導語：如何才能寫好一篇建筑結構設計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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結構設計的安全問題是所有從事結構設計與研究的人們一生都要面對的問題，本文作者結合自己的工程設計實踐，簡述了當代建筑師的設計思維對結構設計安全所提出來的挑戰，并且，通過一個結構設計師對當今建筑設計潮流的感悟與認識，提出了保障結構設計安全所必須堅持的基本原則。文章最后，對參與當代中國結構設計實踐的結構設計工作者們提出了一些期望。

關鍵詞建筑表達結構設計安全建筑情感爭議結構設計實踐

■前言

一段時間以來，由法國巴黎戴高樂機場2E侯機廳通道部分倒塌事故引起的對結構安全問題的討論成為業界甚至各種傳媒的熱門話題，由之引起的對國家大劇院以及各奧運在建項目進行結構安全再認識的聲音也不時傳起。特別是對正在設計施工中的奧運項目，按照政府決策部門的意見，建設單位組織結構有關專家逐個項目地進行了更為嚴格的結構設計安全評估。

結構設計安全是我們所有從事結構設計與研究工作者必須面對和回答的問題，巴黎戴高樂機場事故是結構在其設計使用壽命初期（投入運營一年），在常規荷載作用（沒有恐怖襲擊、沒有惡劣的區域突發自然災害）的情況下發生的，就是說，一定是在結構設計或施工的某個環節給結構留下了致命的內部缺陷才造成的，這一缺陷既可能是結構設計理論方面的，也可能是結構設計構造方面的，既可能是結構材料使用方面的，還可能是建造過程中的施工質量控制方面的，等等。無論什么原因，這種結構破壞形態都是結構設計原則所不允許的，引起我們的警覺也是應該的。

另一方面，我們也還是應該理性地、科學地、全面地分析和把握結構設計的安全問題。其實，追溯人類改造自然、改造世界的歷史足跡，我們還是有理由對當代結構設計理論和建造技術的發展水平感到自豪的。雖然我們現在感覺是越來越累，越來越難，但是在力學和材料科學發展的有力支撐下，我們所從事的結構設計與建造技術的發展還是基本上滿足了那些滿腦子求新求奇，求高求廣的所謂當代建筑師的表達欲望與需求的。

■世界上沒有自由的結構設計師，但假如沒有我們，也就沒有建筑表達的自由

建筑師設計東西，無非表達兩種需求，一種是傳統意義上的功能需求，另外一種就是表達建筑情感，或者說是通過建筑表達情感。這種情感表達方面的需求可能是來自公眾的，也可能是來自政府或領導意志的，還可能就是直接來自建筑師的美學修為的。建筑師可以利用建筑特有的元素，比如建筑材料的材質、裝飾材料的色彩等進行其建筑情感的表達，但是這種表達的效果和能力是有限的，建筑師更重要的手段則是借助結構的能力完成這一表達需求，從這個意義上說，建筑師豐富的想象力既給結構設計提出了課題、帶來了挑戰，同時也就給結構工程師帶來了風險。

國家大劇院超大超深的地下結構體量，橢球拋物面殼體屋頂和圍繞殼體的環形水池都是安得魯實現其劇院功能需求與其情感表達需求的手法和元素。為了在不超越人民大會堂的限定高度內，完成劇場功能對豎向尺度的需求，“深入地下”是其自然的（也許是無奈的）選擇；橢球拋物面殼體屋頂罩住其下的三個功能劇場是建筑師進行區域空間整和的一種手段，在這塊區域上的建筑物進行這樣的整和處理我認為是必要的；建筑師設置環形水池的目的在于其制造區域寧靜氣氛的需要，這種建筑情感表達上的需求也是必要的。

國家大劇院總平面圖

同樣的，在建的國家體育場（簡稱“鳥巢”）以及國家游泳中心（簡稱“水立方”）等標志性建筑，她們不單單是承載著滿足舉辦奧運會各單項體育功能方面的需求，也還要承載著通過其“別樣”的建筑形象來表達全國人民百年奧運夢想成真的情感需求，承載著要為最出色的一屆奧運會留下最出色的“建筑遺產”的使命。

自然的，建筑師是無法單獨承擔這樣的使命的，必須依靠結構工程師的支持來實現其“特別”的表達需求。或者說，結構工程師在這個時侯是沒有選擇的自由的，只有絞盡腦汁為建筑師的這種需求尋找“解決方案”，于是，百年之前的理論物理學命題“泡沫理論”被結構師拿來經過有趣的數學變換，最終成了表達建筑師“看似無序的水分子結構”的最好載體。

國家游泳中心總平面圖

■建筑結構形式的爭議多半不是“好與不好”的問題，而是“值與不值”的問題

為了滿足建筑師們的“浪漫”需求，在傳統的結構構成方式無能為力的時候，結構設計師就必須探索新的、非傳統的結構構成方式。結構系統的基本形式，可以說已經被我們認識的差不多了，但是，這種說法只是限于基本體系，并不意味著創造新的結構形態可能性的減少，在擁有無限多樣的物種的豐富多彩的世界里，限定結構形態的類型顯然是不恰當的。

結構工程師的任務就是在既要保證結構安全同時又要滿足建筑美學需求的杠桿上尋找一個平衡點。只是，世界上終究沒有免費的午餐，當各種或是張揚的、或是陌生的結構形態出現的時候，在結構材料科學還沒有長足的發展的時候，在我們還不得不用傳統的結構材料去實現這樣一個個“浪漫”的需求的時候，對結構安全的關注也就從來沒有象現在這樣引起一端又一端的“爭議”。

從一個結構設計與研究工作者的角度看待這些“爭議”，我認為很多時候我們是可以在力學或規范的原則內尋找到這個“平衡點”的，隨后的問題是，這會要我們付出多大的“代價”，或者說要我們支付多大的“結構成本”？我認為對這個我們要支付的成本“值與不值”的不同看法是對建筑結構形式“爭議”的焦點問題。

其實，作為一個結構工程師，常常是不能判斷建筑的形象與情感“效益”與結構實現的“成本”之間到底誰高誰底的，因為前者是很難量化的。我們所能做的就是在保證建筑功能與美學需求的諸種可選擇的結構實現方式中找到成本較低的解決方案。

國家游泳中心南北剖面圖

國家大劇院南北剖面圖

例如，在國家大劇院工程結構的第一輪初步設計時，法國ADP公司確定的結構底板的頂面標高為-26.0米，這個標高受到了中國建筑與結構工程師的質疑，如此深的基槽，且不說開挖與降水的成本會很高，結構壽命期內的抗浮設計成本更是一項很大的投入，為此，我們建議在保證其建筑功能需要的前提下，盡可能提高建筑底面標高，法方在修改后的初步設計中將這一標高提高到了-22.0米。

