結構設計基本步驟精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇結構設計基本步驟范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞: 建筑，結構設計，質量，措施

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著我國市場經濟狀況的高速發展，城市化的進度正在逐漸加快，盡管房價商場非常猛烈，房地產市場的交易量依然與日俱增，對廣大人民百姓來說，購置住房是生活中最重要的活動之一，不少工薪階層將大半生的勞動所得消耗在房產上。同時，我國的內陸地區地震頻發，住房的質量不但與廣大人民的切身利益息息相關，還可能在自然災害發生時直接影響到百姓的人身安全。建筑的結構設計在很大程度上影響著建設工程的安全可靠、美觀實用、施工難度、工程造價等諸多品質，提高建筑結構設計質量自古以來，都是結構工程師最為關注的話題之一。同時，項目的特殊要求、施工環境的變化以及結構設計人員水平上的差異等諸多因素都與結構設計的出圖質量密切相關。為了盡可能避免設計圖紙上出現“漏、碰、錯、缺”，相關領域的技術工作者應當通過有效的措施盡可能提高建筑結構設計的質量。

1 建筑結構設計的基本概念簡介

結構設計的具體程序是需要嚴格遵守的。建筑物的設計工作實際上存在諸多分支，這些分支具體涵蓋了結構設計、電氣設計、建筑設計、暖氣通風設計、給排水設計等。每個分支的具體設計過程都必須圍繞四個根本目標: 審美要求、功能要求、環保要求以及經濟要求。建筑的結構是建筑物發揮其使用功能的基本條件，因而，結構設計也是建筑物設計過程中極為重要的組成部分之一，結構設計細分為以下四個步驟: 設計結構方案、結構分析、設計構件、繪制施工圖紙。

建筑結構的類型這一概念相對而言范圍廣、內容豐富。根據不同建筑物在具體功能要求上的差異，隨著科學技術的發展，逐漸產生了諸多結構類型與結構的分類方法。從建筑物具體用途的角度，可以劃分為民用建筑與工業建筑。如果依據建筑物的層數來分類，則可以分為超高層、高層、多層、單層建筑。建筑物使用的結構材料是有所區別的，從結構類型的角度來分類，大體上有: 混合結構、砌體結構、木結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構等。此外，建筑物的結構構件組成方式也存在較大的區別，從這個角度，可以劃分為框筒結構、剪力墻結構、框架結構、筒中筒結構、筒體結構、框剪結構、束筒結構等。由此可見，建筑結構類型的劃分方法頗多，內容也相對復雜。而建筑結構設計中還有一個很重要的名詞: 概念設計。概念設計的具體含義指的是通過清晰、明確的概念結構，在不進行數值計算的情況下，根據分系統與整體結構系統間的結構破壞機理、力學關系、實驗現象、震害以及工程經驗所獲得的原始設計思想與基本設計原則，對結構的計算結果做出合理、準確的分析，同時將計算假設與結構的實際受力狀況間的差異也考慮在內，對結構或構造進行設計，盡可能保證建筑物的受力更安全、更合理、更協調。

2 概念設計的具體步驟與重要意義

在結構設計中，概念設計占據極其重要的地位，結構設計步驟通?？梢詣澐譃槿? 前期選擇方案階段，中期結構計算階段以及后期制繪施工圖階段。結構設計與分析的首要步驟就是概念設計，以上三個步驟均與科學的概念指導不可分割。

一名好的結構工程師在每個項目工程設計的初始階段，也就是建筑設計方案確定階段，先按照自身的經驗和專業基礎，在心里經歷一段優化過程，應用概念設計手段，能夠快速、合理地構思，比較，抉擇每一個結構體系，并且協助建筑師擴展或者實現建筑行業所需要的空間形式，想要的使用，構筑和形象功能，且將其定為目標，同建筑師共同決定建筑的總體結構方案，此外，還要確定整體結構體系和分體結構體系最佳的受力方案。得出來的方案一般具有清晰的概念和正確的定性，從而避免了后期不必要的運算，經濟可靠性能較好。另外，這種方法也可以作為判斷計算機的內力分析所得到的數據可靠性的依據。作為結構設計的靈魂和核心，概念設計統領著整個結構設計過程，也顯示了設計工程師的理論和設計水平。通過結構概念設計的運用，可以從全局上明確結構的各項性能，從而科學的判斷計算分析得到的結果并進行合理的利用，確保了設計過程中工程師的主體地位。

3 提高建筑結構設計質量的具體措施

建筑工程的一個特點就是受到地理因素的制約與影響，這個特點也導致設計過程中涉及的參數很可能具有一定的特殊性。簡單舉例有: 基本雪壓、基本風壓、場地土類別、地震烈度等鑄鍛參數的選取過程都要嚴格依照《全國基本雪壓分布圖》《全國基本風壓分布圖》以及工程地質報告這三份材料進行敲定，又如墻體圍護的主材在不同地區存在差異，工程師則需要根據實際選用的主材確定墻體荷載。在開始設計之前，設計人員應當大量收集設計相關資料、深入研究設計規范，根據具體的工程類型、地域條件確定具體參數，這樣的做法能夠在加強計算結果可靠性的同時，避免參數不合理、參數錯誤造成的返工、浪費等現象。建模計算的前期處理是提高結構設計質量的重要措施之一。對荷載的計算要保證準確有效，估計、推測等無依據的做法是需要每個工程師盡可能避免的。建模的過程要嚴格按照科學的方法來給定輸入，樓梯洞口輸入處的局部開洞處理，轉換層構件與懸挑構件設計中活荷載的不利影響，飄窗部分的荷載分析等都是需要格外注意的步驟。

在尚未了解各個參數具體含義的情況下，毫無依據的對參數進行盲目的修改是結構建模過程中的一個大忌。在調整參數的過程中，要格外注意不同參數的具體適用范圍，具體的某一項參數大多具有較為嚴格的適用性，磚混結構下準確的參數，很可能不適用于框架結構，多層結構下準確的參數，對高層結構的適用性也未必能夠保證。對相關計算軟件的應用也要注意這個問題。不同的計算理論是具有其特定的假設條件的，軟件的編制默認狀態下均符合這些特定條件，為了避免出現參數不匹配、不適用的問題，在使用軟件前必須了解清楚這款軟件的具體技術條件，即使是最熟悉的PKPM 軟件系列也不能忽略這個問題。缺乏對于軟件技術條件的深刻理解，就無法合理、正確的應用軟件進行實際設計。因過分信任計算機的計算結果，而忽視結構概念導致的嚴重錯誤，近年來在結構設計領域也屢見不鮮。相關領域工作者在必要的情況下要進行手算復核，而不是迷信軟件的計算結果，這種情況對于帶轉換的構件設計工作最為重要。

在結構設計的過程中，建筑物計算分析的結果是為了確保在靜力荷載以及自然災害造成的動力荷載作用下具有較強的整體安全性。然而，僅僅依靠計算分析結果展開的設計，在實際生活中是很難避免荷載作用下建筑物局部開裂、破壞等現象的。針對不同的自然災害，要進行專門的防護性設計。以地震為例，可以根據工程抗震等級的要求指標，按照設計規范中的具體要求，在結構設計過程中采用必要的構造措施。

