時間：2023-08-04 09:18:53
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇結(jié)構(gòu)設(shè)計基本步驟，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞：建筑； 結(jié)構(gòu)設(shè)計； 質(zhì)量； 措施；
中圖分類號： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念
結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體程序是需要嚴(yán)格遵守的。建筑物的設(shè)計工作實際上存在諸多分支，這些分支具體涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、建筑設(shè)計、暖氣通風(fēng)設(shè)計、給排水設(shè)計等。每個分支的具體設(shè)計過程都必須圍繞四個根本目標(biāo): 審美要求、功能要求、環(huán)保要求以及經(jīng)濟要求。建筑的結(jié)構(gòu)是建筑物發(fā)揮其使用功能的基本條件，因而，結(jié)構(gòu)設(shè)計也是建筑物設(shè)計過程中極為重要的組成部分之一，結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)分為以下四個步驟: 設(shè)計結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計構(gòu)件、繪制施工圖紙。建筑結(jié)構(gòu)的類型這一概念相對而言范圍廣、內(nèi)容豐富。根據(jù)不同建筑物在具體功能要求上的差異，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了諸多結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)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(yè)建筑。如果依據(jù)建筑物的層數(shù)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(jié)構(gòu)材料是有所區(qū)別的，從結(jié)構(gòu)類型的角度來分類，大體上有: 混合結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。此外，建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成方式也存在較大的區(qū)別，從這個角度，可以劃分為框筒結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)等。由此可見，建筑結(jié)構(gòu)類型的劃分方法頗多，內(nèi)容也相對復(fù)雜。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還有一個很重要的名詞: 概念設(shè)計。概念設(shè)計的具體含義指的是通過清晰、明確的概念結(jié)構(gòu)，在不進行數(shù)值計算的情況下，根據(jù)分系統(tǒng)與整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)間的結(jié)構(gòu)破壞機理、力學(xué)關(guān)系、實驗現(xiàn)象、震害以及工程經(jīng)驗所獲得的原始設(shè)計思想與基本設(shè)計原則，對結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果做出合理、準(zhǔn)確的分析，同時將計算假設(shè)與結(jié)構(gòu)的實際受力狀況間的差異也考慮在內(nèi)，對結(jié)構(gòu)或構(gòu)造進行設(shè)計，盡可能保證建筑物的受力更安全、更合理、更協(xié)調(diào)。
二、概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要意義
在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，概念設(shè)計占據(jù)極其重要的地位，結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟通常可以劃分為三步: 前期選擇方案階段，中期結(jié)構(gòu)計算階段以及后期制繪施工圖階段。結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析的首要步驟就是概念設(shè)計，以上三個步驟均與科學(xué)的概念指導(dǎo)不可分割。一名好的結(jié)構(gòu)工程師在每個項目工程設(shè)計的初始階段，也就是建筑設(shè)計方案確定階段，先按照自身的經(jīng)驗和專業(yè)基礎(chǔ)，在心里經(jīng)歷一段優(yōu)化過程，應(yīng)用概念設(shè)計手段，能夠快速、合理地構(gòu)思，比較，抉擇每一個結(jié)構(gòu)體系，并且協(xié)助建筑師擴展或者實現(xiàn)建筑行業(yè)所需要的空間形式，想要的使用，構(gòu)筑和形象功能，且將其定為目標(biāo)，同建筑師共同決定建筑的總體結(jié)構(gòu)方案，此外，還要確定整體結(jié)構(gòu)體系和分體結(jié)構(gòu)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(jīng)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(nèi)力分析所得到的數(shù)據(jù)可靠性的依據(jù)。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈魂和核心，概念設(shè)計統(tǒng)領(lǐng)著整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，也顯示了設(shè)計工程師的理論和設(shè)計水平。通過結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的運用，可以從全局上明確結(jié)構(gòu)的各項性能，從而科學(xué)的判斷計算分析得到的結(jié)果并進行合理的利用，確保了設(shè)計過程中工程師的主體地位。
三、提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的策略分析
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(dǎo)致設(shè)計過程中涉及的參數(shù)很可能具有一定的特殊性。簡單舉例有: 基本雪壓、基本風(fēng)壓、場地土類別、地震烈度等鑄鍛參數(shù)的選取過程都要嚴(yán)格依照《全國基本雪壓分布圖》《全國基本風(fēng)壓分布圖》以及工程地質(zhì)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(qū)存在差異，工程師則需要根據(jù)實際選用的主材確定墻體荷載。在開始設(shè)計之前，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)大量收集設(shè)計相關(guān)資料、深入研究設(shè)計規(guī)范，根據(jù)具體的工程類型、地域條件確定具體參數(shù)，這樣的做法能夠在加強計算結(jié)果可靠性的同時，避免參數(shù)不合理、參數(shù)錯誤造成的返工、浪費等現(xiàn)象。建模計算的前期處理是提高結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的重要措施之一。對荷載的計算要保證準(zhǔn)確有效，估計、推測等無依據(jù)的做法是需要每個工程師盡可能避免的。建模的過程要嚴(yán)格按照科學(xué)的方法來給定輸入，樓梯洞口輸入處的局部開洞處理，轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與懸挑構(gòu)件設(shè)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(shù)具體含義的情況下，毫無依據(jù)的對參數(shù)進行盲目的修改是結(jié)構(gòu)建模過程中的一個大忌。在調(diào)整參數(shù)的過程中，要格外注意不同參數(shù)的具體適用范圍，具體的某一項參數(shù)大多具有較為嚴(yán)格的適用性，磚混結(jié)構(gòu)下準(zhǔn)確的參數(shù)，很可能不適用于框架結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)下準(zhǔn)確的參數(shù)，對高層結(jié)構(gòu)的適用性也未必能夠保證。對相關(guān)計算軟件的應(yīng)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(shè)條件的，軟件的編制默認(rèn)狀態(tài)下均符合這些特定條件，為了避免出現(xiàn)參數(shù)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(shù)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(shù)條件的深刻理解，就無法合理、正確的應(yīng)用軟件進行實際設(shè)計。因過分信任計算機的計算結(jié)果，而忽視結(jié)構(gòu)概念導(dǎo)致的嚴(yán)重錯誤，近年來在結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域也屢見不鮮。相關(guān)領(lǐng)域工作者在必要的情況下要進行手算復(fù)核，而不是迷信軟件的計算結(jié)果，這種情況對于帶轉(zhuǎn)換的構(gòu)件設(shè)計工作最為重要。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，建筑物計算分析的結(jié)果是為了確保在靜力荷載以及自然災(zāi)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(jié)果展開的設(shè)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(xiàn)象的。針對不同的自然災(zāi)害，要進行專門的防護性設(shè)計。以地震為例，可以根據(jù)工程抗震等級的要求指標(biāo)，按照設(shè)計規(guī)范中的具體要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用必要的構(gòu)造措施。特別是針對計算性相對比較弱的結(jié)構(gòu)類型時，多數(shù)的設(shè)計都要求通過構(gòu)造措施保證建筑的安全性。
四、結(jié)語
隨著我國市場經(jīng)濟狀況的高速發(fā)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(chǎn)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(chǎn)上。同時，我國的內(nèi)陸地區(qū)地震頻發(fā)，住房的質(zhì)量不但與廣大人民的切身利益息息相關(guān)，還可能在自然災(zāi)害發(fā)生時直接影響到百姓的人身安全。建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計在很大程度上影響著建設(shè)工程的安全可靠、美觀實用、施工難度、工程造價等諸多品質(zhì)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量自古以來，都是結(jié)構(gòu)工程師最為關(guān)注的話題之一。同時，項目的特殊要求、施工環(huán)境的變化以及結(jié)構(gòu)設(shè)計人員水平上的差異等諸多因素都與結(jié)構(gòu)設(shè)計的出圖質(zhì)量密切相關(guān)。為了盡可能避免設(shè)計圖紙上出現(xiàn)“漏、碰、錯、缺”，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)工作者應(yīng)當(dāng)通過有效的措施盡可能提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。通過文章中的分析，概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)、計算結(jié)果的荷載分析、數(shù)學(xué)建模工作的有效進行，都是提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的好辦法。本文在此談了談自己的觀點和看法，可供同行參考。
參考文獻(xiàn):
［1］ 馬玉剛． 淺談如何提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量［J］． 工程技術(shù)，2010
