浙江华洲国际设计有限公司丽水分公司浙江丽水市323000
摘要：近年来，随着我们经济的快速增长，建筑行业也得到了飞速发展。为了满足人们日益多元化的需求，我国土木工程结构也逐步朝着多元化的方向发展。随着通常结构的多元化与复杂化，工程结构承受荷载的形式种类也逐渐多样化，这无疑是给土木工程结构设计提出了更高的要求。所以对现阶段土木工程结构设计以及工程荷载进行详细分析尤为必要。
关键词：土木工程；结构设计；工程荷载；研究
近年来，随着人们生活水平和审美观念的不断提高，住宅建筑结构的设计已由简单的单层发展到多层次，复杂的方向发展使得当前住宅建筑新颖。从实践的角度来看，建筑结构设计的这种变化也带来了很多问题。如果不采取相应的措施处理，势必对住房建设的安全构成严重威胁。在目前的土木工程施工中，土木工程的快速发展在一定程度上增加了设计问题，采取有针对性的对策已成为建筑结构设计工作的首要任务。本文着重分析土木工程施工中的建筑结构设计和工程荷载。
一、土木工程结构设计以及工程荷载概述
1.1土木工程结构设计的概念
土木工程结构指的是对整体建筑工程起着主要承受荷载作用的骨架。而土木工程结构设计则是规划土木工程建设过程中所采用的材料、尺寸、骨架类型等。由于土木工程结构设计必须确保与维持工程结构的稳定性、安全性、耐久性与适用性，因此设计过程中应当结合实际工程荷载情况来决定结构设计的方案以及布置方式，并仔细计算相关荷载以及构件后编制出一个完整的结构设计图纸。
1.2土木工程荷载的概念
通过对相关文献的研究和作者的实践，土木工程负荷主要是指由于其结构而导致其不同程度变形的总力。由于大量的土木工程载荷表现形式，根据其分类方法主要分为两类：一是按时间变化分类，根据时间变化的土木工程负荷分类通常包括永久荷载、偶然荷载和可变荷载。永久荷载主要指结构自身重量和土压力不随时间增加或减少的荷载。偶尔荷载作用于土木工程结构的力量会增加或减少，例如地震、台风等，而后者是指在设计参考期间随着时间的推移而增加或减少的载荷，例如人群载荷、雨雪荷载等等，一般来说它有一个规律的时间。其次，基于结构动态响应的分类，土木工程负荷根据这种分类方法，主要有静态负荷和动态负荷。前者指的是力量的大小、位置和方向，它总是处于一种不变的状态，而后者则一直在变化。
1.3土木工程设计与荷载的联系
目前，中国的土木工程建设通常包括规划、设计、施工等诸多方面，其中设计状态是最为重要的。工程设计主要包括工程结构设计和功能设计两个方面，工程结构设计主要研究如何支持工程构件，并能有效承载结构重力的作用。然而，功能设计需要明确项目建设的目的、用途和其他方面，而且应该在结构设计的基础上进行。但由于施工过程中出现施工荷载，如果在结构设计阶段不重视，容易造成工程结构变形现象。因此，在结构设计中，必须综合考虑工程负荷的计算。
二、土木工程结构设计过程常见的问题
2.1土木工程结构设计管理现状
目前来看我国土木工程结构设计施工管理的现状还不是很乐观，笔者通过归纳总结发现主要有三条的现状是需要注意的。首先，土木工程结构设计施工质量意识状况。在建筑结构设计的不断增加过程中施工队的质量意识并没有随之提升，特别是与其他发达国家的建筑管理体系相比，我国的管理体制不足之处很多。主要原因就是施工过程中管理人员的不重视，没有受到专业的施工质量管理培训，在不科学的进行施工指导之后施工质量难以得到提升。其次，土木工程结构设计施工质量监督机构现状。质量监督机构在很大程度中对建筑施工的质量管理有约束作用，在没有制定一个标准的质量监督管理方针后很多施工队对质量管理的概念还很模糊，没有一个统一的质量管理方向可以遵循。最后，我国主要应用的施工管理模式为现场施工监督管理理念实施管理，这种模式的主要特点是相关质量监督局会在施工现场进行一定的考察，主要针对施工材料和施工内容进行调查分析。