4 結語

通過文章中的分析，概念設計在建筑結構設計的過程中扮演了很重要的角色。除此之外，針對軟件計算參數、計算結果的荷載分析、數學建模工作的有效進行，都是提高建筑結構設計質量的好辦法。

參考文獻:

［1］ 馬玉剛． 淺談如何提高建筑結構設計質量［J］． 工程技術，2010( 7) : 5．

［2］ 張麗莉． 淺談提高建筑設計質量的措施［J］． 建筑工程，2010( 4) : 7．

篇(2)

關鍵字：民用建筑；結構設計；工程造價

中圖分類號： TU723 文獻標識碼： A

在足以滿足建筑工程所想要達到的預期結果的前提之下，在經過對建筑項目進行合理而且科學的設計后，特別是對工程造價控制的有效性的關鍵就在于對建筑結構所需要進行優化設計，以至于可以說在一定的程度范圍內，工程造價和建筑結構設計之間是存在著一種既相互制約而又互相促進的關系。經有關部門的精確分析發現，在建筑的最初的設計時期，在設計過程當中所需要耗費的成本，在建筑工程中所占據的比例不足總費用的1％，但是建筑設計的合理性，是否科學、有效，對于工程造價會造成非常大的影響，甚至影響力在75％以上，在建筑中期的設計時期，相對于工程造價進行控制的有效性能夠高達87％，當進入到工程的施工期以后，對工程造價控制的有效性就只在12％左右。

1、建筑結構設計與工程造價的概念

1．1建筑結構設計的概念

建筑結構設計是指針對各個建筑工程當中的具體結構，經過仔細地比對和選擇，然后具體規劃，最后通過具體的描述等步驟，從而表達設計師在進行建筑結構設計意圖的過程。完美呈現建筑設計方案以及符合建筑實用功能，這是是建筑結構設計在原則上的前提；而在非常嚴密的設計規范引導下，以建筑的總體安全為根本，在得以實施的過程中采取相對比較有效的方法，將建筑結構造價最優化，使得能夠將顧客的具體要求以及建筑設計師的思維構想具體化為有用的施工圖紙，從而用以指導建筑工程的具體施工過程。

1．2工程造價的概念

工程造價是指對建筑工程項目在實施過程中所要進行的前期策劃，然后需要方案具體的可行性的分析和研究，然后再針對方案進行合理的論證，接下來的設計招標和項目的推進過程以及實施等方面，最后在方案實施過程中的管理，這些具體的每個步驟所需要花費的費用總和的統稱，而且在建筑工程得以實施的每個步驟所可能會形成的工程造價的額度會和分布時有所差異。根據相關部門的研究調查表明，設計階段對工程總造價的影響是在投資決策階段意外最為顯著的。

2、建筑結構設計對與工程造價所產生的影響

2.1結構設計方案對投資決策階段的具體影響

在前面的數據上已經顯示出，在建筑的設計階段的時候，在設計過程中所會花費的成本只是不到整個建筑工程的總花費的1％，但是就是這只是占據總花費不到 1％階段，75%的工程造價形成都由它決定。在一個單獨的建筑項目的設計過程中，建筑結構設計方案的比對和選擇以及選擇建筑結構的材料的問題，都可能在極大程度上影響到投資決策。

2.2結構設計方案對經常性費用的具體影響

建筑結構設計方案不僅會對一次性的投資決策產生巨大的影響，而且還會對建筑項目完成交付之后的一些經常性的費用產生不可估量的巨大影響。

2.3規劃設計質量方面的影響

通過對建筑行業事故的分析，可以發現，質量、結構設計作為主要的原因之一。有一部分建筑物的質量設計并沒有達到相關的標準和要求，這將潛伏著巨大的安全隱患；除此之外，就是結構設計對建筑質量未造成威脅，在建筑過程中也會出現一系列問題，極易產生工程質量不合格的問題，這就需要進行返工，無疑不利于工程的順利建設，更有甚者，將造成建筑物的安全問題隨處可見。

3、工程造價在民用建筑結構設計中的控制策略

3.1判斷優劣采取招標的方式

招標與投標不但要出現在規劃設計方案的選擇階段，而且在工程圖紙設計的時候同樣需要存在，此種方式將建立起有效的競爭意識，形成爭先創優的局面。如此一來，眾多競爭設計團隊將會嚴以律已，注重細節問題的分析，因為他們知道，稍有不慎，將會面臨競爭的失敗，這樣也將同時激發他們的積極進取心，讓他們能夠為自己制定出更高的要求。招標、投標之后，就進入了實施階段，當工程完成以后，我們需要做出相應的評價，這個時候，我們必須要針對建筑的質量、創造性、成本投入等方面做出科學的評估，與此同時，還要在經濟、效果以及技術方面加以考量。在選擇施工團隊的時候，盡可能選擇資深團隊，并且有實戰經驗的團隊，當然還需要具備一定的創造性，能夠盡最大可能的降低投資成本，建造出適合于時展的新型建筑物。

3.2將經濟效益與技術性相關聯

（1）作為建筑物的開發設計人員，一定要具備一定的經濟節約意識。在規劃設計的同時，要定期不定期的與技術人員進行協商、洽談，尤其對于經濟效益，不可出現孤立的局面，大家要眾志成城、團結協作。在設計的早期階段，對施工過程做好經濟預算，將工程造價合理控制在最優設計方案中。

（2）在工程規劃設計的時期，經濟技術人員要給予規劃設計人員一定的經驗協助，盡最大可能的收集與本工程相關的資料和數據，建造科學、合理的經濟指標，為項目規劃人員提供詳細的預算結果，營造一種良好的氛圍。

（3）在規劃設計的同時，將經濟效益與技術相關聯，這就需要經濟專員與技術專員思想統一起來，經濟專員要自覺的參與到設計活動中去。嚴禁出現浪費的現象，尋求最佳方案，優化產業結構。

3.3鋼筋使用量與部件截面尺寸要得到有效控制

3.3.1鋼筋使用量的有效控制

建筑物在設計的同時，一定要有節制的使用鋼筋，盡可能的減少鋼筋的使用量，選取性能較好的鋼筋，高強鋼筋則是一個不錯的選擇。我們在使用高強鋼筋的同時，自然而然減少了鋼筋的使用量，這將在一定程度上降低了建設成本，有利于造價的有效控制。HRB335級鋼筋作為傳統工程建筑常用的鋼筋，HPB235級鋼筋用于板筋與箍筋，由此可知，這種鋼筋是以前工程上面所使用的，顯然已經無法滿足當前工程需求。在選擇鋼筋的時候，我們一定要切合實際，從工程本身出發，在考慮功能、性能和經濟的原則上，進行鋼筋的選擇，當前HRB400鋼筋被廣泛運用，其特點為：強度高、延展性好、性價比高等，在工程施工過程中，此種鋼筋的優勢非常突出。