［2］ 張麗莉． 淺談提高建筑設(shè)計質(zhì)量的措施［J］． 建筑工程，2010
關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；質(zhì)量控制；措施
中圖分類號：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
隨著我國市場經(jīng)濟狀況的高速發(fā)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(chǎn)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(chǎn)上。同時，我國的內(nèi)陸地區(qū)地震頻發(fā)，住房的質(zhì)量不但與廣大人民的切身利益息息相關(guān)，還可能在自然災(zāi)害發(fā)生時直接影響到百姓的人身安全。建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計在很大程度上影響著建設(shè)工程的安全可靠、美觀實用、施工難度、工程造價等諸多品質(zhì)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量自古以來，都是結(jié)構(gòu)工程師最為關(guān)注的話題之一。同時，項目的特殊要求、施工環(huán)境的變化以及結(jié)構(gòu)設(shè)計人員水平上的差異等諸多因素都與結(jié)構(gòu)設(shè)計的出圖質(zhì)量密切相關(guān)。為了盡可能避免設(shè)計圖紙上出現(xiàn)“漏、碰、錯、缺”，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)工作者應(yīng)當(dāng)通過有效的措施盡可能提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。通過文章中的分析，概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)、計算結(jié)果的荷載分析、數(shù)學(xué)建模工作的有效進行，都是提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的好辦法。本文在此談了談自己的觀點和看法，可供同行參考。
1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念
結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體程序是需要嚴(yán)格遵守的。建筑物的設(shè)計工作實際上存在諸多分支，這些分支具體涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、建筑設(shè)計、暖氣通風(fēng)設(shè)計、給排水設(shè)計等。每個分支的具體設(shè)計過程都必須圍繞四個根本目標(biāo): 審美要求、功能要求、環(huán)保要求以及經(jīng)濟要求。建筑的結(jié)構(gòu)是建筑物發(fā)揮其使用功能的基本條件，因而，結(jié)構(gòu)設(shè)計也是建筑物設(shè)計過程中極為重要的組成部分之一，結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)分為以下四個步驟: 設(shè)計結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計構(gòu)件、繪制施工圖紙。建筑結(jié)構(gòu)的類型這一概念相對而言范圍廣、內(nèi)容豐富。根據(jù)不同建筑物在具體功能要求上的差異，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了諸多結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)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(yè)建筑。如果依據(jù)建筑物的層數(shù)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(jié)構(gòu)材料是有所區(qū)別的，從結(jié)構(gòu)類型的角度來分類，大體上有: 混合結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。此外，建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成方式也存在較大的區(qū)別，從這個角度，可以劃分為框筒結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)等。由此可見，建筑結(jié)構(gòu)類型的劃分方法頗多，內(nèi)容也相對復(fù)雜。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還有一個很重要的名詞: 概念設(shè)計。概念設(shè)計的具體含義指的是通過清晰、明確的概念結(jié)構(gòu)，在不進行數(shù)值計算的情況下，根據(jù)分系統(tǒng)與整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)間的結(jié)構(gòu)破壞機理、力學(xué)關(guān)系、實驗現(xiàn)象、震害以及工程經(jīng)驗所獲得的原始設(shè)計思想與基本設(shè)計原則，對結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果做出合理、準(zhǔn)確的分析，同時將計算假設(shè)與結(jié)構(gòu)的實際受力狀況間的差異也考慮在內(nèi)，對結(jié)構(gòu)或構(gòu)造進行設(shè)計，盡可能保證建筑物的受力更安全、更合理、更協(xié)調(diào)。
2 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要意義
在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，概念設(shè)計占據(jù)極其重要的地位，結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟通常可以劃分為三步: 前期選擇方案階段，中期結(jié)構(gòu)計算階段以及后期制繪施工圖階段。結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析的首要步驟就是概念設(shè)計，以上三個步驟均與科學(xué)的概念指導(dǎo)不可分割。一名好的結(jié)構(gòu)工程師在每個項目工程設(shè)計的初始階段，也就是建筑設(shè)計方案確定階段，先按照自身的經(jīng)驗和專業(yè)基礎(chǔ)，在心里經(jīng)歷一段優(yōu)化過程，應(yīng)用概念設(shè)計手段，能夠快速、合理地構(gòu)思，比較，抉擇每一個結(jié)構(gòu)體系，并且協(xié)助建筑師擴展或者實現(xiàn)建筑行業(yè)所需要的空間形式，想要的使用，構(gòu)筑和形象功能，且將其定為目標(biāo)，同建筑師共同決定建筑的總體結(jié)構(gòu)方案，此外，還要確定整體結(jié)構(gòu)體系和分體結(jié)構(gòu)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(jīng)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(nèi)力分析所得到的數(shù)據(jù)可靠性的依據(jù)。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈魂和核心，概念設(shè)計統(tǒng)領(lǐng)著整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，也顯示了設(shè)計工程師的理論和設(shè)計水平。通過結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的運用，可以從全局上明確結(jié)構(gòu)的各項性能，從而科學(xué)的判斷計算分析得到的結(jié)果并進行合理的利用，確保了設(shè)計過程中工程師的主體地位。
3 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量控制的措施
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(dǎo)致設(shè)計過程中涉及的參數(shù)很可能具有一定的特殊性。簡單舉例有: 基本雪壓、基本風(fēng)壓、場地土類別、地震烈度等鑄鍛參數(shù)的選取過程都要嚴(yán)格依照《全國基本雪壓分布圖》《全國基本風(fēng)壓分布圖》以及工程地質(zhì)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(qū)存在差異，工程師則需要根據(jù)實際選用的主材確定墻體荷載。在開始設(shè)計之前，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)大量收集設(shè)計相關(guān)資料、深入研究設(shè)計規(guī)范，根據(jù)具體的工程類型、地域條件確定具體參數(shù)，這樣的做法能夠在加強計算結(jié)果可靠性的同時，避免參數(shù)不合理、參數(shù)錯誤造成的返工、浪費等現(xiàn)象。建模計算的前期處理是提高結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的重要措施之一。對荷載的計算要保證準(zhǔn)確有效，估計、推測等無依據(jù)的做法是需要每個工程師盡可能避免的。建模的過程要嚴(yán)格按照科學(xué)的方法來給定輸入，樓梯洞口輸入處的局部開洞處理，轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與懸挑構(gòu)件設(shè)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(shù)具體含義的情況下，毫無依據(jù)的對參數(shù)進行盲目的修改是結(jié)構(gòu)建模過程中的一個大忌。在調(diào)整參數(shù)的過程中，要格外注意不同參數(shù)的具體適用范圍，具體的某一項參數(shù)大多具有較為嚴(yán)格的適用性，磚混結(jié)構(gòu)下準(zhǔn)確的參數(shù)，很可能不適用于框架結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)下準(zhǔn)確的參數(shù)，對高層結(jié)構(gòu)的適用性也未必能夠保證。對相關(guān)計算軟件的應(yīng)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(shè)條件的，軟件的編制默認(rèn)狀態(tài)下均符合這些特定條件，為了避免出現(xiàn)參數(shù)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(shù)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(shù)條件的深刻理解，就無法合理、正確的應(yīng)用軟件進行實際設(shè)計。因過分信任計算機的計算結(jié)果，而忽視結(jié)構(gòu)概念導(dǎo)致的嚴(yán)重錯誤，近年來在結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域也屢見不鮮。相關(guān)領(lǐng)域工作者在必要的情況下要進行手算復(fù)核，而不是迷信軟件的計算結(jié)果，這種情況對于帶轉(zhuǎn)換的構(gòu)件設(shè)計工作最為重要。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，建筑物計算分析的結(jié)果是為了確保在靜力荷載以及自然災(zāi)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(jié)果展開的設(shè)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(xiàn)象的。針對不同的自然災(zāi)害，要進行專門的防護性設(shè)計。以地震為例，可以根據(jù)工程抗震等級的要求指標(biāo)，按照設(shè)計規(guī)范中的具體要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用必要的構(gòu)造措施。特別是針對計算性相對比較弱的結(jié)構(gòu)類型時，多數(shù)的設(shè)計都要求通過構(gòu)造措施保證建筑的安全性。
參考文獻(xiàn):
[1] 馬玉剛．淺談如何提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量[J]．工程技術(shù)，2010，（09）.
[2] 張麗莉．淺談提高建筑設(shè)計質(zhì)量的措施[J]．建筑工程，2011，（02）.