與上述情形相反，國家游泳中心工程的建筑設計由于采用了ETFE雙層充氣膜，這種膜材的造價很高，所以，在相對深挖（增加基礎開挖與結構抗浮成本）和抬升建筑總高度（增加圍護膜材的用量）的比較選擇中建筑師完全依賴的就是綜合成本最小化的原則。

■結構工程師要給浪漫的建筑師和建筑師的浪漫設定一條底線

作為一名結構工程師，我們還應該清醒地認識到，結構科學和材料科學的發展遠沒有達到可以令建筑師們的“浪漫思維”無約無束的境地。在實際結構的建造過程中影響結構安全的因素眾多，一方面，建筑結構理論歸根結底是一門實驗科學，理論與實際的偏差不可避免，另一方面，建造技術的發展水平和區域差異以及施工質量控制等等方面的諸多因素，都會給實際建造完成的建筑結構安全性能帶來某種程度的不確定性。

所以，建筑師們在通過建筑表達其美學或情感需求的時候，結構工程師們還是要給他們設定一條底線。這條底線不僅依賴于當代人類對自然界的認識水平，而且還依賴于現代結構技術與材料科學的發展水平，依賴于結構分析技術的發展水平。在某種程度上，我們可以允許他們突破某些“規范”條文的底線，但是不能允許他們突破“基本力學準則”的底線。尤其是當我們面對國外建筑師的時候，這一點做起來很難，譬如在和安德魯的法國ADP團隊合作設計國家大劇院的過程中，我們就經歷了多次的“爭執與說服”的過程。

國家游泳中心的設計過程也給了我們很多啟示，在建筑師浪漫的創意和結構的可實現之間還是有較長的一段路要走的，因此，我們投入很多精力進行了這種新型多面體空間鋼框架結構的試驗研究，最終才可以保證這種結構的安全、可靠。

鋼骨架結構效果

ETFE充氣枕結構

■不能認為結構設計安全與結構設計的創造性是永遠的矛盾

實際上，對結構設計安全性的憂慮往往會束縛住我們結構設計創造性探索的步伐，雖然這種憂慮不是多余的。發生巴黎機場結構倒塌事故后，我們聽到的幾乎都是對安德魯主持設計的建筑的一片懷疑之聲，結構設計工程師們，尤其是從事重要公共建筑結構設計的工程師們更是增添了更多的謹慎與小心。

我認為，結構設計的任務始終是：按照建筑的功能與美學需求確定安全、合理的結構體系；進而依據建筑結構可靠度設計有關標準所確定的原則對結構作用效應與結構抗力進行符合結構實際工作條件（性能）的分析；最終應做到在規定的結構設計使用年限內，在現行規范規定的各種荷載作用下，所設計的結構是安全可靠、經濟合理、技術先進的。

為了實現這樣的使命，對結構設計安全的自始至終的關切無疑是必要的，另一方面，結構設計的創造性不但是當今建筑設計發展的必然要求，同時也是結構設計技術自身發展的要求。國家大劇院、國家體育場、國家游泳中心以及新中央電視臺等建筑在結構設計方面的創造性探索可以為我們跟蹤當今世界先進的結構設計理念提供一些線索，也可以讓我們檢視一下很多經驗的、傳統的結構設計思維是否還適應現代結構設計發展的要求。

“水立方”內外效果圖

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煤炭工業中的建筑是煤礦生產需要配置的設施，具有多方面的用途，對結構建筑的設計能夠在綜合建筑各方面需要的同時強化建設的合理性，使煤炭工業建筑的綜合效應達到最大化。建筑的實際建設完成，必須有整體的規劃，結構設計既起到了對建筑的規劃作用，并實現了與煤炭工業特點的結合，使建筑與工業相適應，增強建筑的價值體現。通過設計方案的對比，形成最優設計方案，能夠降低建設成本，在性能上也更加有技術保障，同時各項建筑指標的達成，也確保了建筑的安全性，滿足了煤炭工業的生產要求。隨著煤炭工業的現代化發展，煤礦生產方式不斷發生新變化，煤炭工業建筑理念也在不斷更新，建筑結構設計能夠及時運用最新的理念，加以體現到具體的施工建設當中，確保煤炭工業建筑的現代性，使其適應生產，保障礦區的人身安全和財產安全[2]。

2煤炭工業礦井建筑結構設計中的改進措施

煤炭工業中的建筑結構設計必須體現安全性，因而其設計要求較一般的建筑設計高出很多，同時由于以往建筑設計對功能、安全等指標的過于注重，而忽視了其他方面的考慮，使得設計上存在一些問題，需要在具體設計中加以改進，以實現更高的發展要求。

2.1明確建筑結構設計指標，建立標準模型

煤炭工業建筑設計的成型由各項具有重要作用的指標數據決定，這也是在設計中的重要參考依據，對設計方案的最終完成有著重大影響[3]。建筑設計的各項參數包括目標參數、控制參數等的設定都要結合煤礦的實際情況，將波動幅度小的參數選擇出來，作為指標形成參照標準，能夠在設計中更加精準地得出與目標參數相符的數據。在設計中，建筑材料以及結構構件尺寸、面積等指標需要在建設前設定出來，對各項參數前處理。相似的函數應當設計多組，以便在比較中找出最優化的方案。通過函數分析煤炭工業建筑結構的性質，為工程建設最大限度地節省了時間、材料等。同時，建筑結構的穩定安全性與使用年限等的硬性規定，設計要權衡約束條件，結合力學等科學確定架構的剛性、結構形變限度等，確保符合規定標準。當設計各項重要指標都確定之后，以此為參考建立標準模型，使結構設計更加直觀化，有助于煤炭工業建筑的最終建設。

2.2綜合計算數據，選擇最佳設計方案

煤炭工業的建筑結構設計除了龐雜的數據確定外，還設計多項計算程序的運行，這也是改進設計的一個重要環節[4]。由于煤炭工業建筑要求高，變量復雜，多種設計條件在其中需要綜合考慮，因而對其進行數據的計算，以實現建筑建構的精確化。在計算當中，結合實際需要，采取不同方法對數據進行演算，轉化約束條件，節省時間，恰當的計算方式能夠推動程序的最優化，使其用途更加齊全，運行更加高效，多個小程序的有機組合，形成程序的綜合化，使結構設計更有保障。通過程序的運算，結合計算結果，在模型的矯正下，根據現實要求，選擇煤炭工業建筑結構設計最佳的方案。通過對這個方案進行可行性的評估以及安全性等的結合，進行具體實施建設。同時，在以往建設中對煤礦建筑美觀因素考慮不足的具體情況下，將外觀等參數置入計算當中，在方案中加以體現，從而提高結構設計的人性化。