3.3.2 部件截面尺寸的有效控制

建筑物的柱子、梁、混泥土、板等的厚度就是所謂的部件截面。鋼筋使用量與部件截面尺寸的大小成反比，也就是說建筑物部件截面在變大的時候，鋼筋的使用量會有所減少，反之，當建筑物部件截面變小的時候，鋼筋的使用量會隨之增多，而建筑物部件截面的增大，會加大混泥土的使用量，這樣將加大建筑物負荷。這種縱橫交錯的關系十分復雜，這就需要我們對此做好科學、合理的預算和設計。這些工作不是一個部門一個人所力所能及的，而是需要整個團隊的相互協作，在保證建筑物外觀大方、美觀，結構合理、質量達標的前提下，進行建筑物部件截面的定量，保證截面尺寸大小符合最優的設計方案。

3.3.3地基基本形式的有效選擇

地基基本形式的有效選擇對于整個建筑物而言，其意義深遠而重大，除此之外，地基基本形式的有效選擇對于總工程造價的控制有著巨大的影響。相關調查發現：地基基本形式所產生的成本占整個工程造價的10％-20％。由此可以看出，地基基本形式的選擇尤為關鍵，規劃設計師一定要結合地質地貌與工程自身特征，進行地基基本形式的有效選擇，在選擇的同時，需要考慮的外界因素大體上包含了：水文條件、自然條件、地質條件以及建筑物的受力情況等。一般而言，地基基本形式的選擇方法有很多種，這個時候就需要設計人員通過對經濟、技術、性能等方面的比對，選擇最佳方案，以此達到民用建筑結構設計中對工程造價的合理控制。

4、結語

綜上所述，在民用建筑結構設計的同時，我們需要關注每一項重要指標，尤其是對于工程造價的有效控制。由于直接關系到運營者的收益，因此，工程造價預算人員一定要具備資深的任職條件和先進的經濟意識，只有嚴謹的態度和細心的工作，方可收到預期的結果。當然從工程造價控制中，我們可以看到一個企業的綜合素質和一個團隊的業務技能。隨著一幢幢建筑物的雄起，工程造價控制預算不可或缺，這也將是人類今后對民用建筑結構設計研究和探索的重要方向。

參考文獻：

[l]陸增雨.如何處理結構設計與工程造價的平衡關系[J].價值工程,201 1.30(12):l10．

[2]劉秀玲.工程造價與建筑結構設計的關系及優化措施研究[J].科技信息.2011(35):259．

[3]戚豹.建筑結構選型[M].北京：中國建筑工業出版社,2008.

篇(3)

針對土木工程專業結構類課程設計在人才培養和教學中存在的問題，構建了結構類課程設計的目標體系和內容體系，基于整體性提出了結構類課程設計改革和實踐方案。實踐表明，提高了學生的工程結構設計能力和素質，縮短了學生畢業后工作的適應期。

關鍵詞：

課程設計；結構設計素質；土木工程；適應期

基金項目：

黑龍江省教育科學―十二五規劃課題（重點課題GBB1212055；規劃課題GBC1213115）；黑龍江科技大學教學改革項目(JY14-88)。

目前，一般院校土木工程專業人才培養都趨向于培養高級應用型技術人才。土木工程專業的實踐性很強，而土木工程結構設計是土木工程專業學生必備的業務能力之一，是土木工程專業高素質人才培養的一個極其重要的實踐性教學環節。土木工程結構類課程設計是本科生學完混凝土結構、砌體結構、鋼結構和土力學地基基礎等專業主干課程后，針對所學的各種不同結構體系和構件的設計理論、設計方法和設計計算步驟等內容進行的階段性總結及設計訓練。同時，進行結構類課程設計既是學生順利完成畢業設計的基礎，又是學生畢業后從事土木工程結構設計、技術咨詢等工作的前奏。結構類課程設計教學質量將直接影響到學生畢業后從事土木工程結構設計的能力和素質，也將直接影響到學生就業質量，但是，大多數高等院校的結構類課程設計的實踐教學內容、教學模式等不能適應新新形勢下土木工程人才培養的要求。分析表明，主要存在以下幾方面問題：（1）各門結構類課程設計的設計題目和設計內容相互獨立，缺乏系統性和整體性，并沒有充分考慮各門課程設計之間相關性；（2）各門課程設計的題目來源和設計內容的工程背景不詳，缺乏與實際工程的緊密銜接，缺乏應用性；（3）各門課程設計的任務書中所給基礎性數據和參數過于具體，不利于學生獨立分析問題解決問題能力及創新能力的培養；（4）課程設計的過程管理，質量監控和成績評定缺乏有效機制；（5）條件保障有待于加強，必要的課程設計指導書等資料匱乏。基于上述存在的問題，進行結構類課程設計的改革研究與實踐勢在必行。因此，以系統論為先導，基于土木工程結構的整體性概念，加強結構類課程設計的多維度的研究與探索，對提高學生工程結構設計素質，實現學生畢業后從事結構設計的零適應期培養具有重要的顯示意義。

1基于整體性構建結構類課程設計的目標體系和內容體系

目標是改革和建設的導向，課程設計的改革亦應如此，明確培養目標是首要的工作。依據社會對土木工程設計人才的需求，明確結構類課程設計改革主要目標是：基于土木工程結構的整體性，培養學生從事工程結構設計和技術咨詢等工作的能力和素質，實現畢業后從事結構設計零適應期。具體說，學生在學完混凝土結構、砌體結構、鋼結構和土力學地基基礎等結構類課程后，通過進行系統的課程設計進一步深化對結構體系和各結構構件的基本概念、基本理論和基本設計方法和公式的理解和應用，并且從土木工程結構整體上把握不同結構體系及其基本構件的具體設計方法和步驟；加強學生對計算機技術（結構電算分析、繪圖等）和信息技術應用能力的培養，加強學生設計資料和參考文獻查詢與檢索能力的培養，以及對不同結構體系及其構件的結構施工圖表達能力的培養；同時，從多維度培養學生的工程素質（工程意識、工程設計能力等）、創新意識和能力，以及團隊協作精神和品質等。土木工程結構是由各種不同受力狀態的構件組成的一個空間結構承重體系。對于建筑工程來說，任意一個建筑結構都是由豎向結構承重體系、水平結構承重體系和下部結構承重體系組成的空間承重骨架，這三部分承重體系之間并不是孤立存在，而是相互連接，組成一個一個系統。這樣無論以哪一部分體系為內容進行課程設計，都應該基于整體（系統）性去分析相互之間的關聯性[1-3]。傳統的結構類課程設計內容體系包括單向板肋梁樓蓋結構設計、單層工業廠房排架結構設計、鋼屋架結構設計和基礎工程結構設計。由于混凝土結構的裝配式單層工業廠房排架結構在目前實際工程中應用較少，且在排架柱設計時，內力組合理論與框架結構中框架柱的內力組合理論相同，因此在新的課程設計內容體系中將其取消。根據土木工程的專業主干課課程體系構建土木工程專業（建筑工程方向）結構類課程設計內容體系。結合一幢多層混凝土框架結構工業廠房（附帶有多層砌體結構辦公樓）。從房屋建筑工程結構整體性的角度編寫結構類課程設計任務書，內容包括總則（包含設計目的、工程背景資料、建筑圖紙等）和各分項課程設計內容的設計要求及相關資料和參考文獻，在課程設計任務書中體現出：鋼屋蓋結構課程設計主要是設計框架廠房的屋蓋，混凝土梁板結構課程設計主要是設計框架結構廠房及砌體結構辦公樓的樓蓋和樓梯；通過完成屋蓋和樓蓋結構設計，即可確定出由屋蓋和樓蓋傳遞給框架和墻體的荷載，這樣就可以進行框架結構和砌體的課程設計。砌體結構課程設計主要設計砌體結構部分的墻體、墻梁、過梁、圈梁和雨篷等。上述四項課程設計內容的完成，即完成了整個建筑結構體系的上部結構體系的結構設計，也確定出了上部結構傳遞給基礎的荷載；再根據地質條件等其他因素，進行基礎工程的選型和設計計算，完成基礎的結構設計[1]。