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計； 設(shè)計；優(yōu)化
中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的理論體現(xiàn)
當(dāng)我們進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工程項目的相關(guān)設(shè)計的時候，不僅要對設(shè)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(shè)計還要盡可能的突出建筑的美感，這些便是結(jié)構(gòu)以及工程項目的最優(yōu)化的相關(guān)問題。也就是說利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)上的方法，對所有設(shè)計方案進行必要的分析比較，得出最滿意的設(shè)計方案，以滿足預(yù)期的目標(biāo)。
從理論上對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進行相關(guān)的分析可知，房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計以及房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在實際應(yīng)用中具體的表現(xiàn)。房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計主要是對圍護結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部等進行相應(yīng)的設(shè)計方案的優(yōu)化設(shè)
計。在設(shè)計的時候還必須考慮到相應(yīng)的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據(jù)工程的實際情況以及結(jié)合房屋建筑相應(yīng)的經(jīng)濟性，對建筑結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。
為了適應(yīng)時展的要求，建筑的結(jié)構(gòu)形式必須不斷的進行必要的創(chuàng)新。對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計師來說，要確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證，在此基本上考慮設(shè)計出新的結(jié)構(gòu)形式。
對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，我們要求盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結(jié)構(gòu)盡量對稱與規(guī)則，不過這些必須滿足設(shè)計師的基本設(shè)計意圖。還要要求在水平荷載作用下建筑物不會產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。必須在滿足建筑相應(yīng)的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應(yīng)的承重構(gòu)件上下貫通。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了減少結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析上的難度以及經(jīng)濟性，我們應(yīng)該盡量避免使用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。對豎直方向的剛度也有著相應(yīng)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(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中，這不利于建筑結(jié)構(gòu)抵抗水平方向的動力載荷作用。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實意義
對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行必要的優(yōu)化，在對于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計中的應(yīng)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(dāng)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(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化。
結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計進行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運用設(shè)計優(yōu)化的技術(shù)能夠降低建筑的工程造價（6 ～ 35％）。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，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(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性與實用性。
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的步驟
3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型
在我們對房屋結(jié)構(gòu)整體進行必要的優(yōu)化設(shè)計時候，可以分成三步進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化。下面將對每一步驟進行詳細(xì)的介紹：
3.1.1要對設(shè)計變量進行合理的選擇
通常在對設(shè)計變量進行選擇時，我們把對建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2和結(jié)構(gòu)的造價C1）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設(shè)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(biāo)函數(shù)進行確定
在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應(yīng)的失效的概率的函數(shù)，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(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化來說，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來對優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的約束條件進行相應(yīng)的確定，設(shè)計優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，我們必須對目標(biāo)約束條件與實際的約束條件進行相應(yīng)的比較與分析，再確保每個約束條件都必須滿足相關(guān)要求，以實現(xiàn)最佳的設(shè)計。
3.2對優(yōu)化設(shè)計的計算方案進行設(shè)定
根據(jù)可靠度進行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復(fù)雜的多變量，在進行相應(yīng)的分析計算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計的計算方法有拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powell法等。
3.3進行程序的相關(guān)設(shè)計
根據(jù)可靠度進行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的基本模型以及所使用的優(yōu)化設(shè)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(yīng)用程序。
3.4結(jié)果分析
我們必須對相應(yīng)的計算結(jié)果進行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠?qū)κ┕ぶ械馁Y金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中只強調(diào)經(jīng)濟上的節(jié)約，而忽略技術(shù)上的相關(guān)要求，是不正確的；同樣只考慮技術(shù)上的要求，而不考慮經(jīng)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(dá)到相關(guān)要求。
4、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實踐應(yīng)用
對于項目的前期設(shè)計、整體設(shè)計、舊房改造以及抗震設(shè)計方面均能夠采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計的方法。下面對實踐應(yīng)用中的問題進行必要的說明：
4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計忽略了這一點，所以我們應(yīng)該注意。前期參與能夠讓我選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以及合理的設(shè)計方案。
4.2概念設(shè)計結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化
在沒有具體數(shù)值量化的情況下，我們可以使用概念設(shè)計。例如，對地震的烈度進行設(shè)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(shè)計優(yōu)化的時候我們可以使用概念設(shè)計的方法，把相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)的依據(jù)。同時在設(shè)計過程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，從而達(dá)到最佳的效果。
在設(shè)計過程中必須對細(xì)部的結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化，例如，在現(xiàn)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(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟的目的。
4.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化
在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，我們必須選取合適的方案，如可以根據(jù)工地的地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的樁基類型，并盡量減少相應(yīng)的工程造價。并根據(jù)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(shè)計方案進行必要的分析比較，然后選取最佳的設(shè)計方案。
1 有限元法概述
