淺談土木工程結構設計中的安全性與經濟性

黃樊薇 孫遠亮 李國鈺 杜金鎖

摘要：土木工程結構設計的安全性與經濟性一直是業內人士關注的問題，這關系到工程安全與經濟的平衡，更是國家法律法規的目的。所以，國家制定完善相關的設計標準，為土木工程結構設計提供一個良好的平臺，與此同時，將工程與新技術理論的結合，提高土木結構設計的安全性、耐久性、經濟性，是土木工程結構設計日后的發展方向。另外，加強土木工程結構設計的管理也是保證其工程的安全性與經濟性的重要措施。

關鍵字：土木工程 結構設計 安全性經濟性

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

一、土木工程結構設計的現狀

（一）、工程結構設計目標的模糊性

工程結構設計在經濟角度方面的分析主要是指把工程結構安全和工程結構經濟兩個方面密切配合以達到平衡的過程。從這一角度分析，工程結構設計的關鍵在于：在保證工程結構穩定與可靠的前提下，盡量減少經濟支出，為了達到工程結構設計這個目標，在實際工作中通常采取的方式是降低工程結構造價，但是這種方式下所實現的經濟效益大都是短期的，同時，如果只是一味的控制工程結構設計的造價開支，就會對工程結構的安全造成影響。 根據這一情況，相關人員研究出在工程結構設計中要使經濟效益最大就必須滿足的一個公式：結構造價（x）＋維護及使用經濟損失期望值（x）→min＝設計目標（x），對這一函數關系進行研究就會發現：因為維護及使用經濟損失期望值與整個工程結構使用周期內所涉及的破壞因素有著直接的聯系，比如，火災、地震等外在因素，這些因素因為沒有規律性，這也就使得結構設計目標具有模糊性的特征。

（二）、工程結構設計場地分類的模糊性

實踐證明，場地的類別及其分類大多取決于地面運動所對應的卓越周期參數，雖然在場地類型沒有確定的情況下，場地類別的劃分還是隨機性的，還是在地面運動所對應的卓越周期參數方面有模糊性的特征。同時，從工程結構設計的實踐經驗來看，對土壤類別的影響因素有很多，包括地下水、土層結構以及覆蓋土層厚度，工程結構設計場地類別應選擇多種因素綜合評價的方式， 這樣就造成了工程結構設計場地分類的模糊性。（三）、工程結構設計反應運行范圍的不確定性

實驗證明， 工程結構的抗力與整體允許被破壞的程度兩者之間有著密切的聯系， 因為工程結構允許被破壞程度具有不穩定性也就決定了工程結構設計在反應運行方面的不確定性，比如，在當前技術條件下，工程結構設計的破壞程度可以劃分為以下幾個類型：破壞輕微、中等、嚴重、無法修復，這幾個等級之間的界定標準同樣具有不確定性。 現階段工程設計中應用較多的是容許應力，但在工程結構設計過程中有很多不確定因素，這也就決定了工程結構設計反應運行范圍的不確定性。

二、土木工程結構設計中的安全性與經濟性協調的必要性

在進行土木工程結構設計的時候一定要確保建筑具有較好的安全性，不僅要讓建筑主體滿足各項使用要求，還應該達到相關的安全標準。不過隨著市場經濟的不斷發展，在土木工程項目當中建筑的經濟性也逐漸起到了主導的作用。按照以往的施工經驗，如果在設計的過程中沒有將經濟性作為一個重要的考慮標準，將會導致設計結果跟項目投資限制之間的差距加大，例如：混凝土結構在設計過程中起到的主要作用就是確保結構的安全性和可靠性，這就要求根據相關規范開展設計和計算工作，不過在實際的設計過程和工程施工中，在提高結構的安全性時，同時也會增加工程成本的投入，也就是說安全性和經濟性這兩個主體是互相矛盾的。在目前所遵循的混凝土結構設計規范當中，提高工程結構設計的安全性主要是通過進一步提高施工材料的質量來實現的，而不是增加施工材料的數量。所以在這樣的前提之下，就要把經濟性要求也考慮進來，設計者需要對施工材料的性價比做出綜合的考量。以上設計思路就是將安全性和經濟性進行有機的結合。