2基于整體性培養學生結構設計能力及創新意識和能力

結構設計是一項富于創新的工作。在課程設計任務書中，根據建筑的使用功能要求和建筑模數的要求給定相關的尺寸（柱網尺寸、標高、層高等），通過這些尺寸的合理交叉使班級每個學生具有一組基礎數據；對于樓面的做法、樓（屋）面可變荷載等都不直接給出，由學生自己設計或查閱資料確定，這相當于每個學生的設計方案計算都不盡相同。對于結構體系的具體結構形式也不做明確的規定（如混凝土梁板結構課程設計中不明確要求必須采用何種結構形式的樓蓋和樓梯等），讓學生根據結構實際情況進行結構設計，這樣通過課程設計的訓練，既培養了學生的創新意識和創新能力，又培養了學生獨立分析問題和解決問題的能力。學生集中在第六學期8周的時間內系統地完成規定五項設計內容，每項設計內容完成后，要求學生要保存每項課程設計數據和成果，以便進行下一項課程設計時應用到上一項課程設計的數據，保持其設計數據的連續性和完整性。同時，建立每個學生課程設計檔案，最終完成五項課程設計后，使每個學生的各項課程設計的設計成果歸檔到一起，統一保管，有利于學生在第8學期進行畢業設計時提供參考?；谡w性學生系統地完成了任務書中規定的五項課程設計內容，實現了一幢建筑的整個結構設計，既完成了結構的上部承重體系（水平承重體系和豎向承重體系）和下部承重體系的結構設計。這樣組織開展課程設計，系統地鞏固了學生所學的混凝土結構、砌體結構、鋼結構和土力學地基基礎等結構類課程的設計理論和設計方法，提高了學生結構設計方面專業知識的運用能力；設計既緊密結合工程實際，又提高了學生對建筑結構設計的整體性認識。計算機輔助設計在土木工程中的應用已經非常廣泛，用于結構分析和繪圖的軟件（如PKPM、天正、CAD等）也較多，結合建筑工程計算機輔助設計課程的開設，在課程設計中，對于每一分項課程設計，要求學生手工繪圖和計算機繪圖相結合。要求至少一張手工繪圖，目的在于強化手工繪圖的基本技能；同時，要求學生至少一張計算機繪圖。對于結構設計計算，要求采用電算和手算相結合，應用電算對手算進行復核[4-5]。結構類課程大作業也是對學生所學專業設計知識在實際工程設計中的綜合性訓練，有針對性地安排設計型大作業，可以實現對學生所學專業知識的系統設計訓練，及時檢測學生生多所學知識的掌握程度；同時，實現對課程設計起到良好的銜接和促進作用。例如，在混凝土結構設計原理課程教學中，當講完受彎構件縱向鋼筋的彎起、截斷和錨固等內容后，就可以及時地給學生布置一道均布荷載作用下外伸簡支梁設計的大作業，主要是強化學生對受彎構件縱向鋼筋彎起、截斷和錨固等構造要求的理解和掌握。學生完成此大作業后，有助于加深理解肋梁樓蓋結構和樓梯結構中各類梁的縱向鋼筋構造要求。此外，結構類課程設計內容體系中取消了單層工業廠房排架結構課程設計，但單層工業廠房排架結構內力計算及組合的方法對后續課程的學習是非常必要的。為了加強學生對這部分知識的理解和應用，可以安排排架結構內力計算和組合的大作業。

3基于整體性加強過程管理、質量控制和評價機制

結構類課程設計的時間比較緊，設計計算和繪圖的工作量較大；并且一般高的院校第六學期的結構類課程設計和高一年級本科生的畢業設計同時進行，教師指導課程設計和畢業設計的工作量較大。為此，在第五學期相關結構類課程的結構設計內容講完后，就把課程設計任務書發到學生手中，使學生能結合所學內容，有針對性地提前思考和準備課程設計。將課程設計緊密融入相關課程教學中；同時，任課教師在結構類課程教學中既要給學生講清本門課程的課程設計內容和課程設計的必要性，又要講清課程設計直接相關的內容，特別是指出學生設計中經常出現的問題。在具體設計時，指導教師要通過正確的引導，使學生進一步重視課程設計，激發學生的積極性和主動性。指導學生制定較為詳盡的課程設計進度計劃，按計劃每天加強指導和考核，培養學生自我管理、自我約束的意識和嚴謹、務實的工程師品質，保證課程設計按時高質量完成。五個分項課程設計內容構成一個系統，各分項課程設計按照“3+1”人才培養的要求，集中于第五學期完成，綜合性較強，因此對指導教師的指導能力和水平以及時間的保障也提出了較高要求。為保證指導質量。依據教師專業能力優勢，對指導教師實行分組，每組集中對一個或幾個班級進行指導，要求每組指導教師對五項課程設計內容的指導，分工協作；對于不同分項課程設計內容的指導實行主指導教師負責制，且對于不同分項課程設計內容的指導實現指導教師的優勢互補。避免一位指導教師集中指導一個或幾個班級課程設計時，在時間上和指導能力與水平上的不足。改革課程設計的評價辦法，基于整體性原則，在考核結構方案和結構選型的合理性、設計計算的準確性和圖紙繪制規范性的基礎上，還要結合平時的表現考核獨立分析問題和解決問題的能力、計算機應用能力等。并且有必要通過答辯的方式進一步考核學生課程設計是否存在抄襲、對設計基本理論的理解和應用情況[6]。同時，指導教師通過對課程設計的指導、審閱和答辯，及時進行總結和研討課程設計中存在問題和不足；并且也有必要針對學生設計中存在的問題對學生組織召開課程設計專項總結會。這樣循序漸進，逐步提高學生設計的水平。

