結構設計基本步驟精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇結構設計基本步驟，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵詞：結構設計分析、規范、SATWE

一、常用規范

規范是結構設計最重要的標準文件，設計前必須熟讀規范，鋼筋混凝土結構設計常用的規范主要有：建筑結構荷載規范，混凝土設計規范，建筑抗震設計規范，建筑地基設計規范，高層建筑混凝土結構技術規程，巖土工程勘察規范等。

二、基本資料及信息

結構設計前需要收集和了解必須的基本資料和信息。

1．建筑需求：建筑外觀、平面布局及使用功能要求，建筑重要性。需要相應階段的建筑圖紙、審批文件。

2．使用荷載：一般民用建筑可查看可在規范，普通住宅、辦公室為2.0kN/m2,陽臺2.5kN/m2；電梯機房等效8kN/m2；消防車等效20kN/m2。

工業廠房需要業主提供文件，指定使用荷載。

3．風信息：（荷載規范、高規）

a.基本風壓： 一般用50年一遇，深圳為0.75kN/,對應風速約120公里/小時；高度大于60米的結構，承載力計算用100年一遇的風壓，深圳為0.90 kN/）

b.地面粗糙度：一般城市市區可選C

c.體型系數：一般建筑取1.3

d.基本周期：簡單估算（0.1×樓層數），用于計算風振

e.其他相關概念：

Wk=βzμsμzW0用于主要承重結構

Wk=βgzμsμzW0用于圍護結構

風壓高度變化系數，

風振系數（基本自振周期大于0.25s，高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋，考慮順風向風振系數；橫向風軟件沒有考慮）

陣風系數：計算圍護結構風荷載

群體效應：群集的高層建筑，相互間距較近時，風力相互干擾，體型系數應增大。

4．地震信息：（抗震規范、高規）

a.設防烈度： 按設計基本地震加速度值劃分，分為6度（0.05g）、7度（0.10g）、7度（0.15g）、8度（0.20g）、8度（0.30g）、9度（0.40g），具體取值由政府規定(可查抗規附表)，。

深圳為7度（0.1g）

b.設計地震分組：按震中的近、遠劃分，分為第1組、第2組、第3組。

深圳為第1組

c.場地土類別：按土層等效剪切波速和土層厚度劃分，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類，大部分為Ⅱ類。由地質勘探部門提供?？梢岳斫鉃棰耦悎龅赝磷罱Y實，Ⅳ最差。

d.其他抗震相關概念：

抗震設防三水準：小震不壞、中震可修、大震不倒。

抗震設計二階段：

第一階段設計為承載力設計：用小震動參數、結構按彈性計算，用分項系數組合進行構件截面承載力驗算，通過概念設計及抗震構造滿足大震不倒。

第二階段為彈塑性變形驗算。大部分建筑可只進行第一階段設計。

抗震設防分類：按建筑重要性劃分，分為甲、乙、丙、丁四類，具體規定見《建筑抗震設防分類標準》。甲類最重要，丁類為次要建筑，大部分為丙類。

設計基本地震加速度：50年設計基準期超越概率10％的地震加速度設計取值。

地震作用計算方法：底部剪力法、振型分解反應譜、彈性動力時程分析、彈塑性動力時程分析。

結構阻尼比：混凝土結構0.05,鋼結構0.02

重力荷載代表值：永久荷載標準值＋可變荷載標準值×組合系數，組合系數軟件默認取0.5，對于庫房應取0.8、可變荷載按實際情況計算時組合系數應取1.0。

抗震等級：根據烈度、結構類型、房屋高度（室外地面到主要屋面板）確認，確認烈度時還要考慮抗震設防分類及場地土類別。

構件設計原則：強柱弱梁、強剪弱彎。

5．地質勘察報告：

由結構設計人員根據工程具體情況提出勘察要求，甲方委托勘察單位進行勘察，勘察單位提交勘察報告。

一般包括一下內容:

勘察目的、任務要求和依據的技術標準；擬建工程概況；勘察方法和勘察工作布置；場地地形、地貌、地層、地質構造、巖土性質及其均勻性；各項巖土性質指標，巖土的強度參數、變形參數、地基承載力的建議值；地下水的埋藏情況、類型、水位及其變化；土和水對建筑材料的腐蝕性；場地穩定性、不良地質評價；基礎形式推薦；圖表：勘察點平面布置圖、土層剖面圖、探孔柱狀圖、巖層等高線等。

