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土木工程設(shè)計探討篇1

1土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

所謂土木建筑工程，就是利用各種器材進行勘察、設(shè)計和施工，以及為人民提供各種生活和生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，比如房屋、橋梁、鐵路、公路等。隨著科技的飛速發(fā)展，我國的建筑業(yè)也得到了相應(yīng)的進步，同時也出現(xiàn)了許多高樓大廈，對技術(shù)的需求也在逐步提高。在建設(shè)項目中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理將會對項目的實施造成很大的負面影響，對工人的生命健康和整個項目的質(zhì)量也會造成極大的危害[1]。鑒于我國的土木工程是國家的基本建設(shè)項目，它的建設(shè)與整個國民經(jīng)濟的發(fā)展有著密切的聯(lián)系，因此搞好它的建設(shè)顯得尤為必要。當(dāng)前，在建設(shè)領(lǐng)域，對施工的質(zhì)量和安全性要求日益提高，因此要保證工程的總體質(zhì)量和安全性，就要加強對土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的定義和作用

建筑設(shè)計是土木工程的一個重要內(nèi)容，它涉及地基設(shè)計、樓層設(shè)計等諸多因素的結(jié)合，以達到保證施工質(zhì)量和安全的目的。在土木建筑的建造中，建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了給工地的建設(shè)工作提供一定的參考，所以一般的建筑設(shè)計都是非常詳細的，每一個細節(jié)都有詳細的說明。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于不能滿足有關(guān)規(guī)范要求而導(dǎo)致的安全事故時有發(fā)生。如果沒有達到設(shè)計的安全要求，建筑的質(zhì)量和安全性就不能滿足要求，工程的結(jié)構(gòu)就不能有效地支持項目的建設(shè)，從而會對整個項目的進度和質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，大大降低建筑的使用年限。

3我國土木工程發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀以來，我國土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計一直沒停止發(fā)展，并迅速發(fā)展，特別是最近幾年，高速公路和鐵路運輸都得到了飛速發(fā)展，公路和鐵路的里程也迅速增加[2]。隨著改革開放的不斷落實，我國的土木工程建設(shè)也有了長足的發(fā)展。隨著我國城市建設(shè)水平的不斷提高，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計也日趨復(fù)雜化，從單一的框架結(jié)構(gòu)到剪力墻結(jié)構(gòu)，從剪力墻結(jié)構(gòu)又逐漸演變?yōu)榫匦?、懸挑、轉(zhuǎn)換層、高層大跨度結(jié)構(gòu)。目前，國內(nèi)的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)已經(jīng)接近世界頂端水平，有些技術(shù)甚至已經(jīng)進入世界前列。

4土木工程的發(fā)展前景

4.1開發(fā)高性能材料在我國建筑工程領(lǐng)域，大力發(fā)展高質(zhì)量的建筑材料已成為今后發(fā)展的重點。而在我國，由于技術(shù)水平創(chuàng)新發(fā)展，新型建筑材料在工程領(lǐng)域的運用日益增多。同時，在建筑領(lǐng)域中，鋼鐵的強度、塑性和焊接性能都得到提高。

4.2高專業(yè)計算機應(yīng)用隨著現(xiàn)代科技的普及，人們的社會活動都離不開計算機技術(shù)，而建筑行業(yè)也是一樣，要滿足社會的發(fā)展，就必須有信息化的輔助，很多復(fù)雜的工程計算，都需要計算機來完成，才能保證項目的順利進行。

4.3環(huán)境工程在過去的幾年里，人們忽略了對生態(tài)的損害，導(dǎo)致當(dāng)代社會的環(huán)境問題十分嚴峻。在未來的建設(shè)中，必須將環(huán)保和建筑有機地結(jié)合起來，這樣才能將環(huán)保問題減少到可以承受的程度。

4.4建筑工業(yè)化目前，國內(nèi)的土木工程大多是以人工為主，在建設(shè)方式上仍是比較滯后的，而且隨著大規(guī)模的建設(shè)和設(shè)計，僅憑人工是難以適應(yīng)建設(shè)需要的。因此，在今后的發(fā)展趨勢中，達到工業(yè)的標準化是當(dāng)今主要的發(fā)展趨勢。

5土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

5.1整體性差從目前我國建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀來看，整體性能不佳是一個十分嚴重的問題。建筑工程是一項系統(tǒng)工程，必須把它看成一個整體，以確保各個領(lǐng)域的規(guī)劃和設(shè)計達到特定的需求[3]。然而，許多建筑設(shè)計師在進行建筑設(shè)計時，往往缺少全局的思考，不能有效統(tǒng)一一個區(qū)域的具體經(jīng)濟狀況與整個城市的規(guī)劃，因此所反映的總體效果并不理想。盡管這些問題的影響并沒有特別明顯的特征，但是在實際應(yīng)用中，由于其結(jié)構(gòu)的缺陷逐步暴露，從而降低了使用者和居住者的使用體驗。在實際應(yīng)用中，既反映了建筑與周圍環(huán)境的不和諧，又造成了建筑本身的效果達不到應(yīng)有的水平，給建筑施工帶來了極大的影響。

5.2安全標準寬松土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性是工程建設(shè)中必不可少的環(huán)節(jié)，安全是工程質(zhì)量和使用壽命的保障。目前，我國的建筑施工安全標準還不夠嚴格，許多細節(jié)都沒有落實到位。總體來說，承載力、安全系數(shù)、可靠度、耐用性等問題都比較突出，與國際上許多領(lǐng)域的技術(shù)水平相比較滯后，在土木工程設(shè)計中也有一些缺陷，這就造成了我國現(xiàn)行的安全標準比較松懈。