2.3綜合分析計算結果，保證結構設計質量

由于在結構設計中參數的復雜性，導致計算結果也多樣化，主要的設計人員要將計算結論加以統計，進行綜合分析，通過各個設計方案優劣的比對，形成科學的認識[5]。在此基礎上，從多個角度抓住方案細節，分析異同點，避免因疏忽而遺漏了關鍵點，致使出現結構設計的漏洞。煤炭工業的建筑建設是一項綜合的工程，需要動用大量的資源，因此，設計上必須精益求精，在考慮節省成本的同時，對建設技術也要相應地加以改進。通過對數據計算結果的綜合分析，設計方案的比對，消除了建設中的各項弊端，使結構設計更加趨于科學性，從而保證了建筑結構設計的質量，為設計的優化提供了重要的保障。

3結語

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我國當前主要通過常微分方程求解器對高層建筑結構力學進行分析。高層建筑結構力學常微分方程求解器功能強大，自適應求解效果非常好，可以有效滿足對用戶進行預先解答，提高解答的精度，降低解答指定的誤差限。當前我國在高層建筑結構分析通過對常微分方程求解器的應用，有效實現了對高層建筑結構樓板變形時的動力計算、穩定計算和靜力計算，實現對數據的整體分析和處理。建筑人員通過使用常微分方程求解器的分析，有效降低了在進行高層建筑結構分析時的處理量，降低了高層建筑結構分析中的方程組數，有效提高運算效果，從本質上實現了對建筑結構的優化。

在對高層建筑結構常微分方程求解器進行深入研究的過程中，清華大學教授包世華和袁駟有效提高了常微分方程求解器的應用，實現了對常微分方程求解器的深化研究。袁駟教授利用有限元技術，對偏微分方程的半離散化進行控制，有效實現了對常微分方程組的求解，提高了對結構線性函數的應用。通過常微分方程求解器的直接求解，對有限元線進行實際應用，有效對一般力學問題進行計算，在很大程度上提高了一般力學問題的計算效果。而包世華教授對半解析-微分方程求解器方法進行分析深化，有效將半解析-微分方程求解器方法應用到高層建筑結構結構靜力、動力、穩定性的分析驗證中，提高了對高層建筑結構力學分析的效果。

2高層建筑結構彈塑性動力分析方法

高層建筑結構彈塑性動力分析方法在高層建筑結構力學分析中又被稱為時程法。高層建筑結構彈塑性動力分析方法主要是對地震波直接輸入結構，完成結構的彈塑性性能分析。這種方法要求結構力學分析人員建立專門結構彈塑性恢復性動力方程，通過逐步積分法實現對地震過程中速度、加速度、位移等的時程變化，完成對建筑結構的描述。高層建筑結構彈塑性動力分析方法對建筑結構在強震的作用下彈性及非彈性階段的內力變化進行深入研究，有效對高層建筑構件可能出現的損壞、開裂、屈服、倒塌進行分析，提高建筑結構力學的分析效果。當前在國內的高層建筑結構彈塑性動力分析方法主要輸入地震波為隨機人工地震波，結構模型的計算多采取層模型。除此之外，高層建筑結構彈塑性動力分析方法還加大了對樓板結構變形的分析，使用并列多質點計算模型進行計算，對高層建筑結構的基礎轉動和評議進行研究，有效提高了對土體、基礎及上部結構耦合振動的模擬效果。

近年來我國還高層建筑結構彈塑性動力分析方法中對扭轉振動進行分析，取得顯著進展。高層建筑結構彈塑性動力分析方法能夠有效對高層建筑結構中存在的薄弱環節進行分析，提高對結構延展性、變形的實際分析效果。高層建筑結構彈塑性動力分析方法預計的破壞形態與實際地震的破壞效果非常接近，有效對地震危害進行防護處理，提高了高層建筑結構的防震效果。但是當前對高層建筑結構彈塑性動力分析方法的整體看法不一。部分人員認為采取大型高速計算機對典型地震波進行分析；但是部分人員認為典型地震波本身不一定能代表真正的地震，因此在進行研究的過程中要對研究算法進行簡化，對近似方法進行研究。隨著高層建筑結構彈塑性動力分析方法的逐漸發展，越來越多國家在進行高層建筑結構力學分析的過程中開始對地震波根據實際情況進行選取，模擬效果大幅提高。

3基于最優化理論的結構分析方法

基于最優化理論的結構分析方法主要是通過數學上的最優化理論及計算機技術實現對高層建筑結構設計的一種新方法。基于最優化理論的結構分析方法有效實現了對結構設計的被動分析道主動設計的轉變，提高了高層建筑結構設計的靈活性，對設計具有非常好的促進效果。基于最優化理論的結構分析方法對空間的要求較為嚴格，設計過程中要保證以最小的質量產生最大的剛度。因此，設計人員要對框架剪力墻結構中的剪力墻進行充分分析，實現墻體的優化布置和數量選取，提高基于最優化理論的結構分力學析效果。基于最優化理論的結構分析方法中要求保證適度的剛度，對剛度要進行嚴格控制。尤其是在分析剪力墻與地震作用的時，要對剪力墻剛度進行優化設計，確保建立正確的最優化剛度模型，提高基于最優化理論的結構分析方法的模型實際應用效果。目前我國的基于最優化理論的結構分析方法發展還不全面，在進行單位建筑面積上剪力墻慣性矩度量指標設計的過程中還存在較多問題。我國的基于最優化理論的結構分析方法仍處於研究和發展階段。高層建筑結構力學分析人員要對基于最優化理論的結構分析方法中的數學模型進行深入研究，對剪力墻最優剛度進行有效分析，從本質上提高數據分析處理效果，拓寬基于最優化理論的結構分析方法的應用前景。

4基于分區廣義變分原理與分區混合有限元的分析方法

在進行分區的過程中，高層建筑結構力學分析人員要對有限元進行全面分型。有限元中雜交元和非協調元的發展在很大程度上促進了分區廣義變分原理的發展，為分區廣義變分原理奠定了堅實的理論基礎。清華大學龍馭球教授對分區廣義變分原理進行研究，實現了對分區廣義變分原理的深化。龍馭球教授的分區混合有限元法將分區廣義變分原理進行拓展，實現了繼位移法、雜交元法之后的改革和完善。分區混合有限元法對彈性體分類，對勢能區使用位移單元能量分析，將結點位移作為基本未知量。而余能區使用應力單元，將結構應力函數作為基本未知量，實現對能量項的交界面附加。分區混合有限元法在滿足位移和力的基礎上保證了位移的連續和收斂性，有效對總能量泛函駐值分區混合進行方程選取。分區混合有限元法適應性非常強，分區較為靈活，在很大程度上保證了函數的收斂性，對高層建筑結構力學的分析具有非常好的促進效果。

