结构设计基本步骤优选九篇

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第1篇

关键词:建筑；结构设计；概念设计；质量；措施；探讨

Abstract: this paper combined with years of the architectural design experience and related material, puts forward the structure design of the basic concept and the conceptual design of the specific steps and the important meaning. Discusses the structure design of quality concrete measures. Refers for the colleague.

Keywords: architecture; Structure design; The conceptual design; Quality; The measure; explore

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、引言

随着我国城市化进程的加快,我国的房地产市场交易日益活跃,房屋价格节节攀升,对于老百姓而言,买房是平生的头等大事,几乎花掉大半生的积蓄,与此同时我国内陆地震频发（2008年5月12日汶川地震,里氏7.8级;2010年4月14日玉树地震,里氏7.1级）,因此房屋的质量不仅关系到人们的切身利益,还在危急时刻直接影响到生命财产安全。作为一名结构工程师,我们必须把设计质量放到最最重要的位置,设计前深思熟虑,设计中一丝不苟,尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”。采取有效的措施确保并提高建筑结构设计质量。下面就以上问题和提高建筑结构设计质量措施展开具体探讨。

二、建筑结构设计的基本概念简介

结构设计的具体程序是需要严格遵守的。建筑物的设计工作实际上存在诸多分支，这些分支具体涵盖了结构设计、电气设计、建筑设计、暖气通风设计、给排水设计等。每个分支的具体设计过程都必须围绕四个根本目标:审美要求、功能要求、环保要求以及经济要求。建筑的结构是建筑物发挥其使用功能的基本条件，因而，结构设计也是建筑物设计过程中极为重要的组成部分之一，结构设计细分为以下四个步骤:设计结构方案、结构分析、设计构件、绘制施工图纸。

建筑结构的类型这一概念相对而言范围广、内容丰富。根据不同建筑物在具体功能要求上的差异，随着科学技术的发展，逐渐产生了诸多结构类型与结构的分类方法。从建筑物具体用途的角度，可以划分为民用建筑与工业建筑。如果依据建筑物的层数来分类，则可以分为超高层、高层、多层、单层建筑。建筑物使用的结构材料是有所区别的，从结构类型的角度来分类，大体上有:混合结构、砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等。此外，建筑物的结构构件组成方式也存在较大的区别，从这个角度，可以划分为框筒结构、剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、束筒结构等。由此可见，建筑结构类型的划分方法颇多，内容也相对复杂。

而建筑结构设计中还有一个很重要的名词:概念设计。概念设计的具体含义指的是通过清晰、明确的概念结构，在不进行数值计算的情况下，根据分系统与整体结构系统间的结构破坏机理、力学关系、实验现象、震害以及工程经验所获得的原始设计思想与基本设计原则，对结构的计算结果做出合理、准确的分析，同时将计算假设与结构的实际受力状况间的差异也考虑在内，对结构或构造进行设计，尽可能保证建筑物的受力更安全、更合理、更协调。

三、概念设计的具体步骤与重要意义

在结构设计中，概念设计占据极其重要的地位，结构设计步骤通常可以划分为三步:前期选择方案阶段，中期结构计算阶段以及后期制绘施工图阶段。结构设计与分析的首要步骤就是概念设计，以上三个步骤均与科学的概念指导不可分割。一名好的结构工程师在每个项目工程设计的初始阶段，也就是建筑设计方案确定阶段，先按照自身的经验和专业基础，在心里经历一段优化过程，应用概念设计手段，能够快速、合理地构思，比较，抉择每一个结构体系，并且协助建筑师扩展或者实现建筑行业所需要的空间形式，想要的使用，构筑和形象功能，且将其定为目标，同建筑师共同决定建筑的总体结构方案，此外，还要确定整体结构体系和分体结构体系最佳的受力方案。得出来的方案一般具有清晰的概念和正确的定性，从而避免了后期不必要的运算，经济可靠性能较好。另外，这种方法也可以作为判断计算机的内力分析所得到的数据可靠性的依据。作为结构设计的灵魂和核心，概念设计统领着整个结构设计过程，也显示了设计工程师的理论和设计水平。通过结构概念设计的运用，可以从全局上明确结构的各项性能，从而科学的判断计算分析得到的结果并进行合理的利用，确保了设计过程中工程师的主体地位。

四、提高建筑结构设计质量的具体措施

建筑工程的一个特点就是受到地理因素的制约与影响，这个特点也导致设计过程中涉及的参数很可能具有一定的特殊性。简单举例有:基本雪压、基本风压、场地土类别、地震烈度等铸锻参数的选取过程都要严格依照《全国基本雪压分布图》《全国基本风压分布图》以及工程地质报告这三份材料进行敲定，又如墙体围护的主材在不同地区存在差异，工程师则需要根据实际选用的主材确定墙体荷载。在开始设计之前，设计人员应当大量收集设计相关资料、深入研究设计规范，根据具体的工程类型、地域条件确定具体参数，这样的做法能够在加强计算结果可靠性的同时，避免参数不合理、参数错误造成的返工、浪费等现象。

建模计算的前期处理是提高结构设计质量的重要措施之一。对荷载的计算要保证准确有效，估计、推测等无依据的做法是需要每个工程师尽可能避免的。建模的过程要严格按照科学的方法来给定输入，楼梯洞口输入处的局部开洞处理，转换层构件与悬挑构件设计中活荷载的不利影响，飘窗部分的荷载分析等都是需要格外注意的步骤。

在尚未了解各个参数具体含义的情况下，毫无依据的对参数进行盲目的修改是结构建模过程中的一个大忌。在调整参数的过程中，要格外注意不同参数的具体适用范围，具体的某一项参数大多具有较为严格的适用性，砖混结构下准确的参数，很可能不适用于框架结构，多层结构下准确的参数，对高层结构的适用性也未必能够保证。对相关计算软件的应用也要注意这个问题。不同的计算理论是具有其特定的假设条件的，软件的编制默认状态下均符合这些特定条件，为了避免出现参数不匹配、不适用的问题，在使用软件前必须了解清楚这款软件的具体技术条件，即使是最熟悉的PKPM软件系列也不能忽略这个问题。缺乏对于软件技术条件的深刻理解，就无法合理、正确的应用软件进行实际设计。因过分信任计算机的计算结果，而忽视结构概念导致的严重错误，近年来在结构设计领域也屡见不鲜。相关领域工作者在必要的情况下要进行手算复核，而不是迷信软件的计算结果，这种情况对于带转换的构件设计工作最为重要。

在结构设计的过程中，建筑物计算分析的结果是为了确保在静力荷载以及自然灾害造成的动力荷载作用下具有较强的整体安全性。然而，仅仅依靠计算分析结果展开的设计，在实际生活中是很难避免荷载作用下建筑物局部开裂、破坏等现象的。针对不同的自然灾害，要进行专门的防护性设计。以地震为例，可以根据工程抗震等级的要求指标，按照设计规范中的具体要求，在结构设计过程中采用必要的构造措施。特别是针对计算性相对比较弱的结构类型时，多数的设计都要求通过构造措施保证建筑的安全性。

五、小结语

通过文章中的分析，概念设计在建筑结构设计的过程中扮演了很重要的角色。除此之外，针对软件计算参数、计算结果的荷载分析、数学建模工作的有效进行，都是提高建筑结构设计质量的好办法。

参考文献:

[1]闵小双.概念设计在建筑结构设计中的意义[J].科技资讯，2006(34)：213．

[2]柳强.王玉玲.浅谈概念设计在结构设计中运用[J].新疆化工，2006(1)：25～27.