有限元分析又稱有限單元法，是一種解決場問題一系列偏微分方程的數(shù)學(xué)方法，被廣泛用于解決結(jié)構(gòu)強度、剛度、振動、傳熱、屈曲問題，在工程機械鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。美國福特過程在上世紀(jì)70年代，便應(yīng)用有NASTRAN軟件，對車底架進行靜態(tài)分析，找出高應(yīng)力區(qū)，進行設(shè)計改進。日本五十菱汽車在80年代末將有限元廣泛應(yīng)用于汽車設(shè)計的各個階段。對于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，其最終目的在于解決鋼結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟性之間的平衡問題，傳統(tǒng)的設(shè)計方法采用預(yù)先的概念設(shè)計，重復(fù)進行結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計演化、構(gòu)件尺寸調(diào)整，工作量大，往往無法進行科學(xué)的計算，有限元法對鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，可對結(jié)構(gòu)外部荷載進行預(yù)測計算，如結(jié)構(gòu)響應(yīng)不滿足要求，或為了更理想的設(shè)計，可進行改進設(shè)計。
2 工程機械鋼結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析
2.1有限元法典型分析步驟
有限分析的主要步驟為結(jié)構(gòu)離散化、選擇位移插值函數(shù)、分析單元力學(xué)特性、計算等效節(jié)點載荷、整體分析、應(yīng)用位移邊界條件、求解結(jié)構(gòu)平衡方程、計算單元應(yīng)力。機械工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件非常多，結(jié)構(gòu)離散化將其分為有限個單元體，并設(shè)置節(jié)點，將節(jié)點連接起來，成為集合體，便代表整個機械結(jié)構(gòu)（被設(shè)計結(jié)構(gòu)）的整體設(shè)計目標(biāo)。大型工程機械整體結(jié)構(gòu)基本成熟，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本上是對原有結(jié)構(gòu)中的某個局部進行優(yōu)化改進或替代設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)是連續(xù)的彈塑性體，故為了逼近連續(xù)的彈塑性統(tǒng)，需據(jù)計算精度、計算機性能，選擇合適的單元數(shù)目、基本設(shè)計結(jié)構(gòu)，以確定較優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)劃分方案。位移插值函數(shù)表現(xiàn)節(jié)點唯一中任一點位移、應(yīng)變、應(yīng)力，即位移函數(shù)。能源力學(xué)特性，一般采用彈性力學(xué)幾何方程，采用節(jié)點位移表示單元應(yīng)變。鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)彈性經(jīng)離散化后，考慮到力是從單元公共邊界傳遞到另一個單元的，便需要將單元上的集中力、體積力以及作用在單元邊界的表面力，移植到節(jié)點上，形成等效節(jié)點載荷。再次，進行整體分析，結(jié)合所有單元的剛度方程，建立結(jié)構(gòu)平衡方程，形成總體剛度矩陣。再次，設(shè)計位移邊界條件，求解結(jié)構(gòu)方程，計算單元應(yīng)力，最終求得整體應(yīng)力。
2.2 有限元法參數(shù)化分析技術(shù)
有限元的參數(shù)化分析是對結(jié)構(gòu)參模型進行簡化的一種方法，通過描述結(jié)構(gòu)的尺寸特征，實現(xiàn)可變參數(shù)的有限元分析，目前普遍采用有限元分析軟件進行參數(shù)化分析。第一步：①利用參數(shù)化實現(xiàn)，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)抽象描述特征參數(shù)，在不影響精度情況下進行簡化；②利用軟件提供的編程軟件，建立參數(shù)化有限元分析流程；③根據(jù)設(shè)計要求，將參數(shù)賦予特征值，進行有限元計算分析。第二步是參數(shù)化分析的核心，以變量形式定義特征參數(shù)，定義分析類型與過程，定義分析結(jié)構(gòu)的提取與處理。以雙梁式起重機主梁為例，其參數(shù)主要包括主梁長、主梁寬、主梁高、主梁端高，上面板寬、尺寸，下面板寬、隔板高、腹板厚、上面板厚、下面板厚、隔板厚、隔板位置等，分別設(shè)置為A1-n，單位為mm。采用Solid Works SDA API程序，添加SldWorks 2014 Type Library、SldWorks 2014 Constant type library模塊，進行相應(yīng)的設(shè)計頁面，設(shè)置參數(shù)，進行計算[1]。
3 工程機械鋼結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析
傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計闡述了靜態(tài)載荷下強度、剛度分布，工程機械工作強度高，在工作狀態(tài)下，鋼材料受力學(xué)作用影響，會出現(xiàn)應(yīng)力變化，受摩擦影響，還可出現(xiàn)升溫，出現(xiàn)機械性能改變，彈性體振動等問題直接影響結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)。故，需對機械鋼結(jié)構(gòu)進行動力學(xué)分析。以結(jié)構(gòu)的振動特性為例，振動特性直接決定結(jié)構(gòu)對各種動力載荷的響應(yīng)，采用傳統(tǒng)的解析法無法解出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的固有頻率。機械結(jié)構(gòu)可以視為多個自由度的振動系統(tǒng)，自振頻率與振型取決于結(jié)構(gòu)本身剛度、質(zhì)量分布，對于工程機械結(jié)構(gòu)而言，工作狀態(tài)下，發(fā)動機工作振動特點、儀器操作者操控水平、工作面上自振動的人或物振動特點等都影響機械動態(tài)狀態(tài)下載荷。許多機械工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計者往往忽略了動力學(xué)分析，導(dǎo)致設(shè)計完成的構(gòu)件在工作狀態(tài)下載荷超出上限，直接影響構(gòu)件壽命、工作狀態(tài)，甚至造成事故[2]。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；建筑；設(shè)計
中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
前言
文章詳細(xì)介紹了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法及設(shè)計原則，闡述了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟，并對剛結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的地方進行了強調(diào)。
二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的介紹
1.容許應(yīng)力法(ASD)
ASD的設(shè)計原則是:結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算應(yīng)力不得大于結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范所給定的容許應(yīng)力。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算應(yīng)力是按規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)荷載,以一階彈性理論計算得到:容許應(yīng)力則是用一個由經(jīng)驗判斷的大于1的安全系數(shù)去除材料的屈服應(yīng)力或極限應(yīng)力而確定。
容許應(yīng)力法的主要優(yōu)點是計算簡單,但存在如下主要不足:(1)對于塑性材料,由于沒有考慮結(jié)構(gòu)在塑性階段的承載潛力,其實際的安全水平偏高;(2)不能合理考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性的影響;(3)由于采用單一安全系數(shù),無法有效地反映抗力和荷載變異的獨立性,致使承受不同類型荷載(如活載的變異性要比恒載的變異性大得多)的結(jié)構(gòu)安全水平相差甚遠(yuǎn);(4)不能從定量上度量結(jié)構(gòu)的可靠度,更不能使各類結(jié)構(gòu)的安全度達(dá)到同一水準(zhǔn)。
2.塑性設(shè)計法(PD)
PD的設(shè)計原則是:結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性極限承載力應(yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)荷載引起的構(gòu)件內(nèi)力乘以安全系數(shù)。在結(jié)構(gòu)分析中常采用一階塑性分析法或剛塑性分析法。塑性設(shè)計法的主要優(yōu)點是允許結(jié)構(gòu)在進入塑性后進行內(nèi)力重分布,這就要求結(jié)構(gòu)和構(gòu)件有足夠延性,因而在塑性設(shè)計中截面腹板和翼緣的尺寸比例有嚴(yán)格的限制。雖然塑性設(shè)計法考慮了材料的非線性,可克服容許應(yīng)力法中的缺陷(1),但材料屈服的擴展和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性在結(jié)構(gòu)設(shè)計中仍然沒有反映。同時在結(jié)構(gòu)可靠性方面,塑性設(shè)計法同容許應(yīng)力法一樣,還是由經(jīng)驗性的安全系數(shù)來保證。
3.極限狀態(tài)法(LRFD)
為了克服上述缺陷,采用抗力和荷載分項系數(shù)代替原來單一安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計法成為現(xiàn)行世界各國的主要設(shè)計方法。由于荷載的作用,結(jié)構(gòu)在使用周期內(nèi)有可能達(dá)到各種極限狀態(tài),這些極限狀態(tài)可分為兩類:承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的安全性對應(yīng)結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài),包括構(gòu)件斷裂、失穩(wěn)、過大的塑性變形等所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。
三、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的研究現(xiàn)狀
目前，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的研究主要表現(xiàn)在下列幾個方面。
1.對現(xiàn)行方法的改進
由于現(xiàn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在上述缺陷，不少研究者試圖在彈性范圍內(nèi)對現(xiàn)行方法加以改進，這些工作包括:(1)對計算長度的改進；( 2)采用名義荷載模型；( 3)運用等效切線模量的概念。然而，無論這些方法本身的精度如何，它們都是試圖以結(jié)構(gòu)的彈性分析達(dá)到非彈性分析的結(jié)果，存在根本的局限性。
2.對新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的探討
要徹底克服前述現(xiàn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中的前3種缺陷，必須建立以結(jié)構(gòu)整體承載極限狀態(tài)和結(jié)構(gòu)整體極限承載力為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法。為此，最近10年國內(nèi)外學(xué)者提出了一系列較精確的適用于高等分析的二階非彈性分析模型，并進一步考慮了梁柱連接半剛性節(jié)點域剪切變形以及它們的共同效應(yīng)對結(jié)構(gòu)極限承載力的影響等。
3.對結(jié)構(gòu)體系可靠度計算方法的探討
