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浅论土木工程建筑结构设计
摘要:土木工程结构设计是一个全面的建筑体系设计工作，需要通过扎实的理论基础，之后加入灵活的创新思维，以严谨认真的工作态度完成整个设计过程。土木工程设计过程中要保证设计的合理性、安全性。根据平时工作中的设计、建设经验来完成整个设计过程。我国目前的土木工程建筑结构设计在设计策略和设计安全性考量上还存在着一定的问题。本文根据现阶段存在的问题提出具有针对性的意见，使土木工程设计在合理性和安全性上更好的适应我国现代化发展的需求。
关键词:土木工程;结构设计;安全性
1土木工程结构设计概述
土木工程的结构设计在设计过程上大致可以划分为三个阶段，即结构方案阶段、结构测算阶段、施工图设计阶段。在结构方案阶段中，主要是根据要施工的地区的地质勘测报告设计相应的工程公安，包括抗震防裂程度、工程高度、工程结构形式等等。当工程设计方案相对确认下来狗，就根据方案的具体要求进行下一步的布置和测算工作。在结构测算过程中，主要是对工程负载的情况进行计算。包括外部负载和内部负载的计算。负载的计算主要根据负载的要求确定相应工程配件的使用，根据组合值系数和标准值系数的测定来确定施工参数，构造施工措施要求。对于内力的测算，来完成构件截面参数的确定。内力的测算要根据构件截面、负载值确定。这包括弯矩、剪力、扭矩等等。
最后，根据构建的计算、要根据之前确定的内力计算的要求，保证测算构件是否达到了相关要求。这时也可针对需求对构件截面参数加以调整。在施工图设计阶段，就是根据前两步的结构方案设计阶段、结构测算阶段，进行施工图的设计。在此过程中要将设计者的要求和设计意图通过图纸表达出来，施工图是施工的依据，施工图中要包括建设项目各部分工程的详图以及零件使用、、结构部件明细表、验收标准方法等。民用的工程施工图应具备设计图纸、包括图纸目录必要的设备、材料表、工程预算书。施工图设计文件，应满足设备材料采购，非标准设备制作和施工的需要。
2土木工程结构设计中存在的问题
土木工程结构设计中存在的问题主要集中在两个方面、一方面是专业角度的问题、另一方面是安全角度的问题，下面将分别从这两个方面进行阐述。从专业角度来说在土木工程设计中，箱、筏基础底板挑板的设计过程、梁、板的跨度计算、摩擦角区域的处理、抗震缝距离的设计、基础板厚度的确定都需要进行测算考量。
对于箱、筏基础底板挑板的设计，首先要假设出挑板可以将边跨底板钢筋进行调整，出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基。从土木工程建设角度来说，如果取消挑板，能够方便柔性防水的处理，在建设多层建筑时，结构设计中可兼顾到下层建筑。梁、板的跨度计算中，梁、板的跨度计算计算跨度，又叫计算长度，应当根据计算时要求、构件的组成形式、支承端约束刚度、支承反力等因素综合考虑，摩擦角区域的处理，内摩擦角，是土的抗剪强度指标，是工程设计的重要参数。
基层开挖时，会应用到摩擦角区域处理的问题，如果魔草叫区域中边基地的土会受到影响较小，不会反弹。但中心部位，基土反弹情况较为明显，回弹部分需要人工进行清除。抗震缝距离的设计中，主要通过增加抗震缝的距离来对地震时产生的结构碰撞的风险降低。基础板厚度的确定要根据房间设计的不同大小来选定相应的基础板厚度。如果基础板的厚度都按照大房间的标准进行设计、势必会造成浪费。如果都按照小房间的标准进行设计则会造成安全问题。所以实际的应用中，通常是在大房间中垫聚苯，小房间设定基础板的厚度。
