關(guān)于土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

關(guān)于土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析摘要：本文在已有的理論基礎(chǔ)之上，對土木共工程荷載進(jìn)行了重新釋義，對土木工程荷載與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系進(jìn)行了分析，并且提出了土木工程的設(shè)計方法以及指出了影響建筑結(jié)構(gòu)可靠性的因素，希望為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

中圖分類號：tu2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：

前言

自上個世紀(jì)九十年代開始，我國的土木工程建設(shè)的發(fā)展速度便逐漸提高，但是土木工程結(jié)構(gòu)在使用的過程中容易受到外界因素的侵蝕，建筑材料的質(zhì)量會隨著時間的推移而不斷下降，這也就導(dǎo)致土木工程結(jié)構(gòu)的承載力隨之下降，使結(jié)構(gòu)的安全性受到威脅。因此在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，要充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)所要承受的各種外界因素即施加在建筑結(jié)構(gòu)之上的各種荷載。

土木工程荷載的概念

在《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計基本術(shù)語和通用符號》中對“作用”作了如下定義：“施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力，或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)上的作用”。在土木工程領(lǐng)域，荷載一般是指能對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)的各種因素（內(nèi)力、應(yīng)力、變形、應(yīng)變、裂縫等）的總稱，是作用的具體體現(xiàn)。其分類方式較多，按時間的變化可分為永久荷載（永久作用在設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，不隨時間的變化而變化）、偶然荷載（在設(shè)計的基準(zhǔn)期不一定會出現(xiàn)）、可變荷載（在設(shè)計的基準(zhǔn)期隨著時間的變化而變化）；按結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)可分為：靜荷載或恒載（大小、位置和方向不變）、活荷載或可變荷載（大小、位置和方向隨時間變化），荷載產(chǎn)生的后果就是導(dǎo)致內(nèi)力、應(yīng)力、變形、應(yīng)變、裂縫等。

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念

土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計及時指建筑中使用何種建筑材料、材料的尺寸以及何種形式的骨架進(jìn)行支撐，采用何種方式抵御荷載等，它需要維持建筑的耐久性、安全性、可靠性，因此在土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計中要完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計出最合理最科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)形式，既滿足其該有的功能，也保證外觀上的美觀。同時在對結(jié)構(gòu)要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，完成荷載的計算、荷載效應(yīng)計算以及結(jié)構(gòu)的抗力計算。

土木工程設(shè)計以及與荷載的關(guān)系

在我國一般將直接作用力稱為結(jié)構(gòu)的荷載，作用力一般指間接作用力，國際上很多國家隊荷載和作用力沒有嚴(yán)格的區(qū)分。土木工程建造主要有策劃、設(shè)計、施工等步驟，而設(shè)計則是策劃和施工的橋梁，是將策劃具體化，確保施工正常進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計包括對建筑的結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計，這就關(guān)系到建筑的骨架、建筑材料、每個部分的尺寸、建筑的用途，同時還要考慮建筑結(jié)構(gòu)的外形美觀和可靠性（建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性）。

荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響

（一）荷載設(shè)計對構(gòu)件的影響

荷載的取值決定了構(gòu)件的可靠性，在構(gòu)建設(shè)計中如果荷載的取值錯誤，那么根據(jù)錯誤的荷載所設(shè)計的結(jié)構(gòu)其抗力就不符合要求，將直接影響構(gòu)件的可靠性。

（二）荷載對結(jié)構(gòu)的影響

1.荷載對并聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響

荷載參數(shù)的變化不明顯的話，并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠度就較高。并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，若果荷載取值較大的化，對提高建筑結(jié)構(gòu)可靠度的作用就較??；荷載取值偏小則“并聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠性會隨著荷載取值錯誤發(fā)生概率的減小，而大幅度提升”。