[3]王顺卿.谈建筑结构设计中的概念设计[J].山西建筑，2006(8)：39-40．

[4]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法[J].沿海企业与科技,2009(5).

[5]熊煜.建筑结构设计中若干问题分析[J].山西建筑,2009(25).

第2篇

关键词：建筑；结构设计；质量控制；措施

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

随着我国市场经济状况的高速发展，城市化的进度正在逐渐加快，尽管房价商场非常猛烈，房地产市场的交易量依然与日俱增，对广大人民百姓来说，购置住房是生活中最重要的活动之一，不少工薪阶层将大半生的劳动所得消耗在房产上。同时，我国的内陆地区地震频发，住房的质量不但与广大人民的切身利益息息相关，还可能在自然灾害发生时直接影响到百姓的人身安全。建筑的结构设计在很大程度上影响着建设工程的安全可靠、美观实用、施工难度、工程造价等诸多品质，提高建筑结构设计质量自古以来，都是结构工程师最为关注的话题之一。同时，项目的特殊要求、施工环境的变化以及结构设计人员水平上的差异等诸多因素都与结构设计的出图质量密切相关。为了尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”，相关领域的技术工作者应当通过有效的措施尽可能提高建筑结构设计的质量。通过文章中的分析，概念设计在建筑结构设计的过程中扮演了很重要的角色。除此之外，针对软件计算参数、计算结果的荷载分析、数学建模工作的有效进行，都是提高建筑结构设计质量的好办法。本文在此谈了谈自己的观点和看法，可供同行参考。

1 建筑结构设计的概念

结构设计的具体程序是需要严格遵守的。建筑物的设计工作实际上存在诸多分支，这些分支具体涵盖了结构设计、电气设计、建筑设计、暖气通风设计、给排水设计等。每个分支的具体设计过程都必须围绕四个根本目标: 审美要求、功能要求、环保要求以及经济要求。建筑的结构是建筑物发挥其使用功能的基本条件，因而，结构设计也是建筑物设计过程中极为重要的组成部分之一，结构设计细分为以下四个步骤: 设计结构方案、结构分析、设计构件、绘制施工图纸。建筑结构的类型这一概念相对而言范围广、内容丰富。根据不同建筑物在具体功能要求上的差异，随着科学技术的发展，逐渐产生了诸多结构类型与结构的分类方法。从建筑物具体用途的角度，可以划分为民用建筑与工业建筑。如果依据建筑物的层数来分类，则可以分为超高层、高层、多层、单层建筑。建筑物使用的结构材料是有所区别的，从结构类型的角度来分类，大体上有: 混合结构、砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等。此外，建筑物的结构构件组成方式也存在较大的区别，从这个角度，可以划分为框筒结构、剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、束筒结构等。由此可见，建筑结构类型的划分方法颇多，内容也相对复杂。而建筑结构设计中还有一个很重要的名词: 概念设计。概念设计的具体含义指的是通过清晰、明确的概念结构，在不进行数值计算的情况下，根据分系统与整体结构系统间的结构破坏机理、力学关系、实验现象、震害以及工程经验所获得的原始设计思想与基本设计原则，对结构的计算结果做出合理、准确的分析，同时将计算假设与结构的实际受力状况间的差异也考虑在内，对结构或构造进行设计，尽可能保证建筑物的受力更安全、更合理、更协调。

2 概念设计在建筑结构设计中的重要意义

在结构设计中，概念设计占据极其重要的地位，结构设计步骤通常可以划分为三步: 前期选择方案阶段，中期结构计算阶段以及后期制绘施工图阶段。结构设计与分析的首要步骤就是概念设计，以上三个步骤均与科学的概念指导不可分割。一名好的结构工程师在每个项目工程设计的初始阶段，也就是建筑设计方案确定阶段，先按照自身的经验和专业基础，在心里经历一段优化过程，应用概念设计手段，能够快速、合理地构思，比较，抉择每一个结构体系，并且协助建筑师扩展或者实现建筑行业所需要的空间形式，想要的使用，构筑和形象功能，且将其定为目标，同建筑师共同决定建筑的总体结构方案，此外，还要确定整体结构体系和分体结构体系最佳的受力方案。得出来的方案一般具有清晰的概念和正确的定性，从而避免了后期不必要的运算，经济可靠性能较好。另外，这种方法也可以作为判断计算机的内力分析所得到的数据可靠性的依据。作为结构设计的灵魂和核心，概念设计统领着整个结构设计过程，也显示了设计工程师的理论和设计水平。通过结构概念设计的运用，可以从全局上明确结构的各项性能，从而科学的判断计算分析得到的结果并进行合理的利用，确保了设计过程中工程师的主体地位。

3 提高建筑结构设计质量控制的措施

建筑工程的一个特点就是受到地理因素的制约与影响，这个特点也导致设计过程中涉及的参数很可能具有一定的特殊性。简单举例有: 基本雪压、基本风压、场地土类别、地震烈度等铸锻参数的选取过程都要严格依照《全国基本雪压分布图》《全国基本风压分布图》以及工程地质报告这三份材料进行敲定，又如墙体围护的主材在不同地区存在差异，工程师则需要根据实际选用的主材确定墙体荷载。在开始设计之前，设计人员应当大量收集设计相关资料、深入研究设计规范，根据具体的工程类型、地域条件确定具体参数，这样的做法能够在加强计算结果可靠性的同时，避免参数不合理、参数错误造成的返工、浪费等现象。建模计算的前期处理是提高结构设计质量的重要措施之一。对荷载的计算要保证准确有效，估计、推测等无依据的做法是需要每个工程师尽可能避免的。建模的过程要严格按照科学的方法来给定输入，楼梯洞口输入处的局部开洞处理，转换层构件与悬挑构件设计中活荷载的不利影响，飘窗部分的荷载分析等都是需要格外注意的步骤。在尚未了解各个参数具体含义的情况下，毫无依据的对参数进行盲目的修改是结构建模过程中的一个大忌。在调整参数的过程中，要格外注意不同参数的具体适用范围，具体的某一项参数大多具有较为严格的适用性，砖混结构下准确的参数，很可能不适用于框架结构，多层结构下准确的参数，对高层结构的适用性也未必能够保证。对相关计算软件的应用也要注意这个问题。不同的计算理论是具有其特定的假设条件的，软件的编制默认状态下均符合这些特定条件，为了避免出现参数不匹配、不适用的问题，在使用软件前必须了解清楚这款软件的具体技术条件，即使是最熟悉的 PKPM 软件系列也不能忽略这个问题。缺乏对于软件技术条件的深刻理解，就无法合理、正确的应用软件进行实际设计。因过分信任计算机的计算结果，而忽视结构概念导致的严重错误，近年来在结构设计领域也屡见不鲜。相关领域工作者在必要的情况下要进行手算复核，而不是迷信软件的计算结果，这种情况对于带转换的构件设计工作最为重要。在结构设计的过程中，建筑物计算分析的结果是为了确保在静力荷载以及自然灾害造成的动力荷载作用下具有较强的整体安全性。然而，仅仅依靠计算分析结果展开的设计，在实际生活中是很难避免荷载作用下建筑物局部开裂、破坏等现象的。针对不同的自然灾害，要进行专门的防护性设计。以地震为例，可以根据工程抗震等级的要求指标，按照设计规范中的具体要求，在结构设计过程中采用必要的构造措施。特别是针对计算性相对比较弱的结构类型时，多数的设计都要求通过构造措施保证建筑的安全性。

参考文献:

[1] 马玉刚．浅谈如何提高建筑结构设计质量[J]．工程技术，2010，（09）.