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1.1學生基礎薄弱，學習興趣不夠對于高職學生而言，一般基礎比較薄弱，特別是高等數學及工程力學是建筑結構課程學生的基礎課程，有些學生這兩門課的基礎很差，又缺乏工程經驗，學習建筑結構就有很大的難度，其后果是直接導致部分學生畏難情緒嚴重，甚至厭學。同時，學生的學習目的不夠明確，學習過程中缺乏主動性，只做被動接受知識，缺乏思考，無法應用。

1.2教師教學方法單一，反思調整不及時教師主要是為完成教學任務，在目前各高職院校強化動手能力，采取2+1學習方式，即2年在校內學習理論知識，1年校外實習，這樣學生的理論課學習課時數就有所減少，若還按原來傳統的教學模式，采用滿堂灌的方式，在有限的時間內將全部知識都傳授給學生；甚至有些教師試圖通過多媒體授課，將大量的知識信息放到課件中，不停給學生展示，學生根本來不及思考就硬性地接受，可想而知，這樣得到的知識無法應用到實踐中。

1.3重視理論學習，缺乏動手能力建筑結構課程理論性與實踐性都很強，傳統做法是將全部理論知識講授給學生，而學生動手參與設計能力的培養較少，很多學生課程學得不錯，但不會應用，真正進行結構設計，就無從下手，高分低能現象比較嚴重。

1.4教學內容更新較慢新時期的高職教學理念是培養高技能人才，因此在教學內容上也應適應技能培養方面的調整，但教材更新還達不到這個要求，很多課本上還沒有體現設計理念。

2以設計為導向的建筑結構課程教學方法

2.1引入以設計案例為導向的教學模式根據高職高專以就業為導向的辦學理念，改革課程教學體系，突出以實踐教學為重點的相關內容，針對不同就業崗位群，將建筑結構各章節內容歸納整理成各具體的、切合實際的工程設計案例。即將課程內容項目化，將項目分解成各任務，針對不同任務對應于實際工程案例，各案例均來自工程設計任務。每當學生完成一個項目課程，就能針對該課程項目完成一項實際工程中的設計任務，將教材中單一算例用工程設計案例來代替，避免學生學習課程時的盲目性，即所學知其所用，真正調動了學生的學習熱情，通過真正的工程設計案例，更好地引導學生學習建筑結構課程理論，促進學生主動思維，培養學生以設計為導向的建筑課程教學模式，更好地為學生走向工作崗位提供保障。

2.2以設計案例為向導的教學方法與教學手段改革傳統教學方法是以教師課解為中心，學生被動接受知識。課堂上主要是教師唱主角，學生缺乏參與熱情，有的學生上課無精打采，甚至上課玩手機，根本聽不下去課。以設計為導向的教學方法就是要轉變這種狀況，授課以學生為中心，學生參與到課堂的教學中，每個學生都是承擔設計案例的設計者，完成一堂課的教學需要由學生、主講教師、設計室及實訓中心多個方面配合完成。由于建筑結構課程是以設計為主的，其教學目的也是要讓學生掌握工程結構設計理念，達到進行結構設計及能識讀工程結構施工圖。那么為了達到這上目標，有設計室參與到教學中是最好不過的了，因為可以通過設計室的實際工程項目作為授課的直接案例，這部分列入教師備課教案的一部分，每次課教針對相關內容進行案例布置，當然這需要教師通過事先將學生分組形式，將本次課程內容分組布置成設計任務，學生要完成設計任務需要掌握的理論知識，就是學生要主動探究的內容。教師可以借助于多媒體演示以及建筑結構模型實訓室，讓學生參與到理論知識學習中來，如設計任務解決需要的理論依據、設計原理、計算公式、公式的適用條件、以及設計規范等，學生都會感興趣，此時教師講授這部分知識，恰好與學生探究的知識達到一致，教與學的互動效果也達到了統一。同時充分利用實訓室的教學條件，實現講課、實訓一體化。學生所學到的理論知識，通過實訓室模型，達到了理論與實踐的結合，學生的工程設計成果，交由設計室參與評定，這樣能給學生營造出一種真實的工程設計氛圍，極大地激發了學生的學習興趣，學生被動學習變成了主動學習，學習效果也就體現出來了。

2.3以設計案例為導向的學生成績評定以設計案例為導向的教學方法，需要從根本上改變以往的期末一次考試定成績的方法。既然強調設計，那么考核方法重在設計過程的考核，通過考核及時了解學生在學習過程中對理論知識的認知程度、對實踐知識的掌握程度，每個設計任務完成情況、設計方案的取舍、小組學生的協調配合等都能很好地反映出來，這樣通過各小組對比，以及設計任務完成的時間、質量，根據事先確定的學習過程考核細則，可以對學生學習過程進行綜合評定。

3結語

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關鍵詞：建筑結構;設計規范;結構設計

隨著國民經濟的快速增長，建筑行業也得到了巨大的發展控制，隨著房屋建筑從單層、多層朝著高層建筑發展，房屋結構形式也逐漸變得多樣與復雜。但是房屋建筑結構設計中常見的問題依然無法得到有效規避，至今都影響著房屋建筑結構的質量與安全。所以，解決房屋建筑結構設計問題所具有的現實意義不容忽視。

1 房屋建筑結構設計常見問題的原因分析

1.1 由于過于籠統的建筑結構設計規范，導致設計人員在理解上出現了差異

業內人士都清楚，在房屋建筑結構設計過程中，都需要參照《建筑結構設計統一標準》、《荷載規范》、《混凝土結構設計規范》等規范標準進行系統的研究分析。但是在實際的操作過程中，卻發現這一類型的綱領非常籠統，沒有將規范表達細致，導致設計人員在進行房屋建筑結構設計時由于對設計因素的量化從而產生困難。特別是隨著現代化理念的改革以及科學技術的飛速發展，這一類屬于綱領性的規范就很到滿足結構設計面面俱到的要求。對于這一類規范標準的理解，設計人員也是“仁者見仁，智者見智”，使得理解上出現了過多的偏差，這樣對設計出來的作品質量也會產生不同程度的影響。