2.荷載對串聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響

根據(jù)有關(guān)的測算公式表面，串聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠性指標(biāo)對荷載參數(shù)的變化較并聯(lián)結(jié)構(gòu)更明顯，當(dāng)荷載參數(shù)變小時，串聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠性則會降低。當(dāng)荷載參數(shù)為負(fù)數(shù)時，串聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠性指標(biāo)也是負(fù)值，這也即是說：“對于串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載取值偏大的話，對串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系可靠性的提高并不大，相反如果結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載取值偏小的話，隨著荷載取值錯誤發(fā)生概率的增大，串聯(lián)結(jié)構(gòu)體系的可靠性會大幅度降低”，串聯(lián)結(jié)構(gòu)的各元件與荷載的可靠性指標(biāo)的相關(guān)性直接影響系統(tǒng)的可靠性，兩者之間相關(guān)性越大，結(jié)構(gòu)就越安全。

荷載和結(jié)構(gòu)、抗力的分析情況

（一）影響結(jié)構(gòu)可靠性的主要因素

影響建筑結(jié)構(gòu)的可靠性的因素有很多，但主要的有兩方面：一方面是結(jié)構(gòu)本身對作用效應(yīng)的抵抗能力；另一方面是結(jié)構(gòu)所承受的作用。施加在建筑結(jié)構(gòu)上的作用會在支座處產(chǎn)生反力，致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形、內(nèi)力、滑移甚至傾覆。

（二）結(jié)構(gòu)的可靠度

建筑結(jié)構(gòu)的可靠度即是對結(jié)構(gòu)的可靠性定量的概述，其實就是時間問題，即是在一定的條件之下，可完成預(yù)定功能的概率，也就是說在各種隨即條件因素的影響下，結(jié)構(gòu)能完成預(yù)定功能的能力是不可預(yù)知的，只能通過概率來確定。因為一般情況下結(jié)構(gòu)失效是概率較小的事件，因此利用失效概率來評估結(jié)構(gòu)的可靠度也顯得更加直接。

土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法分析

（一）容許應(yīng)力的設(shè)計方法

容許應(yīng)力設(shè)計是nayier基于彈性理論提出關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)的的設(shè)計方法，其在設(shè)計中主要注意以下四點：

包括抗力和荷載以及所有不確定因素都使用同一個系數(shù)進(jìn)行考慮；

關(guān)于材料的強(qiáng)度極限沒有準(zhǔn)則；

安全系數(shù)平設(shè)計師的經(jīng)驗確定。

（二）多系數(shù)極限狀態(tài)的設(shè)計方法

極限狀態(tài)即是指“建筑結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計所規(guī)定的某一功能要求的臨界狀況，超過這一狀態(tài)結(jié)構(gòu)就不滿足設(shè)計的要求?！苯ㄖY(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)包括正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)兩種，這種設(shè)計方法也有自己的特點：

1.明確按不同極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計，這包括正常使用的極限狀態(tài)和承載能力的極限狀態(tài)；

2.抗力和荷載系數(shù)也是憑精要確定。

（三）破損階段的設(shè)計方法

破損階段設(shè)計方法是前蘇聯(lián)學(xué)者者格沃茲捷夫和帕斯金爾納克等人通過研究在上個世紀(jì)三十年代提出的，這種方法主要以下幾個特點：

所有不確定因素都采用同一個系數(shù)進(jìn)行考慮；

安全系數(shù)完全憑經(jīng)驗決定；

要考慮材料的塑性能力。

（四）結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計方法

隨著可靠度理論在上個世紀(jì)七十年代日臻成熟，有學(xué)者提出了結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計方法，其具有以下特點：

1.對不同的極限狀態(tài)分別進(jìn)行設(shè)計；

2.荷載以及抗力系數(shù)根據(jù)確定的目標(biāo)概率進(jìn)行標(biāo)定；

3.荷載的標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果進(jìn)行確定。

結(jié)語

土木工程領(lǐng)域，建筑結(jié)構(gòu)的荷載和結(jié)構(gòu)設(shè)計之間有著十分密切的關(guān)系，在建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計前，一般會對不同的荷載按組合向結(jié)構(gòu)施加，進(jìn)行科學(xué)的分析，“借以獲得建筑結(jié)構(gòu)在不同荷載組合下的作用下的不同的響應(yīng)”,只有通過不同的荷載組合，才能全方位地考慮到荷載對建筑的影響，從而在設(shè)計中采取有效的方式避免有關(guān)荷載對建筑結(jié)構(gòu)的破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊文東.關(guān)于土木工程荷載