深圳地區巖土分布情況：填土、花崗巖殘積土、強風化巖、中風化巖、微風化巖。

一般花崗巖殘積土可作為天然地基的持力層，承載力200kPa多。

三、結構選型

根據建筑高度、建筑需求、經濟等確定。

1. 單層廠房以前均采用鋼筋混凝土排架結構，現在大都采用輕型門式鋼架

2. 多層采用鋼筋混凝土框架架構、磚混結構，廣東地區基本不用磚混結構，住宅多采用異型柱框架結構

3．大跨度結構考慮預應力、網殼

4. 普通高層采用鋼筋混凝土框剪結構、短肢剪力墻結構、剪力墻結構。

5. 超高層（100米以上）采用型鋼混凝土、鋼－混凝土的框剪結構，或框筒、剪力墻結構、筒中筒結構。

四、結構布置

1.平面布置：確定柱、剪力墻的位置

a.平面布置宜規則、對稱，并應具有良好的整體性

不規則類型定義

扭轉不規則:樓層的最大彈性水平位移（或層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍

凹凸不規則:結構平面凹進的一側尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%

樓板局部不連續:樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層

b．平面長度太長或樓層高度相差太大，要進行分縫或設置后澆帶。

2. 豎向布置：建筑的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變

不規則類型定義

側向剛度不規則:該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%

豎向抗側力構件不連續:豎向抗側力構件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架等）向下傳遞

樓層承載力突變:抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的)80%

五、構件截面估算

1．柱截面估算

a．柱豎向軸力估算

N=nAq

n---柱承受樓層數

A---柱子從屬面積

q---豎向面荷載，可按下面估算

框架結構： 12-16（輕質磚）、14-18（粘土磚）

框剪結構： 15-18（輕質磚）、17-20（粘土磚）

筒體、剪力墻結構：18-22

一般集體宿舍、普通住宅取大值，辦公取小值。廠房另行考慮

b．柱軸力調整（考慮水平荷載）

Nc = αβN

α---中柱α＝1、邊柱α＝1.1、角柱α＝1.2

β---地震水平力作用對柱軸力的放大系數

七度抗震：β=1.05、八度抗震：β=1.10

c．柱截面面積估算

Ac≥Nc/(a*fc)

a----軸壓比

一級0.7、二級0.8、三級0.9，短柱減0.05

fc---砼軸心抗壓強度設計值

Nc---估算柱軸力設計值

d．柱截面寬高b×h

根據受彎確定，中柱可按各向軸跨比估算，通常h/b

2．梁截面估算

a. 主梁（b×h）：梁高h 取1/8至1/12的梁跨；

b. 懸挑梁（b×h）： 1/6的梁跨；

c. 次梁（b×h）： 1/12至1/18的梁跨；

h/b=2~3.

