土木工程结构设计中存在的问题及对策

作者:   日期:2019-08-21

摘要:近几年,土木工程事故经常发生,土木工程结构的安全性能和其本身的结构设计有着十分密切的关联,其不仅关系着建筑水平的高低,还关系着人们生命财产的安全和国家基础事业的发展。因此,要加强土木工程结构设计。本文主要对土木工程结构设计中存在的问题进行分析,并提出解决对策。

关键词:土木工程;结构设计;问题;对策

  引言


  近几年,土木工程事故经常发生,土木工程结构的安全性能和其本身的结构设计有着十分密切的关联,其不仅关系着建筑水平的高低,还关系着人们生命财产的安全和国家基础事业的发展。因此,要加强土木工程结构设计。本文主要对土木工程结构设计中存在的问题进行分析,并提出解决对策。


  结构设计牢固性差


  土木工程的结构是否牢固直接关系到工程的安全性水平。目前,土木工程的牢固性问题已成为工程结构常见的质量隐患。尽管局部结构的损坏不会破坏整体结构,但一旦发生地震、火灾或者爆炸事故,将是对结构的延性设计、冗余度设计的极大考验。譬如地基结构设计没有考虑到地质承载能力等情况,对于设计的论证不足,自然难以保证外力破坏下工程结构的安然无恙。目前我国很多土木工程在结构设计上很不完善,给土木工程建筑物的坍塌、损坏等重大伤亡事故埋下了伏笔。如汉川地震时,房屋的大范围倒塌。这也从侧面说明了结构牢固性的重要性。


  构造柱和承重柱的区分问题


  土木工程砖混结构建筑的构造柱和梁配合设计,可以对防止墙体裂缝产生的良好效果,是提高房屋建筑抗震水平的重要举措。实际上,设计人员混淆了构造柱和承重柱的概念,将承重柱的设计方法直接套用到构造柱设计当中,没有为构造柱设置基础。因此,难以抵抗地震的震动强度,从而导致结构裂缝、沉降等,甚至引起建筑物倒塌。另外。为了方便分析承重柱受力,将其截面面积设计得太小。这样在外力的作用下,柱体和梁体就会出现开裂问题。


  工程设计规范的安全设置水准偏低


  对土建结构工程的设计来说,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、安全系数范围的定位、结构工程的整体牢固性与结构工程的耐久性等几个方面。我国土建结构工程的设计规范的安全设计及设置水准,总体上要比国外同类规范低。这使得在工程施工中难以按照实际的区施工,是导致施工质量低的根源。


  忽略环境影响因素


  土木工程设计除了需要考虑安全性和耐久性问题,还需要综合温度、湿度、水土酸碱度、化学腐蚀等环境因素,但在实际的设计工作中,环境是经常被忽略的因素,而这些因素对混凝土和钢筋又具有很大的负面影响。既不利于工程结构的耐久性和安全性的保持,也存在很大的安全隐患。


  土木工程结构设计的对策


  结构设计方案的确定


  以某楼房土木工程的结构设计为例,结构设计方案的内容包括框架结构选择、基础布置、结构措施等,具体方案内容如下:(1)框架结构由梁、柱构件组成,构件之间由节点进行连接,以承受竖向荷载和水平荷载的能力。如果是多层建筑,还要考虑水平风荷载的因素。另外,框架结构要选择由钢筋混凝土梁、柱等杆件刚接的体系,以满足抗震、承载等要求;(2)基础布置需要考虑工程现场的地质条件、水文条件、施工条件等。如果层数比较少,意味着上部结构荷载力不大,可选择独立基础的结构模式。如果层数比较多,则要采用综合基础的结构模式;(3)结构措施要根据土木工程的抗震设计规范要求,通过地震作用的计算,采取必要的抗震措施。譬如在同一个标高位置上,埋设同一结构单位的基础。或者梁柱采用整体浇筑的方式,选择尺寸合适的配筋等构件。


  构件截面尺寸的确定


  土木工程需要严格控制截面尺寸的构件,其主要有柱尺寸、梁尺寸、板尺寸三种,具体确定方法如下:(1)柱尺寸。土木工程的结构主体柱截面一般都相同,因此可以估算中柱的截面尺寸,然后估算出整个结构恒荷载的标准值、活荷载标准值,混凝土轴心抗压强度的设计值和柱轴力的设计值等;(2)梁尺寸。以柱距为标杆。如果柱距相同,则表示边跨梁、中跨梁、边柱联系梁、中柱联系梁等的截面尺寸一致;(3)板尺寸。需要考虑限制板的挠度、裂缝宽度等因素对铺设在板内管线的影响。