結(jié)構(gòu)體系可靠度的計算方法大致可概括為:失效模式法、M onto Cark)法、響應(yīng)面法和隨機有限元法等。失效模式法由于無法與精確的結(jié)構(gòu)非線性分析相結(jié)合，一般認(rèn)為不能用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的精確計算。響應(yīng)面法通常將結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)面在設(shè)計驗算點處作一階或二階近似，對于驗算點處曲率變化較大的極限狀態(tài)面可能導(dǎo)致較大的誤差。隨機有限元法是一種新興的方法，它通常以低階或高階攝動理論為基礎(chǔ)建立結(jié)構(gòu)的隨機有限元方程，由于其要求理論推導(dǎo)的嚴(yán)密性而限制了它在結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應(yīng)用。Monte Cark法是一種簡單但計算量大的方法，常作為校核其它方法的標(biāo)準(zhǔn)。然而隨著各種包含降低抽樣方差技巧的新方法出現(xiàn)，Monte Carlo法在結(jié)構(gòu)可靠度分析中的應(yīng)用將愈加普遍。
四、現(xiàn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的缺陷
極限狀態(tài)設(shè)計法是結(jié)構(gòu)從經(jīng)驗設(shè)計向概率設(shè)計轉(zhuǎn)變的一次變革、但現(xiàn)行的建筑鋼結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計方法仍有待進一步完善二目前世界各國關(guān)于建筑鋼結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計的一般步驟為:先按一階或二階彈性方法計算各種荷載及其組合作用下結(jié)構(gòu)的位移和各構(gòu)件的內(nèi)力，即整體結(jié)構(gòu)的彈性分析;然后將結(jié)構(gòu)分析所得內(nèi)力用于構(gòu)件的各種極限狀態(tài)方程進行構(gòu)件設(shè)計，即單個構(gòu)件的非彈性設(shè)計。若構(gòu)件滿足各種規(guī)定的極限狀態(tài)方程，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計符合規(guī)范要求。這種設(shè)計方法實質(zhì)上是基于構(gòu)件承載力極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在著如下缺陷。
1.結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的計算模式與實際失穩(wěn)狀態(tài)不一致
現(xiàn)行規(guī)范對結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的計算模式是基于 結(jié)構(gòu)同一層柱同時按相同模式對稱或反對稱失穩(wěn) 假定,結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定是通過構(gòu)件設(shè)計中考慮計算長度的方法來近似保證。這一計算模式與一般情況下結(jié)構(gòu)中個別或少數(shù)構(gòu)件首先達(dá)到彈塑性失穩(wěn)的實際形式不一致。換句話說, 計算長度的概念并不能真實有效地反應(yīng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件之間的相互關(guān)系。
2. 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算模式與構(gòu)件承載力計算模式不一致
由于整體結(jié)構(gòu)的彈性分析未考慮材料非線性和( 或) 幾何非線性的影響, 而構(gòu)件的非彈性設(shè)計卻考慮了材料非線性和幾何非線性的影響, 一般情況下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到極限承載力時已處于非線性彈塑性狀態(tài), 其內(nèi)力會重新分配。因此, 按彈性狀態(tài)計算結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的內(nèi)力并不是該構(gòu)件達(dá)到極限承載力時的實際內(nèi)力。換句話說, 整體結(jié)構(gòu)的彈性分析與單個構(gòu)件的非彈性設(shè)計的方法不協(xié)調(diào)。
五、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
近年來，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)失穩(wěn)事故，造成嚴(yán)重的人員傷亡與經(jīng)濟損失，主要原因是由于以下兩方面造成：
1.由于空間網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等新型鋼結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，造成相關(guān)設(shè)計者沒有足夠的時間去了解掌握這些新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計；
2.由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計者缺乏相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的整體穩(wěn)定性概念理解不夠清晰，成為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，穩(wěn)定性成為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個突出的問題，如果處理不好此類問題，將會造成不可估計的損失。所以根據(jù)穩(wěn)定性問題在實際的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的特點，以及未來更好的保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)件不會喪失穩(wěn)定性，設(shè)計過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守以下三條基本原則：
①保證整體結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件的穩(wěn)定計算，二者必須相互配合，相互統(tǒng)一；
②在進行結(jié)構(gòu)布置時，必須從整個體系和組成部分的穩(wěn)定性要求出發(fā)，進行全面考慮；
③必須保證結(jié)構(gòu)計算簡圖和實際計算方法所依據(jù)的簡圖相一致，這對框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計算起著相當(dāng)關(guān)鍵的作用。
六、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟
1.判斷結(jié)構(gòu)是否適合用鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)通常用于高層、大跨度、體型復(fù)雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經(jīng)常裝拆的結(jié)構(gòu)。直觀的說：火電廠、大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結(jié)構(gòu)自身的特點相一致的。
2.結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程中都應(yīng)該被強調(diào)的是“概念設(shè)計”，它在結(jié)構(gòu)選型及布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設(shè)計思想，從全局的角度來確定控制結(jié)構(gòu)的布置及細(xì)部措施。
3.預(yù)估截面
結(jié)構(gòu)布置結(jié)束后，需對構(gòu)件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。除此之外，構(gòu)件截面形式的選擇沒有固定的要求，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該根據(jù)構(gòu)件的受力情況，合理的選擇安全經(jīng)濟美觀的截面。
工程判定
要正確使用結(jié)構(gòu)軟件，還應(yīng)對其輸出結(jié)果的做“工程判定”。比如，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)“工程判定”選擇修改模型重新分析,還是修正計算結(jié)果。
構(gòu)件設(shè)計
構(gòu)件的設(shè)計首先是材料的選擇，比較常用的是Q235(類似A3)和Q345(類似16Mn)，通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理，經(jīng)濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面，當(dāng)強度起控制作用時，可選擇Q345；穩(wěn)定控制時，宜使用Q235。構(gòu)件設(shè)計中,現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面。這和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的彈性方法并不匹配。
節(jié)點設(shè)計
連接節(jié)點的設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的內(nèi)容之一。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是，最終設(shè)計的節(jié)點與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式不完全一致。這必須避免，按傳力特性不同，節(jié)點分剛接，鉸接和半剛接，初學(xué)者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。
圖紙編制
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖分設(shè)計圖和施工詳圖兩階段，設(shè)計圖為設(shè)計單位提供，施工詳圖通常由鋼結(jié)構(gòu)制造公司根據(jù)設(shè)計圖編制，有時也會由設(shè)計單位代為編制。設(shè)計圖及施工詳圖的內(nèi)容表達(dá)方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設(shè)計單位之間及其與鋼結(jié)構(gòu)公司之間不盡相同。
七、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中注意問題
1.整體分析與優(yōu)化設(shè)計。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要盡量選擇與實際工作狀況相符的整體分析模型，對于計算模型不得隨意簡化，比如不得隨便把空間問題簡化為平面問題。除此此外，為了獲得理想的設(shè)計結(jié)構(gòu)，在設(shè)計過程中可以采取優(yōu)化設(shè)計的理念，并將次構(gòu)件的作用盡可能考慮進來，同時滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與經(jīng)濟性，降低工程的成本。
2.嚴(yán)格控制整體剛度。一般來說，穩(wěn)定條件、強度條件等并非是決定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計主要因素，而結(jié)構(gòu)的整體剛度條件才是首要考慮因素，尤其是對于一些薄壁構(gòu)件形成的大跨度結(jié)構(gòu)來說更是如此，因此設(shè)計過程中要注意對結(jié)構(gòu)的整體分析，保證設(shè)計效果。
3.保證計算模型的精確性與結(jié)構(gòu)的可靠性。鋼結(jié)構(gòu)材料屬于相對比較理想的彈塑性體，其組織體現(xiàn)出一定的均勻性，接近各向同性，與現(xiàn)階段很多計算方法、基本概念的要求完全相符，同時鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接模型比較符合實際情況，計算過程中不確定性相對較小，因此計算模型的精確性、結(jié)構(gòu)的可靠性等必須得到保證。