3．板截面估算

a. 單向板：板厚 取1/30的板跨；

a. 雙向板：板厚 取1/30至1/40的板跨；

c. 懸挑板： 1/10板跨；

六、豎向恒載計算

1．樓面荷載（kN/m2）

a.混凝土板厚（米）× 25

b.板面（砂漿、瓷磚/木板/等）、板下吊頂。通常樓面可按1kN/m2考慮，屋面可按2～3kN/m2考慮。

c.板上隔墻：按實際荷載折算，一般輕質隔板可按1kN/m2考慮，輕質砌體2～3kN/m2考慮

2．梁（剪力墻）上隔墻荷載（kN/m）

a.墻厚（米）× 容重 × 高度：

粘土磚18kN/m3，水泥空心磚10kN/m3，粉煤灰輕渣空心砌塊7～8kN/m3，加氣混凝土砌塊5.5kN/m3。

b.墻面裝飾厚度（雙面）× 容重 × 高度

墻面裝飾層厚單面通常為0.02m，混合砂漿容重17kN/m3。

c.門窗洞口

扣去洞口部分墻體荷載，加上門窗自重。

梁墻上荷載可取等效均布荷載。

3．墻柱梁表面裝飾荷載

通常將混凝土容重取大一點（28 kN/m3）來考慮，不再另外計算。

七、結構計算（上部結構）

根據使用的軟件不同，具體方法步驟不同，先掌握PKPM的PMCAD、SATWE及JCCAD．

（一）建模

詳見《PKPM建模常見問題及處理建議》、PMCAD使用手冊

（二）計算參數

詳見SATWE使用手冊

（三）軟件運算

（四）計算書

1.結構平面布置簡圖（SATWE“接PM生成數據”圖形檢查）

2．荷載平面布置簡圖（PMCAD平面荷載顯示校核）

3．基本參數等wmass.out

4．位移wdisp.out

5．地震wzq.out

6．各層配筋簡圖

7．各層梁裂縫、撓度平面簡圖（梁平法施工圖）

8．各層板配筋面積簡圖（PMCAD畫結構平面圖）

七、結果分析（SATWE計算結果）

（一）原始輸入數據檢查（wmass.out）

1.檢查各參數是否正確。

2．檢查質量（荷載）

a.檢查各樓層單位面積質量（1×恒＋折減系數×活），與“PMCAD荷載校核”對比，避免荷載丟失。

b.檢查 “PMCAD荷載校核”各樓層單位面積荷載（1.2×恒＋1.4×活），與經驗值對比，判斷荷載是否合理。

（二）結構整體分析

1.水平位移控制（wdisp.out）

a.層間位移角（不考慮偶然偏心）限制：

框架結構 1/550

框架－剪力墻、框架－核心筒、板柱－剪力墻 1/800

筒中筒、剪力墻 1/1000

框支層 1/1000

多、高層鋼結構 1/300

b.位移比（考慮偶然偏心）限制：

最大位移（層間位移）與平均位移（平均層間位移）之比：

A級高度建筑（普通多高層屬于此類）：不宜大于1.5 (抗震規范)

不宜大于1.2，不應大于1.5(高規)

B級高度建筑、復雜高層結構、混合結構：不宜大于1.2，不應大于1.4(高規)

2.抗震控制（wzq.out）

a.質量參與系數：不少于90％（高規5.1.13.2）。如果少于90％，增加計算振型數。

b.周期：規范沒有周期大小的控制，根據經驗估算，判斷是否合理，如果周期太大，則說明結構剛度太柔。

c.周期比：扭轉為主第一周期與平動為主第一周期之比

A級高度建筑不應大于0.9，

B級高度建筑、復雜高層結構、混合結構：不應大于0.85

平動扭轉判定：根據平動、扭轉系數大小判定，如果平動系數越大，則平動所占的能量越多，一般來說，當該系數大于0.5時可認為以該振動為主。

第一周期的判定：不要想當然認為排在第一的就是第一周期，應注意剔除局部振動產生的周期。具體可看該振型對底部剪力的貢獻，第一振型的貢獻應是最大的。

d.剪重比：該層地震作用總剪力/該層及其上部重力荷載代表值之和

規范規定了最小值（詳見抗規表5.2.5，高規表3.3.13）

7度基本周期小于3.5s的結構 為0.016。

軟件對小于最小值的會自動調整放大。

3.結構豎向規則（wmass.out）

（1）. 樓層側向剛度比

a.普通樓層（剛度用“地震剪力/層間位移”計算）

抗規3.4.2-3.4.3、高規5.1.14規定：該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%，該層地震剪力應乘以1.15的放大系數。

軟件會根據計算結果，自動乘以放大系數。

b.首層轉換結構（剛度用“剪切剛度”計算）

高規附錄E.0.1規定：上下層剛度比宜接近1，抗震設計不應大于2，非抗震設計不大于3。

c.轉換層數大于1層結構（剛度用“剪彎剛度”計算）

高規附錄E.0.2規定：上下部等效剛度比宜接近1，抗震設計不應大于1.3，非抗震設計不大于2。

（2）樓層層間受剪承載力

抗規3.4.3.2-2規定：不應小于相鄰上一層的65％。

4.結構抗傾覆驗算（wmass.out）

抗傾覆彎矩/傾覆彎矩 > 1

5.結構重力二階效應（wmass.out）

高規5.4.1.1、5.4.1.2規定：剛重比

剪力墻、框剪、筒體EJd/(H2∑Gi) ≥ 2.7 (i=1,n)

框架結構Di*hi/∑Gj≥20，(j=i,n)

不滿足要求時，要考慮重力二階效應。

6.結構整體穩定（wmass.out）

高規5.4.4規定：剛重比應滿足一下規定

剪力墻、框剪、筒體EJd/(H2∑Gi) ≥ 1.4 (i=1,n)

框架結構Di*hi/∑Gj≥10，(j=i,n)