5.3結(jié)構(gòu)耐久性比較受限在土木工程結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的耐用性是一個十分關(guān)鍵的問題，它的作用是在受力作用下確定結(jié)構(gòu)的強度。由于缺少有關(guān)的規(guī)范，使得對建筑施工的整體控制太單一化，導(dǎo)致施工質(zhì)量不佳。由于施工現(xiàn)場條件的特殊性，施工安全難以保證，施工工人的施工安全意識不強，鋼筋銹蝕、混凝土碳化等問題屢見不鮮，給建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐用性帶來了極大的威脅。

5.4牢靠性設(shè)計不強牢靠性是土木結(jié)構(gòu)的基本原理和依據(jù)，它可以保證施工的安全、可靠，目前國內(nèi)土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范還不夠完善和健全，嚴重影響整個土木結(jié)構(gòu)的安全。建筑的“牢靠性”是指在遭受外部的撞擊時，房屋局部受損，但是不會因局部受損而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)受損或坍塌。

5.5承重柱與構(gòu)造柱的區(qū)別問題在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，往往存在構(gòu)造柱與承重柱難以分辨的問題。事實上，構(gòu)造柱和承重柱是兩種截然不同的構(gòu)件，它們的作用和理念都不同。如果將兩者混為一談，必然會對施工的可靠性造成很大的沖擊，從而造成重大的質(zhì)量和安全問題。在土木結(jié)構(gòu)的建設(shè)工程中，承重柱和構(gòu)造柱的組合都是按照一定的比例來使用的，它們可以起到預(yù)防墻壁開裂的效果，也可以增加建筑的抗水平荷載，例如最常見的地震荷載就是水平荷載[4]。如果設(shè)計師將二者的關(guān)系混淆，會使建筑產(chǎn)生變形，然后坍塌。因此，必須明確區(qū)分構(gòu)造柱和承重柱，才能在工程中保證施工的安全性。

5.6周邊環(huán)境因素對建筑的影響未引起設(shè)計者的充分關(guān)注建筑工程在進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，除了要兼顧其安全性和使用壽命外，還要兼顧周邊的自然環(huán)境、氣溫、濕度、土壤的酸堿度以及對建筑物的侵蝕等。然而，在土木結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計中，常常忽視這自然條件，這些環(huán)境因素會對以鋼筋混凝土為主的施工項目造成嚴重的沖擊和損害。不考慮環(huán)境因素的影響，不僅會影響施工的安全性，還會帶來很大的安全隱患。

5.7維護工程的意識較弱房屋的耐用性一直是大家所關(guān)心和關(guān)注的問題，許多建筑在建造過程中由于不注重對建筑的材質(zhì)的保養(yǎng)，造成一些鋼筋的腐蝕，從而產(chǎn)生一些安全問題，并且會縮短建筑的使用壽命。對建筑工程材料的養(yǎng)護是保護建筑工程安全的重要措施，要加強對建筑的保養(yǎng)，提高建筑的耐用性。

6土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法

6.1建筑工程的可靠性設(shè)計根據(jù)概率學(xué)理論，將有關(guān)的理論知識結(jié)合到結(jié)構(gòu)的設(shè)計之中，對其極限狀態(tài)進行分析，從而設(shè)計建筑的結(jié)構(gòu)，被稱為結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計[5]。

6.2多系數(shù)極限狀態(tài)的設(shè)計方法所謂的“極限”，就是無法再承受更多，已經(jīng)到達臨界點。在土木工程結(jié)構(gòu)中，建筑的設(shè)計不能超越極限，必須低于其臨界值，不然會引起建筑的安全風(fēng)險。所以，在進行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須充分認識正常應(yīng)用的范圍和承載力范圍，明確其限度后，才能進行合理的設(shè)計。

6.3容許應(yīng)力的設(shè)計方法在此基礎(chǔ)上，根據(jù)彈性原理，可進行容許應(yīng)力的計算。在進行設(shè)計時，針對不明確的因素，可以采用一種綜合的計算方法進行設(shè)計計算。此外，無法確定是否存在安全因素，一般都是根據(jù)實際情況進行估算。目前還沒有關(guān)于材料的強度與塑性的統(tǒng)一標準。

7土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計施工中遇到的問題及解決辦法

7.1全面落實設(shè)計思路鑒于土木工程結(jié)構(gòu)的完整性較低這一問題，必須具有總體觀念，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要遵循總體的思想，把建筑看作一個完整的整體，根據(jù)建筑的具體情況進行設(shè)計，以確保建筑與城市總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)[6]。這樣的設(shè)計思想應(yīng)當(dāng)貫徹到整個建筑設(shè)計的流程之中，徹底地改變以往結(jié)構(gòu)設(shè)計的單一性，采用全局設(shè)計的思維方式，可以更好地看出問題所在，將整個結(jié)構(gòu)設(shè)計看成是一個完整的體系，采用一套完整的設(shè)計思想，保證各個環(huán)節(jié)都與結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)格相適應(yīng)，從而達到統(tǒng)一設(shè)計的目的。此外，整體式的概念還可以拓寬設(shè)計者的創(chuàng)意思維，既可以保持建筑的整體感，又可以增添建筑的整體感和不同的審美意義。