从安全角度来说，目前土木工程设计中存在的问题有:(1)工程设计规范的安全水平比较低，与国际同类作业相比，由于没有设定规范的视屏问题，会造成工程施工的进行难度的加大，最终导致了施工质量较低;(2)工程设计规范的整体牢固性差;(3)土建结构工程的耐久安全性差、正确使用与维护意识相对较差。
3加强土木工程建设的建议和对策
从具体而言可以从两方面进行考虑:从设计的安全性上，应从管理首要保证设计的安全性，尽量选择资质等级较高、管理先进、实力雄厚的设计单位进行设计、这样就可以掌握先进的设计方法和设计理念，设计设备也会较好、设计人员的素质和专业能力强、设计经验丰富，设计出的建筑安全性较高。再设计时也要加强理论学习，使设计人员和施工人员对于设计理论和设计标准能够很好的掌握。对于设计过程中，涉及到工程造价、工程量的统计、计算、所以在此类工程量计算过程中，要严谨、认真，对于每一笔数据都要认真核对。设计图纸要详细，以便施工者能够根据设计图纸准确掌握设计意图，从而进行施工，这样能够降低因图纸问题造成的施工不明确的现象，避免了事故的产生。
在施工过程中，要注意过程监管，设计单位与施工单位要保持联系，对于设计图纸中不明确的问题，要进行及时的沟通和设计核对，以便发现错误。设计人员对于施工人员提出的建议，要给予足够的重视。从土木工程行业标准角度来说，要根据全面性因素来对土木工程结构设计的方案进行评估。因为土木工程的方案是工程实施的基础，对设计方案的评估要满足安全性、经济型合理性。等等。可通过对设计方案屏蔽、论证的方法，提高设计的水平。设计过程中，不一味的追求标准图，虽然采用标准图能够减轻工作量，加快设计进度，但为了保证设计的安全性，设计人员应该认真的对设计方案进行审核，对于可能存在压缩费用的过程进行仔细的成本核算，在保证基础、满足行业标准的前提下，保证设计的合理性、高效性、创新性。
4总结
本文首先对土木工程设计的基本情况进行了概要阐述，根据工程设计的几个阶段展示了土木工程的工作范围和工作要求。之后提出了现阶段我国土木工程设计中还存在的问题，从具体设计过程和安全性两个角度提出了相关的问题。最后在此基础上，根据存在的具体问题对土木工程的建设提出了建议和相应的对策。本文的研究对我国土木工程结构设计的发展提供了一种新的思路。
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关键词：30cm混渣+20cm碎石+4层20cm灰土 本人有幸于三月中旬到六月上旬间在天津市塘沽区的天津大道项目实习，以实习期间对天津大道项目路基工程的了解和认识为素材，并按照工程施工的顺序分析路基施工中的要点编纂论文。 一、天津地区气象水文及地质情况 天津位于北半球暖温带，中纬度亚欧大陆东岸，四季分明，介于大陆性欲海洋性气候的过渡带上，属于半湿润季风气候。春季干燥多风，冷暖多变；夏季温高湿重，雨热共济；秋季天高云淡，风和日丽；冬季寒冷干燥，雨雪稀少。年平均气温1～12℃，七月平均气温25.9℃，一月平均气温-5℃，极端最低气温-21℃，极端最高气温40.3℃。年平均降雨652.5mm,一日最大暴雨量304.4mm，最大积雪深度29mm。春秋两季降雨量分别占全年的10%和14%；夏季6月中旬～9月中旬为雨季（汛期），平均雨日34天左右，占全年降水量的73%以上；冬季与血量占全年的1%～3%. 天津地区位于海河流域下游，海河水系是华北地区最大水系，本工程自北向南，横贯扇面中央，共永定河、中亭河，子牙河等3条一级河道，龙河、中泓故道、南运河等3条二级河道，并且沿线灌溉、排水渠道密布，基本形成排灌水网系。 