2.2土木工程结构设计中存在的问题
实际建筑施工中存在的问题不在少数，下面笔者主要列出三类目前土木工程结构设计施工质量管理中存在的问题。
首先是土木工程结构设计施工质量管理意识不足。所有的建筑结构设计都需要大量的施工人员参与完成，可以说房屋的建筑完全掌握在实际施工人员的手中，如果一个施工队的整体施工质量管理意识不足，那这次工程的质量问题很难得到科学的解决。其次是施工质量管理缺少监督机构，通过调查分析五成以上的监督部门都如同虚设，监管部门没有起到应有的作用。在实际施工过程中，存在很多建筑质量不过关的情况监管部门都是一带而过，缺少严谨的施工态度不能够完成房屋质量管理要求。最后存在的问题是房屋结构设计管理缺少完善的管理制度。管理制度的不健全会导致施工单位没有一个规范的标准去参照，所以在实际施工过程中施工管理者常常根据自己的意愿来评测施工的质量管理，这样的做法是非常不合理的。
三、土木工程结构设计方法
3.1结构可靠度设计方法
当前，在设计结构可靠度上较为常用的方法是在结构设计中应用概率的相关知识。在设计结构可靠度时往往是依据不同极限状态来进行设计，主要包括正常使用极限状态、承载力极限状态以及耐久性极限状态等。再者，采用数据统计的方法来得到荷载数值，通过对相关调查数据的统计与分析，并采用相关统计学的方法来确定出标准荷载值。最后，采用目标概率的方法来确定结构的荷载关系与抗力系数。通常为了确保结构的安全性，采用的是目标概率的95%。
3.2多系数极限状态设计法
通常而言，土木工程结构主要有正常使用状态以及极限状态，其中前者结构处于设计可承受范围，而后者则指结构所承受荷载已经超出设计中最大限值。结合实际来看，一旦土木工程结构处于极限状态，那么极易出现一些严重危害其结构安全性的问题。对此，笔者认为可以在其结构设计中采取多系统极限状态设计法，即设计人员首先需要充分结合土木工程实际将其结构设计状态中诸如荷载、材料强度以及结构抗力等系数确定下来，随后对土木工程结构开展多系数下极限状态设计，以此确保结构所受荷载能够处于可承受范围。
3.3容许应力设计方法
容许应力设计方法提出时间较早，是以弹性理论为主要理论基础，对在设计结构过程中使用一个统一的系数来对一切不确定因素进行考虑。并没有一个统一的标准来衡量材料的强度极限，且通常依靠经验来确定安全系数，并未全面考虑材料的塑性性能。
3.4破损阶段设计方法
破损阶段设计方法最早是由苏联学者帕斯金尔纳克和格沃兹捷夫等学者提出的。该方法主要具有以下几方面特征：一是对结构设计中全部不确定因素均采用同一个系数来进行分析与考虑。一是对于结构安全系数往往是依靠经验来确定。一是该方法将材料的塑性性能考虑在内。
四、土木工程荷载确定与计算
在土木工程中，工程结构自身重量即永久荷载。在对土木工程结构地下部分进行设计时，土的自重也算是永久荷载，因此也应当将其自重计算出来。土木工程结构的自身重量主要包括了墙体、梁、板、等基础构件的自身重量，其可以表示为集中力、线荷载以及面荷载等。通常可依照材料单位体积自重以及结构构件的设计尺寸来将荷载效应的需要计算出来。其中，板的面层材料自重以及楼面板的自重（k/mZ），可将板的面层材料厚度、面板厚度分别与各自材料单位体积自重相乘得到。而计算楼板荷载对墙体或梁产生的效应时（k/m），通常将小的板单位面积自重乘以板短边长度的一半得到。在计算承重墙体荷载效应时，通常其自重可以取其单位长度计算，将墙体材料单位体积自重和墙体单位高度、厚度与长度相乘得到。在计算梁的荷载效应时，往往将线荷载用梁的自重表示，通过将梁截面面积乘以单位材料体积自重得到。而柱的自重（k/m）通常用柱体积乘以单位材料体积自重得到。