4.節(jié)點構(gòu)造相對十分復(fù)雜。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接與構(gòu)造比較復(fù)雜，因此在設(shè)計過程中要注意并充分考慮這一點。設(shè)計節(jié)點時要綜合考慮受力情況、建筑要求、構(gòu)件截面形式、連接方法等各方面因素，再確定出合理、適用的節(jié)點構(gòu)造形式。
八、結(jié)束語
我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計近十幾年的發(fā)展中有了快速的發(fā)展，但是相對于歐美等發(fā)達(dá)國家，還存在一定的差距。這需要我們不斷的開發(fā)研究來進一步的縮短差距。
參考文獻(xiàn)：
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[2]馬家軍.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟和設(shè)計思路[J].黑龍江科技信息，2008年05期.
關(guān)鍵詞：PKPM 教學(xué)內(nèi)容 問題探討 實踐能力
中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（b）-0000-00
引言
PKPM土木建筑設(shè)計系列軟件是我國建筑科學(xué)研究院研發(fā)，集建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備（給排水、電氣、暖通）設(shè)計于一體的大型集成化CAD系統(tǒng)，是目前國內(nèi)各設(shè)計院結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用最廣泛的結(jié)構(gòu)計算軟件之一，為我國土木建筑行業(yè)設(shè)計實現(xiàn)甩掉尺規(guī)、圖板；提高設(shè)計效率作出了突出貢獻(xiàn)，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須熟練掌握的基本技能。因此，《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程是高校建筑工程專業(yè)必須開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它集專業(yè)知識理論和實踐操作為一體，學(xué)好該課程不僅要求學(xué)生能夠熟練操作軟件工具和命令，而且要求學(xué)生儲備足夠的專業(yè)理論知識并能進行遷移應(yīng)用以便準(zhǔn)確設(shè)置相關(guān)的計算分析參數(shù)，所以《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程雖然是一門計算機實踐性課程，想教好、學(xué)好都不容易。因此，有必要對《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)中存在的問題進行總結(jié)，分析問題的原因，探索有效的解決措施，改進教學(xué)效果【1】，從而切實培養(yǎng)出與企業(yè)需求相符的專業(yè)應(yīng)用人才。
1 《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)內(nèi)容
建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系形式多樣，教學(xué)學(xué)時有限，《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)無法覆蓋所有結(jié)構(gòu)體系，通常以最為常見的現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)為建模對象組織開展教學(xué)內(nèi)容，同時結(jié)合所教學(xué)的具體專業(yè)進行PKPM教學(xué)模塊的取舍。
具體課程教學(xué)過程圍繞現(xiàn)澆框架工程實例，利用模塊一PMCAD創(chuàng)建全樓模型，施加樓面、屋面恒、活荷載，進行樓面布置及樓面荷載傳導(dǎo)計算；接PMCAD模型數(shù)據(jù)生成模塊二SATWE分析數(shù)據(jù)，進行分析與設(shè)計參數(shù)設(shè)置，啟動分析進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力配筋等計算，查看分析結(jié)果圖形和文本；利用模塊三繪制梁、柱結(jié)構(gòu)施工圖以及模塊一繪制結(jié)構(gòu)平面施工圖；以柱下獨立基礎(chǔ)為例，接SATWE上部計算數(shù)據(jù)進行柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計計算，并繪制基礎(chǔ)平面施工圖及基礎(chǔ)詳圖。以上教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)過程的安排主要依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，通過對各功能模塊下各菜單命令的操作和講解，讓學(xué)生了解和掌握PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本步驟。
2 《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)中的問題
2.1功能模塊一PMCAD學(xué)習(xí)中的問題
本模塊中有些命令工具與AutoCAD相同，命令的掌握并不難，本模塊操作中存在的主要問題有：
（1）不能正確區(qū)分結(jié)構(gòu)體系中的承重構(gòu)件與非承重構(gòu)件：建立框架結(jié)構(gòu)模型時除了在軸上布置梁、柱構(gòu)件外，還額外布置填充墻；
（2）不理解標(biāo)準(zhǔn)樓層含義：建立框架結(jié)構(gòu)模型時，不考慮各樓層的平面布局實際情況，框架結(jié)構(gòu)共有幾層就相應(yīng)建立多少個標(biāo)準(zhǔn)層；
（3）不清楚樓面和屋面：部分同學(xué)不清楚樓面和屋面的區(qū)別，因此不能正確的布置相應(yīng)的樓面和屋面恒活荷載。
（4）不清楚梁間荷載：不清楚框架梁梁間荷載的來源也不知道如何根據(jù)所給設(shè)計條件進行估算。
以上問題涉及到學(xué)生前期所學(xué)課程中的一些基本的概念和基礎(chǔ)知識，針對上述問題課堂教學(xué)過程中適當(dāng)補充講解相關(guān)知識點，基本可以在實踐上機操作練習(xí)中避免出現(xiàn)同樣的問題。
2.2功能模塊二SATWE分析中的問題
SATWE是PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊的核心功能模塊，本模塊啟動計算分析前需要進行多項設(shè)計參數(shù)設(shè)置，計算分析完成后需要查看分析結(jié)果圖形和文本文件。設(shè)計參數(shù)設(shè)置和查看分析結(jié)構(gòu)是SATWE模塊的關(guān)鍵步驟，這兩大步驟是學(xué)生最難把握而最容易選擇忽視的地方。
（1）設(shè)計參數(shù)設(shè)置：幾乎每項各項參數(shù)設(shè)置都對應(yīng)著相應(yīng)的不同規(guī)范條文――荷載規(guī)范、抗震規(guī)范、混凝土規(guī)范等。雖然學(xué)生在前期的專業(yè)課程中有所涉及，但都是零散、分散的知識點，而且?guī)缀醵纪浟耍皇谡n教師備課時可以對相關(guān)的專業(yè)知識、規(guī)范條文進行充分的準(zhǔn)備；但規(guī)范的講解比較枯燥乏味，而且學(xué)生手中缺少相應(yīng)的規(guī)范，短時間集中灌輸大量信息，學(xué)生很難集中注意力認(rèn)真聽講。
（2）查看分析結(jié)果圖形和文本文件：學(xué)生上機操作時在老師的要求下會打開混凝土構(gòu)件配筋圖、WMASS.OUT、WZQ.OUT、WDISP.OUT等圖形、文本文件查看，但不知道看什么，怎么看，不理解編號、符號的含義以及如何根據(jù)結(jié)果進行評估判斷。
SATWE模塊的操作非常簡單，最關(guān)鍵的就是參數(shù)設(shè)置和查看分析結(jié)果，但由于上述問題的存在， PKPM的學(xué)習(xí)和運用僅停留在基本命令操作使用的初級層面上。
2.3功能模塊三繪制梁、柱施工圖中的問題
模塊三要求在完成模塊一、二的基礎(chǔ)上，繪制梁、柱的平法施工圖，該模塊操作比較簡單，學(xué)生都能熟練掌握，但僅滿足于完成出圖操作，缺少讀圖識圖能力，因而忽視圖識圖過程。
這與專業(yè)課重理論輕實踐有關(guān)，相關(guān)專業(yè)課教學(xué)主要向?qū)W生講解構(gòu)件內(nèi)力計算、截面配筋計算，而缺乏足夠繪制截面配筋圖以及讀圖、識圖訓(xùn)練。
2.4功能模塊四JCCAD學(xué)習(xí)中的問題
本模塊在教學(xué)中主要講解柱下獨立基礎(chǔ)的設(shè)計操作，相對比較簡單，學(xué)生易于掌握，存在的問題和功能模塊三相同，讀圖識圖能力欠缺；另外，基礎(chǔ)類型多樣――墻下條基、筏板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)類型不能逐一講解，一方面是由于PKPM學(xué)習(xí)課時有限，另一方面學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相關(guān)課程的時候也沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)每一種基礎(chǔ)類型，缺乏相應(yīng)的知識儲備。
3 《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)改進探討
上述各模塊教學(xué)存在的問題可以歸納為兩個主要方面：一是學(xué)生缺少系統(tǒng)的專業(yè)知識儲備；二是專業(yè)實踐、實訓(xùn)能力不足，這也是目前高校本科生培養(yǎng)中普遍存在的兩大問題。要改進PKPM課程的教學(xué)效果，需要克服上述兩大問題，而解決這兩大問題，僅靠本門課程授課老師去克服顯然不現(xiàn)實，它需要建筑專業(yè)各專業(yè)任課老師共同努力。針對第一大問題，任課老師可以根據(jù)講授過程中出現(xiàn)的問題，把它們歸類到相應(yīng)的專業(yè)課程中去，并把它反饋給專業(yè)課程任課老師，讓他們在講解相關(guān)知識點的時候著重強調(diào)。第二大問題PKPM教學(xué)中所需要的讀圖和識圖能力，可以通過開設(shè)建筑識圖課程、加強實訓(xùn)鍛煉來解決。
結(jié)語
PKPM系列CAD軟件作為輔助設(shè)計軟件，操作簡便、計算精確、運行效率高、設(shè)計修改方便，國內(nèi)大多數(shù)設(shè)計院的結(jié)構(gòu)設(shè)計都采用該軟件來完成，成為建筑工程專業(yè)畢業(yè)生必備的技能。《PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程雖然是一門計算機輔助設(shè)計課程，初級層面的菜單、命令操作容易掌握，但由于它的操作和運行建立在專業(yè)理論知識基礎(chǔ)之上，因此不可避免在學(xué)習(xí)過程中會存在上述影響教學(xué)效果的問題。即使前述問題都得到了解決，那也只能表明學(xué)生具備了運用和操作PKPM軟件的基本能力，而做出一個受力合理、經(jīng)濟適用的結(jié)構(gòu)設(shè)計還需要足夠的工程實踐經(jīng)驗進行輔助判斷、手算校核以及設(shè)計修正【3】。因此，熟練掌握和運用PKPM是一個長期的學(xué)習(xí)過程，課堂教學(xué)只是引導(dǎo)入門的過程。
參考文獻(xiàn)
【1】 趙海燕，趙軍，PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件課程教學(xué)探討[J]，價值工程，2011（1）：283-284
【關(guān)鍵詞】工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；概念設(shè)計