（三）構件分析

結構整體性能、分析指標滿足規范后，我們再來細部分析構件，SATWE可以將各層構件的內力、配筋詳細打印出來，可以據此進行分析。首先檢查構件配筋是否超筋、是否異常。如果感覺異常，要順著組合內力、單工況內力、荷載及邊界條件進行分析，容易出現異常的主要有剪力墻連梁、轉換梁、轉換梁上一層剪力墻的配筋，這里涉及軟件的基本假定及相關原理，不再具體論述。

還要檢查構件的裂縫、擾度等是否滿足規范要求。

至此，結構的各項分析工作完成，接下來就是繪圖的工作了。當然還有基礎的分析與涉及。

參考資料：1. 相關規范

篇2

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3

關鍵詞：結構設計； 設計；優化

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A

1、結構設計優化方法的理論體現

當我們進行結構設計以及工程項目的相關設計的時候，不僅要對設計對象的安全性可靠性以及其基本使用功能進行必要的考慮外，設計還要盡可能的突出建筑的美感，這些便是結構以及工程項目的最優化的相關問題。也就是說利用相應的數學上的方法，對所有設計方案進行必要的分析比較，得出最滿意的設計方案，以滿足預期的目標。

從理論上對結構設計優化方法進行相關的分析可知，房屋工程結構總體的優化設計以及房屋工程分部結構的優化設計是結構設計優化方法在實際應用中具體的表現。房屋工程結構總體的優化設計主要是對圍護結構、屋蓋系統以及結構細部等進行相應的設計方案的優化設

計。在設計的時候還必須考慮到相應的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據工程的實際情況以及結合房屋建筑相應的經濟性，對建筑結構進行相應的優化設計。

為了適應時展的要求，建筑的結構形式必須不斷的進行必要的創新。對于建筑結構的設計師來說，要確保建筑結構具有一定的安全保證，在此基本上考慮設計出新的結構形式。

對于建筑結構的設計，我們要求盡量縮小質量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結構盡量對稱與規則，不過這些必須滿足設計師的基本設計意圖。還要要求在水平荷載作用下建筑物不會產生很大的扭轉效應。必須在滿足建筑相應的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應的承重構件上下貫通。在結構設計中，為了減少結構設計與分析上的難度以及經濟性，我們應該盡量避免使用轉換層結構。對豎直方向的剛度也有著相應的要求，要求剛度的變化必須是漸變的而不是突變的，否則在剛度突變的地方會出現嚴重的應力集中，這不利于建筑結構抵抗水平方向的動力載荷作用。

2、結構設計優化技術的現實意義

對建筑結構的設計進行必要的優化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結構設計進行優化。

結構設計優化和傳統房屋結構設計進行比較我們可以發現：運用設計優化的技術能夠降低建筑的工程造價（6 ～ 35％）。結構設計優化技術能夠使得建筑結構內部的每個單元都得到最佳的協調，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關規定的安全系數，還能夠實現對建筑結構設計的經濟性與實用性。

3、結構設計優化技術在建筑結構設計中的步驟

3.1建立結構優化的模型

在我們對房屋結構整體進行必要的優化設計時候，可以分成三步進行建筑結構的設計優化。下面將對每一步驟進行詳細的介紹：

3.1.1要對設計變量進行合理的選擇

通常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數作為設計變量。如目標控制的相關參數（損失的期望C2和結構的造價C1）和約束控制相關參數（結構的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數，我們可以用預定參數來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。

3.1.2對目標函數進行確定

在進行結構設計優化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關的預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應的失效的概率的函數，使得工程造價最少。

3.1.3對約束條件進行確定

對于房屋的結構的設計優化來說，必須確保結構的可靠度，來對優化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及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等約束條件。在進行結構設計的時候，我們必須對目標約束條件與實際的約束條件進行相應的比較與分析，再確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現最佳的設計。

3.2對優化設計的計算方案進行設定

根據可靠度進行的房屋結構的優化設計具有多約束且非線性的優化問題以及復雜的多變量，在進行相應的分析計算中，一般把有約束的優化問題轉換成無約束優化問題的求解。常用的優化設計的計算方法有拉氏乘子法、復合形法、Powell法等。

