前言：在现代城市建设中，随着建筑物的高度、大跨度和荷载的不断增加，如何在保证建筑物结构安全的同时降低建筑成本成了一个重要问题。因此，对于大跨度、大荷载下的楼盖形式的研究和应用显得尤为重要。在大跨度和大荷载的情况下，传统的楼盖形式面临着一些困难和挑战。因此，需要寻找新的楼盖形式以满足需求，同时要考虑结构的安全性和经济性。这就需要在土木工程结构设计中注重技术创新，探索新的设计方法和技术手段，以提高结构的承载能力和经济性。
一、大跨度、大荷载下的楼盖形式概述
大跨度是指建筑结构跨度较大的结构形式，通常指跨度超过40m的结构。大跨度结构具有自重轻、刚度小、结构体积小、空间感强、使用面积大等特点。由于其自身的特点，大跨度结构的设计需要更高的技术和更复杂的计算。大荷载是指建筑结构在使用过程中承受的载荷较大的情况。这些载荷可以来自人员、物品、风、雪等自然因素，也可以来自设备、机械等人为因素[1]。大荷载结构需要承受更大的力和压力，因此需要更加稳固和坚固的结构设计。适用于大跨度、大荷载的楼盖形式有很多，其中最常见的包括梁板式结构、框架结构、拱形结构、索网结构等，每种结构形式都有其适用的情况和优缺点。
二、安全性在土木工程结构设计中的应用
（一）安全性的定义和要求
安全性是土木工程结构设计中至关重要的一个方面，其定义是指在正常使用情况下，结构不会发生失效或损坏的能力。安全性的要求体现在以下几个方面：一是承载能力：结构的承载能力必须满足设计要求，以保证在荷载作用下不会发生破坏。二是稳定性：结构的稳定性是指在不同的荷载情况下，结构不会失去稳定性，即不会发生倾覆、侧翻等失稳现象。三是抗震能力：地震是土木工程结构所面临的一种常见自然灾害，因此结构的抗震能力是必不可少的。四是安全系数：安全系数是指结构破坏荷载与承载能力之比[2]。一般来说，设计中需要设置合理的安全系数，以保证结构的安全性。
（二）安全性考虑因素
1.结构荷载：荷载是指结构在使用过程中承受的外力作用，包括静荷载和动荷载。其中，静荷载包括自重荷载、人工荷载、设备荷载等；动荷载包括风荷载、地震荷载、水荷载等。结构设计时需要根据实际情况充分考虑荷载的大小和作用方式，进行合理的结构设计和材料选用，以确保结构承受荷载的能力。2.结构材料：材料是构成结构的重要组成部分，对结构的安全性具有重要影响。结构设计时需要选择合适的材料，如混凝土、钢材、木材等，并考虑其强度、韧性、耐久性等因素。3.结构形式：结构形式也是影响安全性的因素之一。不同的结构形式具有不同的承载能力和适用范围。在设计时需要根据实际情况选择合适的结构形式，如梁柱结构、拱形结构、桁架结构等，见图1。4.结构连接方式：连接方式是不同构件之间连接的方式，也是结构安全性的关键因素。结构连接方式需要满足强度、刚度、稳定性等要求，保证连接部位不会产生破坏和松动[3]。5.施工质量：施工质量直接关系到结构的安全性。结构设计完成后，需要严格按照设计要求进行施工，并对施工质量进行严格控制和监督，确保结构的稳定和安全性。
图1 衍架结构
（三）安全性确保方式
在土木工程结构设计中，为确保安全性，需要采取一系列的措施。以下是一些常见的安全性确保方式：1.采用科学合理的设计方法：在进行土木工程结构设计时，应该采用科学合理的设计方法，充分考虑材料的特性和承载能力，保证设计的结构合理、稳定，具有足够的安全保障。2.采用高质量的建材：建筑材料的质量对于结构的安全性具有至关重要的作用。因此，为确保土木工程结构的安全性，需要选用高质量的建筑材料，确保其质量符合国家标准。3.严格的施工标准：施工过程中应该严格遵守相关的施工标准和规范，确保建造过程中没有出现瑕疵和缺陷，以保证结构的稳定性和安全性。4.定期的检查和维护：土木工程结构的安全性不仅取决于设计和建造的质量，还需要在使用过程中进行定期的检查和维护。如发现问题及时进行修缮，确保结构的稳定性和安全性。5.加强人员培训和管理：加强工人的安全教育和管理，提高工人的安全意识和技能水平，严格遵守安全规章制度，是确保土木工程结构安全的重要措施。
三、经济性在土木工程结构设计中的考虑
（一）经济性的定义和要求
经济性是指在保证结构安全和满足功能需求的前提下，以最少的资源和成本完成结构设计和施工。在土木工程结构设计中，经济性是一个重要的考虑因素，对于减少成本、提高效益、保障投资回报等方面具有重要作用。