7.2從安全性角度進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)選擇在人們的物質(zhì)文化水平逐步提高的背景下，對建筑的要求也越來越高，越來越重視建筑材料的安全性，以適應(yīng)人們的多元化需要。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，必須從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性入手，保證全流程的質(zhì)量和安全性，并根據(jù)設(shè)計規(guī)范和標準要求，對施工場地進行合理的指導(dǎo)，根據(jù)具體情況和項目要求，進行合理的設(shè)計。在大環(huán)境背景下，國外的設(shè)計規(guī)范雖然太嚴格，但也有許多可借鑒之處，可以借鑒外國的設(shè)計經(jīng)驗，進行安全性的評估，確保設(shè)計的安全性和合理性。

7.3做好前期的地質(zhì)勘探工作為了確保建筑結(jié)構(gòu)的合理性，需要以充分、準確的測量資料為基礎(chǔ)，做好前期的準備工作，以確保設(shè)計文檔與周圍的實際情況相符。因此，要想進一步提升我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計水準，就需要對其進行認真的研究，對勘察資料進行細致的剖析，以此為基礎(chǔ)，加強基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工。

7.4提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的信息化水平隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的不斷進步，土木建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計也要走上信息化的道路，并在一定程度上將信息技術(shù)融入建筑的設(shè)計之中。目前采用的信息技術(shù)大多是基于 BIM技術(shù)，利用 BIM技術(shù)建立了一個具有三維立體形態(tài)的建筑物信息模型，從而為設(shè)計者在具體工作中主動運用信息化技術(shù)進行數(shù)據(jù)收集和集成提供條件，并根據(jù)施工現(xiàn)場的實際狀況對其進行綜合分析。BIM技術(shù)的碰撞檢測和數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以使設(shè)計者能夠在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，并通過相應(yīng)的方法來解決各個環(huán)節(jié)的問題。

7.5對土木工程建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)合理設(shè)計在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)不合理是影響其功能的主要原因。在進行設(shè)計時，首先要對場地周邊的地質(zhì)情況進行適當(dāng)?shù)姆治?，然后根?jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粸?zāi)害、地震的頻率等情況，以及國家有關(guān)規(guī)定和實際情況，進行合理的建筑材料調(diào)配，形成一套科學(xué)的管理制度，在設(shè)計中實行科學(xué)的管理，繪制盡量詳細的設(shè)計圖紙，以降低不合理設(shè)計造成的安全事故。

7.6將施工環(huán)境作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)依據(jù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要結(jié)合當(dāng)前施工情況進行合理的設(shè)計，在進行施工前，必須考慮施工條件、地質(zhì)條件、溫度、濕度等因素的影響。在進行設(shè)計時，要注意土木工程結(jié)構(gòu)的細節(jié)，把每個步驟都做得更細致，以增強施工人員的認識和了解，同時還要把項目的經(jīng)濟價值也列入設(shè)計中，而不是單純地按照規(guī)范來設(shè)計，還要考慮降低成本造價，增強建筑的安全性和設(shè)計的準確性。

7.7重視結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑的維修和保養(yǎng)在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須把維護與保養(yǎng)列入設(shè)計范疇，因為在正式投入運行之前，很少能察覺到問題，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須加強對施工圖紙的審核，以確保其耐用性。根據(jù)建筑構(gòu)件的不同部位，對建筑梁、板、柱的大小進行嚴密的管控，估算建筑的施工進度，并進行建筑主梁承載力的估算，選用適當(dāng)?shù)牧喊鍨榛鶞?，對建筑的施工進行嚴格的規(guī)范，并根據(jù)其設(shè)計的目的，從本質(zhì)上改善建筑的穩(wěn)定性。

7.8對有關(guān)建筑施工規(guī)范進行嚴格控制在進行工程施工時，必須嚴格遵循國家有關(guān)規(guī)范，制訂相應(yīng)的工程施工技術(shù)，并借鑒國外的最新技術(shù)，根據(jù)工程的具體要求，不斷完善有關(guān)技術(shù)，以保證工程的質(zhì)量、安全性及使用壽命。

7.9提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟效益在建筑施工中，盡管對建筑的質(zhì)量有嚴格的規(guī)定，但是設(shè)計人員若一味地采用傳統(tǒng)的方法，勢必會浪費很多的人力、物力，因此要把握好施工質(zhì)量與造價的比例。在設(shè)計時要進行投標，既要確保設(shè)計的安全性，又要注意選用最有利于實現(xiàn)工程效益的方案和使用標準，可以大大降低設(shè)計工作的繁重，縮短開發(fā)周期，降低設(shè)計誤差[7]。然而，由于其未進行相關(guān)的核算和驗證，通常使用高規(guī)格的設(shè)計方案以確保其安全性，從而導(dǎo)致造價不必要的增長。身為一個工程的設(shè)計者，必須認真地計算每一個細節(jié)，確保工程的安全性，并且提供最合理的方案。

7.9.1合理評估設(shè)計方案、降低工程造價：在進行工程設(shè)計時，要對工程進行分區(qū)并提前準備，制訂合理的施工方案，以防止在施工過程中因工藝的不合理而造成的費用損失。在項目成本的管理中，必須對項目成本進行全面的預(yù)算管理，并對項目成本進行合理的規(guī)劃，從而建立一個明確的成本控制體系。

7.9.2成本控制：首先，要建立招標的規(guī)范，以保證招標的公平和公正。其次，在招標中，招標人應(yīng)從各個角度綜合考量投標人的設(shè)計方案，建立監(jiān)督機制，以防止投標中的貪污腐化。最后，在確保建筑物安全的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)建筑物的藝術(shù)特征。