  内力组合的设计


  内力组合是土木工程结构承载力抗震设计的要点,它要求在调整承载力抗震系数的基础上设计。工程结构抗震设计要求材料强度的设计值应大于没有考虑抗震要求时的材料强度设计值。如果采用非抗震设计的材料强度设计值进行计算,则抗震设计需要对承载力抗震的系数进行调整。通过综合受弯梁、偏压柱、受剪等的系数调整,提高结构的承载能力。


  板设计和配筋

  

  板设计和配筋的结构设计,要分析板长边和短边的长度。如果长度差距<  2mm,则适合采用双向板计算的方式设计;如果两者的长度差距在  2  ~  3mm  之间,则适合沿着短边的受力单向板进行计算,并将足够的构造钢筋布置在长边位置。根据工程结构板的具体大小,可按照弹性的方法计算。对于连续双向板跨中的最大弯矩计算,要求根据荷载分布的具体情况,对满布荷载进行分解和间隔进行布置。通常是在支承中间柱的位置上固定格板,然后根据实际的支承情况,求得各个区域格板的弯矩。最后将各个区域格板的弯矩进行叠加,就能够得出跨中的最大弯矩。


  控制转换层模板的侧压力


  转换层浇筑混凝土的时候,可采用内部振捣器。除了要确保模板具备一定程度的承载力,还要尽量提高模板的刚度。混凝土浇筑之后产生的作用力可作用于模板最大的侧压力,可以通过以下的计算公式:算出。其中,F代表的是新浇筑混凝土作用于模板的最大侧压力,单位为  kN/m2;c代表的是新浇筑混凝土产生重力的密度大小,单位为  kN/m2;t0代表的是根据实际测试所确定的新浇筑混凝土初凝时间,单位为  h。如果试验资料不足以确定初凝时间,则可用公式t0=200/(T+15)计算出初凝时间。其中  T  表示新浇筑混凝土的温度;H  代表的是从计算混凝土侧压力的位置开始到新浇筑混凝土最顶面之间的高度,单位为  m;V  代表的是混凝土浇筑的基本速度,单位为  m/h。采用插入式振捣器浇筑混凝土,其浇筑的速度一般在  6m/h  之内;β1代表的是外加剂添加入混凝土之后影响的修正系数。如果没有添加外加剂,系数为  1.0;如果有外加剂,混凝土可受到缓凝作用,系数则为  1.2;β2代表的是混凝土出现坍落之后所影响的修正系数。如果塌落度在30mm  以下,修正系数为  0.85;如果坍落度在  50  ~  90mm  之间,修正系数为  1.0;如果坍落度在  110  ~  150mm  之间,修正系数为  1.15。


   完善土木工程结构设计安全性和耐久性的建议


   土木工程结构设计应严格符合各项规定,并逐步完善各种标准和体制


   所有土木工程的结构设计应符合国家规定的各种技术规范,对于不够完善的技术标准,应虚心向国外先进技术学习,结合我国需要,改进相关技术标准;对于不合理的管理体制,因以人为本,结合科学的管理,严格约束从业人员的注册和机构的资质认证,同时鼓励技术创新;对于安全设置不足的规范和水准,可及时向上级主管部门反馈,给出科学的、合理的、更为安全的规范条例。


   定期全面地对土木工程进行安全检测


   国家安全生产管理部门对土木工程应实施强而有力地监督,定期进行全面地检测。有些工程单位认为,当前使用没有问题,不需要反复检测。其实土木工程的牢固性,正常使用时是很难看出问题的,只有当遇到严重灾害时,问题才暴露出来。所以,应该定期全面地进行安全检测,将安全隐患及时纠正。安全无小事,安全检测是确保安全性的首要手段。


   设计人员应加强业务水平,严格设计过程的管理


   对土木工程的设计人员的选用,应选择综合素质高的,严谨细致的,设计经验比较丰富且有责任感的人员,以保证其土木工程的设计质量。并应加强设计人员的理论学习,尤其应加强设计计算理论和方法的学习,并熟练掌握,同时不断更新知识体系,使自己所掌握知识和水平保持在这个领域的前沿水平。对于设计人员设计过的数据,应认真核对。


   结束语


   土木工程的结构是否牢固,直接关系到工程的安全性水平。因此,加强土木工程结构设计非常重要,要加强土木工程的安全检测,提高设计人员的专业水平,从而保证工程施工质量。

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