二、天津大道工程概况 天津大道连接天津市中心城区小白楼商务区与滨海新区于家堡、响罗湾商务区，为城市快速路，西起外环线津沽立交，东至中央大道，双向八车道，设计行车速度80km/h。 三、材料要求 （一） 路基填土 1、路基填料宜优先选用级配良好的砾类土、砂类土作为填料，泥炭、淤泥冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量的土等，不得直接用于填筑路基。 2、本工程位于冰冻地区，严禁采用未经处理的粉质土直接填筑路基。当采用其他细土时，路基填料CBR应满足要求。此外，液限大于50%，塑性指数大于26的细粒土不得直接作为路基填料。 3、禁止使用沼泽土、泥炭及淤泥、含有树根、树桩、易腐朽物质或有机质含量大于5%，氯盐含量大于3%，碳酸盐含量大于0.8%的土。 4、中央分隔带及绿化带填土按绿化回填要求进行填筑。 5、细粒土尽可能粉碎，粒径不得大于15mm。 （二） 碎石 1、碎石中不含植物残体、垃圾等杂物。 2、最大粒径应小于30mm，要求其压碎值不超过30%、强度不小于15MP（未筛分碎石）。 3、 碎石的颗粒组成应符合JTJ034-2000中第2.2.1.6中2#级配要求，为方便施工，宜采用10～30mm的粗集料，5～10mm的中集料，0～5mm的石屑细集料三种粒料配合。 3、池塘路基处理碎石垫层用碎石强度不小于15MP（未筛分碎石），最大粒径应小于150mm，通过20mm筛孔的选料不得超过总量的30%，通过0.075mm筛孔的选料不超过总量的10%。 （三） 钢塑双向土工格栅 1、钢塑双向土工格栅应采用凸结点形式，以保证连接牢靠，其性能要求如下： 纵向抗拉强度：≥80KN 横向抗拉强度：≥80KN 伸缩率：≤3% 结点剥离力：≥350N 2、同时为尽量减少搭接程数量，钢塑双向土工格栅幅宽不宜小于4m。 (四) 石灰 1、石灰应采用消石灰或生石灰粉；消石灰中不得有未消解的生石灰颗粒，石灰等级应在三级以上。 2、 如采用生石灰，钙质生石灰中有效氧化钙氧化镁的含量应大于70%；如采用消石灰，钙质消石灰中有效氧化钙氧化镁的含量应大于50%。 3、石灰剂量=石灰质量/干土质量，生石灰块应在使用前7～10天充分消解。消解的生石灰应保持一定的湿度，不得产生扬尘，也不得过湿成团。消石灰宜过孔10mm的筛，并尽快使用。 （五） 水泥 1、 水泥应符合国家技术标准的要求，宜采用42.5MPa的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。 （六） 土壤固化剂 1、土壤固化剂采用液粉土壤固化剂路邦EN-1(浓缩液)，固化剂浓缩液掺入剂量为0.014%,或根据实验确定。 2、土壤固化剂的技术性能指标应符合现行行业标准《土壤固化剂》CJ/T3073的规定，溶液的固体含量不得大于3%，不得有沉淀或絮状现象。 （七） 水 应采用饮用水或PH大于或等于6的水。 四、施工程序 （一）路基表层整体处理方案 由于本工程均处于稻、苇地等潮湿地段，路基填筑前应清除地表草皮、树根、腐殖土、垃圾、杂物等，路基清表30cm后大致找平并进行碾压，压实度应符合设计（90%）要求，如达不到压实度要求，可采用5%戗灰处理；如戗灰0～50cm仍达不到压实度要求，需换填50cm碎石垫层，以加快工程进度。 路基填筑高度小于路面和路床总厚度时，应将地基表层土进行超挖并分层回填压实，处理深度不应小于路床底面。 工程所处区域为平原地貌，土质为粘土或粉质粘土，地下水丰富，土质含水量较高，全线路基处于潮湿、中湿状态，因此需要对路基表层按实际情况分别进行处理方可进行路基填筑。 