4基于整體性加強條件保障機制建設

良好的教學條件保障是完成高質量課程設計的基石。對于結構類課程設計的整體性改革，結合學生的特點，編制高質量的課程設計指導書是重要的條件保障之一。結合結構類課程設計任務書編寫其課程設計指導書。針對學生初次進行結構設計的特點，指導書中應詳細說明各結構體系設計的基本理論、基本方法和設計步驟；并且編寫具有代表性的工程實例及設計計算和繪圖中應特別注意的問題。同時，指導書中的工程實例集中反映現行結構設計規范條文的應用、最新科研成果及工程經驗，這樣通過工程實例引導學生加深理解所需理論知識，進一步促進理論與實踐相結合，有利于提高課程設計質量。

5結束語

上述結構類課程設計改革的研究成果已經過兩屆畢業生的實踐性教學中的實踐，取得了較好的效果，學生的工程結構素質得到了提高，促進了畢業設計質量的提升。從學生就業來看，近兩屆畢業生到設計單位就職的明顯增多；信息反饋表明，這些畢業生在實際工作中明顯體現出適應期短、上手快的特點，得到了工作單位的認可。

作者：薛志成 裴強 李長鳳 杜文學 楊磊 單位：黑龍江科技大學建筑工程學院 大連大學土木工程技術研究與開發中心

參考文獻：

[1]薛志成,徐曉紅.土木工程結構設計類課程體系優化設置及建設的研究[J].高等建筑教育,2009,18(5):97-101.

[2]江樹勇,任正義,趙立紅.基于系統論的工程實踐教學體系設計研究[J].高教論壇,2009(3):81-83.

[3]郇筱林,戴素娟.土木工程專業鋼結構課程設計質量監控體系的構建[J].高等建筑教育,2015,24(5):103-105.

[4]肖鵬,李琮琦,康愛紅.基于系列化模式的土木工程專業課程設計教學改革[J].高等建筑教育,2010,19(5):128-131.

篇(4)

關鍵詞：概念設計；結構設計；促進

Abstract: with the continuous development of China's economy and the progress of the cause of building, also obtained the rapid development, continuous development in the construction business conditions, structural design method is more and more, strengthen the study on building structural design, become the important way to enhance the quality of construction. Conceptual design as the main approach to architectural design innovation, has been widely used in the design of building structures,

Key words: conceptual design; structure design; promote

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A

引言

概念設計作為創新設計的重要形式，其優點越來越多的體現出來，被更多的建筑結構設計師所發現和采納，并成為當前至今后一段時間建筑結構設計的重要思想。所以，加強對建筑結構概念設計的研究，有著重要的理論和現實意義。本文在分析概念設計內涵的基礎上，就建筑結構設計中概念設計的應用策略進行了分析。

一、建筑結構設計中概念設計的內涵

（一）概念設計的內容分析

概念設計指的是在建筑結構設計的開始階段，建筑設計工程師按照已有的建筑設計理論，并根據工程的施工經驗，從宏觀的思維出發，對建筑結構設計的策略做概念性的評價與選擇。設計師通過將整個建筑結構的系統布局做必要的抗震保護，以提升建筑結構設計的合理性。所得到的方案一般概念清晰，定位準確，便于進行手算，有效的避免后期設計過程中產生的一些繁瑣的計算，提高建筑設計的經濟性和可靠性。同時，概念設計也是進行計算機內力分析輸出數據可靠性判斷的主要依據。

（二）概念設計的基本步驟的分析

在建筑結構設計過程中，概念設計是在建筑設計師不斷滿意的過程中實現的，概念設計的過程可以劃分為下面三個步驟：

第一個步驟：分析階段，即對設計問題做全面理解的過程。分析階段的主要特征是設計系統信息的模糊性，在進行分析的過程中，手中掌握的數據是不全面的，可供設計師使用的陳述同樣需要進行陳述和充實。

第二個步驟：綜合階段，即實現解決方案的一個過程。在這一步驟實施的過程中，設計師通過使用各種專業知識，按照所積累的工程經驗，將建筑設計的大體思路，借助于圖紙的形式表達出來的過程。這一過程的主要特點是通過設計師的靈感和專業思維發揮主導作用，以實現建筑結構設計圖紙的表達和產生。

第三個步驟：評估階段，即對設計出的方案做有效判斷和選擇的過程。這一階段的特點是循環的過程，該循環過程會持續到雙方對方案滿意為止。建筑結構設計人員在作出評估的時候，會通過各種功能模型、計算手段等對比各個方案的優勢，以更好的獲得建筑施工的經濟性和建筑施工技術的可行性。

二、概念設計的重要意義分析

概念設計師體現建筑設計師先進設計思想的關鍵，一個優秀的建筑結構設計師能夠通過運用特定空間中的系統概念，來進行建筑結構總體方案的有效設計，并將建筑設計的目的有意識的同建筑構件與整體結構的關系進行巧妙的處理。一般情況下，優秀的建筑結構設計師其概念設計的創新是有效的，隨著他們對建筑概念設計的研究，其設計的成果會越來越鮮明，設計的創新度也越來越高。當前在分工細化的市場環境下，大部分結構設計師更多的是依賴于各種建筑設計的規范、建筑結構設計手冊、電腦程序等進行傳統的建筑結構設計，這在一定程度上缺乏了有效的創新。在計算機一體化應用的今天，設計師往往不能夠及時的發現建筑結構設計中的一些不合理的內容。隨著設計師年齡的不斷增長，使得他們已有的建筑設計概念逐漸模糊甚至遺忘，影響了建筑設計成果的創新。注重建筑結構概念設計的意義，還因為當前的建筑結構設計的理論同計算機理論之間存在一些缺陷和不足，例如在進行混凝土結構設計的時候，內力的計算是在彈性理論的計算方法基礎上的，而建筑結構的截面設計卻是在塑性理論的極限條件下進行設計的一種方法，這個矛盾的存在使得計算的結構，同建筑結構的實際手里狀態有著很大的差異，為了對這種計算理論缺陷作出補償，尤其需要建筑結構設計師優秀的概念設計措施來改正這些缺陷。

三、概念設計的建筑結構設計中的應用

在建筑結構設計的過程中，協同工作概念，指的是要求整個建筑結構內部的每個構件，

實現相互間的配合，共同支撐建筑結構質量，協同工作及要求建筑結構構件，能夠有效的承載極限狀態的受力，同時當受力達到極限狀態的時候，還需要各個構件能夠實現共同的耐久壽命。建筑結構的協同工作主要表現為：建筑基礎同建筑上部結構的關系方面，一定要將建筑的基礎同建筑的上部結構看成是一個系統，不能將這兩部分分開來進行處理。比如，對于磚混結構的建筑物，一定要通過圈梁與構造柱，把建筑的上部結構同建筑基礎連接到一起，而不能夠單獨依靠建筑基礎的剛度來抵抗各種不均勻的沉降。

