是保障其发展的一个前提。
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