1、填土高度大于2m的路段（路床最低点距清表后地表距离）： 地表整平后晾晒，对露出地下水的路段应设置临时排水沟，排除地表积水，经推土机排压后填筑30cm混渣，经12t以上压路机碾压3～4遍后通铺双向土工格栅，土工格栅反包其上灰土层（20cm厚，5%戗灰）2m，继续分层填筑分层压实灰土（5%戗灰，如达不到相应层位压实度及强度要求，增加灰量至8%）至路床顶以下80cm，对无法承受12t以上压路机地段应增加混渣厚度,各层压实度及强度满足设计说明的要求。 2、 填土高度大于1.3m、小于2m的路段（路床最低点距清表后地表距离）： 地表整平后晾晒，对露出地下水的路段应设置临时排水沟，排除地表积水，经推土机排压后填筑40cm混渣，经18t以上压路机碾压3～4遍后通铺双向土工格栅，土工格栅反包其上灰土层（20cm厚，5%戗灰）2m，继续分层填筑分层压实灰土（5%戗灰，如达不到相应层位压实度及强度要求，增加灰量至8%）至路床顶以下80cm，对无法承受18t以上压路机地段应增加混渣厚度,各层压实度及强度满足设计说明的要求。 3、填土高度小于1.3m的路段（路床最低点距清表后地表距离）： 地表应继续下挖至距路床顶1.3m的高度，排除地表积水后晾晒，经推土机排压后填筑30cm混渣，经18t以上压路机碾压2～3遍后继续填筑20cm的碎石，在混渣和碎石之间通铺双向土工格栅，土工格栅反包其上碎石2m，碎石经18t压路机碾压3～4遍后用平地机刮平碎石层准备填筑灰土。 （二）混渣填筑 1、混渣填筑厚度较大时应分层填筑分层压实，每层以20～25cm为宜 2、混渣填筑时应严格控制含水量，对于含水量较大的应进行适当的晾晒方可以进行碾压。而且应避免使用含土量过大的混渣，如果有含土量较大的材料进场，应先进行堆备，待其他含土量较少的混渣进场时掺拌后填入路基中。 3、混渣的强度应保证不小于15MP，最大粒径应保证小于150mm，通过20mm筛孔的选料不得超过总量的30%，其通过0.075mm的不超过总量的10%，大粒径渣石应填筑在下部，小粒径渣石填筑在上层，保证混渣顶的平整度(误差不超过2cm)空隙较大时应扫入石渣(未筛分)，或石屑填充，上部可填筑渣石或石屑。 4、雨天时注意对基槽进行排水，杜绝在含水量过大的情况下对混渣进行碾压。 5 、为避免地基产生过分扰动造成地基基底无法压实，压路机在碾压过程中严禁使用震动碾压。但与此同时为保证填料的密实性，在碾压过程中横向接头要重叠50cm进行碾压，做到无漏压，保证碾压均匀，且严格控制碾压遍数为四遍。碎石填料与混渣碾压要求相同。 （三）碎石填筑 1、由于碎石填筑厚度仅为20cm，应严格控制混渣顶面高程，杜绝混渣侵入碎石填筑范围，减少碎石填筑厚度。 2、碎石填料粒径应控制在5cm以内，其通过0.075mm的总量不超过总量的10%，且级配良好，无杂物。 3、使用碎石强度不小于15MP（未筛分碎石）。 4、大粒径碎石应填筑在下部，小粒径碎石填筑在上层，保证碎石顶的平整度(误差不超过2cm)。 (四)钢塑双向土工格栅的铺设 1、土工格栅存放及铺设直接接触的填料中严禁含强酸性、强碱性物质、 2、一般路段土工格栅的铺设应垂直于路堤轴线方向，桥头路基处理段土工格栅应顺路堤轴线方向铺设。 3、土工格栅之间的连接应使用尼龙卡扣呈梅花型绑扎牢固，搭接长度不小于30cm，间距不得大于3各空格。 4、土工格栅铺设完成后应及时填筑调料，避免受阳光长时间暴晒，铺设与填料填筑时间间隔应不超过48小时。 5、施工中应采取措施避免是土工格栅受损，出现破损及时修补或更换。 