7.9.3選擇合理的標準圖：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，許多項目投標單位采用“標準圖”來解決以上問題，以便讓設(shè)計工作更為規(guī)范化，減輕設(shè)計人員的工作壓力。由于采用了規(guī)范的程序，使設(shè)計者能夠輕松地完成任務(wù)，不僅加快了進度，還具有更高的經(jīng)濟效益和安全性能。但是，對于一些較為繁雜的項目，采用標準圖進行設(shè)計，其性能指標往往難以達到。

7.9.4結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與經(jīng)濟性相統(tǒng)一：在進行工程設(shè)計時，不僅要注重功能，而且要在保證工程品質(zhì)的前提下，選擇具有更高經(jīng)濟效益的工程。在不過分提高工程造價的前提下，采用最好的工程材料，使工程的安全性與經(jīng)濟性相結(jié)合，工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計達到最優(yōu)。

7.10積極采用綠色環(huán)保的裝飾建材建筑內(nèi)部環(huán)境的污染一般是由于裝飾物引起的，所以在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)積極采用綠色、環(huán)保的建材。在進行室內(nèi)裝飾前，有關(guān)的建筑內(nèi)部裝飾公司要對所用材料進行認真的分析和統(tǒng)計，以防止在施工期間造成材料的損耗，同時還要做好材料的運輸和存放工作，防止材料在運輸中被破壞，或在存放時受潮、受損，從而大大節(jié)約投入成本。有關(guān)的裝修公司也要從室內(nèi)裝修的問題入手，積極地進行室內(nèi)裝修方法和理念的創(chuàng)新，適時地引入一些綠色環(huán)保的材料，保證室內(nèi)裝修不會發(fā)生污染問題。

作者:余健 張俊 萬磊 徐曉東 單位:中建二局第三建筑工程有限公司

土木工程設(shè)計探討篇2

1納米材料在土木工程中的應(yīng)用

在土木工程領(lǐng)域?qū)嵺`中，納米材料由于其較高的成本以及高密度特性，難以直接作為建筑材料或功能材料進行應(yīng)用，故而大多是將納米材料摻入至傳統(tǒng)建材中制備成為新型復(fù)合材料，并通過納米材料的改性實現(xiàn)傳統(tǒng)材料某些特定性能的提高，實現(xiàn)更好的工程運用。

1.1納米材料在水泥基材料中的應(yīng)用對于水泥基材料，早期的研究表明，約有70%的水泥水化產(chǎn)物均具有納米尺度[5]，其中包括C-S-H凝膠、毛細孔、凝膠孔以及晶體水化物等，這些納米尺度的物質(zhì)能充分封堵水泥漿體孔隙，提升漿體的密實程度。該現(xiàn)象也是納米改性水泥基復(fù)合材料的理論依據(jù)。同時納米材料的摻入能明顯提升比表面積、表面能以及需水量等，影響水泥基材料的水化過程和產(chǎn)物，并決定了最終的強度和耐久性。陽知乾等[6]將納米SiO2摻入至聚丙烯纖維中制備獲得改性纖維，并對該改性纖維的分散性、抗裂性等進行研究，同時分析了改性纖維在砂漿和混凝土中的應(yīng)用情況。結(jié)果表明，改性纖維的力學(xué)性能優(yōu)良，納米SiO2在纖維表面分布均勻，大幅提升了纖維的抗裂性，且一定程度上也提高了纖維增強砂漿和混凝土的抗折和抗壓強度。馬保國等[7]將納米SiO2摻入至硫鋁酸鹽水泥中，研究發(fā)現(xiàn)改性水泥砂漿的初始強度顯著增大，相比未加入納米材料的對照組，改性組在56天后的抗折強度提升了約65%，并從微觀層面分析揭示了納米SiO2對于強度作用的影響機理。王瑤等[8]研究了新型納米碳材料氧化石墨烯（GO）對水泥水化產(chǎn)物的聚集態(tài)影響，通過對不同GO摻量的水泥漿體進行自收縮測試，分析表明GO能促進水泥漿體內(nèi)部大毛細孔的細化，提升毛細孔壓力，促進了水泥基復(fù)合材料的自收縮，且摻量越大，自收縮越明顯。王勝等[9]綜合采用納米Al2O3、防凍劑、減水劑以及早強劑等研發(fā)制備了納米復(fù)合水泥漿，結(jié)合掃描電鏡、水化放熱試驗等，研究了該新型水泥漿的低溫水化過程。研究發(fā)現(xiàn)，納米復(fù)合水泥漿在-9℃的低溫環(huán)境下仍具備優(yōu)異的流動性，初終凝時間分別為84、101min，且24h抗壓強度為6.9MPa，很好地解決了低溫地層鉆探時的井壁坍塌和井漏問題。