[2] 张丽莉．浅谈提高建筑设计质量的措施[J]．建筑工程，2011，（02）.

第3篇

关键词：结构设计；优化设计；建筑结构

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

1 结构设计优化方法的理论体现

当我们进行结构设计以及工程项目的相关设计的时候，不仅要对设计对象的安全性可靠性以及其基本使用功能进行必要的考虑外，设计还要尽可能的突出建筑的美感，这些便是结构以及工程项目的最优化的相关问题。也就是说利用相应的数学上的方法，对所有设计方案进行必要的分析比较，得出最满意的设计方案，以满足预期的目标。

从理论上对结构设计优化方法进行相关的分析可知，房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计是结构设计优化方法在实际应用中具体的表现。房屋工程结构总体的优化设计主要是对围护结、屋盖系统以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况以及结合房屋建筑相应的经济性，对建筑结构进行相应的优化设计。

为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行必要的创新。对于建筑结构的设计师来说，要确保建筑结构具有一定的安全保证，在此基本上考虑设计出新的结构形式。

对于建筑结构的设计，我们要求尽量缩小质量中心和刚度中心的差异以及建筑的平面结构尽量对称与规则，不过这些必须满足设计师的基本设计意图。还要要求在水平荷载作用下建筑物不会产生很大的扭转效应。必须在满足建筑相应的功能条件下，在竖直方向布置尽量让竖直方向的相应的承重构件上下贯通。在结构设计中，为了减少结构设计与分析上的难度以及经济性，我们应该尽量避免使用转换层结构。对竖直方向的刚度也有着相应的要求，要求刚度的变化必须是渐变的而不是突变的，否则在刚度突变的地方会出现严重的应力集中，这不利于建筑结构抵抗水平方向的动力载荷作用。

2 结构设计优化技术的现实意义

对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对结构设计进行优化。

结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低建筑的工程造价（6～35％）。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现对建筑结构设计的经济性与实用性。

3 结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

3.1 建立结构优化的模型

在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：

3.1.1 要对设计变量进行合理的选择

通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2 和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。

3.1.2 对目标函数进行确定

在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。

3.1.3 对约束条件进行确定

对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。

3.2 对优化设计的计算方案进行设定

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell 法等。

3.3 进行程序的相关设计

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。

3.4 结果分析

我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。

4 结构设计优化技术的实践应用

对于项目的前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计方面均能够采用结构设计优化设计的方法。下面对实践应用中的问题进行必要的说明：

4.1 结构设计优化应注意前期参与

前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多结构设计忽略了这一点，所以我们应该注意。前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案。

4.2 概念设计结合细部结构设计优化

在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。

在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。

4.3 下部地基基础结构的设计优化

在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如可以根据工地的地质条件选择相应的桩基类型，并尽量减少相应的工程造价。并根据桩端的持力层的厚度合理的选择灌注桩的桩长度，通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。

第4篇

1.1本项目的基本情况

本工程位于湛江市开发区的某小区。总用地面积17062.13m2，总建筑面积82351.57m2（其中地下建筑面积为12829.25m2，地上建筑面积为69522.32m2）。另外本工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类。

1.2场地自然条件

（1）风荷载：基本风压按50年重现期取0.8kN/m2，地面粗糙度B类。（2）本工程设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值0.1g，地类别为Ⅲ类，属于中软场地土。

2结构设计

2.1地基基础

由于业主未提供详细地质资料，基础设计待业主提供详细地质资料后确定。本院根据当地工程经验，本工程拟采用桩基础。

2.2上部结构设计

根据建筑使用功能的要求并结合本工程的特点，本工程结构形式为：1~3栋采用框架-剪力墙结构；4栋采用剪力墙结构，其中剪力墙及框架抗震等级均为二级。本工程混凝土强度等级为C50～C30，钢筋采用HRB400级钢筋。

2.3PKPM系列结构软件分析

在本次湛江市开发区的某小区的结构设计中采用PKPM系列结构软件进行结构分析。具体来讲本设计所采用的计算机程序为中国建筑科学研究院PKPM-SATWE，版本型号是2010版，这也是在目前设计院住宅结构设计中较为常用的一款软件，并且该转件的结构计算结果较为可靠。本次住宅的结构采取较为常用的框架加剪力墙结构，目前这种结构在现有的高层住宅设计中被广泛的应用，这种形式结合了框架和剪力墙两种结构的优点，具有受力稳定，造价相对经济的特点。同样的为了保证整个结构的稳定性，在住宅建筑的-1~3层对结构进行了加强。整体结构的嵌固位置为地下室的顶板。每个建筑的结构在计算的过程中都会对灾害进行预估，提前计算其所受的荷载，并在设计过程中采取相应的措施。在本次住宅小区的结构设计中，对于五十年一遇的大风，预估的基本风压值为Wo=0.8kN/m2，建筑物地面的粗糙程度按照B类设计，以一号住宅楼为例，其承载风荷载效应时的放大系数为1.1，最终建筑物的体型系数采取1.4来进行计算。其次，对于地震灾害中的受力，在建筑结构的整体设计中也是应当考虑的，本项目的所处的地质环境要求建筑物按照Ⅶ度抗震烈度进行设防，所以在结构设计中按照其相应的抗震烈度设防地震分组为第一组，场地的类别为三类，建筑物的抗震设防类别为丙类，并且需要考虑在地震作用下构的偏心问题，以及双向地震作用力的问题。在地震作用下：计算振型个数为15，重力荷载代表值的活载组合值系数为0.5，周期折减系数为0.75，结构的阻尼比为5％，特征周期Tg为0.45，地震影响系数最大值为0.08。具体来讲混凝土框架的抗震等级为二级，剪力墙的抗震等级为二级，综合来讲其抗震结构措施为二级设计。最后在计算的过程中还需要对一些系数进行调整和修改：梁端负弯矩调幅系数为0.85；梁活荷载内力放大系数为1；梁扭矩折减系数为0.4；托墙梁刚度增大系数为1；实配钢筋超筋系数为1.15；连梁刚度折减系数为1.0（注：风荷载控制），0.6（地震荷载控制）；梁刚度放大系数按2010规范取值；并且柱配筋的计算按照双偏压来进行设计。

3本工程的结构计算

本工程位于湛江市开发区的某小区，在进行结构计算的过程中采用的活载标准值按照《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012），取值见表1。

4展望

对于实际的居住区工程来说，好的结构设计往往是整个项目成功的关键所在，合理的结构设计不仅可以使形体优美的建筑得以成为现实，更是为建设的设计者提供新的构思机会，因为合理的结构设计通常与美学的要求不谋而合。所以本文通过对实际项目结构计算过程中的地基基础、上部结构设计、PKPM系列结构软件分析等重要步骤的解析，探讨住宅小区在结构设计的过程中应当注意的关键点，对居住小区结构设计的方法进行了验证，希望可以对实际的居住区的建筑的结构设计提供一些灵感。

作者:潘伟朝 单位:广东省建科建筑设计院有限公司

参考文献

[1]梅丽娜.浅谈结构设计的几项基本原则[J].黑龙江科技信息，2010（15）.

[2]梁兴泉.结构设计的体会[J].山西建筑，2009（27）.