6、土工格栅下乘层应平整，铺设时应拉直、平顺、绷紧，紧贴下承层，不得扭曲褶皱。 7、土工格栅上的第一层填料应采用轻型机械摊平和碾压，一切车辆及施工机械只允许沿路堤轴向方向行驶。 8、铺设土工格栅时，应在路堤每边各预留不小于2m的长度，回折覆裹在已压实的填筑层面上，折回外露部分应用土覆盖。 9、混渣层大致平整密实，大块石头尽量压到下层土中或者人工捡走，避免石块咯烂土工格栅。 10、平地机在整平碎石时，下刀要注意掌握力度，发现土工格栅立即收刀，整平时现场必须有人紧盯，发现问题人工及时处理。 （五）路基施工填土要求 1、一般路基段填土处理 （1）路基必须分层填筑分层碾压。每层最大压实厚度不宜超过20cm（当压实机械可以保证压实度并经现场试验、检测合格后可适当加大压实厚度），路床顶面最后一层压实厚度为20cm（遇特殊情况不满足设计要求是，最小压实厚度不得小于10cm）。 （2）含水量应控制在压实最佳含水量±2%之内。 （3）路基填筑宽度每侧应宽出填筑层设计宽度30cm，压实宽度不小于设计宽度，最后销坡。 （4）路基表面应具有2%～4%的向外横坡，防止积水。为避免路基边坡被雨水冲刷，路基填筑过程中要求在路基下坡脚外两米处设置临时排水埝和排水设施。 （5）征地边线外两侧各10m范围内禁止集中取土。 （6）路基填筑范围内严禁作为施工便道使用。 （7）路基填筑应均匀密实，路床顶面横坡于路拱横坡一致。 （8）路基填土压实度、填料最小强度及最大粒径不小于表1要求。 路基压实度、填料最小强度及最大粒径 表1 项目分类 压实度（%）（重型压实标准） 填料最大粒径（cm） 填料最小强度（CBR）% 路堤 上路床（0～30cm） ≥96 10 8 下路床（30～80cm） ≥96 10 5 上路堤（80～150cm） ≥94 15 4 下路堤（＞150cm） ≥93 15 3 零填及路堑路床（0～30cm） ≥96 10 8 注：表中所列压实度系按《公路土工试验规程》（JTJ051）重型击实实验法求得的最大干密度计算所得。 （9）路基填土高度 路基最小填土高度须保证不因地下水、地表水、毛细水及冻胀作用而影响稳定性。本工程为城市道路，路基设计最小填土高度应大于路床处于潮湿或中湿状态的临界高度。根据沿线各钻孔（钻探时间为6月份最不利季节）揭示的地下水位以及Ⅱ4区路基处于潮湿、中湿状态的临界高度计算的路基最小填土高度见表2。 处于中湿、潮湿状态时的最小填土高度 表2 名称 孔位ZK48 ZK49 ZK50 ZK51 孔口标高 2.25 1.9 1.35 2.55 静止水位埋深（m） 1.3 0.9 0.7 1.75 水位标高（m） 0.95 1.00 0.65 0.80 中湿状态路基设计标高（m） 3.90 3.95 3.60 3.75 中湿填土高度（m） 1.62 2.02 2.22 1.17 潮湿状态路基设计标高（m） 3.20 3.25 2.90 3.05 潮湿填土高度（m） 0.95 1.35 1.55 0.5 2、特殊路基段处理 （1）桥头引路段 桥头引路路基填方路段处于中湿状态，应对现状地坪清表整平后，回填路基土，然后在距路床顶面以下40cm以下做20cm土壤固化剂固化石灰土（5%石灰）+20cm土壤固化剂水泥石灰土（2%水泥+3%石灰），保证土基不出现软弹现象。 （2）池塘段路基处理 ○1路线在穿越大面积池塘及大型沟渠处应打坝、抽水、清淤、整平后分层填筑分层压实混渣（每层以20cm～30cm为宜）至距路床顶以下100cm处，通铺钢塑双向土工格栅后填筑20cm碎石，碎石之上分层填筑灰土。