五、常见的荷载效应组合方式
土木工程荷载效应组合方式根据不同主要有以下几方面：
5.1准永久荷载效应控制组合方式
准永久荷载效应控制组合方式一般用于正常使用状态下而长期受荷载影响的土木工程结构中，其荷载值计算中主要是通过把准永久系数与荷载标准值相乘而来。结合实践来看，准永久荷载效应控制组合优点不仅充分地将荷载对土木工程结构长期影响予以考虑，同时还能够确保可变荷载超出荷载准永久概率50%的情况在设计基准期内得到有效地控制。
5.2频遇荷载效应控制组合方式
频遇荷载效应控制组合方式计算方式主要是利用可变荷载标志乘以一个小于组合值系数频遇值的系数。结合实践来看，频遇荷载效应控制组合方式主要具有应用控制效益高以及充分考虑了对可变荷载超过其标准值的次数和大小，但由于受到缺乏标准的频遇值统计结果而使得该组合方式应用范围较小。
六、荷载效应组合对结构设计的影响
6.1并联机构体系受到荷载组合的影响
通过对有关测算公式进行研究分析可知，并联结构体系所受荷载参数变化的影响不大，如若结构工程荷载参数变化不是非常大，则并联结构体系的稳定性与可靠性是能够得到保障的。在并联结构中，如果设计及荷载值偏大，也会对提高结构的可靠性起到多大作用；如若取值偏小，则能够不断提高结构体系的可靠性。因此，在进行土木工程结构设计过程中，在并联结构体系中，可以忽略其荷载对结构的影响，但却应当考虑其对整体土木工程效益的影响。
6.2串联结构体系受到荷载组合的影响
通过对有关测算公式、检测以及计算结果进行研究分析可知，串联结构体系的可靠性与荷载参数变化有何较大影响，荷载参数越小，串联结构体系可靠性则会越低，如若荷载参数为负值，则串联结构的可靠性指标亦会是负数。根据对有关实验结果分析可知，串联结构课程程度的提高与计算荷载值偏大没有太大影响，而相反，如若荷载值偏小，则会导致荷载取值出现错误，从而影响到整体结构的可靠性能。并且串联结构可靠性会受体系中荷载可靠性以及每个元件的相关指标所影响，如若二者关联性越大，则结构体系安全性育巨则越高。
七、结语
总而言之，在设计土木工程结构时，应当全面考虑结构上的工程荷载，并根据实际工程情况来组合荷载效应，并且还应根据不同结构情况来对工程结构荷载进行考虑，通过准确的计算，可行选择荷载效应组合方式，从而得到最佳土木工程设计方案，如此一来，不但能够有效降低工程结构设计的事物，而且还能大幅减少设计不合理的情况出现，从根本上提高土木工程质量。
参考文献：
[1]胡益磊；胡伟力；陈地龙；陈怡婷；汪玲；谢鹏.浅谈土木工程荷载与结构设计分析[J].建筑知识，2017，37（06）：6-7.
[2]田广宇；付文华；钱海利；詹启敏.车辐式张拉结构设计理论与施工控制关键技术研究[D].清华大学，2012.
[3]林迟；周亚夫；葛运运；钱东福.基于结构全寿命设计需求的环境作用与结构性能退化研究[D].哈尔滨工业大学，2010.
[4]胡琦忠；梁蓓蕾；范娅琦；杜文治；张瑞.工程结构全寿命周期设计理论的核心指标研究[D].浙江大学，2009.
[5]陆海燕；何发忠；周宏灏；张伟.基于遗传算法和准则法的高层建筑结构优化设计研究[D].大连理工大学，2009.
[6]史波；徐静；周亚夫；钱东福.氯盐环境下基于概率和性能的混凝土结构耐久性研究[D].大连理工大学，2009.
[7]齐志刚；张艺潆；王佐卿；王树山；徐素萍.大跨度平行四边形底双曲混凝土组合扭壳屋盖结构分析与施工控制研究[D].重庆大学，2008.
[8]裴永忠；田丽娟；王彩霞；郭斌.大跨度机库屋盖结构的风荷载及风振响应研究[D].清华大学，2009.