第5篇

【关键词】钢结构；建筑；设计

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

前言

文章详细介绍了钢结构设计的方法及设计原则，阐述了钢结构设计的步骤，并对刚结构设计中需要注意的地方进行了强调。

二、钢结构设计方法的介绍

1.容许应力法(ASD)

ASD的设计原则是:结构构件的计算应力不得大于结构设计规范所给定的容许应力。结构构件的计算应力是按规范规定的标准荷载,以一阶弹性理论计算得到:容许应力则是用一个由经验判断的大于1的安全系数去除材料的屈服应力或极限应力而确定。

容许应力法的主要优点是计算简单,但存在如下主要不足:(1)对于塑性材料,由于没有考虑结构在塑性阶段的承载潜力,其实际的安全水平偏高;(2)不能合理考虑结构几何非线性的影响;(3)由于采用单一安全系数,无法有效地反映抗力和荷载变异的独立性,致使承受不同类型荷载(如活载的变异性要比恒载的变异性大得多)的结构安全水平相差甚远;(4)不能从定量上度量结构的可靠度,更不能使各类结构的安全度达到同一水准。

2.塑性设计法(PD)

PD的设计原则是:结构构件的塑性极限承载力应不低于标准荷载引起的构件内力乘以安全系数。在结构分析中常采用一阶塑性分析法或刚塑性分析法。塑性设计法的主要优点是允许结构在进入塑性后进行内力重分布,这就要求结构和构件有足够延性,因而在塑性设计中截面腹板和翼缘的尺寸比例有严格的限制。虽然塑性设计法考虑了材料的非线性,可克服容许应力法中的缺陷(1),但材料屈服的扩展和结构构件的稳定性在结构设计中仍然没有反映。同时在结构可靠性方面,塑性设计法同容许应力法一样,还是由经验性的安全系数来保证。

3.极限状态法(LRFD)

为了克服上述缺陷,采用抗力和荷载分项系数代替原来单一安全系数的极限状态设计法成为现行世界各国的主要设计方法。由于荷载的作用,结构在使用周期内有可能达到各种极限状态,这些极限状态可分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。结构的安全性对应结构的承载能力极限状态,包括构件断裂、失稳、过大的塑性变形等所导致的结构破坏。

三、建筑钢结构设计方法的研究现状

目前，建筑钢结构设计方法的研究主要表现在下列几个方面。

1.对现行方法的改进

由于现行建筑钢结构设计方法存在上述缺陷，不少研究者试图在弹性范围内对现行方法加以改进，这些工作包括:(1)对计算长度的改进；( 2)采用名义荷载模型；( 3)运用等效切线模量的概念。然而，无论这些方法本身的精度如何，它们都是试图以结构的弹性分析达到非弹性分析的结果，存在根本的局限性。

2.对新的结构设计方法的探讨

要彻底克服前述现行建筑钢结构设计方法中的前3种缺陷，必须建立以结构整体承载极限状态和结构整体极限承载力为目标的结构分析设计方法。为此，最近10年国内外学者提出了一系列较精确的适用于高等分析的二阶非弹性分析模型，并进一步考虑了梁柱连接半刚性节点域剪切变形以及它们的共同效应对结构极限承载力的影响等。

3.对结构体系可靠度计算方法的探讨

结构体系可靠度的计算方法大致可概括为:失效模式法、M onto Cark)法、响应面法和随机有限元法等。失效模式法由于无法与精确的结构非线性分析相结合，一般认为不能用于复杂结构体系的精确计算。响应面法通常将结构的极限状态面在设计验算点处作一阶或二阶近似，对于验算点处曲率变化较大的极限状态面可能导致较大的误差。随机有限元法是一种新兴的方法，它通常以低阶或高阶摄动理论为基础建立结构的随机有限元方程，由于其要求理论推导的严密性而限制了它在结构可靠度分析中的应用。Monte Cark法是一种简单但计算量大的方法，常作为校核其它方法的标准。然而随着各种包含降低抽样方差技巧的新方法出现，Monte Carlo法在结构可靠度分析中的应用将愈加普遍。

四、现行建筑钢结构设计方法的缺陷

极限状态设计法是结构从经验设计向概率设计转变的一次变革、但现行的建筑钢结构安全性设计方法仍有待进一步完善二目前世界各国关于建筑钢结构安全性设计的一般步骤为:先按一阶或二阶弹性方法计算各种荷载及其组合作用下结构的位移和各构件的内力，即整体结构的弹性分析;然后将结构分析所得内力用于构件的各种极限状态方程进行构件设计，即单个构件的非弹性设计。若构件满足各种规定的极限状态方程，则认为结构设计符合规范要求。这种设计方法实质上是基于构件承载力极限状态的结构设计存在着如下缺陷。

1.结构整体失稳的计算模式与实际失稳状态不一致

现行规范对结构失稳的计算模式是基于 结构同一层柱同时按相同模式对称或反对称失稳 假定,结构的整体稳定是通过构件设计中考虑计算长度的方法来近似保证。这一计算模式与一般情况下结构中个别或少数构件首先达到弹塑性失稳的实际形式不一致。换句话说, 计算长度的概念并不能真实有效地反应结构和构件之间的相互关系。

2. 结构内力计算模式与构件承载力计算模式不一致

由于整体结构的弹性分析未考虑材料非线性和( 或) 几何非线性的影响, 而构件的非弹性设计却考虑了材料非线性和几何非线性的影响, 一般情况下,结构构件达到极限承载力时已处于非线性弹塑性状态, 其内力会重新分配。因此, 按弹性状态计算结构各构件的内力并不是该构件达到极限承载力时的实际内力。换句话说, 整体结构的弹性分析与单个构件的非弹性设计的方法不协调。

五、钢结构设计原则

近年来，在钢结构设计中经常出现失稳事故，造成严重的人员伤亡与经济损失，主要原因是由于以下两方面造成：

1.由于空间网架、网壳结构等新型钢结构的不断出现，造成相关设计者没有足够的时间去了解掌握这些新型结构的设计；

2.由于钢结构设计者缺乏相关设计经验，关于钢结构和构件的整体稳定性概念理解不够清晰，成为钢结构设计中经常出现的薄弱环节。因此，稳定性成为钢结构设计中一个突出的问题，如果处理不好此类问题，将会造成不可估计的损失。所以根据稳定性问题在实际的钢结构设计中的特点，以及未来更好的保证钢结构设计中构件不会丧失稳定性，设计过程中应严格遵守以下三条基本原则：

①保证整体结构的细部构造和构件的稳定计算，二者必须相互配合，相互统一；

②在进行结构布置时，必须从整个体系和组成部分的稳定性要求出发，进行全面考虑；

③必须保证结构计算简图和实际计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算起着相当关键的作用。

六、钢结构设计的步骤

1.判断结构是否适合用钢结构

钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：火电厂、大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。

2.结构选型与结构布置

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型及布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。

3.预估截面

结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。

工程判定

要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做“工程判定”。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。

构件设计

构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)，通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面，当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235。构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。

节点设计

连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。这必须避免，按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接，初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。

图纸编制

钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。

七、钢结构设计过程中注意问题

1.整体分析与优化设计。在钢结构设计过程中，要尽量选择与实际工作状况相符的整体分析模型，对于计算模型不得随意简化，比如不得随便把空间问题简化为平面问题。除此此外，为了获得理想的设计结构，在设计过程中可以采取优化设计的理念，并将次构件的作用尽可能考虑进来，同时满足钢结构设计的安全性与经济性，降低工程的成本。

2.严格控制整体刚度。一般来说，稳定条件、强度条件等并非是决定钢结构构件的截面设计主要因素，而结构的整体刚度条件才是首要考虑因素，尤其是对于一些薄壁构件形成的大跨度结构来说更是如此，因此设计过程中要注意对结构的整体分析，保证设计效果。

