關于土木工程荷載與結構設計的分析摘要：本文在已有的理論基礎之上，對土木共工程荷載進行了重新釋義，對土木工程荷載與建筑結構設計的關系進行了分析，并且提出了土木工程的設計方法以及指出了影響建筑結構可靠性的因素，希望為建筑結構的設計工作提供一定的理論參考。

關鍵詞：土木工程荷載與結構設計串聯結構并聯結構設計方法

中圖分類號：tu2文獻標識碼：a文章編號：

前言

自上個世紀九十年代開始，我國的土木工程建設的發(fā)展速度便逐漸提高，但是土木工程結構在使用的過程中容易受到外界因素的侵蝕，建筑材料的質量會隨著時間的推移而不斷下降，這也就導致土木工程結構的承載力隨之下降，使結構的安全性受到威脅。因此在建筑結構的設計時，要充分考慮到建筑結構所要承受的各種外界因素即施加在建筑結構之上的各種荷載。

土木工程荷載的概念

在《工程結構設計基本術語和通用符號》中對“作用”作了如下定義：“施加在結構上的一組集中力或分布力，或引起結構外加變形或約束變形的原因，統(tǒng)稱為結構上的作用”。在土木工程領域，荷載一般是指能對結構產生的效應的各種因素（內力、應力、變形、應變、裂縫等）的總稱，是作用的具體體現。其分類方式較多，按時間的變化可分為永久荷載（永久作用在設計的標準之內，不隨時間的變化而變化）、偶然荷載（在設計的基準期不一定會出現）、可變荷載（在設計的基準期隨著時間的變化而變化）；按結構動力反應可分為：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），荷載產生的后果就是導致內力、應力、變形、應變、裂縫等。

土木工程結構設計的概念

土木工程的結構設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，因此在土木工程結構的設計中要完成建筑結構的設計，設計出最合理最科學的建筑結構形式，既滿足其該有的功能，也保證外觀上的美觀。同時在對結構要進行詳細的設計，完成荷載的計算、荷載效應計算以及結構的抗力計算。

土木工程設計以及與荷載的關系

在我國一般將直接作用力稱為結構的荷載，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格的區(qū)分。土木工程建造主要有策劃、設計、施工等步驟，而設計則是策劃和施工的橋梁，是將策劃具體化，確保施工正常進行的關鍵環(huán)節(jié)。設計包括對建筑的結構和功能的設計，這就關系到建筑的骨架、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構的外形美觀和可靠性（建筑結構的安全性、適用性、耐久性）。

荷載對結構設計的影響

（一）荷載設計對構件的影響

荷載的取值決定了構件的可靠性，在構建設計中如果荷載的取值錯誤，那么根據錯誤的荷載所設計的結構其抗力就不符合要求，將直接影響構件的可靠性。

（二）荷載對結構的影響

1.荷載對并聯結構的影響

荷載參數的變化不明顯的話，并聯結構體系的可靠度就較高。并聯結構中，若果荷載取值較大的化，對提高建筑結構可靠度的作用就較小；荷載取值偏小則“并聯結構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.荷載對串聯結構的影響

根據有關的測算公式表面，串聯結構的可靠性指標對荷載參數的變化較并聯結構更明顯，當荷載參數變小時，串聯結構的可靠性則會降低。當荷載參數為負數時，串聯結構的可靠性指標也是負值，這也即是說：“對于串聯結構體系，如果結構設計荷載取值偏大的話，對串聯結構體系可靠性的提高并不大，相反如果結構設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，串聯結構體系的可靠性會大幅度降低”，串聯結構的各元件與荷載的可靠性指標的相關性直接影響系統(tǒng)的可靠性，兩者之間相關性越大，結構就越安全。

荷載和結構、抗力的分析情況

（一）影響結構可靠性的主要因素

影響建筑結構的可靠性的因素有很多，但主要的有兩方面：一方面是結構本身對作用效應的抵抗能力；另一方面是結構所承受的作用。施加在建筑結構上的作用會在支座處產生反力，致使結構產生變形、內力、滑移甚至傾覆。

（二）結構的可靠度

建筑結構的可靠度即是對結構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，可完成預定功能的概率，也就是說在各種隨即條件因素的影響下，結構能完成預定功能的能力是不可預知的，只能通過概率來確定。因為一般情況下結構失效是概率較小的事件，因此利用失效概率來評估結構的可靠度也顯得更加直接。

土木工程結構的設計方法分析

（一）容許應力的設計方法

容許應力設計是nayier基于彈性理論提出關于土木工程結構的的設計方法，其在設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進行考慮；

關于材料的強度極限沒有準則；

安全系數平設計師的經驗確定。

（二）多系數極限狀態(tài)的設計方法

極限狀態(tài)即是指“建筑結構滿足設計所規(guī)定的某一功能要求的臨界狀況，超過這一狀態(tài)結構就不滿足設計的要求。”建筑結構的極限狀態(tài)包括正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)兩種，這種設計方法也有自己的特點：

1.明確按不同極限狀態(tài)進行設計，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.抗力和荷載系數也是憑精要確定。

（三）破損階段的設計方法

破損階段設計方法是前蘇聯學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進行考慮；

安全系數完全憑經驗決定；

要考慮材料的塑性能力。

（四）結構的可靠性設計方法

隨著可靠度理論在上個世紀七十年代日臻成熟，有學者提出了結構可靠度的設計方法，其具有以下特點：

1.對不同的極限狀態(tài)分別進行設計；

2.荷載以及抗力系數根據確定的目標概率進行標定；

3.荷載的標準值根據數據統(tǒng)計的結果進行確定。

結語

土木工程領域，建筑結構的荷載和結構設計之間有著十分密切的關系，在建筑機構設計前，一般會對不同的荷載按組合向結構施加，進行科學的分析，“借以獲得建筑結構在不同荷載組合下的作用下的不同的響應”,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，從而在設計中采取有效的方式避免有關荷載對建筑結構的破壞。

參考文獻：

[1]楊文東.關于土木工程荷載