1.2納米材料在水泥土中的應(yīng)用在土木工程領(lǐng)域，水泥土是一種普遍采用的工程材料，可被用于軟土地層強化加固、基坑周邊止水帷幕以及水泥土攪拌樁體等。在實踐中，通過在水泥土中摻入納米材料制備復(fù)合改性材料，能有效提升傳統(tǒng)水泥土的應(yīng)用性能。王立峰[10]在水泥土中摻入納米硅基氧化物制備獲得納米水泥土，基于大量試驗，總結(jié)分析了納米水泥土的抗壓強度影響條件和發(fā)展規(guī)律，并探究了納米硅和水泥土相互作用以及水泥土增強機理。張茂花等[11]為改進水泥土的工程應(yīng)用特性，分別將納米尺度的蒙脫石、硅粉和鋁粉等材料加到水泥土中，從摻入量、摻入比和水泥土含水率三個維度出發(fā)，通過開展相關(guān)試驗，如室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度等，分析了納米水泥土的早期強度發(fā)展規(guī)律，探析強度變化機理。研究發(fā)現(xiàn)，納米蒙脫石、納米硅和納米鋁對水泥土的強度均具有積極作用，同時分析確定了最適合的納米材料摻入比。張陳等[12]針對濱海水泥土的性能缺陷，研究了納米MgO摻入后的改性效果，并通過相關(guān)的力學(xué)和微觀試驗，總結(jié)了納米MgO對水泥土的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，納米MgO改性水泥土存在1%的最優(yōu)摻入比，且相比未摻入納米材料時主要呈現(xiàn)松散結(jié)構(gòu)的濱海水泥土而言，加入1%的納米MgO進行改性后，水泥土微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)致密狀，力學(xué)強度得到了大幅提升。陳澤超等[13]針對水泥土在實際應(yīng)用中存在的變形大、強度低等不足，分別采取納米SiO2、納米MgO和納米Al2O3等納米材料對水泥土進行改性試驗，總結(jié)了相關(guān)的力學(xué)性能影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，摻入納米材料均能有效提升水泥土的物理力學(xué)特性，且不同納米材料的最優(yōu)摻入比不同，納米SiO2的最優(yōu)摻入比為3.0%~4.0%，納米MgO的最優(yōu)摻入比為1%，而納米Al2O的最優(yōu)摻入比則為2.5%~4.0%。該研究結(jié)論與文獻[12]得出的納米MgO最優(yōu)摻入比一致。

1.3納米材料在混凝土中的應(yīng)用隨著工程建設(shè)水平的不斷發(fā)展和深入，我國涌現(xiàn)出許多“高、深、大、難”類的工程建設(shè)項目，且日趨綜合化、復(fù)雜化、功能化，為適應(yīng)施工特點，要求混凝土具備更多的使用性能和應(yīng)用特性，如高強、高性能、高流動性等。因此，傳統(tǒng)混凝土材料逐漸面臨需要改善優(yōu)化的難題，以期滿足高性能、高功能及高耐久性等迫切需求。王委等[14]將不同比例的納米SiO2粉末摻入至普通混凝土中，試驗研究了改性混凝土的力學(xué)性能。分析結(jié)果可知，納米SiO2的摻量為0.5%~1.0%之間時，混凝土的和易性受影響最大，而1.5%~3.0%摻量的納米SiO2能大幅提高混凝土抗壓強度，考慮抗壓強度因素，試驗得出的最佳納米SiO2摻量為1.5%。朱靖塞等[15]分別制備了摻入量為0.2%的納米SiO2和納米CaCO3的改性混凝土，并經(jīng)由特定試驗裝置測定其相應(yīng)的動力特性。試驗結(jié)果表明，相比未加入納米材料的普通混凝土而言，準靜態(tài)荷載下，納米CaCO3改性混凝土的強度和變形性能最為優(yōu)異，納米SiO2改性混凝土次之，因此基于韌度的評價參數(shù)而言，納米CaCO3材料更能充分展示其對混凝土的增韌特性。李鵬[16]通過摻入納米α-Al2O3，探究納米材料對隧道用混凝土的力學(xué)、抗裂、抗?jié)B以及收縮等性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果顯示，納米α-Al2O3有助于混凝土早期抗裂性和抗?jié)B性的提升，其中摻入量在2%~2.5%之間時能大幅改善混凝土的抗壓和抗折性能，且當(dāng)納米α-Al2O3摻量提高時，混凝土呈現(xiàn)早期收縮值先增大后減小的趨勢。楊江鵬等[17]為提高橋梁混凝土的抗凍防腐性能，根據(jù)設(shè)計的配合比要求，將碳納米纖維通過分散劑逐步摻入至水泥混凝土中，制備獲得碳納米纖維混凝土，研究其相應(yīng)性能。試驗結(jié)果表明，經(jīng)碳納米纖維改性的水泥混凝土擁有優(yōu)異的抗凍融剝蝕和耐腐蝕性能，對于沿海地區(qū)或西部鹽堿區(qū)域的橋梁下部結(jié)構(gòu)而言，具有較好的適用性。李婕等[18]分析了不同粒徑與摻量的納米SiO2對混凝土力學(xué)性能的影響，通過制備9組改性混凝土并分別開展強度試驗，再借助SEM掃描電鏡進行影響機理分析。研究結(jié)果表明，納米SiO2的粒徑和摻量越大，改性混凝土的力學(xué)性能增幅均越低，說明適當(dāng)?shù)牧胶蛽搅靠纱龠M水泥水化反應(yīng)，過多的納米材料摻量反而不利于水化反應(yīng)的進行，其中的抗壓、抗拉和抗剪等強度指標互相影響，最佳的納米SiO2摻量為5%。