3.保证计算模型的精确性与结构的可靠性。钢结构材料属于相对比较理想的弹塑性体，其组织体现出一定的均匀性，接近各向同性，与现阶段很多计算方法、基本概念的要求完全相符，同时钢结构构件的连接模型比较符合实际情况，计算过程中不确定性相对较小，因此计算模型的精确性、结构的可靠性等必须得到保证。

4.节点构造相对十分复杂。在钢结构设计过程中，钢结构构件之间的连接与构造比较复杂，因此在设计过程中要注意并充分考虑这一点。设计节点时要综合考虑受力情况、建筑要求、构件截面形式、连接方法等各方面因素，再确定出合理、适用的节点构造形式。

八、结束语

我国钢结构设计近十几年的发展中有了快速的发展，但是相对于欧美等发达国家，还存在一定的差距。这需要我们不断的开发研究来进一步的缩短差距。

参考文献：

[1]申海啸，张玉生，蔡鹏.谈钢结构设计的一般过程[J].陕西建筑，2008年09期.

[2]马家军.钢结构设计步骤和设计思路[J].黑龙江科技信息，2008年05期.

第6篇

关键词：结构设计方法；可靠度；教学方法；概念与原理

作者简介：张振浩（1980-），男，广西钦州人，长沙理工大学土木与建筑学院，讲师；杨伟军（1962-），男，湖南益阳人，长沙理工大学土木与建筑学院，教授。（湖南长沙410114）

基金项目：本文系长沙理工大学桥梁工程湖南省高校重点实验室开放基金资助项目（项目编号：09KA02）的研究成果之一。

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）11-0078-02

一、“荷载与结构设计方法”课程特点及重要性

“荷载与结构设计方法”课程的教学对象是土木工程专业三年级本科学生，这是一门土木工程专业的专业基础课程，其先修课程是“概率论”、“数理统计”、“结构力学”等，学习了这门课程之后将为后续的“钢筋混凝土结构”、“结构设计原理”、“钢结构”等课程打下基础。

荷载与结构设计方法是结构理论与概率论、数理统计等数学理论相结合的一门新兴学科，重点介绍常用的结构可靠度计算和设计方法以及结构可靠度设计统一标准与现行设计规范的联系。[1]20世纪70年代以来，结构可靠度理论在工程结构领域进入实用阶段，许多国家都致力于建立结构可靠性理论为基础的结构设计规范体系。我国工程技术界非常重视结构可靠性问题，先后编制了《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153-92）等多个统一标准。教学主要目的是使学生掌握结构可靠度理论及加深理解并运用好这些统一标准及相应的设计规范体系。

该门课程的教学重点包括：可靠性理论的一次二阶矩方法即近似概率法（水准Ⅱ），主要学习中心点法、验算点法；荷载及抗力的统计分析；结构可靠性设计，包括我国“统一标准”采用的设计可靠指标，实用设计表达式以及表达式中各分项系数（荷载分项系数、荷载组合系数、结构抗力分项系数、结构重要性系数）的确定原则方法；结构体系可靠度。全课程教学学时为16课时，教学安排如表1所示。可见，课时少、难度大而内容重要是这门课的特点，也是这门课程教学的最大突出矛盾。

二、“荷载与结构设计方法”教学存在的突出问题

1.重视程度不够

由于各种原因，有些高校在土木工程专业的课程设置上对“荷载与结构设计方法”这门课程的重视不够，教学课时曾一再被压缩。同时教学内容除了结构可靠度理论外，还增加了“荷载”这一块的内容，包括重力荷载、风荷载、地震荷载、土压力等，这使得可用于教授结构可靠度理论的学时更为减少。[2]另一方面，学生本身也对课程的重要性认识不够，普遍认为结构可靠度知识对今后工作的帮助不大，在工程实践中不需要用到“如此高深”的理论。因此，若非考研需要，一般的学生均对该课程兴趣不大，投入学习的时间也较少。此外，课程设置上该门课程学时及学分的减少，也潜移默化地使得学生认为该门课程不太重要。

2.课程内容难度较大

结构可靠理论在土木工程结构设计中处于“统领”的指导地位，由于所站的层次较高，结构可靠度理论的基本概念本身就比较抽象，尤其目前一般将这门课程安排在钢筋混凝土结构、结构设计原理等课程前学习，学生在对钢筋混凝土结构设计完全没有接触了解的情况下，理解结构可靠度基本概念较为困难，抓不住要领。其次，结构可靠度的计算方法也颇为复杂。虽然课程只要求学生掌握基本的一次二阶矩方法，但学生仍普遍感到很是吃力。中心点法相对而言概念较清楚、计算比较简单，学生基本能掌握，但该法仅是可靠度计算的初级方法。对于需要重点掌握的验算点法学生就感觉难度较大了。公式推导复杂，计算步骤繁多，而且需要重复迭代计算，这些困难往往让学生望而却步。因此学生概念理解模糊、对计算过程一头雾水颇为常见，学生对验算点法的学习仅仅是进行生搬硬套的模拟，没有理解公式的含义，更不去探究这样计算的原因。

3.相关知识环节脱节

“荷载与结构设计方法”是在概率论、数理统计、高等数学、结构力学等课程知识的基础上进行学习的。这些相关课程的有机融合是学习好结构可靠度理论的前提，若已学知识理解不深刻和掌握不牢固，学习这门课程就会遇到很大困难。学生感觉这门课程难学的一个重要原因就是相关知识环节的脱节。结构可靠度计算对数学基础要求较高，尤其对概率论、高等数学要有很好的掌握。如中心点法、验算点法的可靠指标计算公式推导中均用到多元函数的泰勒级数展开，而在高等数学中一般只是学习一元函数的泰勒级数展开，对二元函数的泰勒级数展开仅粗浅涉及，由于学生对这些相关数学知识掌握程度不够，造成知识脱节的现象，学习起来较为困难。此外，还有一重要原因是学习“荷载与结构设计方法”课程与学习高数、概率论等数学课程的时间间隔较大，往往间隔一两个学期，致使已学知识生疏，也存在着知识脱节的问题。

4.对规范较为陌生，掌握不够

熟悉规范是土木工程专业技术人员的基本素质，学习“荷载与结构设计方法”课程的目的之一就是加深学生对规范重要性的认识及对规范内容的理解。由于客观不确定性的存在，土木工程结构的安全设计实际上是受国家经济条件约束的风险决策过程，决策是要在结构初始建造费用和未来可能的倒塌损失之间进行权衡。而这通常就是由国家的结构设计规范来控制和实现的。自20世纪70年代以来，许多国家都致力于建立结构可靠性理论为基础的结构设计规范体系。我国也自1984年起先后完成了第一层次的工程结构设计可靠度统一标准和第二层次的建筑、公路、铁路、港口、水利等各领域工程结构可靠度设计统一标准的编制工作。[3]因此，掌握和理解结构构件可靠度计算和设计方法以及结构设计统一标准与现行设计规范的联系，是本课程的重要学习目的之一。但绝大多数学生对相关规范不闻不问，去图书馆查阅规范的学生相当少，更谈不上对规范内容进行联系学习与理解了。