3.3進行程序的相關設計

根據可靠度進行的房屋結構的優化設計的基本模型以及所使用的優化設計的計算方法，可以編寫一個具有運算速度快以及功能齊全的綜合應用程序。

3.4結果分析

我們必須對相應的計算結果進行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設計方案。在這個過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對問題進行多角度的考慮。這一步驟在建筑結構設計優化中尤其重要，合理的選擇設計方案，不僅能夠確保結構的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠對施工中的資金的投入有著重大的影響。在結構設計優化中只強調經濟上的節約，而忽略技術上的相關要求，是不正確的；同樣只考慮技術上的要求，而不考慮經濟的要求，也是不合理的。我們必須對兩者進行合理的配置，才能達到相關要求。

4、結構設計優化技術的實踐應用

對于項目的前期設計、整體設計、舊房改造以及抗震設計方面均能夠采用結構設計優化設計的方法。下面對實踐應用中的問題進行必要的說明：

4.1結構設計優化應注意前期參與

前期方案直接會影響到工程的造價，然而很多結構設計忽略了這一點，所以我們應該注意。前期參與能夠讓我選擇合理的結構形式以及合理的設計方案。

4.2概念設計結合細部結構設計優化

在沒有具體數值量化的情況下，我們可以使用概念設計。例如，對地震的烈度進行設防時，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實際相符合的計算式，所以在進行設計優化的時候我們可以使用概念設計的方法，把相應的數值作為參考與輔助相關的依據。同時在設計過程中，相關結構設計人員必須合理并靈活的使用結構設計優化的方法，從而達到最佳的效果。

在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優化，例如，在現澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結構的基本要求條件下，達到既安全又經濟的目的。

4.3下部地基基礎結構的設計優化

在地基基礎的結構設計優化中，我們必須選取合適的方案，如可以根據工地的地質條件選擇相應的樁基類型，并盡量減少相應的工程造價。并根據樁端的持力層的厚度合理的選擇灌注樁的樁長度，通過對多種設計方案進行必要的分析比較，然后選取最佳的設計方案。

篇4

關鍵詞：高層建筑結構設計；教學內容；教學方法；教學手段

高層建筑結構設計課程的教學內容涉及混凝土結構、結構力學、結構抗震等知識的綜合應用，作為培養從事土木工程設計、施工、預算、招投標工作的高級工程技術人才的土木工程專業，一般將高層建筑結構設計課程設置為一門專業限選課。土木工程專業畢業生的就業方向主要有結構設計、工程施工技術管理、預算和招投標等崗位，這些工作崗位都與高層建筑結構設計具有密切聯系。土木工程結構設計崗位的主要工作內容已由多層建筑設計轉變為高層建筑設計；從事土木工程施工管理工作，必須掌握高層建筑結構的識圖與讀圖等知識，清楚高層建筑中哪些是主要受力構件，哪些是構造構件，在施工過程中遇到一些簡單的高層事故應如何處理，等等，這些都有賴于該課程的學習；土木工程預算和招投標管理工作中大量的分析計算都要靠計算機來完成，要求工作人員要在看懂圖紙（很多是高層建筑圖紙）的基礎上建立分析模型，做到不多算、不漏算，這也有賴于該課程的學習。工程專業開設該課程的意義由此可見。但是，由于種種因素的影響，目前該課程教學中還存在不少現實問題。鑒于此，本文擬從教學內容、教學模式、教學方法、教學過程等方面探討高層建筑結構課程的教學改革問題，希望能為該課程教學質量的提高提供參考。

一、課程教學內容規劃

隨著我國經濟的發展，土建行業對人才的要求特別是對學生工程素質的要求越來越高，企業歡迎的是具有完備知識結構又具備較強工程能力的人才。高層建筑結構設計課程涉及很多計算，教學內容十分豐富，但該課程的學時往往十分有限，因此，合理選擇教學內容就顯得尤為重要。該課程教學內容的選擇應以應用型人才能力培養為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。土木工程專業一般將該課程安排在大學四年級第一學期，主要內容包括緒論、高層建筑結構的體系與布置、高層建筑結構的荷載和地震作用、高層建筑結構的計算分析和設計要求、框架結構設計、剪力墻結構設計、框架―剪力墻結構設計、高層建筑地下室和基礎設計等，與先修課程混凝土結構、混凝土結構與砌體結構、基礎工程、工程結構抗震等有緊密聯系，也存在一定的內容重復現象。為了保持教學內容的系統性，教師處理與已開設課程重復的內容時，應做到“重復的內容講差別，相似的內容講典型，突出重點”[1]。例如：荷載計算部分的一些內容與混凝土結構課程的相關內容相似，按照相似的內容講典型的原則，對該部分內容，教師應重點講解高層建筑結構的風荷載計算（考慮風震系數），而活荷載計算可不考慮不利布置；框架結構設計部分的一些內容，與混凝土結構與砌體結構等課程的相關內容存在重復現象，按照重復的內容講差別的原則，對該部分內容，教師應重點講解在框架結構設計中如何調整位移比、周期比、軸壓比、相鄰層剛度比、層間位移角、層間受剪承載力比等高規參數；高層建筑結構基礎設計部分的一些內容，與基礎設計和基礎工程課程存在內容重復現象，按照重復的內容講差別的原則，教師可重點講解高層建筑“筏板基礎”“樁基+筏板”設計中的常見錯誤及其原因。