另外，當結構受力的時候，建筑結構中的各個構件能夠保證較高的應力值。在進行多高層建筑結構設計的時候，要最大程度上避免短柱，這樣能夠保證同層的柱子在同一個水平位移的時候，能夠同時發揮最大的承載力，但是因為建筑物高度和建筑樓層的增加，各種豎向的巨大荷載以及水平方向的荷載，使得建筑物底層柱截面不斷的增大，因此使得高層建筑的產生了很多的短柱，為了更好的避免出現這些問題，針對較大截面的柱子，可以將柱截面進行開豎槽，將矩形柱變成田形柱，以更好的增大長細比例，避免短柱的產生。針對梁跨高比例的限制，大部分還沒有充分的認識到，其實同長短柱混雜的結果是相同的，長短梁位于相同的框架中，是不利于建筑物穩定性的。同時因為梁的剪力增加，會導致支撐柱的周麗產生大幅度的增加，這一設計原則違背了協同工作的目的，并提高了建筑結構的工程造價。進行多高層建筑結構設計的目的，是為了有效的抵抗水平力的作用，避免扭轉的產生，為了實現抵抗水平力的功能，要盡量將平面上兩個正交方向的尺寸接近，為的是更好的保證這個方向上的慣性矩實現相等，以避免因為一個方向強度儲備過大，使得另一個方向較弱。所以，抗側力結構最好設置在四周，以更好的提升系統的抗側剛度，增大抗扭慣性矩。與此同時，要增加梁或者樓層的剛度，提高柱能承擔更大的整體彎矩，即提高轉換層的效果。有效防止扭轉，是由于在扭轉產生的時候，各個柱子的節點水平位移不等，距離扭轉中心較遠的角柱所受的剪力大，而中間柱子受的剪力小，產生的破壞從外到里。為了避免扭轉的產生，抗側力結構要進行對稱步驟，最好設置在結構的兩端，靠著四周進行設計，以有效的提升抗扭慣性矩。

篇(5)

［關鍵詞］：建筑結構設計；樁基先行設計；可行性；利弊

中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號：

在建筑結構設計中，經常面臨特殊問題需要特別處理，比如樁基先行的設計方法?！皹痘刃小奔词侵冈诮ㄖY構設計中樁基先行設計，其他部分施工圖再后續配合完善出圖的情況。“樁基先行”的設計，在一定程度上不利于最大限度地控制成本，也可能導致各方面細節配合的不到位，出現設計不合理的情況，然而“樁基先行”又可以較大程度地節省工期，對于建設單位時間意味著經濟效益。因此“樁基先行”在建筑結構設計中是確實存在的一個情況，本文將以項目實例（福州貴安某高層住宅）為分析對象，分析“樁基先行”的利與弊及其在實際施工操作中的可行性，對建筑結構設計中“樁基先行”的設計方法進行淺簡的探討與思考。

一、實例項目的簡要工程概況

（一）實例項目概況

本項目位于福州市連江縣潘渡鄉，基地交通便利，該項目規劃用地包括經營性房地產用地、商業金融用地、旅游文化服務用地以及其它用地。地塊占地面積77701.01m2，由22棟住宅樓、13棟商業樓及純地下車庫組成，總建筑面積231643m2，其中住宅樓地下一層與純地下車庫相連通，商業樓沿小區規劃道路而建。本文主要介紹20#樓的樁基設計。20#樓地上32層，其中一~三十二層均為住宅。地下一層為停車庫、設備用房等。具體剖面見20#樓1-1剖圖（如圖1）。該樓屬于A級高度的高層建筑。

（二）實例項目結構設計參數

1、地質概況。本工程地表下30米內的土層主要有5層(如圖2)，從上到下依次為殘積土、全風化凝灰巖、砂土狀強風化凝灰巖、碎塊狀強風化凝灰巖、中風化凝灰巖。本工程建設不受地下水影響，可不考慮地下水的腐蝕性。

2、抗震設防標準。本工程建筑抗震設防類別為標準設防類（丙類），結構設計使用年限為50年，上部結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級；工程抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第三組，結構阻尼比在多遇地震作用下的彈性分析時取0.05，地震影響系數最大值為0.04；場地類別為2類，場地特征周期為Tg=0.45s。本工程基本風壓按照50年重現期取值，為0.80 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

二、“樁基先行”設計方法的利弊與可行性

（一）“樁基先行”設計方法的弊處

1、不利于最大限度地控制成本。建筑結構設計中，如果樁基先行設計，其他部分施工圖再后續配合完善出圖，如果單從最大限度節約成本的角度上，是不太可取的。因為樁基設計時，專業間配合尚處于不是非常完善的程度，后面伴隨著或多或少的調整，從這個意義上，樁基設計時承載力適當富余是勢在必行的，畢竟結構整體安全是結構設計的底線。所以說樁基先行設計在一定程度上不利于最大限度地控制成本。

2、不利于各專業配合，可能導致設計不合理。正常情況下，施工圖設計是個各專業往返提資配合，最終協調到位并出圖的過程。隨著社會經濟發展，建筑設計的門檻和要求也變得越來越高，大方向確定的前提下，建筑細節變得尤為重要。而建筑細節的合理設計，正是這么一個慢慢磨合、協調甚至妥協的過程。樁基先行設計這個環節里，通常只是結構專業打頭陣，其他各專業很難介入較深，由此較容易造成各方面細節配合的不到位，造成設計的不合理情況的出現。

（二）“樁基先行”設計方法的益處

1、可以較大程度地節省工期。樁基先行設計最為突出的優勢就是可以較大程度地節省工期。畢竟施工圖設計的整個周期少則一兩個月，多則三五個月甚至以上，而時間通常意味著經濟效益，也往往是建設單位最為注重的方面。樁基施工通常是個冗長的過程，按照統籌方法，施工圖設計深化的幾個月時間，用來施工樁基，自然是較佳的選擇。

（三）“樁基先行”設計方法的可行性

從上述利弊分析可以得知，在地質勘察報告通過施工圖審查單位審查，建筑專業平立面達到初步設計（或以上）深度，設備專業基本配合完畢的情況下，樁基先行設計是可行的，對注重工期的建設單位而言，更是至關重要。

三、“樁基先行”設計方法的步驟

1.確定結構計算參數

根據地質報告及相關規范，確定科學可行的結構計算參數。

2.試算

確定好結構計算參數之后，接下來較為重要的環節就是試算，用以確定結構體系。唯有結構體系完全確定下來，樁基設計才能隨之進行，有序展開。對于本工程這種普通住宅而言，很大程度上，剪力墻的合理布置（須基本做到不對建筑的使用功能產生不良影響、不影響建筑立面效果、墻柱面積與建筑面積的比值基本在合理經濟的范圍內等等）即意味著結構體系的初步確定。還有一些重要的細節，必須在這一個環節得以確認，否則很有可能引起后期的返工、修改，如梁、板、墻混凝土強度等級分層變化、各非標準層的計算層高、地下室周邊覆土情況、屋面以及電梯機房屋面的大概布置情況等等。