5.不熟悉计算机编程语言

“荷载与结构设计方法”课程需要重点掌握的验算点法，其公式不仅数目较多，而且较为复杂，关键的是最终求解出可靠指标需要采用迭代计算的方法。因此，使用该方法计算可靠指标若能借助计算机编程计算，则会大大减小计算工作量，而且也会对方法本身有更深入的理解。虽然学生在二年级时一般均选修学习过C语言或Fortran语言，但学习不够深入，相当部分学生在计算机编程方面的训练较为欠缺，能够完整地编好程序并且调试通过的极少。虽然教学大纲中没有要求学生掌握语言编程计算可靠指标，但此类训练会让学生对可靠度计算方法的理解大大加深，同时可以培养学生熟练使用计算机的能力，这也是土木工程专业人员采用先进计算分析手段的体现。

三、主要解决措施

1.引导学生加强重视，激发学生学习兴趣

在当前高校学生课程压力普遍较大的情况下，增加课程学时是不切实际的。因此，要着重加强作为学习主体的学生对这门课程的重要性认识，让学生在课后能自主地投入更多的时间精力去学习。要向学生反复阐明土木工程结构设计的可靠度背景和结构设计所需要满足的可靠度要求，进而引导学生认识到可靠度理论是指导结构设计以及制订结构设计规范的基础性理论，在土木工程结构设计中占有指导性的重要地位。在引导学生认识课程重要性的同时，还应进一步激发学生的学习兴趣。如在讲可靠度理论之前花些时间介绍结构可靠度理论的研究发展历程，吸引学生的注意力，告诉学生结构可靠度理论目前为止还有哪些问题是没有解决的，激发起学生跃跃欲试的学习劲头。总之，在学生对这门课程的意义感到茫然的时候，教师也应加强重视，用细心、耐心和恒心来做好这门课程的教学工作。

2.构建教学内容的知识连贯性和系统性

由于“荷载与结构设计方法”与高等数学、概率论等课程具有密切的联系，为避免或减小学生由于相关数学知识脱节的问题，宜在开始教授可靠度理论前花两课时的时间来给学生复习并补充与可靠度理论密切相关的数学知识，使整个可靠度理论在教学内容上具有良好的知识连贯性与系统性。教学实践证明这一点很有必要，若一开始就进入可靠度理论，由于高数、概率论的学习时间间隔太久，即使是数学基础好的学生也会是一知半解。此外，在课堂上的数学知识复习和补充之后，还要注意布置一定量针对性的课后作业，让学生切实温故而知新，为学习可靠度理论打下良好基础。可靠度理论的学习，可以将相关知识连贯性、系统性地有机串联起来，这将促进学生对专业知识掌握的提高和升华，更培养了学生的学习能力。

3.要特别注重概念阐释与原理讲解

结构可靠度理论之所以难学，是因为概念抽象、计算原理复杂，因此在教学当中要特别注重概念的透彻阐释与原理的详细讲解。[4]概念的阐释除了让学生明白其内涵外，还要从其外延去讲解。如结构可靠性的概念，将其内涵阐述结构在规定时间内、在规定条件下完成预定功能的能力；同时还应足够宽广地、没有遗漏地对其外延进行描述，结构可靠性包括结构的安全性要求、适用性要求、耐久性要求。学生从概念的内涵和外延去理解，既全面又不抽象，较容易做到对概念的掌握全面而准确。[5]

结构可靠度计算方法是荷载与结构设计方法这门所要重点学习掌握的内容之一。但由于计算过程与计算原理均颇为复杂，所以学生学习起来特别吃力。以验算点法为例，一次计算过程就需要历经当量正态化、计算方向余弦、写出验算点坐标与可靠指标间的关系、求解可靠指标、由可靠指标求解验算点坐标新值等一系列步骤，应用的公式多达五、六个，而且需要重复以上计算流程若干次才能求得最终结果。不少学生对验算点法的学习就是照葫芦画瓢，由于对计算原理的不理解，所以即使是照着老师讲的计算步骤一步一步做，也都是生搬硬套，容易出错。由于计算过程步骤本身就比较复杂，加上课时限制，一些教师在教学上有重计算过程而轻原理讲解的现象。为了避免学生知其然而不知所以然的情况，教师应该加强计算原理的阐释，对所要使用的公式要详细地推导，虽然计算原理、公式推导更为复杂，但教师必须有足够的耐心和细心辅导学生。学生只有在理解了计算原理的情况下，才能真正掌握好验算点法。

4.课程成绩评定宜注重激励学生

课程学习成绩的评定是对学生基础理论知识掌握情况和分析解决问题能力的综合反映，同时也是激励学生更进一步学习的手段。对于这门课程理论较深较难掌握的情况，对学生学习成绩的评定更要讲究科学，对这门课宜采用“平时教学严，考核相对松”的方式。目前该门课的成绩评定一般采用平时成绩加考试成绩的综合评价办法，其中平时成绩占40%，考试成绩占60%。对于平时成绩，不能只根据考勤、课堂和课后作业的情况来打分，为鼓励学生采用计算机语言进行编程，通过手算进行比较加深对算法的理解，虽然教学大纲中没有此项要求，但凡进行了计算机编程练习的学生都应加分，调动其学习积极性。对于考试成绩的打分，也不宜过于严格苛刻，打出来的成绩应该是让学生体验到通过自己的努力学习所获得的成绩是肯定，而不是令人泄气的过低分数。这样对激发学生在课后甚至是课程结束后仍有意愿自主地去学习这门课程知识是有重要意义的，尽量达到整门课程教学效果的最优化。

四、结束语

在“荷载与结构设计方法”课程的教学实践中，针对发现的问题采用相应的改进措施，收到了较好的教学效果。学生自我获取知识的能力、分析解决问题的能力均得到了良好培养和不同程度的提高。学生反映课程的强化教学对后续课程“钢筋混凝土结构”、“结构设计原理”等有很大的帮助，本科毕业后继续攻读研究生的学生更是反映这门课程的学习对创新思维具有的重要意义。

在今后的“荷载与结构设计方法”课程教学中，应进一步注意到这门课程所具有的数学与力学相结合的特征，教师要充分认识到这种知识体系的结合性，基于这种认识并结合实际工程背景来讲解基本知识点和概念，给学生传授正确观念，更为深刻地理解结构可靠度的理论。同时教师还要紧跟学科发展的动态，这样才能始终站在学科发展的前沿，给学生传授最新的理论和知识。这对于提高本科教学水平，完善高校教学职能具有重大的意义。

参考文献：

[1]许成祥,何培玲.荷载与结构设计方法[M].北京:北京大学出版社,2006.

[2]李富民,夏军武,杜健民,等.荷载与结构设计方法课的设置矛盾与对策[J].高等建筑教育,2007,16(3):75-78.

[3]杨伟军.服役结构可靠度理论及其应用[M].长沙:中南工业大学出版社,2000.

第7篇

关键词：复合材料； 铺层； 优化； MSC Nastran

中图分类号：V215.21文献标志码：B

0引言

近年来，飞机结构优化在飞机结构设计中的应用越来越频繁.优化设计的基本思想是：在满足飞机强度、刚度等结构完整性要求的条件下，保证结构质量最轻.

复合材料结构以其比强度高、比刚度大、性能可设计等优点，已被广泛应用机结构设计.复合材料层压板是由单层板粘合在一起组成整体的结构板，复合材料层压板的特点在于它的可设计性.层压板的性能不仅与单层板的材料性能有关，而且与单层板的铺设方式有关.单层板的性能与纤维材料及纤维指向有关，如各单层板的纤维指向不同或铺层顺序不同，则可以得到各种性能的层压板，因此，在不改变单层材料的情况下，有可能设计出各种力学性能的层压板，满足工程上的不同需求.