经济性的要求包括以下几个方面：1.功能需求的满足。设计的结构必须满足功能需求，达到预期的使用效果。2.资源的合理利用。结构设计需要考虑材料的合理利用，避免浪费资源。3.施工的便捷性。设计的结构应该尽可能简单、易于施工，避免过于复杂的结构增加施工难度和成本[4]。4.维护与管理的便利性。设计的结构应该便于维护和管理，减少后期维护和修缮的成本。
（二）经济性考虑因素
1.材料成本：材料成本是土木工程中最重要的成本因素之一，因此在设计过程中需要充分考虑材料成本。通常情况下，采用普通材料的成本较低，而采用特殊材料的成本较高。因此，在满足安全性和可靠性的前提下，应尽量选择成本较低的材料。2.结构形式：不同的结构形式对应的成本也不同。例如，柱式结构和梁式结构的成本较低，而拱形结构和索网结构的成本较高。因此，在设计过程中应根据实际情况选择合适的结构形式，以确保设计的经济性。3.施工工艺：施工工艺也是影响土木工程经济性的重要因素之一。如果采用复杂的施工工艺，那么相应的成本也会增加。因此，在设计过程中需要考虑施工难度和成本，尽可能采用简单易行的施工工艺。4.周期成本：土木工程的周期成本包括建设成本和运营成本。建设成本包括设计、材料采购、施工、监理等费用，而运营成本包括维护、修缮、能源消耗等费用。因此，在设计过程中需要考虑建设成本和运营成本的平衡，尽可能降低周期成本。5.环保要求：现代社会对环保要求越来越高，土木工程结构设计也需要考虑环保因素。例如，可以采用可再生资源，减少对环境的影响。这样可以提高土木工程的社会效益和经济效益，也能提升工程的形象和口碑。
为了更好探究土木工程结构设计中的安全性与经济性，本文以某土木工程为背景进行分析。根据该土木工程要求，比选了多种楼盖形式，最终选用综合含钢较小的单向三次梁楼盖布局形式，比选种类及用钢量统计情况见表1。
表1 比选种类及用钢量统计分析
四、土木工程结构设计中安全性和经济性的关系与平衡措施
（一）关系分析
一方面，安全性和经济性之间是相互制约的关系。一个结构的安全性是建立在足够的强度和稳定性的基础之上的，这就需要充分考虑建设成本，选择适当的材料和结构形式，以满足安全性要求的同时，尽可能减少成本。如果过分追求安全性，就会增加建设成本，导致经济性不佳；反之，如果过于追求经济性，就可能牺牲结构的安全性，带来安全隐患。另一方面，安全性和经济性之间是相互统一的关系。只有在考虑安全性的前提下才能充分考虑经济性，因为没有安全性的结构不可能拥有经济性[5]。例如，在大跨度、大荷载的楼盖设计中，拱形结构具有很好的承载能力和稳定性，建设成本较高，而钢结构可以减少建设成本，但需要保证其强度和稳定性，否则会带来安全隐患，这就需要在安全性和经济性之间寻求平衡。
（二）平衡措施
一是合理选择材料：合理选择材料是平衡安全性和经济性的重要措施。优质的材料可以提高结构的安全性，但相应的造价也会更高。因此，在选择材料时需要权衡安全性和经济性，选择最适合的材料。二是优化结构设计：优化结构设计可以降低结构的建设成本，同时确保结构的安全性。这包括优化结构的形式、减少材料的浪费和提高结构的承载能力等。三是利用新技术：新技术可以帮助优化结构设计、提高施工效率和降低成本。例如，使用3D打印技术可以制造复杂形状的结构件，提高结构的准确度和质量。四是合理的财务管理：合理的财务管理可以确保结构建设成本的控制。财务管理措施包括合理的预算、建立成本控制机制和项目管理制度等。
结论：在土木工程结构设计中，安全性和经济性是两个不可或缺的因素。为了确保结构的安全，必须在设计过程中充分考虑荷载特性、材料的选用和结构的稳定性等因素。经济性的实现需要从多个角度考虑，包括结构的简洁性、材料的合理利用、施工的便捷性和维护管理的便利性等。在大跨度和大荷载下的楼盖形式设计中，应根据具体的工程要求和实际情况，综合考虑安全性和经济性因素，选择最适合的楼盖形式，达到安全、可靠、经济的设计目标。
参考文献：
[2]蔡茱萸.土木工程结构设计中的安全性与经济性分析[J].城市建设理论研究(电子版),2022,13(30):46-48.
[3]牛牧华,李倩.土木工程结构设计中的安全性与经济性分析[J].工程技术研究,2022,7(13):197-199.
[4]陈松庭.探微土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].中华建设,2020,27(09):106-107.
[5]金根.土木工程结构设计中的安全性与经济性[J].中国高新科技,2020,12(16):43-44+100.