3.深化配合

對于普通高層住宅而言，樁基先行設計階段中的結構專業深化配合，一般是指標準層要完全細化到位。建筑方案達到擴初（或以上）深度的時候，標準層平面基本上已經確定。此時標準層的細化工作即可隨之開展。荷載細化自然是至關重要的一方面，其他關鍵的細節在于剪力墻墻厚（影響使用空間），墻肢長度（影響門窗寬度或者地下車位使用），外圈梁高（影響立面造型以及結構電算位移）等等。

4.預留一定富余量

如前文所說，結構整體安全是結構設計的底線，所以在建筑專業圖紙尚未完全完善的階段，既要先行設計樁基，又要在大的結構體系確定、不動搖的情況下，將結構各方面荷載考慮周全，確保后期施工圖設計的時候不出現大范圍增加以至于影響樁基安全度，則是對結構設計師很大的考驗和挑戰。

以本工程為例，建筑提資圖紙深度略有不足，立面線腳、屋面、機房屋面均未完全深化設計。故在樁基設計時，本人大概估算了并預留了整棟樓周圈線腳的總重量（約為30KN/m），考慮了大屋面、電梯機房屋面找坡荷載【1.5 KN/㎡（跨度≤3m）；2.0 KN/㎡（3m＜跨度≤5）；2.5 KN/㎡（5m＜跨度≤7m】、電梯吊鉤荷載，充分考慮了地下室頂板周邊結構布置情況（因建筑地下室無法提資到位，故暫按周邊均為9m跨度的頂板代入結構參與計算）做到了不疏忽、不遺漏、不浪費，確保了施工圖階段的建筑調整不會影響結構樁基的安全儲備，使后期設計保持了一定的彈性。事實證明，也唯有正確、周到地考慮好這一切，并嚴格地執行，才可能做好樁基設計工作。

四、“樁基先行”設計與常規設計的后期比較

本工程于2012年1月順利通過樁基施工圖審查，并于3月份通過全部施工圖審查。相比之下，建設單位比正常流程（全套施工圖設計——審查通過——樁基施工）多獲得了兩個月的寶貴時間，由此也收獲了較為客觀的經濟效益。

為了確保前期樁基設計的安全，本工程在施工圖設計階段的末段，對之前已出圖的樁基進行了復核，原樁基均滿足設計要求，且最終的剪力墻墻下內力均與樁基設計時偏差較?。s2%~3%）。由此可知，樁基先行設計方案是可行的，設計也較為合理。

通過上述對項目實例（福州貴安某高層住宅）的具體分析，本文認為“樁基先行”的設計方案存在利與弊，但在現實施工操作中，只要按照嚴謹科學的設計步驟，將結構各方面荷載考慮周全，本著對工程負責的態度，積極協調各專業的配合設計，“樁基先行”設計方法是可行的，具有操作性的。

參考文獻：

[1]王寶燁.樁基基礎的發展及其應用[M].建材技術與應用，2002.

[2]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析[M].中國建筑工業出版社，2009.

[3]建筑樁基技術規范（JGJ94-2008）.

篇(6)

關鍵詞：價值工程 產品設計 結構

1、價值工程的基本內容

價值工程是以提高實用價值為目的，以功能分析為核心，以資源的開發與節省為基礎，以科學分析方法為工具，用最少的成本支出實現給定功能的產品開發的科學方法。換言之，即以最低的壽命周期費用，可靠地實現產品的必要的功能，對產品的功能，成本所進行的有組織的分析研究活動。國家標準給出的定義是“價值工程是通過各相關領域的協作，對所研究對象的功能與費用進行系統分析，不斷創新，提高對象價值的思想方法和管理技術”。

價值工程活動中對于問題的分析是圍繞以下7個問題依次展開的：(1)它是什么？(2)它的用途是什么？(3)它的成本是多少？(4)它的價值是多少？(5)有其他方法能實現這個功能嗎？(6)新方案的成本是多少？(7)新的方案能否滿足要求。這7個問題的解答過程，就是價值工程的工作程序和步驟，即：選定對象、收集情報資料、進行功能分析、提出改進方案、分析和評價方案、實施方案、評價活動成果。

2、價值分析的基本方法

價值工程是用功能分析的方法，以最低成本獲得產品的必要功能，從而達到提高價值的目的[1]。在價值工程活動中，功能F(Function)、成本C(Cost)、價值V(Value)三者之間的關系是：

按照價值工程的理論，產品的價值是指功能和成本（包括設計、制造、試驗、使用、維護等成本）的比值。提高產品的價值有五種途徑：

(1)產品功能不變，用降低成本的方法來提高產品的價值；

(2)維持成本不變，通過提高功能來提高產品的價值；

(3)既提高產品功能，同時也降低其成本；

(4)小幅提高成本，大幅提高產品功能）；

(5)小幅減少產品功能，大幅降低產品成本。

分別表達為：，，，，

以上五種方法都是通過對F和C的調整來達到提高產品價值的目的。

3、產品設計的主要工作

產品設計包括很多具體的內容，如：功能設計、運動設計、結構設計、強度、剛度設計、尺寸設計、幾何精度設計、材料設計，以及外觀設計等[2]。

產品結構設計是針對產品內部結構、機械部分的設計。評價一個產品的好壞，最首要的標準是實用，要實現預定的功能，這一要求能否達到，完全取決于結構設計。結構設計是產品形成過程中最重要的內容，也是最復雜的環節。

機器設備的功能要由一系列符合裝配關系的零件和部件來實現，設計過程中需要考慮產品結構緊湊、外形美觀，既要求安全耐用、性能優良，又要易于制造、降低成本。結構設計人員需要各種要求與限制條件尋求對立中的統一，給出協調、合理的設計方案。

4、產品結構設計中的價值工程方法

價值工程是用最低的成本實現必要的產品功能，其核心問題就是尋找功能與成本之間的最佳關系[3]。

產品結構是具象的，它是功能的載體。而功能則是抽象的，是產品的本質屬性。用價值工程的方法對產品的結構設計進行分析，是從結構入手去研究產品的功能，通過功能分析、功能整理、功能評價找出設計方案的改進目標。

用價值工程理論指導改進產品的結構設計，是要以最低的總成本確保產品必要功能（主要功能和次要功能）的實現，同時去掉不必要的功能（亦稱過剩功能）。減少不必要的材料消耗，在保證產品質量的前提下，盡量做到縮小體積，減輕重量，降低單位產品材料消耗量。這與尺寸鏈設計中的最短尺寸鏈原則是一致的。

5、價值工程方法應用實例

本文選擇的價值工程分析方法研究對象為一大型板坯加熱移動翻轉設備系統中的熱板坯移動翻轉裝置。該裝置主要由移動翻轉車、平移油缸、翻轉臂、翻轉油缸及裝在固定支座上的鉸接軸、配重塊等組成，如圖1所示。