2納米材料的發(fā)展前景

當(dāng)前，在納米材料研究領(lǐng)域，我國已經(jīng)制備出納米陶瓷、NiO納米微粒膜、碳納米管等一系列新型的納米材料，并成功應(yīng)用于材料學(xué)、聲光學(xué)以及物理化學(xué)等專業(yè)學(xué)科中，取得了較多的突破性進展，然而目前的研究大多基于實驗室而開展，在實際應(yīng)用方面仍存在較多的(下轉(zhuǎn)第143頁)不足。（1）產(chǎn)業(yè)化投資風(fēng)險大。納米材料技術(shù)的生產(chǎn)成本高昂，生產(chǎn)過程中的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)極大，相關(guān)涉及生產(chǎn)費用一般需要一次性投入，因此在產(chǎn)業(yè)化方面面臨著較高的資金風(fēng)險。（2）納米器件集成不足。目前的業(yè)內(nèi)研究重點主要為納米材料的研制和開發(fā)，在落地應(yīng)用方面，缺乏相應(yīng)的核心器件，因此，下一步的關(guān)鍵是納米器件的研究和集成應(yīng)用。（3）安全性問題。納米材料的化學(xué)活性極強，對其環(huán)境釋放量必須給予安全性方面的考慮，否則一旦被吸入體內(nèi)，將存在一定的危害，如對肺部或心血管等造成損害，因此需要進一步研究其安全性控制措施，以降低環(huán)境釋放量或進入體內(nèi)的可能性。

3結(jié)語

納米材料屬于微觀與宏觀之間的介觀范疇，擁有普通材料所不具備的一些特殊性能，在材料、探測、電力、能源以及生物醫(yī)學(xué)等眾多專業(yè)方向均有廣泛的應(yīng)用潛力，如適用于腐蝕性、高壓環(huán)境的納米陶瓷，具有低反射率、高吸收率的納米紅外傳感器，擁有高電阻的納米超導(dǎo)體，高活性的納米催化劑以及高度仿生的納米人工骨等，是“新世紀最有前途的材料”。本文總結(jié)闡述了幾種常見納米材料在水泥基材料、混凝土以及水泥土等土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，指出了其未來的發(fā)展前景，可為納米技術(shù)的進一步發(fā)展和研究提供參考。

作者:那艷明 單位:北京建工四建工程建設(shè)有限公司

土木工程設(shè)計探討篇3

1前言

2021年3月16日，我國發(fā)布《綠色建造技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，提出了綠色建造的總體要求以及技術(shù)措施。在我國社會經(jīng)濟的發(fā)展中，建筑業(yè)屬于支柱性產(chǎn)業(yè)，在改善民生、推動城市化發(fā)展等方面意義重大。然而，我國的建筑業(yè)在發(fā)展中存在資源能源消耗較大、污染排放量較高等現(xiàn)實問題，為此，政府部門需要加強對建筑企業(yè)的管理和監(jiān)督，推動綠色建造技術(shù)的應(yīng)用。

2綠色建造技術(shù)概述

2.1綠色建造技術(shù)的內(nèi)涵

綠色建造技術(shù)是指按照綠色發(fā)展的要求，通過技術(shù)創(chuàng)新、管理優(yōu)化、材料改進等綜合性手段，運用有利于節(jié)約資源、降低污染物排放、提高建筑物質(zhì)量的建造方式開展建造活動。綠色建造技術(shù)符合可持續(xù)發(fā)展理念，在綠色建造技術(shù)的應(yīng)用中，建筑企業(yè)需要綜合考慮工程質(zhì)量、施工安全、施工效率、生態(tài)環(huán)境、資源能源等要素，采取因地制宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和施工策略，確保建造過程綠色化、集約化、信息化、產(chǎn)業(yè)化。

2.2綠色建造技術(shù)的應(yīng)用價值

2.2.1有利于節(jié)約能源資源綠色建造技術(shù)的核心特點是節(jié)約資源、保護環(huán)境、降低能耗，推動可持續(xù)發(fā)展。在實踐應(yīng)用中，綠色建造技術(shù)能夠貫徹于建筑工程建造的整個過程中，采用系統(tǒng)化的集成設(shè)計、精細化的生產(chǎn)施工，有效節(jié)約水、電、木材、土地等資源，減少建筑垃圾。在建筑物投入使用之后，綠色建筑能夠結(jié)合外界的自然環(huán)境調(diào)節(jié)室內(nèi)光照，提高保溫性能，減少空調(diào)等家用電器的使用，降低各類環(huán)境污染，節(jié)約能源。

2.2.2有利于優(yōu)化建筑空間綠色建造技術(shù)是一種以人為本的現(xiàn)代化建造技術(shù)，這種建造技術(shù)不但能夠節(jié)約能源資源，保護生態(tài)自然環(huán)境，還有利于優(yōu)化建筑物空間，充分考慮人與自然的和諧發(fā)展。在實踐當(dāng)中，綠色建造技術(shù)的應(yīng)用能夠結(jié)合建筑物的實際情況和用戶的需求，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、BIM技術(shù)、移動通信技術(shù)等，加強對建筑物整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，打造良好的人居環(huán)境。

2.2.3有利于提高建造質(zhì)量在綠色建造技術(shù)的應(yīng)用過程中，建造企業(yè)需要加強建筑設(shè)計、生產(chǎn)加工、現(xiàn)場施工等全產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)之間的合作，優(yōu)化資源配置，加強專業(yè)分工和社會合作，提高施工的專業(yè)性，從整體上提高建造質(zhì)量。此外，在材料應(yīng)用上，綠色建造材料優(yōu)先選擇高性能、耐腐蝕、抗老化的材料，這些材料能夠有效提高建筑物的建造質(zhì)量，增強建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵點

3.1綜合考慮各部分的結(jié)構(gòu)需求在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員必須綜合考慮各部分的結(jié)構(gòu)需求，明確土木工程結(jié)構(gòu)涉及的不同工程類型，做到具體問題具體分析，提高土木工程結(jié)構(gòu)的承載力，提升建筑物質(zhì)量。除此之外，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員還需要考慮建設(shè)地區(qū)的自然環(huán)境、地質(zhì)條件等因素，明確地域環(huán)境的差異性，為后期的施工提供方便。例如，有些地區(qū)氣候干燥，設(shè)計人員需要注重建筑物的防火性能，還有一些地區(qū)地震發(fā)生頻率較高，在這些地區(qū)中，設(shè)計人員需要注重建筑物的抗震性能。