池塘、大型沟渠等边坡应开蹬成台阶状，蹬高0.4m，两步为一蹬，蹬宽≥0.6m，开蹬处铺设≥1.6m宽的钢塑双向土工格栅。 ○2路线经大面积池塘时，应将各池塘间堤埝铲平后再进行填筑混渣垫层、铺设土工格栅等工作，以确保路基整体性。 （3）桥头路基处理 ○1桥头两侧地基处理根据地质条件、填土高度和施工周期，采用加固土桩（水泥搅拌桩）+石灰土（8%）的处理方式，加固土桩采用梅花形布置。加固土桩横向布置范围放坡一侧应超出引路坡脚以外至少1.0m。 ○2成桩后应凿出桩头50cm，桩顶先铺30cm碎石垫层，然后铺土工格栅，最后再铺30cm碎石垫层 。 ○3桥头处理范围控制在50m，根据处理前后恭候沉降差的情况，靠近桥头50m范围内（除台背回填）路堤填料采用8%石灰土，所填填料应分层碾压夯实，压实度要求达到重型90%。桥台后背回填采用14%石灰土分层碾压夯实。 （六）灰土填筑 施工时按照“四区段”和“八流程”进行。“四区段”即：“上土摊铺区、翻晒拌合区、整平碾压去、报验养生区”，“八流程”即：“上土、摊铺、翻晒、布灰、拌合、整平、碾压、养生”。具体施工工艺如下： 1、试验标定 在上土之前应取现场土样测定土的天然含水量及液塑限并进行标准击实试验确定最佳含水量和最大干密度。 2、测量放样 测量组准确放出道路中心线。 3、路堤填筑时在取土场用挖掘机和装载机将土装入自卸汽车，运到填土路基处。根据路基宽度、自卸汽车方量及松铺厚度，用白灰洒线打网格，确定每车土的卸土位置，以保证填土厚度。 4、素土摊铺粗平后，首先应根据虚铺系数追踪测定高程，在考虑虚铺系数的情况下若高程达不到设计值应及时采取措施补救，待满足要求后用铧犁和旋耕犁进行翻晒和粉碎。在上灰前，检查土的含水量，当接近最佳含水量时及时上灰。 5、 摊铺石灰：素土整平稳压后，按眼路线走向5×10m打好方格，根据配比将每格需要的石灰量人工摊铺均匀。上灰时应保证灰土中无杂质、无未消解的灰块。 6、 路拌机拌合：石灰摊铺完成后，均需用路拌机拌合，拌合遍数2遍以上，要用专人在路拌机后面随时检查拌合深度，拌合深度以打入路床顶以下5～10mm为宜，确保无素土夹层，保证拌合均匀色泽一致，没有灰花团和花条，检测混合料的含水量和灰剂量，含水量控制在最佳含水量1～2个百分点，灰剂量符合规范要求。 7、 整平和碾压：用平地机、水准仪跟踪控制高程。当高程、横坡达到规范要求时，先用振动压路机稳压一遍，再用振动压路机振压两遍，然后用18～21t压路机进行碾压三遍，由路肩向路中心碾压，碾压时轮迹重叠1/2轮宽，路肩处应多压2～3遍。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上急调头或急刹车，以保证石灰土的表面不被破坏。若在碾压过程中出现“弹簧”现象，应采用挖除、重新换填或掺石灰或水泥等措施进行处理。在压路机碾压结束之前用平地机再终平一次，使其纵向顺适，路拱符合设计要求。终平应仔细进行，必须将局部高出部分刮除并扫除路外，对局部低洼之处不再进行找补，可待铺筑下层时处理。 8、 试验检测：一段路基完成后，试验人员及时进行路面外形、压实度、灰剂量等的试验检测，自检合格后报请监理工程师验收，验收合格后进行下层施工。 外形管理的测量频率和质量标准 项次 规定值 检查方法和频率 纵段高程（mm） +5～-20 每20延米1处 厚度（mm） -10～-25 每1500～2000 m26个点 宽度 不小于设计值 每40延米1处 平整度（mm） 15 3m直尺，每200延米2处，每处连续10尺 横坡（%） +0.5,-0.5 每100延米3处 我发的是word文档，有些格式肯定不正确，你自己修改