1.2 設計人員盲目的結構設計，從而導致惡性循環出現

在房屋建筑結構設計中，由于設計人員自身的主觀原因或是客觀原因，就很可能造成結構設計上過于盲目，從而出現惡性循環。考慮到社會大眾對房屋建筑結構要求的提升，及房屋建筑結構設計的特殊性，科學、合理的設計理念就顯得尤為重要。但是，在實際的設計過程中，大多數設計人員在設計中常常會用到“大約”二字。比如：在使用附加鋼筋時，出于對建筑整體牢固性的考慮，很多設計人員會設置附加鋼筋。但是在設計過程中卻沒有在腦海中內化科學的設計理念，由于只有通過力學的分析之后，才能夠科學地設置附加鋼筋。如果沒有通過力學分析，僅僅依靠自身的經驗，就會大大提升設計的盲目性，這樣不僅會導致附加鋼筋出現不必要的浪費現象，同時還會出現意識上的錯誤，影響到后續的設計。

2 地基與基礎方面

由于多層房屋建筑沒有是事先進行地質勘察，無法取得詳細的勘察報告，在施工圖紙設計僅僅是依靠建設單位的口頭闡述或者是參照附近建筑物的基礎資料。想要做到地基與基礎設計的合理性、安全性、適用性，設計人員就需要對地質勘察資料進行系統分析，對基礎與上部結構進行綜合統一的分析，僅僅憑借地基承載力這一項數據不僅缺乏安全性，而且也欠缺完整性。當然，也不能盲目地認為將地基承載力的特征值取小一點就可以做到沒有缺陷了，這些都是需要規避的。

對于軟弱地基通過換土墊層法進行處理，完全憑借經驗，沒有考慮到換土墊層的設計。由于設計人員沒有認識到軟弱地基所造成的危害，在承載力的提升上僅僅是簡單地采用砂石墊層。因此，首先需要對墊層的厚度與寬度加以計算，驗算軟弱下臥層，才能確保其安全性與經濟性。

在房屋建筑的中柱設計中，基礎與梁的負荷都沒有按照荷載規范標準進行基表。在多層房屋建筑的設計中，在計算基礎、梁、柱的負荷時，只有按照現行的荷載規范乘以有關荷載組合相應的分項系數才能確保荷載值的準確性。

3 上部結構方面

3.1 梁

做好框剪結構連梁的設計對于房屋建筑整體結構而言非常重要，但是很多結構設計上卻是忽略了這一點。重視程度、認識程度的不足，都是影響其設計的因素之一。簡單來說，連梁就是連接兩片剪力墻，一旦遇到了中大地震時，就會出現開裂現象，起到一定的耗能作用，以此讓建筑物具有一定延性的梁。只有滿足這一要求，才能夠稱之為連梁，或者說我們在設計上才能夠讓其按照連梁進行設計。

3.2 板

在設計上，由于對板受力狀態的認識度不夠或是為了方便計算，就會講雙向板當作單向板來計算。這樣的計算假定就會與實際狀態存在差異，就容易出現配筋不足，導致板出現裂縫的現象。因此，在設計上，不能憑借主觀意愿，方便計算，避免一個方向的配筋過大，另一個方向僅僅按照構造配筋的情況出現。當板承受線荷載時對彎矩的計算。在房屋建筑結構設計中，一般都會講一些非承重隔墻設置在樓板上，因此，在設計大樓板時就會將該部分的線荷載換算成為等效的均布荷載之后，再對板的配筋加以計算。但是在設計中，要注意避免出現將隔墻綜合再除以板總面積這種情況。

雙向板有效高度取值相對偏大。在兩個方向上，雙向板都會有彎矩產生，所以，雙向板跨當中的正彎矩鋼筋都是縱橫疊放的。其中，短跨方向的跨中鋼筋應當放置于下部位置，長跨方向的跨中鋼筋就應當放置在短跨鋼筋的上部，在計算時也需要應用兩個方向上的有效高度，一般來說，短向方向的有效高度都要比長向方向的大。在設計中，要注意避免設計人員沒有充分認識到板的受力或是圖省事的情況出現，避免為結構構件埋下質量隱患。

3.3 柱

一般來說，在6 度抗震設防區常常會出現承重柱截面高度設計過小的情況。很多房屋建筑結構設計人員誤以為6 度設防區域就不用考慮設防，為了方便受力分析，設計人員估計將柱子截面高度設計的過小，這樣能夠增大梁柱的線剛度比，在計算簡圖中將梁柱節點簡化為鉸支，將梁簡化成為鉸支梁，梁柱也按照軸心受壓來進行計算，雖然這樣對于接受受力分析很簡單，但是卻忽視了這樣會給房屋結構埋下質量隱患，這主要是因為忽略了梁柱之間的剛結作用，也就是將柱對梁的約束彎矩忽略了，再加上柱截面配筋一般都不會很大，一旦結構受力，柱頂抗彎剛度必定就會存在不足的情況，這樣在梁底附近的柱子就會出現一條又一條的水平裂縫，從而有塑性鉸的形成。

4 目前高層建筑結構設計中的問題與策略

4.1 建筑物超高問題

高層建筑物最明顯的特征就是樓層多，建筑物本身高。但是，隨著建筑物高度的不斷加大，在抗震性能和建筑質量方面都面臨著更嚴峻的問題。出于高層建筑抗震性能的較高需要，建筑規范對建筑物的高度作出了嚴格的規定，在高度設計方面要確保滿足抗震的實際需要。在目前的高層建筑市場中，仍然存在著嚴重的超高問題。針對建筑物的超高問題，建筑規范逐漸將限制的高度設為A 級高度，還在一定程度上細化了高度規則，增加了B 級高度。這種較為明細化的建筑物高度規范使得高層建筑結構設計的方法和措施有了一定的改進。

4.2 短肢剪力墻設置問題

在高層建筑結構設計過程中，需要重視短肢剪力墻設置問題。在我國新的建筑規范中，明確規定了短肢剪力墻的定義，也對短肢剪力墻的使用作出了相關限制。短肢剪力墻是指建筑物墻肢截面的高度比和厚度比在5～8 的墻，根據實際經驗和相關數據，高層建筑結構設計應該盡量使用短肢剪力墻。

5 結語

在房屋建筑結構設計中，只有嚴格按照規范標準與構造要求，才能夠避免設計出現質量隱患，才能促進房屋建筑結構設計更加趨于完善。

參考文獻

[1]張磊.建筑結構設計過程中常見問題探討[J].中國城市經濟，2011（24）.