铺层设计是复合材料结构设计中的重要内容，复合材料层压板的强度、刚度、稳定性和工艺等均与铺层有着十分重要的关系，对减重效果有重要影响，铺层设计的优劣在很大程度上决定结构设计的成败.本文基于航空上通用的MSC Nastran优化模块，对复合材料尾翼进行铺层优化设计，取得较好的结果.

1优化分析计算思路

在有限元程序实施过程中，复合材料结构优化设计的基本步骤为：优化区域定义关键单元选择设计变量定义优化控制条件.MSC Nastran优化设计流程见图1.

4结论

讨论复合材料结构优化的分析计算思路，采用MSC Nastran优化模块对复合材料尾翼进行优化计算，得到以下结论.

（1）以质量最轻为目标函数的结构优化，初始尺寸假设比较关键.初始尺寸较小，结构质量会随着迭代循环而增加.

（2）优化变量初值上、下限对优化结果影响较大，影响计算收敛和结果的准确性.

（3）对于复合材料结构稳定性考虑不足，按线性屈曲计算，会造成结构质量偏大.

（4）结构优化是个反复迭代的过程，不能期望一次就能给出合理的结果.

（5）复合材料影响因素较多，需要对优化结果进行较多的处理，需要有较丰富的工程经验.

（6）通过复合材料尾翼的优化计算，说明采用MSC Nastran对复合材料结构进行优化可行，有一定的工程应用价值，也为推动复合材料在飞机上的应用积累经验.

参考文献：

[1]刘兵山， 黄聪. Patran从入门到精通[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2003.

[2]飞机设计手册总编委会. 飞机设计手册载荷、强度和刚度（第9册）[M]. 北京： 航空工业出版社， 2001.

第8篇

关键词：混凝土结构；设计；本科教学

【中图分类号】G64.23【文献标识码】A【文章编号】

土木工程是一门和人们衣食住行息息相关的学科，范围非常广泛，有房屋建筑工程、给水排水工程、公路与城市道路工程、机场工程、水利工程等。其发展取决于两方面：物质技术方面和科学理论方面。科学理论的目的是认识课题，寻求本质，主要任务是解决“为什么”，表现形态为知识理论；物质技术的目的是用来改造课题，任务是回答“做什么和怎样做”，表现形态为物质[1]。在土木工程领域科学理论主要表现为材料和结构在作用下的反应与破坏机理、计算原理；物质技术主为材料制作与加工技术、结构技术、施工技术、节能技术等。其中施工和材料，还有理论最为重要，又称为土木工程的发展的三要素：施工、材料和理论。

房屋建筑工程是土木工程的分支，同样受二个方面和三要素的制约与促进。科学理论方面每个领域都是基本相同的，由于不同领域的特殊性，其物质技术方面不尽相同。在本科教学中，作者认为应讲清理论，来理解和掌握技术；工作中，则要结合现有技术和理论，解决工程问题，创造和使用新的技术。

虽然房屋建筑工程只包含两个方面――科学和技术，但内容非常多，限于篇幅，本文主要讲述物质技术中的结构设计。结构是承重的骨架体系，根据组成材料又可分为混凝土结构、钢结构、砖混结构、木结构等。不同材料及所组成的结构体系在作用的反应与破坏机理的不同，设计方法又有所不同，本文主要从总体上讲述混凝土结构的设计方法的共性与教学改革建议。所谓结构体系是指构件按一定的传力路径而组成的结构定式，通常简称为结构。目前混凝土结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、混合结构。

混凝土结构的材料组成主要是钢和混凝土，由于两种材料的组成关系不同，以及结构体系的不同，不同的结构在荷载的作用下有共性，又有其特性。下面就谈谈结构设计共同的基本原则和步骤。

一、结构设计

设计就是把我们的规划、构思等，以视觉的形式（声音、图像和实物等）表现出来。结构设计通常指把空间以图纸的形式表达出来。结构设计的基本原则是均匀性、整体性和经济性。均匀性指结构质量、刚度、几何尺寸和作用分布均匀。整体性一指结构在作用下，作为一个整体参与抵抗工作，二指在偶然作用下或局部的破坏，结构还能保持整体而不倒塌或缓倒塌。结构均匀，方便估计作用效应，找出薄弱部位，采取加强措施；结构整体好，能提高其抵抗偶然作用的能力及抗灾能力，从而提高安全性。具体指导方针：安全适用，经济合理，保证质量，方便施工，减轻偶然作用，避免人员伤亡，减少经济损失。实施时从项目选址，（建筑和结构）设计，施工三个阶段严格把关，科学决策。本文主要谈结构设计阶段的方法与步骤。

我国现阶段的房屋建筑设计模式是建筑设计和结构设计分别由建筑师和结构师完成。通常把结构设计分成三个阶段：方案设计，初步设计，施工图设计。

1.方案设计

本阶段结构师根据经验，结合建筑方案，运用概念设计，初选结构的型式，结构的体系，构件的形式等。所谓概念设计即根据工程经验等形成的设计原则和设计思想，进行结构总体布置并确定细部构造的过程。

由于结构在各种作用下反应的复杂性，以及实际结构与计算模型的差异，很难有效地算出结构在各种作用组合下的薄弱环节，因此本阶段主要是运用正确的结构概念进行设计[2]，且要综合考虑经济、施工和技术先进性等。

具体过程结合结构破坏可能产生的后果及对各方面影响后果的严重性，根据建筑工程抗震设防分类标准与建筑结构可靠度设计统一标准，确定结构的设防类别及结构和构件的重要性。结合《抗规》（3.4节～3.9节，6.1.1）或《高规》（第3节），确定结构的三维尺寸（长宽高），结构体系及传力途径等。通常形成2个以上的方案，以供比较和进一步的优选。

2.初步设计与计算分析

主要是对前面的方案进行优选。初选构件的截面尺寸，材料，确定结构的计算简图，包括确定结构体系，杆件类型，杆件之间的连接形式，结构与支座的连接形式，材料的力学性质，荷载的计算。根据计算简图进行结构的力学行为分析（内力、变形、稳定性、动力特性等），从强度、刚度和稳定性三个方面对方案进行比较，确定最合理的方案。用极限状态设计法，求出构件的计算配筋量。

初步估算可以用简化方法并结合概念设计（如《抗规》3.4～3.6，《砼规》3.1～3.2和3.6，《高规》第3～5章）对多个方案进行初步筛选。再对筛选的方案，利用合法有效的软件（抗震分析时要符合抗规3.6.6），对结构进一步的分析比较：内力、位移、周期、薄弱部位和复杂部位的应力分析等，综合考虑施工与经济，确定最优的方案（结构布置、构件尺寸和材料类型）。对最优方案做详细的分析与计算（细部应力计算），得出计算配筋量。

3.施工图设计

本阶段主要是根据计算结果，结合概念设计，对结构和构件的构造、连接措施，耐久性及施工的要求，进一步的明确和细化，确定结构及构件的配筋量，细部构造的处理，选定材料。

目前常用的软件能给出梁板柱墙及基础的配筋量，并根据设定钢筋库进行选筋，并用平面标注。有时软件的选筋结果不是很合理，还需要设计人员根据计算结果及规范的相关要求，并运用概念设计对配筋进行核查、调整和补充。规范相关章节为：《砼规》3.5，4章，8章～11章，《高规》3.6，3.10，6章～11章，《抗规》3.9节和第6章，非结构构件还要考虑《抗规》3.7节和第13章.基础部位则要考虑《高规》第12章及《地规》和《桩规》。综合考虑当地材料的供应和施工水平，书写施工说明，绘制配筋图。