圖1 8臂板坯移動翻轉裝置 圖2 6臂板坯移動翻轉裝置

該裝置由水平移動小車2、平移油缸4、翻轉油缸3及裝在固定支座鉸接軸上的翻轉臂1、同步軸5、配重塊6等組成。用翻轉油缸推動翻轉臂轉動、使翻轉臂上起支承作用的鉤頭承接高溫板坯，完成翻轉動作，并用配重塊平衡翻轉力矩；用水平油缸的活塞桿端推動水平移動小車前后移動，并可由同步軸連接二邊車輪以保證同步行走。

板坯移動翻轉裝置中與加熱板坯直接接觸的是翻轉臂。原方案設計了8個翻轉臂，通過強度分析計算，可知左右兩端的翻轉臂受力較小，從結構簡化考慮，對方案進行了改進，成為圖2所示的6臂結構。經驗算，該結構可以滿足強度、剛度方面的要求。

根據價值工程的原理來分析，可以看出，在滿足功能要求的前提下，減少兩臂后，結構簡化了，用料少了，重量減輕了，加工和裝配的難度降低了，符合前述價值工程基本方法中的第一種――產品功能不變，通過降低成本的方法來提高產品和設計的價值。

6、結語

產品設計需要遵循傳統的設計原理與方法。用現代的觀點來看，更要強調設計過程與設計結果的優化。運用價值工程的分析方法對產品的結構設計加以改進，在滿足產品功能的前提下，采用簡化的結構可提高設計乃至產品本身的價值。

參考文獻

[1]李小林,許宏武,張可能等.論價值工程在工程設計中的應用[J].西部探礦工程,2007.10.

篇(7)

關鍵詞：建筑；結構設計；優化技術

Abstract: The optimum design of building structures is a complex process, which belongs to the comprehensive decision problems. Need factors to consider practical, safe, economy and the overall effect in the process of optimization. The optimization technology and practical application of building structure and practical level and overall effect was improved ways of building structure, and for the building structure space utilization optimization was analyzed.

Key words: building; structure design; optimization technique

中圖分類號：TS958.1+7文獻標識碼：A 文章編號：

1、建筑結構的人性化特點與優化內容

建筑的人性化是體現建筑實用性的一個重要方面，尤其是隨著社會經濟的不斷發展和進步，人們對于自身居住條件提出了更高的要求。在居住環境方面，不但要求有房可居，同時還要求住得方便、住得舒適。這時，以實用性為基礎的“人性化”就成為了人們對建筑設計追求的一個重要概念。而在現代建筑結構設計優化的過程中，現代建筑設計就需要以“人性化”這個特點為基礎，采用“以人為本”的設計理念，對建筑的整體結構進行優化。人性化建筑結構的特點具有這樣的幾個特點：

（1）合理的空間布局，通常而言在人少地多的地方選擇獨立的小高層以及別墅，而在人多地少的地區則盡量建設高層，而且在建筑整體結構之內具有明確的用地分工，能夠提高對土地空間的利用率。

（2）整體建筑結構極具藝術效果，通常在進行結構設計是在充分考慮通風以及采光等因素的基礎上，一般盡可能的將客廳和臥室布置在建筑整體結構的南面，而將廚房、餐廳以及衛生間設置在建筑的北面。陽臺直接與陽客廳相通，這樣就使得穿過陽臺時不需要穿過臥室，將私人空間和公共空間相分離，有效的保證了住宅類建筑使用過程中的私密性。而通過采用建筑結構優化設計的方法，不但可以實現建筑的上述特點，還可以有效的降低建筑結構設計的成本。其中，在進行結構優化的過程中，主要的優化對象和優化內容包括：建筑基礎結構的優化、建筑屋蓋系統的優化、建筑圍護結構的優化以及細部結構的優化等內容。而針對上述結構具體方面的優化還包括具體的選型、結構的布置、結構整體受力分析以及結構造價分析等，在確保達到實用要求以及建筑標準的同時，通過與具體的工程實際情況相結合，達到優化設計的目的。

2、結構設計優化方法的理論體現

在從事工程項目和結構的設計時，除了要考慮設計對象的基本使用功能及安全可靠性外，還應該考慮到把它設計對象設計得盡可能完美。這就是工程和結構的最優化問題。用科學的語言來描述就是：利用確定的數學方法，在所有可能的設計方案的集合中，搜索到能夠滿足預定目標的、最令人滿意的方案。結構設計優化方法從建筑理論上分析，具體體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計兩方面。后者的優化設計包括：屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。穿插其中的，還包含選型、布置、受力分析、造價分析等項目，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。建筑師在保證設計安全的前提下，應該敢于挑戰新的結構形式。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規則，對稱，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通；能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經濟，還容易造成應力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現嚴重的應力集中現象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。

3、建筑結構設計優化技術的步驟

3.1 結構優化模型

房屋結構整體優化設計方法分以按三個步驟進行：

3.1.1選擇設計變量。一般把對設計要求起主要影響作用的參數作為設計變量，如目標控制參數（結構造價C1 和損失期望C2）和約束控制參數（結構的可靠度PS）；而將那些對設計要求來講，變化范圍不大或是根據結構要求或局部性的設計考慮就能滿足設計要求的參數等作為預定參數，這可以大大減少設計、計算和編制程序的工作量。

3.1.2確定目標函數。尋求一組滿足預定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率，從而使總費用最小。

3.1.3確定約束條件。房屋結構基于可靠度優化設計的約束條件，則包括尺寸約束、結構強度約束、應力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構件單元約束、結構體系約束、從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。在設計中，要使結構優化設計應用于實際房屋結構工程，則是路房屋結構設計中實際的約束條件與目標約束條件相比較，保證各約束條件都符合現行規范的要求，以實現最優設計。

3.2 設定優化設計計算方案

房屋結構基于可靠度的優化設計問題屬于比較復雜的多變量、多約束非線性優化問題，在計算過程中，通常是將有約束優化問題轉化為無約束問題求解?？梢岳玫膬灮O計計算方法有復合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

3.3 進行程序設計

根據基于可靠度的結構優化模型和選擇的優化設計計算方法，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序。

3.4 結果分析

對計算結果進行分析，確定最優設計方案。在執行以上步驟的過程中，必須要全方位、多角度考慮方方面面的問題。這主要是因為建設投資是一項耗資巨大的工程，涉及到的方面比較復雜，因此，必須進行總法規和考慮，不能僅僅為了節約資金投入而忽視了設計的優化作用。要正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵環節。設計中既要反對片面強調節約，忽視技術上的合理要求，使項目達不到功能的傾向，又要反對重視技術，輕經濟、設計保守浪費的現象?？傊?，建筑結構優化設計方法的研究是一個非常復雜的綜合決策問題。適用、安全、經濟、美觀和便于施工是進行建筑工程設計的一般原則，而這5 個方面各有所重，又互為矛盾，一個優秀的設計往往是這5 個方面的最佳結合。我們需在實踐過程中多實踐、多探索，以最低的造價實現最佳的經濟效益，實現經濟、合理和美觀的設計要求。

4、結構設計優化技術的實踐應用

4.1因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。

4.2概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實有較大的差異，在進行設計的時候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據。設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規范要求即可，達到既安全又經濟的目的。

4.3地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。