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關鍵詞: 建筑結構；設計；安全性

1 建筑結構設計安全性的必要性

在現在的社會經濟不斷發展的狀況下，加強建筑結構的設計相對較為重要，簡單的說也就是保障建筑使用的安全與實用，以下對其進行說明。

1．1 加強建筑結構安全性的必要性

首先建筑結構的設計安全程度將對工程的質量以及造價產生直接的影響。由此，就應該加強建筑結構的安全性，這對建筑的施工以及使用都是至關重要的。近幾年，我國的發展逐漸加快，人們的生活水平也得到大幅度的提高，人們對建筑的要求也逐漸的提高，這也就必須要加強建筑設計的安全性，以此來保障人們生活的穩定與健康發展。此外，建筑的結構設計安全性的提升，也可以在一定的程度上促進建筑行業的發展，現代化的建筑結構在進行設計的過程當中對風格等外在形態較為重視，這就要求在建筑材料以及施工的過程中對安全性進行控制，在保障外觀的美化與建筑質量的基礎上，注重建筑的安全性。

1．2 建筑結構安全性的重要性

由于近幾年我國的建筑行業發展較為迅速，對各個方面的控制與管理也逐漸的趨于完善，這就要求加強對結構設計的控制，因為建筑結構的設計是工程施工的基礎與依據，因此，建筑的設計安全就是工程施工安全以及建筑質量的前提。由此可見，建筑的結構設計安全是工程的關鍵，這也在一定的程度上體現出工程造價的管理。在建筑結構的設計過程當中，應保障設計的科學化與合理化，以此來為人民營造一個較為舒適的生活環境，也可以對自然災害進行抵御，可以確保建筑無論在何種環境下都應具有安全性以及穩定性。

2 建筑結構設計中存在的問題

雖然我國的建筑行業逐漸的趨于穩定化的發展，但在對結構的設計過程中仍然存在一系列的問題，以下對其進行分析說明。

2．1 抗震性相對較低

我國的相關法律法規對建筑的設計進行規范，明確要求建筑應具有一定的抗震性，而在實際的建筑過程當中，大部分的抗震性沒有達到國家的要求，就從近幾年我國出現的地震來看，大部分的建筑物都沒有滿足國家的抗震標準，這也就對人民的人身以及財產產生一定的安全威脅。同時，相關的建筑結構設計人員對建筑的抗震性認識不到位，所以在對建筑進行設計的過程當中也就沒有對這一問題進行考慮，將其流于形式。由于我國的范圍較廣，各個區域之間有其獨有的特點，所以在對建筑物的結構進行設計的過程當中，應保障設計人員對地區的狀況進行充分的了解，并按照不同的特點進行設計。

2．2 設計的過程中出現偷工減料

隨著市場經濟的轉變，建筑行業的競爭較為激烈，這也就造成部分的建筑類商家為了獲取更大的經濟效益，在對建筑結構進行設計的過程當中出現以次充好，偷工減料的狀況，以下對其進行說明: 首先，有的建筑企業為了獲取更大的經濟利益，節約成本，在對建筑的結構進行設計的過程當中，對成本過于克扣，對建筑的安全以及質量并不重視，這也就為建筑的使用造成了一定的安全威脅，例如在對鋼筋進行配筋的過程當中偷工減料，導致其使用的期限較短，并且容易出現變形。

2．3 建筑結構設計的不合理

對建筑進行設計的過程由于設計單位的員工經驗的不足或者是員工的專業技能水平較差的原因，也就導致對建筑的結構設計出現不合理、不科學的狀況，這在一定的程度上會直接影響建筑的正常使用，為建筑埋下安全隱患。同時也有的設計人員對外觀過于重視，在進行設計的過程當中明知道建筑公司對外觀的要求是行不通的，但為了利益，沒有提出異議，這也就導致建筑的危險性，雖然這一狀況在設計單位相對較少，但仍是存在的。此外，由于設計人員的素質相對較低，對現代化的建筑設計知識并沒有進行專業化的培訓，也就導致其對建筑結構的設計存在一定的風險。

3 如何提高建筑結構設計水平

對建筑的結構進行設計是工程施工的前提，也是工程的關鍵工序，這就應該加強對設計的重視，從設計中來加強建筑的安全性，保障設計的安全以及實用性，更好地為人民服務。以下對建筑的結構設計中存在的不足之處進行改善，加強建筑的安全性建設。

3．1 嚴格遵守建筑結構設計規范

想要加強建筑的質量，并保障建筑的安全問題，就應該按照我國對建筑行業的法律法規來對結構進行設計，加強建筑的質量。國家對建筑設計的規范不僅是從技術上，而且是從各個方面對其進行控制，具有一定的強制性，這可以對建筑市場進行規范，對建筑設計單位進行約束。隨著近幾年建筑行業的飛速發展，相應的法律法規在不斷的實踐過程中逐漸的趨于完善化發展，建筑的結構設計師在進行設計的過程中也逐漸的向著規范化的方向發展。同時，對建筑結構設計中的不規范，不合理的行為應進行監督，并采取相應的獎勵措施來鼓勵相關的人員進行舉報，降低安全隱患發生的可能性，加強建筑結構設計的安全性。

3．2 提高建筑設計的抗震性

在進行建筑結構的設計過程當中，應保障建筑的抗震性達到國家的要求與標準，并要求相關的人員對工作認真負責。同時對我國近幾年所發生的地震區域的建筑物進行分析，對抗震因素進行了解，保障建筑物可以對自然災害進行抵抗，保障建筑物的安全性發展。此外，相關的設計人員應對建筑物的抗震性進行了解與掌握，并對其有足夠程度的重視。

3．3 加強設計師的質量意識

對建設結構進行設計是一項相對較為復雜的工作，這就對設計師有一定的要求，對理論知識、工作態度、創新思維以及實踐經驗等方面都應進行嚴格的把關。同時，還要求設計師對相應的法律法規進行了解，并做到按規范設計，在保障結構設計質量的前提下，加強設計的安全性。此外，還要求設計師有良好的學習能力，加強對新事物的學習與接受，并對建筑中的抗震進行正確的認識，確保建筑的安全。

3．4 提高設計人員的專業水平

隨著建筑行業的發展逐漸的加快，相應的規范也在不斷的完善，但現代化的建筑設計與傳統的建筑有著很大的區別，這就要求相關的設計人員的專業技能水平較高。由于科技的發展逐漸的加快，信息化的技術水平發展較快，在建筑行業中也逐漸的融入了先進的技術，但是有很多的建筑結構設計工作人員對先進的技術不能進行熟練的使用，這也就阻礙了先進技術的應用，并在一定的程度上阻礙了建筑行業的發展與進步。由此，就應該在設計單位定期的進行培訓與教育，加強設計人員的相關技能水平，促進建筑結構設計的安全，建設一批高素質、專業化的設計隊伍，以此來加強我國建筑行業的發展。