3.2結(jié)合國家標準開展結(jié)構(gòu)設(shè)計在土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要認真研讀國家在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的標準和規(guī)范，了解相關(guān)的規(guī)章規(guī)程，從而確保結(jié)構(gòu)設(shè)計符合國家標準。在以往的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，部分企業(yè)和設(shè)計人員缺乏對整體結(jié)構(gòu)標準性的論證，沒有結(jié)合國家相關(guān)條例進行設(shè)計，造成建筑結(jié)構(gòu)局部的承載力不足，引發(fā)建筑結(jié)構(gòu)破損等問題，嚴重影響公眾安全。為此，企業(yè)需要秉持安全第一的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，加強對建筑物承載力的檢驗，確保建筑物的施工質(zhì)量。

3.3通過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化建筑功能在新的時代背景下，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮建筑的功能。為此，設(shè)計人員需要在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方面引入創(chuàng)新化的思想，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進的理論知識，合理規(guī)劃建筑物的總體布局，注重實用性、環(huán)保性、舒適度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，優(yōu)化建筑物的功能。從本質(zhì)上來說，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心思想是滿足人們的居住需求，發(fā)揮建筑物的實際價值，為此，用戶的居住體驗非常關(guān)鍵。在現(xiàn)代化的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要關(guān)注結(jié)構(gòu)的美觀性、舒適性，綜合考慮光照、通風(fēng)、保溫、環(huán)保等因素，提高用戶對建筑物的滿意度。

4綠色建造技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

4.1選擇環(huán)保材料在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，材料的選擇非常關(guān)鍵，基于綠色建造技術(shù)，承包方必須使用綠色建筑材料，從材料方面降低能耗，減少污染。在傳統(tǒng)建造技術(shù)中，建材以木材、水泥、鋼筋、混凝土為主，這些材料是土木工程結(jié)構(gòu)的重要組成部分，然而，傳統(tǒng)材料在建造當(dāng)中產(chǎn)生的廢渣等廢棄物較多，很多涂料當(dāng)中含有大量的甲醛、鉛、鉻等，人居環(huán)境較差。綠色建造技術(shù)以改善公眾生活環(huán)境、優(yōu)化公眾生活質(zhì)量為目標，承包方需要選用新型的環(huán)保材料，全面加強對材料的研究，評價材料的抗磨損性、抗腐蝕性、耐久耐熱性等，從材料的制造、使用、廢棄、再生整個周期出發(fā)，保證材料綠色環(huán)保。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，承包方可以選用FRP復(fù)合材料，F(xiàn)RP材料能夠與鋼筋混凝土融合起來，彌補傳統(tǒng)建筑材料的不足，增強建造構(gòu)件的性能，達到取長補短的目的。在實踐中，土木工程常用的FRP材料包括玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、聚合物復(fù)合材料等。其中，玻璃纖維材料具有高強度、耐腐蝕、容易加工、可設(shè)計性高等優(yōu)勢，能夠代替鋼材；碳纖維復(fù)合材料具有耐高溫、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕等特點，能夠為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供特殊幫助。

4.2采用新型模架技術(shù)在綠色建造技術(shù)的應(yīng)用中，承包方可以使用新型模架技術(shù)，通過該技術(shù)提高土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少原材料的用量，有效縮短施工周期，全面提高建筑工程的施工效果。新型模架技術(shù)的安裝和拆卸簡單便捷，能夠在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮重要作用。在使用新型模架技術(shù)時，設(shè)計人員需要在設(shè)計階段充分考慮剪力墻厚度、門的尺寸、梁高以及梁寬等細節(jié)問題，讓標準件循環(huán)利用。當(dāng)前，鋁合金模板技術(shù)是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，該技術(shù)由型材、支撐系統(tǒng)、緊固系統(tǒng)、附件系統(tǒng)構(gòu)成，使用過程中需要應(yīng)用專業(yè)的機械設(shè)備進行擠壓，將鋁合金模板拼接成不同的尺寸，應(yīng)用于土木工程施工作業(yè)中。相比較于傳統(tǒng)的鋼模板、木模板，鋁合金模板能夠做到一次加工、重復(fù)利用，這種模板可以在出廠前進行預(yù)拼裝，減少后期土木工程施工中的人為失誤。另外，鋁合金模板具有良好的剛度，不易變形，可以抵抗混凝土的擠壓，確?；炷恋慕孛姹砻嫫秸?。在綠色建造技術(shù)中，新型模板技術(shù)能夠充分發(fā)揮作用，使模板得到重復(fù)使用，有效降低施工成本。