在全球經(jīng)濟一體化進程不斷加劇與計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)不斷普及的推動作用下，建筑工程項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)工作人員開始從傳統(tǒng)模式下大量、繁雜的手工設(shè)計與計算工作中解脫出來，結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作效率也得到了較大的提升，這對于工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作而言更是如此。然而結(jié)構(gòu)設(shè)計過分依賴現(xiàn)代計算機應(yīng)用軟件雖然能夠在一定程度上起到對結(jié)構(gòu)設(shè)計工作效率與質(zhì)量的保障，但它對于概念設(shè)計工作的忽視也很容易造成工業(yè)建筑設(shè)計脫離實際，建筑項目的相關(guān)功效也會因此受到限制。據(jù)此，如何在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，做好工業(yè)建筑中的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計已成為當(dāng)下相關(guān)工作人員最亟待解決的問題之一。
1 當(dāng)前工業(yè)建筑中結(jié)構(gòu)概念設(shè)計存在的問題分析
一般而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)建筑項目最終服務(wù)對象的不同可以分為民用建筑設(shè)計與工業(yè)建筑設(shè)計兩大類。就民用建筑設(shè)計而言，無論是面向居住服務(wù)或是面向公共服務(wù)的建筑，其體型一般來說是比較規(guī)則、比較統(tǒng)一的，整個建筑的負(fù)載能力也比較恒定，因而對于建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的要求并不是特別高。然而在工業(yè)建筑設(shè)計當(dāng)中，受工業(yè)建筑不同施工工業(yè)的特性影響，建筑物應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)形式及各種建筑資源的布局情況也千差萬別，工業(yè)建筑對于建筑體型、荷載能力的差異性影響最終也會使得其結(jié)構(gòu)概念設(shè)計工作相對而言較為系統(tǒng)、復(fù)雜。具體而言，當(dāng)前工業(yè)建筑中結(jié)構(gòu)概念設(shè)計工作存在的問題可以歸納為以下幾個方面。
1.1 首先，工業(yè)建筑施工項目對某些特殊工藝的規(guī)定，使得工業(yè)建筑在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計中需要以工藝布置的合理化為基本前提。然而當(dāng)前工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作所選用的結(jié)構(gòu)計算軟件對這種工藝布置問題始終缺乏一個較為明確的規(guī)定，再加上結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師的工業(yè)建設(shè)設(shè)計實踐經(jīng)驗不夠充分，或是對這種資源整合型問題的重視程度不高，在實際建設(shè)過程中常常會出現(xiàn)如電纜夾層在不合理的框架結(jié)果中循環(huán)纏繞并形成短柱、工業(yè)建筑室內(nèi)環(huán)境涉及到大型設(shè)備的安裝與運行工作室，框架柱容易出現(xiàn)在某一個或是幾個方向的計算長度的取值失誤以及振動設(shè)備抗震減震構(gòu)造設(shè)計存在缺陷或是系統(tǒng)功能無法得到全面發(fā)揮等問題，進而給整個工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來一定的制約。
1.2 其次，工業(yè)建筑當(dāng)中存在的復(fù)雜性、差異性建筑物載荷工況也會對工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來極大的沖擊。就我國而言，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟支持下，國內(nèi)建筑行業(yè)廣泛使用的建筑結(jié)構(gòu)計算軟件多是以民用建筑為設(shè)計原型及參考對象，這也就意味著結(jié)構(gòu)計算軟件只適用于那部分建筑載荷比較單一、外部結(jié)構(gòu)設(shè)置比較規(guī)范的民用建筑。而如果將這種結(jié)構(gòu)計算軟件盲目套用在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當(dāng)中，不僅工業(yè)建筑所具備的某些特殊形體構(gòu)造或是工藝運行需求無法在結(jié)構(gòu)計算軟件中得到全面、真實的反映，與此同時這些差異性的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計算軟件最終計算出的數(shù)據(jù)顯示異常、計算結(jié)果失真問題嚴(yán)重。
2 工業(yè)建筑中的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計重要性分析
針對上述有關(guān)當(dāng)前工業(yè)建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中存在的問題分析，相關(guān)工作人員需要認(rèn)識到結(jié)構(gòu)概念設(shè)計作為彌補當(dāng)前單一結(jié)構(gòu)設(shè)計工作于工業(yè)建筑特殊性之間的矛盾有著極為重要的作用與意義，同時它也是工業(yè)建筑又好又快發(fā)展過程中的必然選擇與趨勢。只有將合理的簡化模型、建筑載荷組合與當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)計算分析軟件有效結(jié)構(gòu)在一起，在確保結(jié)構(gòu)設(shè)計工作順利開展的基礎(chǔ)上，做到工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一，才能杜絕肥胖梁柱等多種工業(yè)建筑安全問題的產(chǎn)生，進而為工業(yè)建筑的安全穩(wěn)定運行提供可靠性保障。筆者接下來對結(jié)構(gòu)概念設(shè)計在工業(yè)建筑各環(huán)節(jié)、各步驟中的重要意義做簡要分析與說明。
2.1 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計在工業(yè)建筑中必要性分析。概念設(shè)計從本質(zhì)上來說是結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)工作人員設(shè)計思想的核心體現(xiàn)。一個好的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要具備在一定建筑功能與特殊工藝要求的限制條件下，在完成工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的同時，兼顧工業(yè)建筑與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)、特殊工藝需求與結(jié)構(gòu)等交互關(guān)系的工作能力。在這一過程中注重強調(diào)概念設(shè)計工作開展的必要性與重要性，最重要的依據(jù)在于當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件無法全面、準(zhǔn)確的解決工業(yè)建筑在實際過程中存在的結(jié)構(gòu)性問題，這些問題都需要采用概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施相結(jié)合的方式來解決。只有在此基礎(chǔ)上結(jié)合工業(yè)建筑的實際工況需求分析，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計才能夠為工業(yè)建筑提供全面、及時的設(shè)計依據(jù)。
2.2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計在工業(yè)建筑初步設(shè)計階段的重要性分析。就工業(yè)建筑初步設(shè)計階段而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計工作人員需要以工藝特殊性作用下確定的整合及布置方案為依據(jù)，對整個工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)步驟、結(jié)構(gòu)體系進行初步規(guī)劃，并通過對這種結(jié)構(gòu)體系的建模運算來確定整個結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的經(jīng)濟性與可行性。在這一過程中，相關(guān)工作人員需要特別關(guān)注結(jié)構(gòu)設(shè)計與大型工業(yè)設(shè)備的融合情況。這是因為大型工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)制造周期一般來說都比較長，一旦該項工業(yè)設(shè)備的購入與使用得到相關(guān)部門的授權(quán)審批，工業(yè)建筑工程建設(shè)企業(yè)就會在第一時間聯(lián)系相關(guān)的制造廠商開始訂貨、購貨的相關(guān)事宜，此時的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案就順勢成為了建筑施工企業(yè)下一施工環(huán)節(jié)中的設(shè)計基礎(chǔ)。如這部分結(jié)構(gòu)設(shè)計方案考慮的不夠全面周詳，下一步驟的持續(xù)沿用就勢必會帶給整個工業(yè)建筑帶來極為嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。
基于這一實際情況，筆者認(rèn)為工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)工作人員需要在工業(yè)建筑的初步設(shè)計階段充分利用自身掌握的各種結(jié)構(gòu)概念設(shè)計知識，以建筑物的工藝特殊性為參照依據(jù)，優(yōu)先選擇方案結(jié)構(gòu)性能比較好、結(jié)構(gòu)建設(shè)獲取經(jīng)濟效益比較明顯的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案作為整個工業(yè)建筑工程建設(shè)的基本依據(jù)。
2.3 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計在工業(yè)建筑抗震分析階段中的重要性分析。當(dāng)前經(jīng)濟社會建設(shè)過程中，各行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展對新時期工業(yè)建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了較為嚴(yán)格的要求，尤其是化工建筑、能源建設(shè)、核電企業(yè)受其特殊經(jīng)營性質(zhì)的影響，對建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的抗震設(shè)計有著格外嚴(yán)格的要求。相關(guān)工作人員需要認(rèn)識到抗震設(shè)計對整個工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要意義，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對砌體結(jié)構(gòu)、墻體梁柱承重能力進行著重處理。首先，概念設(shè)計需要明確工業(yè)建筑建設(shè)區(qū)域內(nèi)的地震能力傳遞途徑與相關(guān)的建筑薄弱環(huán)節(jié)，并對采取何種抗震措施對該區(qū)域進行抗震能力的優(yōu)化作出明確說明；其次，工業(yè)建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要妥善處理建筑抗震承載能力、變形能力以及地震能量消耗能力三者之間的關(guān)系。
3 結(jié)束語
伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與經(jīng)濟社會不斷進步，人民日益增長的物質(zhì)與精神文化需求對新時期的工業(yè)建筑提出了更為嚴(yán)格的要求。本文對工業(yè)建筑中的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計工作進行了簡要的說明，希望對今后相關(guān)研究工作的開展提供一定的意見與建議。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計；本科教學(xué)
