土木工程结构设计安全与经济分析
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摘要：土木工程结构设计的安全性和经济性是对设计最核心的要求，在市场经济环境下，为了安全性而一味追求结构的性能将无限制的扩大成本消耗，就会造成工程盈利能力的下降，显然不利于企业和市场的发展，相反只追求经济性不顾安全也是不可取的。因此，结构设计应做到安全和经济的和谐统一。
关键词：结构安全性结构经济性安全标准成本控制
一、土木工程中安全与经济性的协调
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。但是随着经济发展的要求，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。
从实际的工程经验中看，没有经济性约束的设计将造成设计结果与投资限制的差距增加，如：混凝土结构在设计中确保结构安全可靠，因此按照规范进行设计和计算，但是从设计和施工中发现，结构安全性的提高往往会增加成本投入，即安全性与经济性是相互矛盾的两个主体。现行的混凝土结构设计规范中，主要是通过提高材料的质量提高来增加安全性能，而不是依靠材料数量的增加来提高安全度。在此种要求下，综合经济性要求，设计者应对材料的性价比进行考量。这就是一种综合安全性和经济性的设计思路。
衡量经济性的重要指标就是建筑的强度与成本的比较。即在设计中到达某种强度时所消耗的成本是多少，而相反在某种经济条件限制下，如何到达规范要求的结构安全度。在此种要求下，经济性与安全性就成为了平衡结构的重要依据，在实际的操作中应当进行协调。如在混凝土结构设计中，衡量钢筋的经济性指标，即强度价格比，利用具体的价格与强度比来体现混凝土结构的经济性和安全性。在设计中可以采用高强度低密度的配筋或者采用低强度高密度的配筋形式，以此调整经济性与安全性之间的关系，综合考虑结构本身的形式从而选择较为协调的混凝土结构设计模式，以此获得较好的性价比。
二、土木工程结构设计安全与经济性协调措施
1、对安全性的保证
首先，在设计的过程中，应当优先选择行业内优秀的设计单位进行设计。选择资质高而经验丰富的设计单位作为设计的主体。这样的设计企业往往具备丰富的经验和先进的设计设备，同时专业人员的素质也相对较高，因此在设计中可以很好的提高设计的质量，也就成为了结构设计的安全保障。
其次，在设计中应当对相应的设计理论进行完善和提高，即对一些概念性设计做比较深入的了解和保持设计思路清晰。当前概念结构设计已经成为了保证结构安全的主要设计思想。如：在对材料的选择中，进行全面的安全性评价，同时利用精确的计算对概念设计进行验算，以此获得最为稳妥的结构模式，提高建筑整体的安全性。
第三，在设计中做到全面而准确。在设计中应当利用科学化、系统化的管理对整个结构设计项目进行细化，将设计的项目和内容进行细致划分，逐一对设计的子项目进行完善和审核，这样做就是为了保证在设计中不遗漏任何项目和计算内容。设计事故多数都是因为设计中对某个项目或者参数漏算而导致整结构的安全性下降。所以在设计中应当对整个过程进行细致而严格的管理、监控、审核，确保设计项目完整而准确。
第四，注重对设计文件的说明，设计文件的细节说明是指导施工人员进行施工操作的重要提示内容。因为施工人员的素质差异较大，设计者应当注重对这些说明的表述质量，即简单而准确。尤其是在较为复杂的设计中更应当将每一个环节具体设计思路和操作方法加以说明，以此保证在施工中结构的安全性与设计的安全预期向一致。
最后，在施工中严格控制对设计的变更。工程结构设计是一项系统工程，其设计之间是相互衔接的，即每个结构之间都有必然的相互关联，即牵一发而动全身，一点某个结构因为施工条件限制而需要改变，其影响的不单单是此结构的施工工艺和性能，更会影响到与之相互关联的结构性能。所以在保证结构设计的安全性时，应对施工中肯能出现的问题做出预案，即设计采用多方案思路，尽量提供设计的柔性，尽可能的适应现场的施工条件，既要减少变更也应适应某些变革，将影响范围控制在最小。
2、结构设计的经济性提高
首先，在经济性保证方面可以利用投招标进行设计方案、造价等综合性的评估和选择，即在项目设计前就对经济性进行一定限度的控制，利用专业的设计单位所提出的设计报价形成一个清晰的经济性指标，以此降低成本浪费。
其次，在结构设计中应当鼓励设计人员采用灵活的的设计思路和方法，如：不要一味的利用标准图进行设计。采用标准图当然可以大大降低设计工作量和时间，加快结构设计的进度，也可以相对减少设计的失误率。但是此种设计方式往往不利于降低工程结构的造价，因为标准图设计都是按照相应的安全规范标准进行标准图形选择，而高标准将意味着高成本。因此在设计中应当发挥设计人员的能力在设计中利用合理的结构方式既保证安全也降低成本，这才是对结构设计的最核心的要求。
第三，设计中应当控制多参数设计的安全积累问题。如：钢筋混凝土结构的设计中涉及到的成本和安全因素较多，如：材料、截面形状、面积、钢筋数量、布局等，这些参数的设计都将影响结构的安全性和经济性。对于同一个载荷不同的参数选择将直接导致设计结果的不一致，因此在设计中应当进行多种设计方案的评估和选择，即通过参数的变化和选择进行综合衡量，尽量用主要参数控制经济性和安全性的协调。
结构构件初步设计主要受到极限状态来控制，载荷效应不利于组合的设计值小于或者等于结构抗力效应的设计值。因此利于计算公式只能对一个参数进行确定，且公式确定的应为最经济，设计中将此参数称为必要值，而实际采用的参数值是保证其抗力效应增加，即为实际值。多参数设计往往是利用比例关系用一个参数来表示其他参数，即利用方程来表示必要值，而其他参数的必要值由此参数获得。这样就可以将结构设计中的参数尽量合并统一起来，以此控制结构的经济性。
最后，在施工中应协调各个相关部门的关系，以此获得更多准确的资料和帮助，以此降低成本。土木工程中结构设计涉及到的不仅仅是单纯的施工问题，还需要大量的辅助性资料和工作。如：地质勘查的资料和数据、检验检测数据等等。为此，应当在设计中与多个相关部门进行合作，利用全面的资料和数据来辅助提高设计的经济性。因为环境气候、地质结构等因素将对设计的标准和安全需求产生直接的影响，所以也将影响到结构设计的经济性。
三、结束语
工程结构设计是保证建筑安全性和使用效果的根本，也是工程项目中消耗成本最大的体系，因此对工程结构的设计管理和控制首先要保证其安全性，而为了获得效益而谋求发展，结构设计的经济性也是成功设计的必要条件。所以。将二者综合起来，利用科学的管理和设计方式达到安全和经济的和谐统一将成为土木工程结构设计的主导思想。
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