4.3應(yīng)用預(yù)拌砂漿技術(shù)預(yù)拌砂漿技術(shù)是一種新型的綠色建造技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，能夠有效節(jié)約資源，進一步保護生態(tài)自然環(huán)境，提高建筑工程質(zhì)量。在預(yù)拌砂漿技術(shù)的應(yīng)用過程中，廠家需要結(jié)合建筑物建設(shè)的具體要求，將水泥、砂、添加劑等材料按照一定比例進行配制，然后應(yīng)用專業(yè)化的設(shè)備進行攪拌，制作出不同種類的砂漿拌合物，這些砂漿拌合物能夠廣泛應(yīng)用于各類建筑工程當(dāng)中。當(dāng)前，預(yù)拌砂漿主要分為兩類，一類是普通預(yù)拌砂漿，另一類是特種砂漿，不同種類的砂漿在使用范圍、性能以及施工方法方面存在一定差異。其中，普通砂漿包含了抹灰砂漿、地面砂漿、砌筑砂漿等，能夠應(yīng)用于承重墻、非承重墻、混凝土磚、粉煤灰磚的砌筑和抹灰中，而特種砂漿主要包括防水砂漿、裝飾砂漿、保溫砂漿等，用途多種多樣，可以應(yīng)用于室內(nèi)外的裝修當(dāng)中，滿足不同的裝修設(shè)計，建筑企業(yè)需要結(jié)合建筑物的施工要求，對預(yù)拌砂漿進行選擇。預(yù)拌砂漿是建筑業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的產(chǎn)物，這種新型的建筑材料具有健康環(huán)保、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢，能夠避免施工單位在現(xiàn)場攪拌砂漿，符合綠色建造理念。在原材料選用方面，預(yù)拌砂漿技術(shù)需要應(yīng)用水泥、砂、保水增稠材料、粉煤灰及其他礦物摻合料、水、外加劑等。其中，保水增稠材料及外加劑品質(zhì)要求如表1表2所示：預(yù)拌砂漿應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有較高的技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在抗收縮、抗裂性好、防潮性能良好、能耗低等方面，能夠有效降低土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本，增強節(jié)能優(yōu)勢。為此，建筑企業(yè)在應(yīng)用綠色建造技術(shù)時，可以優(yōu)先選用預(yù)拌砂漿技術(shù)，加強對預(yù)拌砂漿的現(xiàn)場檢驗，優(yōu)化預(yù)拌砂漿的存儲環(huán)境，按照相關(guān)的使用要求進行應(yīng)用，充分發(fā)揮該技術(shù)的價值。

4.4應(yīng)用預(yù)制裝配式技術(shù)在綠色建造技術(shù)中，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計可以應(yīng)用預(yù)制裝配技術(shù)，該技術(shù)是一種新型的建筑施工技術(shù)，能夠達到節(jié)約資源能源、保護自然環(huán)境的目的。預(yù)制裝配式技術(shù)完全顛覆了傳統(tǒng)的建筑理念，在該技術(shù)的應(yīng)用中，各類構(gòu)件能夠在工廠當(dāng)中提前預(yù)制完成，企業(yè)能夠?qū)㈩A(yù)制裝配的構(gòu)件運輸?shù)绞┕龅刂?，然后完成后續(xù)的加工、連接，使之形成高強度的建筑構(gòu)造，確保建筑工程的施工質(zhì)量。在實踐中，預(yù)制裝配式建筑通常會選用新型的環(huán)保材料，確保建筑物的采光、通風(fēng)、隔熱、保溫等功能，全面提高建筑物的質(zhì)量，減少不可再生資源的運用。另外，預(yù)制裝配式建筑對地基承載力的要求相對較低，施工工序非常簡單，構(gòu)件的標準性較高。針對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)而言，工作人員在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要充分考慮建筑物自身的構(gòu)造特征，融合節(jié)能環(huán)保方面的要求，按照由簡單到復(fù)雜、由低級到高級的順序，促進預(yù)制疊合構(gòu)件和非受力構(gòu)件的發(fā)展。在實際施工當(dāng)中，土木工程的承包方需要高度重視沉降指標，通過沉降指標來檢測建筑物的質(zhì)量。工作人員需要在合適的點位做好埋設(shè)工作，全面觀察整個建筑物地基，確保地基的沉降處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果整個建筑物的高度超過45m，就要安裝相應(yīng)的防側(cè)擊雷設(shè)備，全面降低雷擊風(fēng)險?？偠灾A(yù)制裝配技術(shù)能夠提前完成各類構(gòu)件的制作，然后再將構(gòu)件運輸?shù)绞┕さ攸c進行裝配，這種施工技術(shù)能夠有效降低建筑物的施工成本，縮短施工周期，符合環(huán)保建設(shè)理念。作為建筑企業(yè)，必須不斷加強對預(yù)制裝配技術(shù)的研究，采用新技術(shù)和新工藝，發(fā)揮預(yù)制裝配技術(shù)的價值。

5結(jié)論

近些年來，我國的生態(tài)環(huán)境問題越來越突出，公眾對生活環(huán)境和生活質(zhì)量的要求日益提高，在這種情況下，建筑行業(yè)需要積極引入綠色建造技術(shù)，降低能源資源消耗，減少污染排放，使用綠色、協(xié)調(diào)、創(chuàng)新、開放的建造方式。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑承包方需要秉持因地制宜的建筑理念，使用高性能、高耐久的施工材料，降低原材料消耗，引入新型的模架技術(shù)、預(yù)拌砂漿技術(shù)等，實現(xiàn)綠色建造和綠色施工，解決以往建筑行業(yè)存在的高污染和高能耗問題，全面提高建筑物的質(zhì)量，滿足用戶的多元化使用需求。在今后的發(fā)展中，建筑企業(yè)需要不斷加強對新材料和新工藝的研究，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用更多綠色建造技術(shù)，全面改善公眾的生活環(huán)境，推動資源的循環(huán)利用。

參考文獻

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[4]袁慧堅.淺析土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及對策[J].居舍,2018,(05):159

作者:張小良 單位:蘭州新區(qū)土地開發(fā)建設(shè)工程有限公司