二、教学

传统设计规范以“截面钢筋屈服”和“混凝土破碎”控制混凝土结构的安全，实际这只属于安全的较低层次。而结构在偶然作用的倒塌，才是对安全的最大威胁。因此，提高结构的抗灾性能，这才是结构安全的根本[3]。而提高结构的抗灾性能，就要加强结构的整体性。传统的房屋混凝土结构的教学也是以构件教学为主――重构件计算，轻概念。课程的安排方面也存在支离破碎的现状。

作者认为，混凝土结构的教学也应随着人们对结构设计认识的深化，而改变。指导思想为讲清原理（学生和老师），重视概念和整体方案设计的教学，构件的计算作为基本技能掌握。具体为：1.课程的重组，把混凝土设计基本原理，混凝土结构设计，高层建筑结构设计，建筑结构抗震设计，合为混凝土结构设计，分为三部分――基本原理，结构设计（非抗震和抗震）。2.编写相应的大纲和教学计划――先进行整体结构的教学（方案设计，效应的计算与组合），考虑到与结构力学的衔接先以框架结构为例。再讲基本原理，最后其它结构体系及结构的抗震设计。

三、总结

结构设计的原则是均匀性和整体性：要重视概念和方案设计（刚度、质量和几何分布均匀），加强结构的整体性，提高结构抗灾性能。教学更应该从传统的构件式教学，过渡到整体式教学：理解原理，重视概念，掌握基本技能。

参考文献

[1]科学与技术的区别[J].齐齐哈尔社联通讯，1985，S2期：28.

第9篇

【关键词】：土木工程；建筑结构；问题；措施

1、土木工程结构设计概述

1.1内涵

土木工程一方面指勘察、施工等技术活动及所使用的相关技术设备；另一方面是指服务于人们生产、生活等各方面需要的建筑工程设施。而土木工程结构设计是指根据工程设施的具体用途和建筑物需满足的要求做出结构上的详细设计方案，是施工前的必要准备工作之一。

1.2特征

对计算机技术的应用程度较高。在对土木工程进行结构设计的过程中，计算机技术发挥了较大作用，各种设计软件的产生给设计者的工作带来很大的便利。同时，对该技术的运用也使得设计的精确度提高、设计的科学性增强，从而使得结构设计能更好地服务于实际需求。

2、土木工程建筑结构设计所遵循的原则

2.1设计方案要合理

方案设计合理是结构设计方案的基本要求，即方案具有可实施性，能够确保结构稳定性的同时还要尽可能满足建筑的各方面要求。这需要设计师在设计前对建筑的功能进行调查了解，对建筑的特点进行准确把握，同时对工程施工地点等有所了解，因为一个建筑结构的稳定性不仅要在结构上符合各种力W要求，同时也要考虑当地环境因素，这样才能确保最终建筑的稳定性。

2.2设计方案要完善

方案的完善性需要通过对基础方案的多次审核修改后得到的，在新的结构设计方案确定后，设计师需要对基础方案进行研究分析，同时发挥出团队的力量发现原方案中的不可理之处，综合各方面因素对原方案进行修改，通过方案的不断修改来提升最终方案质量。

2.3设计方案要高效

方案的高效性主要表现在设计图标的标注上，设计方案中建筑物设计图标的明确非常关键，通过对建筑物的标注能够确保整个设计图纸有详细的数据源，使图纸变得更加形象化，同时也便于工程图纸在施工过程中的应用，另外在图纸设计过程中将工程施工中可能遇到的问题标注出来，能够有效避免工程施工问题，也是提高设计方案高效性的重要措施。

3、土木工程建筑结构设计过程中存在的问题即解决措施

3.1图纸设计问题

图纸建筑结构设计第一步，随着现代科技的不断发展，各种绘图软件的出现使图纸设计变得更加便利，图纸是建筑施工的第一参考目标，其质量好坏直接关系到整个工程质量。但是在图纸设计过程中存在态度问题，设计人员没有认识到图纸的重要性，认为只是一种参考，在工作过程中态度消极，使得最终的设计的图纸质量达不到要求，图纸与实际建筑结构在细节上有一定出入，很难保证最终建筑结构质量。针对这种情况，首先要改变设计师的态度，转变图纸在其心目中的地位，提高设计师对图纸的重视度，在图纸设计过程中不仅要确保其质量还要确保其可指导性，尤其是在建筑结构细节问题上要在图纸上重点突出，能够有效防止因图纸细节不明确而造成的结构问题。

3.2设计师的专业素质较低

由于现代建筑工程巨大，一般一个建筑的结构设计都需要一个团队来完成，这个团队设计者的专业素质直接决定着最终结构设计质量。对于一些团队而言，虽然有专业的设计者带领，但是其设计团队内部其他人员的专业素质并没有达到要求，在任务分配过程中，由于不同设计者存在专业差距，导致最终的结构设计产品在细节方面没有得到完善处理，或者是需要后期通过多次修改才能勉强达到要求，这样的设计团队会影响建筑结构设计最终质量。专业素质对于设计师而言是非常重要的，一个设计团队之间的设计师首先要统一设计理念，对于专业素质较低的设计师降低其工作量，同时不断对其进行专业素质培养，通过‘一带一’，即经验丰富的设计师带领新人来不断提高其专业素质，通过经典建筑结构的分析学习不断提升自身对建筑结构设计的理解，从而不断提高整个设计团队整体专业素质。

3.3设计方案缺乏优化

方案优化是结构设计方案的关键步骤，通过综合各方面因素对原有设计方案进行分析，从而解决其存在的问题，使方案更符合现代设计理念的要求。在土木工程建筑结构设计过程中，受各方面因素的影响，在设计方案的优化方面存在一定问题。其次结构设计方案整体性和概念性较低也是方案优化中的问题，建筑结构设计是一项复杂的工程，但是建筑的整体性是非常重要的，设计师不能忽视了建筑的整体性而片面思考问题，这样会影响建筑结构的整体性、美观性等。最后建筑设计师为了追求结构设计的新颖性，使整个结构设计过于‘浮夸’，导致建筑结构存在各种缺陷，使设计方案仅仅存在于‘空想’层面上，无法进行方案实施。设计方案的优化需要不断重复，反复筛选。首先设计师要明确建筑的功能，这是进行结构优化的第一步，在满足功能要求的基础上进行成本、美观等方面的优化，确保最终方案在各方面都能满足要求。针对结构设计方案的整体性和概念性问题，在每一次优化过程中都站在建筑整体的角度进行优化分析，这是确保其整体性的关键，对于过于片面的东西可以舍弃或者在其它方面进行完善补充，从而使各个结构组成整体性强，整体性不仅要体现在结构上还要体现在功能上。最后，建筑结构设计的基本理念就是‘可实施性’，所以在结构设计时要紧紧围绕这一理念，坚决避免追求个性、新颖而抛弃其基本理念，所以在每一步的结构设计时都要考虑是否可实施，这样才能保证最终结构设计方案的可实施性。

结束语

结构设计的科学合理对于保证土木工程的安全性具有深刻意义。当前我国土木行业在结构设计中仍存在较多的安全问题，从而使得工程质量堪忧、相关事故多发。面对这种现状，有关部门与人员需积极采取相关措施增强土木工程结构设计的安全性，以维护人民群众的生命财产安全、维持社会稳定。

【参考文献】：

[1]冯涛.土木工程建筑结构设计中的问题与策略探讨[J].住宅与房地产.2016（09）