【中圖分類號】G64.23【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】
土木工程是一門和人們衣食住行息息相關(guān)的學(xué)科，范圍非常廣泛，有房屋建筑工程、給水排水工程、公路與城市道路工程、機場工程、水利工程等。其發(fā)展取決于兩方面：物質(zhì)技術(shù)方面和科學(xué)理論方面。科學(xué)理論的目的是認(rèn)識課題，尋求本質(zhì)，主要任務(wù)是解決“為什么”，表現(xiàn)形態(tài)為知識理論；物質(zhì)技術(shù)的目的是用來改造課題，任務(wù)是回答“做什么和怎樣做”，表現(xiàn)形態(tài)為物質(zhì)[1]。在土木工程領(lǐng)域科學(xué)理論主要表現(xiàn)為材料和結(jié)構(gòu)在作用下的反應(yīng)與破壞機理、計算原理；物質(zhì)技術(shù)主為材料制作與加工技術(shù)、結(jié)構(gòu)技術(shù)、施工技術(shù)、節(jié)能技術(shù)等。其中施工和材料，還有理論最為重要，又稱為土木工程的發(fā)展的三要素：施工、材料和理論。
房屋建筑工程是土木工程的分支，同樣受二個方面和三要素的制約與促進。科學(xué)理論方面每個領(lǐng)域都是基本相同的，由于不同領(lǐng)域的特殊性，其物質(zhì)技術(shù)方面不盡相同。在本科教學(xué)中，作者認(rèn)為應(yīng)講清理論，來理解和掌握技術(shù)；工作中，則要結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和理論，解決工程問題，創(chuàng)造和使用新的技術(shù)。
雖然房屋建筑工程只包含兩個方面――科學(xué)和技術(shù)，但內(nèi)容非常多，限于篇幅，本文主要講述物質(zhì)技術(shù)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)是承重的骨架體系，根據(jù)組成材料又可分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等。不同材料及所組成的結(jié)構(gòu)體系在作用的反應(yīng)與破壞機理的不同，設(shè)計方法又有所不同，本文主要從總體上講述混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法的共性與教學(xué)改革建議。所謂結(jié)構(gòu)體系是指構(gòu)件按一定的傳力路徑而組成的結(jié)構(gòu)定式，通常簡稱為結(jié)構(gòu)。目前混凝土結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)。
混凝土結(jié)構(gòu)的材料組成主要是鋼和混凝土，由于兩種材料的組成關(guān)系不同，以及結(jié)構(gòu)體系的不同，不同的結(jié)構(gòu)在荷載的作用下有共性，又有其特性。下面就談?wù)劷Y(jié)構(gòu)設(shè)計共同的基本原則和步驟。
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計就是把我們的規(guī)劃、構(gòu)思等，以視覺的形式（聲音、圖像和實物等）表現(xiàn)出來。結(jié)構(gòu)設(shè)計通常指把空間以圖紙的形式表達(dá)出來。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是均勻性、整體性和經(jīng)濟性。均勻性指結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度、幾何尺寸和作用分布均勻。整體性一指結(jié)構(gòu)在作用下，作為一個整體參與抵抗工作，二指在偶然作用下或局部的破壞，結(jié)構(gòu)還能保持整體而不倒塌或緩倒塌。結(jié)構(gòu)均勻，方便估計作用效應(yīng)，找出薄弱部位，采取加強措施；結(jié)構(gòu)整體好，能提高其抵抗偶然作用的能力及抗災(zāi)能力，從而提高安全性。具體指導(dǎo)方針：安全適用，經(jīng)濟合理，保證質(zhì)量，方便施工，減輕偶然作用，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟損失。實施時從項目選址，（建筑和結(jié)構(gòu)）設(shè)計，施工三個階段嚴(yán)格把關(guān)，科學(xué)決策。本文主要談結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的方法與步驟。
我國現(xiàn)階段的房屋建筑設(shè)計模式是建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計分別由建筑師和結(jié)構(gòu)師完成。通常把結(jié)構(gòu)設(shè)計分成三個階段：方案設(shè)計，初步設(shè)計，施工圖設(shè)計。
1.方案設(shè)計
本階段結(jié)構(gòu)師根據(jù)經(jīng)驗，結(jié)合建筑方案，運用概念設(shè)計，初選結(jié)構(gòu)的型式，結(jié)構(gòu)的體系，構(gòu)件的形式等。所謂概念設(shè)計即根據(jù)工程經(jīng)驗等形成的設(shè)計原則和設(shè)計思想，進行結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。
由于結(jié)構(gòu)在各種作用下反應(yīng)的復(fù)雜性，以及實際結(jié)構(gòu)與計算模型的差異，很難有效地算出結(jié)構(gòu)在各種作用組合下的薄弱環(huán)節(jié)，因此本階段主要是運用正確的結(jié)構(gòu)概念進行設(shè)計[2]，且要綜合考慮經(jīng)濟、施工和技術(shù)先進性等。
具體過程結(jié)合結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果及對各方面影響后果的嚴(yán)重性，根據(jù)建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)與建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定結(jié)構(gòu)的設(shè)防類別及結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的重要性。結(jié)合《抗規(guī)》（3.4節(jié)～3.9節(jié)，6.1.1）或《高規(guī)》（第3節(jié)），確定結(jié)構(gòu)的三維尺寸（長寬高），結(jié)構(gòu)體系及傳力途徑等。通常形成2個以上的方案，以供比較和進一步的優(yōu)選。
2.初步設(shè)計與計算分析
主要是對前面的方案進行優(yōu)選。初選構(gòu)件的截面尺寸，材料，確定結(jié)構(gòu)的計算簡圖，包括確定結(jié)構(gòu)體系，桿件類型，桿件之間的連接形式，結(jié)構(gòu)與支座的連接形式，材料的力學(xué)性質(zhì)，荷載的計算。根據(jù)計算簡圖進行結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為分析（內(nèi)力、變形、穩(wěn)定性、動力特性等），從強度、剛度和穩(wěn)定性三個方面對方案進行比較，確定最合理的方案。用極限狀態(tài)設(shè)計法，求出構(gòu)件的計算配筋量。
初步估算可以用簡化方法并結(jié)合概念設(shè)計（如《抗規(guī)》3.4～3.6，《砼規(guī)》3.1～3.2和3.6，《高規(guī)》第3～5章）對多個方案進行初步篩選。再對篩選的方案，利用合法有效的軟件（抗震分析時要符合抗規(guī)3.6.6），對結(jié)構(gòu)進一步的分析比較：內(nèi)力、位移、周期、薄弱部位和復(fù)雜部位的應(yīng)力分析等，綜合考慮施工與經(jīng)濟，確定最優(yōu)的方案（結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件尺寸和材料類型）。對最優(yōu)方案做詳細(xì)的分析與計算（細(xì)部應(yīng)力計算），得出計算配筋量。
3.施工圖設(shè)計
本階段主要是根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合概念設(shè)計，對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的構(gòu)造、連接措施，耐久性及施工的要求，進一步的明確和細(xì)化，確定結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的配筋量，細(xì)部構(gòu)造的處理，選定材料。
目前常用的軟件能給出梁板柱墻及基礎(chǔ)的配筋量，并根據(jù)設(shè)定鋼筋庫進行選筋，并用平面標(biāo)注。有時軟件的選筋結(jié)果不是很合理，還需要設(shè)計人員根據(jù)計算結(jié)果及規(guī)范的相關(guān)要求，并運用概念設(shè)計對配筋進行核查、調(diào)整和補充。規(guī)范相關(guān)章節(jié)為：《砼規(guī)》3.5，4章，8章～11章，《高規(guī)》3.6，3.10，6章～11章，《抗規(guī)》3.9節(jié)和第6章，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件還要考慮《抗規(guī)》3.7節(jié)和第13章.基礎(chǔ)部位則要考慮《高規(guī)》第12章及《地規(guī)》和《樁規(guī)》。綜合考慮當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)和施工水平，書寫施工說明，繪制配筋圖。
二、教學(xué)
傳統(tǒng)設(shè)計規(guī)范以“截面鋼筋屈服”和“混凝土破碎”控制混凝土結(jié)構(gòu)的安全，實際這只屬于安全的較低層次。而結(jié)構(gòu)在偶然作用的倒塌，才是對安全的最大威脅。因此，提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)性能，這才是結(jié)構(gòu)安全的根本[3]。而提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)性能，就要加強結(jié)構(gòu)的整體性。傳統(tǒng)的房屋混凝土結(jié)構(gòu)的教學(xué)也是以構(gòu)件教學(xué)為主――重構(gòu)件計算，輕概念。課程的安排方面也存在支離破碎的現(xiàn)狀。
作者認(rèn)為，混凝土結(jié)構(gòu)的教學(xué)也應(yīng)隨著人們對結(jié)構(gòu)設(shè)計認(rèn)識的深化，而改變。指導(dǎo)思想為講清原理（學(xué)生和老師），重視概念和整體方案設(shè)計的教學(xué)，構(gòu)件的計算作為基本技能掌握。具體為：1.課程的重組，把混凝土設(shè)計基本原理，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，合為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，分為三部分――基本原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計（非抗震和抗震）。2.編寫相應(yīng)的大綱和教學(xué)計劃――先進行整體結(jié)構(gòu)的教學(xué)（方案設(shè)計，效應(yīng)的計算與組合），考慮到與結(jié)構(gòu)力學(xué)的銜接先以框架結(jié)構(gòu)為例。再講基本原理，最后其它結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。
三、總結(jié)
結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則是均勻性和整體性：要重視概念和方案設(shè)計（剛度、質(zhì)量和幾何分布均勻），加強結(jié)構(gòu)的整體性，提高結(jié)構(gòu)抗災(zāi)性能。教學(xué)更應(yīng)該從傳統(tǒng)的構(gòu)件式教學(xué)，過渡到整體式教學(xué)：理解原理，重視概念，掌握基本技能。
參考文獻(xiàn)
[1]科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別[J].齊齊哈爾社聯(lián)通訊，1985，S2期：28.