二、課程教學模式

在開設高層建筑結構設計課程時，學生已具備一定的專業技能，但綜合能力還有待提高。采用多元化教學模式是近年來該課程教學的主要特點之一。根據高層建筑結構設計課程實踐性和操作性強的特點，教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內容開展任務驅動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結合，著力體現應用性、實踐性和開放性的課程理念。將“教、學、做”一體化的教學模式有機融入教學過程，有利于處理“懂”與“會”的關系，學生可以先懂后會，也可以先會后懂或邊懂邊會。此外，教師還可以把課堂搬進實驗室、建筑設計院、工程施工現場等場所，廣泛開展直觀教學，實現課堂教學與實習實訓的一體化，從而有效提升學生的綜合能力。

三、課程教學方法與教學手段

高層建筑結構設計課程的教學環節分為課堂教學、PKPM軟件應用、工程設計實踐和考核[2]。以下從四個方面探討該課程的教學改革。

(一)課堂教學

課堂教學應以講解高層建筑結構設計的基本設計理論、抗震規范、高層混凝土結構技術規程等內容為主；要有明確的教學目標、有效的教學策略和具體的學習評價指標；要注重學生興趣的培養和潛能的發掘與提升，廣泛開展探究性學習和協作學習；要注意培養學生終身學習的觀念，力促學生自主發展和可持續發展。在高層建筑結構設計課程教學中，還應做到課堂講授、自學、討論相結合，課內學習與課外學習相結合，理論學習與實踐環節相結合[3]。第一，課堂講授與自學相結合。教師在課堂教學中應重點講授基本概念、基本原理和難點，并向學生指定課外自學的內容和思考題，以培養學生的自學能力，化解教學內容多而課時有限的矛盾。第二，開展課堂討論，啟發學生開展積極的思維活動[4]。大學生思想獨立性強，思維靈活，喜歡獨立思考問題。因此，在全班或小組內圍繞一個問題開展討論，讓學生各抒己見，相互啟發，有利于發揮學生學習的積極性和主動性，充分提高教學效果。如在高層結構選型內容的教學中，可讓學生以某“高層設計采用哪種結構體系較合理”為題在班級范圍內開展討論，讓學生在愉快的氛圍下通過主動思考掌握高層結構體系的有關知識。就課堂討論的方式來講，教師可先提出問題，讓學生在小組討論的基礎上，選出代表到黑板前陳述意見，這樣既可活躍課堂氣氛，提高教學效果，也可提高學生的表達能力。第三，課內學習與課外學習相結合。在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題。對于較抽象的教學內容，教師應組織學生開展課堂討論或課外學習小組（宜以宿舍為單位）討論。教師還可結合單元教學內容，組織開展以高層結構設計基本理論知識和常規應用為基礎的小型競賽活動，如PKPM建模大賽等，以鍛煉提高學生的知識運用能力。第四，理論教學與實踐教學相結合。筆者的調查表明，很多學生在學習過程中都感覺到“高層建筑混凝土結構技術規程”難以理解，難以聯系具體工程實例；結構設計只是停留在單個構件上，不明確結構整體設計的思路。因此，教師在教學中應結合具體教學內容引入工程實例，通過對工程實例的詳細講解，使學生加深對理論知識的理解，提高應用能力。比如，對高層建筑常用的三種結構，即框架結構、剪力墻結構、框架―剪力墻結構，教師可借助實際工程項目，依次詳細講解抗側力構件的布置、主要高規參數的控制、平面的布置、施工圖的繪制，通過實例講解使學生理清結構設計的整體思路，加深對規范條文的理解。需要說明的是，教師教學中選用的案例可以來自企業生產實踐，也可來自教師指導學生完成的工程設計實踐項目。教師指導學生進行工程設計實踐（包括結構選擇、結構建模、施工圖繪制等），是提高高層建筑結構設計課程教學質量的有效手段。