4 結語

隨著我國的發展，建筑行業的安全與質量逐漸的受到重視，由于建筑結構設計是影響建筑安全性的主要原因，所以應該對其進行有效的控制。雖然建筑行業的發展逐漸的趨于完善，但仍存在著一定的不足之處，對建筑的安全性帶來一定的影響。

參考文獻:

［1］ 李博，石國棟． 試論如何在建筑結構設計中提高建筑的安全性［J］． 科技信息，2012( 4) : 88-89．

［2］ 周超． 試論如何在建筑結構設計中提高建筑的安全性［J］． 建材與裝飾，2013( 3) : 36-38．

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關鍵詞：建筑節能；外墻外保溫；保溫隔熱

1保溫隔熱材料設計原理

保溫隔熱系統結構為基層處理-保溫隔熱層-抗裂保護層-飾面層。基層處理：根據不同建筑基體表面情況分別采用相應的處理方式，包括采用普通水泥砂漿找平、聚合物水泥灰漿拉毛或者不處理。以聚苯為主要原材料來生產保溫隔熱材料在世界各地均比較盛行，產品形式主要有聚苯板、聚苯復合材料、聚苯乙烯顆粒等，其中聚苯板目前使用比較多。然而，聚苯板不適合外形不規則的建筑部位保溫，聚苯板之間粘結處易開裂，聚苯板與罩面砂漿親和力差，綜合成本較高，因而使用受到限制。將聚苯乙烯顆粒與膠粉料混合制成的不定型涂抹式保溫隔熱材料可以克服聚苯板的這些不足。膠粉聚苯顆粒保溫隔熱灰漿設計主要考慮原則如下：

(1)對聚苯乙烯泡沫顆粒的級配(粒徑為2-5mm，容重為20-30kg/m3)、以及它和膠凝材料的配比的優化設計，使得此材料的密度、導熱系數、蓄熱系數、收縮率以及強度等各性能指標都得到了優化。

(2)添加了硅鋁玻璃空心球體料(比表面積為400-1500m2/kg，球體粒徑為5m-60m，氧化硅的含量在50%以上)，它和聚苯乙烯泡沫顆粒都屬于輕質多孔材料，起到了保溫隔熱作用；另外，“滾珠效應”改善了材料的和易性、整體性，一次施工達4cm以上，并且不需二次找平，顯著提高了施工效率。

(3)由于外加劑的作用，引入了1%-5%的氣泡，隔斷了熱傳輸通道，既達到了保溫隔熱的效果，也起到了保水的效果，提高了水泥水化程度，增強了保溫層的強度。

(4)主要原料是廢舊聚苯乙烯泡沫，既利用再生資源，又減少了白色污染，所以此灰漿材料既是很好的環保產品，也很大程度的節約了資源。

(5)采用干粉料預混合干拌技術與聚苯泡沫顆粒分裝工藝，現場只需按比例加水攪拌即可施工，解決了傳統工藝中生產攪拌期長、運輸成本高、存放周期短、現場配料計量不準確、施工不方便等技術經濟問題。

2抗裂砂漿設計原理

隨著國家墻體材料的革新和節能建筑推廣應用工作的深入，傳統砂漿所暴露出的許多缺陷，如因墻面空鼓、開裂、脫落等而引起墻體滲漏、透風、剝落等問題，在建筑工程中越來越突出，嚴重影響了工程質量和正常使用，也制約了保溫隔熱材料的推廣應用。大量資料表明，造成這些問題的主要原因，除了地基不均勻沉降等引起的結構裂縫外，主要可以歸納為以下兩個方面：一是墻材自身吸水率高、收縮大；二是所用砂漿保水性差、收縮變形大、粘結強度低、耐候抗裂性差及匹配不合理等。所研制的抗裂砂漿主要從以下幾個方面對普通砂漿性能進行改善：

(1)材料補償收縮機理。

為達到抗裂砂漿早期零收縮的目的，在原料中引入體積穩定劑，由于在水化后生成大量膨脹性晶體，產生體積膨脹，體內產生壓應力和壓應變，補償了各類收縮變形，抵消或部分抵消了相應的拉應力，從而提高了整體的抗裂性。

(2)聚合物改性機理。

在水泥砂漿中摻入聚合物后，會引起水泥砂漿性質的一系列變化，諸如，抗折強度提高、抗壓強度降低、彈性模量降低、剛性降低、柔性增加、變形能力提高、耐磨性增加、粘結強度提高、耐久性提高等。

(3)應力分散機理。

在抗裂砂漿施工中引入耐堿網格布，可以使抗裂砂漿的應力分散均勻，從而避免因應力集中引起的開裂。還可以通過引入纖維達到應力分散的目的。

(4)提高砂漿的保水功能。

在抗裂砂漿中加入保水劑，可以有效防止表面水分散失；同時在抗裂砂漿施工完成后，馬上在表面刷防水養護液，也能有效防止水分散失，同時形成新的抗裂層，具有雙層抗裂功能。

3保溫隔熱層厚度設計

國家標準GB50176-1993《民用建筑熱工設計規范》對圍護結構保溫和隔熱性能指標(K，R，0；，max)計算方法和計算參數做出了規定；行業標準JGJ26-1995《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》對帶有抗震柱、圈梁等熱橋部位的復合墻體的外墻平均傳熱系數K的計算方法做出了規定：行業標準JGJ134-2001《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》對夏熱冬冷地區節能50%目標時的外墻傳熱系數和蓄熱系數也做了規定。

作者簡介：李磊躍(1975-)，男，溫州市經濟建設規劃院，研究方向：工程項目建筑經濟學、建筑施工技術與組織、工程合同管理、安全與風險管理等；楊遠程(1986-)，女，溫州市經濟建設規劃院，碩士。

式中：Ri為窗戶、空氣層等熱阻.上述K的計算方法適用于不帶抗震柱、圈梁等熱橋部位的多層結構。對于該保溫隔熱層結構，根據對材料層厚度、導熱系數和蓄熱系數的測定值，按公式(1)、公式(2)和公式(3)可以計算得到該保溫隔熱材料與其他主體建筑配合使用形成的圍護結構熱阻R、熱惰性指標D、傳熱系數K以及達到節能50%的目標時墻體的最小厚度的值.使用加氣混凝土砌塊作為墻體結構，若圍護結構其他部分(窗戶、屋面等)能達到節能標準的相關規定，外墻不需要保溫隔熱施工即可達到50%的節能目標；而對于混凝土砌塊或粘土實心磚，保溫隔熱層厚度需要分別增加到29.4mm和20.1mm才能滿足節能目標，同時這些傳統材料尤其粘土實心磚，既浪費能源，又對環境造成嚴重污染，不滿足現階段我國推廣的“四節”節能產品的節能要求。鋼筋混凝土主要用作建筑的梁和柱等承重、框架結構，其熱阻較小，為達到節能50%的節能目標，其表層保溫隔熱層厚度不得小于30.7mm；可見鋼筋混凝土梁、柱是建筑物中最主要的“熱橋”部位，保溫隔熱施工中一定要盡量消除該種“熱橋”。

參考文獻

[1]王晶.淺談幾種建筑圍護結構節能設計[J].甘肅科技，2006，(7)：87-89.