在衡量土木工程的經濟性時，主要依據的指標就是建筑強度跟建筑成本之間的比值。也就是說要了解結構設計在達到了某種建筑強度時需要消耗的實際建筑成本數量，相反的，項目工程在受到了某種經濟條件限制的情況下，如何才能夠滿足施工規范要求的安全性。在這種情況下，為了進一步平衡土木工程結構，就需要綜合考慮其安全性和經濟性，盡可能的在實際的工作中保持二者的協調統一。例如：在設計混凝土結構的時候，對鋼筋的經濟性進行衡量，需要通過其價格和強度之間的比來體現出其具有的安全性和經濟性?？梢酝ㄟ^選擇強度較高、密度較低或者是強度較低、密度較高的配筋形式，通過這種方式來有效的調整結構設計的安全性和經濟性，對結構形式進行綜合的考慮進而確定出最科學合理的混凝土結構設計模式，最終獲得最優的性價比。

三、提高安全性與經濟性的現實措施

（一）國家制定嚴格的土木工程結構設計標準及規范和社會廣泛參與

要想改善我國土木工程結構的安全性和經濟性，國家必須給予一定的支持。除了在財力、人力、物力方面，還需要法律法規方面的規定，制定相關的技術標準及規范，并要求相關研究單位即部門進行深入研究，例如，對強化混凝土工程的耐久性方面，以及其與現代科技的結合等。通過這種方面監督建筑企業設計施工，確保建筑企業按標準施工設計，提高建筑工程的安全性。同時，土木工程結構設計還應集思廣益，參考各方面的意見和建議，使得設計更加科學、全面。

（二）企業內部建立土木工程結構設計安全性與經濟性管理體系

在進行土木工程結構設計時，管理者在設計單位的選擇上，要堅持擇優的原則，具有雄厚實力、高等資質的單位，以先進的設計方法、設計理論為指導，以高素質的設計人員為支撐，共同為工程設計的安全性而努力。與此同時，管理者應對招投標中的方案進行比對，不但要保證招標單位的安全性系數，還要兼顧其經濟性方面的實力，雙標準選擇。這樣不僅可以獲最安全的設計方案，還能夠最大限度的節約成本。因此，建筑企業必須實行安全性與經濟性雙管齊下的管理模式，提高企業的綜合實力。

（三）實行土木結構工程的檢測與維護

建筑的安全性與經濟性與使用階段的檢測、維護和修理是密不可分的，尤其是一些露天和惡劣環境狀態下的基礎設施工程。因此，在工程建成后的使用過程中，進行定期檢測和維護是十分必要的。雖然我國有結構工程的設計規范與施工規范，但是缺乏如何使用的相關規范。對于一些安全事故，如有定期的檢測是可以避免的。從法律角度來控制工程的檢測與維護，針對不同工程制定不同的檢測與維護制度，還可借鑒我國先進的技術和經驗，提高我國土木工程結構設計的安全性與經濟性。

結語

提高建筑的安全，減低生產成本是土木工程建筑企業的最終目標之一。發生土木工程的事故損害了人民的利益，威脅生命財產的安全。雖然對工程的負責是終身制的，但是忽視了設計者的設計工作問題和施工過程的問題，這些都有可能造成事故的發生。從當前土木工程結構設計的主要問題來研究土木工程結構設計的安全性.討論如何減少成本的支出。

在進行建筑工程的結構設計時，堅持“安全第一”的原則，以安全促進企業的發展，保證建筑設計和施工的經濟性。以建筑物的安全性為基礎前提，節省成本，減輕企業的經濟負擔。提高設計人員的專業知識和能力，遵守安全設計規范，提高安全質量的識別能力，積累經驗，確保每一個建筑設計結構安全。