(二)PKPM軟件應用教學

PKPM軟件應用教學的重點是理解和掌握高層建筑結構設計的基本過程，主要有以下三個教學步驟：(1)結構布置的講解與練習。在此步驟中，要通過講解和練習，使學生掌握運用PKPM軟件建模的技巧，理解“抗規”關于結構平面和豎向布置的基本要求。結構平面布置要求平面形狀簡單、規則、對稱、質心和剛心重合[5]30−31；結構豎向布置的要求主要是抗側力構件沿豎向不突變等。(2)PKPM基本計算參數輸入練習。在此步驟中，應要求學生按照相關要求，結合工程結構的實際情況輸入PKPM相關參數，并理解基本風壓、基本雪壓、設計地震分組、抗震設防烈度、連梁剛度折減系數等參數的含義。(3)PKPM計算結果的分析判斷和參數調整。在此步驟中，應指導學生通過對計算結果的分析，判斷結構的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩定是否滿足要求，并對不滿足要求的參數進行調整。

(三)工程設計實踐教學

開展高層建筑結構設計課程實踐教學，有利于學生強化工程概念和感性認識，激發學習主動性，提高創新能力。在工程設計實踐教學中，教師可以組織學生分組參觀調查當地已建高層建筑，了解其構型、結構體系、存在的施工問題等；可以讓學生以小組為單位完成高層建筑的建模，如15層以下教學樓、辦公樓、賓館等框架結構的建模，20層以下住宅樓等剪力墻結構的建模，20層以下寫字樓、公寓等框架―剪力墻結構的建模。

(四)課程考核

高層建筑結構設計課程的常規考核方法是筆試成績與平時成績相結合，但筆試成績一般占總成績的80%，這容易導致學生只重視理論而忽視實踐，不利于學生應用能力的提高。該課程的考核應著重考核學生綜合運用知識的能力，可采用筆試、上機操作、實踐環節相結合的考核方式。其中，筆試成績占總成績的50%，試卷的制作可參考國家“注冊結構工程師專業資格”考試；上機操作成績占總成績的20%，可以給定房屋建筑平面圖和立面圖，讓學生在規定時間內運用PKPM軟件完成滿足結構設計規范要求的結構建模；實踐環節成績占總成績的30%，內容包括考察報告的撰寫情況、在分組建模實踐教學中的表現等。

四、教學過程的組織

如前所述，在每次課結束前，教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題，其中預習的內容可以是參觀現有高層建筑結構，調查了解其結構形式、結構設計、施工中存在的問題等，并形成文字。導入新課時，教師可用5分鐘左右的時間了解學生的預習情況，并通過總結引出新課題。在講授新課的過程中，教師應突出重點，把握難點，可按照理論講授―例題解析―學生練習―歸納總結的步驟組織教學。如在講解高層建筑的結構體系時，可先分述每種結構體系的概念，再舉例分析典型的結構體系布置，然后讓學生畫出附近教學樓等高層建筑的結構，最后歸納總結常見建筑結構體系的選擇。課堂討論教學環節一般可采取學生自由發言與教師總結相結合的方式，而在安排有小組前期調研的情況下，應緊緊圍繞小組代表的匯報發言開展現場提問。另外，教師在課堂教學中還應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，以實現學以致用，不斷提高學生的實踐應用能力。例如，為了提高應用型技術人才培養質量，黃淮學院在其大學生創新創業園設置了建筑設計院校內實踐基地，為土木工程、建筑工程等專業學生的工程實踐提供了良好的平臺，教師引導學生到這里結合教學內容參觀實踐，無疑能夠有效地促進學生實現所學理論知識的內化和實踐應用能力的提升。

作者:邵蓮芬 單位:黃淮學院

參考文獻：

[1]牛海成，徐海賓．面向可持續發展的高層建筑結構設計課程教學改革探討[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．

[2]劉圓圓．淺談《高層建筑設計》課程改革方案[J]．城市建設理論研究：電子版，2014(36)：8119―8120．

[3]孟麗巖，王濤，陳勇，等．高層建筑結構設計課程教學方法的改革與實踐[J]．黑龍江教育（理論與實踐），2015(3)：77―78．

篇5

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.