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【關鍵詞】高層建筑；結構；設計；探討

1 高層建筑結構設計方面的原則

1.1 選用適當的計算簡結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。

1.2 選擇合適的基礎方案：基礎設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。基礎設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。

1.3 合理選擇構方案：一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區應力求平面和豎向規則。總而言之，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業充分協商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優選用。

1.4 正確分析計算結果：在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。

1.5 采取相應的構造措施：結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執行段錨固長度；考慮溫度應力的影響力。

2 高層建筑結構設計的特點

2.1 軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；此外還會對預測構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

2.2 結構延性是重要設計指標：相對于底層建筑而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

2.3 水平荷載成為決定因素：一方面，因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度變化。

3 高層建筑結構的相關問題分析

3.1 結構的超高問題：在抗震規范和高規范中，對結構的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。

3.2 短肢剪力墻的設置問題：在新規范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

3.3 嵌固端的設置問題：由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

3.4 結構的規則性問題：新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

4 結語

近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看，并不理想。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。

參考文獻

[1]梅洪元，付本臣．中國高層建筑創作理論發展研究[R]．高層建筑與智能建筑國際學術研討會，2002.

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關鍵詞：建筑鋼結構經濟性能工程造價優化設計

1、引言

由于國家政策、鋼材生產、構件制作、設計研發、標準規范修訂等方面的有利因素，近幾年我國的建筑鋼結構進入了一個全新的發展時期。新材料、新部品、新結構體系不斷出現，鋼結構設計研發、制作安裝能力日益強大，建筑鋼結構向多樣性、適用性、經濟性方向發展。

建筑鋼結構的經濟性能一直是大家最為關注的一個問題。如何控制工程造價，充分發揮鋼結構建筑技術經濟上的綜合優勢，工程設計階段是關鍵階段。據權威資料統計分析，在初步設計階段，影響工程造價的可能性為75%-95%；在技術設計階段，影響工程造價的可能性為35%-75%；在施工圖設計階段，影響工程造價的可能性為5%-35%。因此設計質量的好壞、設計是否優化對工程造價將產生直接的影響。下面以門式剛架輕鋼結構廠房和多、高層鋼結構建筑的設計為例，在材料選用、結構體系等方面進行簡要分析，探討在設計階段控制工程造價，提高建筑經濟性能的可行性。

2、材料選用方面工程造價控制

由于我國鋼產量已經突破兩億噸，鋼材品種更趨于多樣化。各種新型建材，如輕質保溫墻板、彩涂壓型鋼板、樓承板等不斷開發出來并推廣應用。建筑鋼結構在設計階段材料的選擇上有了更大的空間。材料選擇不同，工程直接費不同，總造價不同。設計階段合理選擇建筑材料，控制材料單價或工程量，是控制工程造價的有效途徑。試舉例如下：

（1）彩涂鋼板：彩涂鋼板一般用于輕鋼廠房屋面板和墻面板，有不同板型、不同基板厚度和鋼號、不同鍍鋅板類別和鍍鋅層厚度以及不同的彩涂層類別，在形式上又可選用單板、保溫復合板、單板加內保溫層等，其中保溫層又有超細玻璃絲棉、硬質巖棉、聚苯乙烯等類別及厚度的不同，這些不同都造成單方材料價格的差異，從而影響廠房工程總造價。所以設計時要根據廠房性質、大氣環境等因素綜合考慮，合理選用板材，控制工程造價。

（2）多、高層住宅鋼結構體系的墻體材料：墻體材料造價一般占土建工程造價的15%-25%。對于多、高層住宅鋼結構體系來說，選用配套、經濟、節能的墻體材料至關重要。目前，設計選用的外墻材料主要有水泥保溫外墻板、輕質加氣混凝土砌塊、NALC板等；內墻材料主要有改性石膏板、GRC內墻板、水泥保溫復合板等。萊鋼集團自主研發的LCC-A系列、LCC-B系列和LCC-C系列輕質保溫復合墻板也已應用于在建鋼結構節能住宅工程中，逐步使鋼結構住宅體系走向標準化、定型化和工業化，為降低綜合造價創造了基礎條件。

（3）多、高層鋼結構建筑樓（屋）面的樓承板：設計時，根據在樓（屋）蓋結構體系中的作用，樓承板可采用兩種形式，即①樓承板只作為永久性模板，一般采用普通鍍鋅壓型鋼板即可，對最小鍍鋅量和耐火時間要求較低，價格較便宜；②施工時作為模板，在使用階段則替代受拉鋼筋，即組合樓板。由于在設計中考慮樓承板作為受拉筋，其使用壽命必須與主鋼結構的使用壽命保持一致，所以對其最小鍍鋅量和耐火時間要求較高，單方價格相對較高。

（4）鋼材規格及材質：由于鋼材品種的增多，結構設計時可選擇的構件形式也多了。比如框架柱，可采用熱軋H型鋼、焊接H型鋼、螺旋焊接圓鋼管、焊接方鋼管以及組合截面等形式，鋼梁可采用等截面、變截面等形式。材質可采用Q235普碳鋼，也可采用Q345低合金鋼。設計時應盡可能采用高強度等級的材料，比如采用Q345鋼比采用Q235鋼就可節約鋼材15%-25%，用于受拉或受彎構件節約比例較大。設計時要選用經濟截面型材，比如熱軋H型鋼、T型鋼等。在某些情況下，采用熱軋H型鋼柱、梁可能比采用焊接H型鋼用鋼量稍多，但從加工成本、施工進度等方面綜合考慮，其造價可能更有優勢。

3、結構體系方面工程造價控制

不同的結構體系和平、立面布置對工程造價的影響較明顯。在設計階段只有根據建筑物的使用功能要求，確定合理的平、立面布置和結構體系，才能有效控制工程造價，做到經濟適用。列舉如下：

（1）根據有關資料測算分析，對于多層建筑，不同層數對土建工程造價的影響為10%-25%；不同層高對土建工程造價的影響為1.5%-12%。

（2）門式剛架輕鋼結構廠房設計，同樣存在經濟跨度和剛架最優間距。在工藝要求允許的情況下，盡量選擇小跨度的門式剛架較為經濟。一般情況下，門式剛架的最優間距為6m-9m，當設有大噸位吊車時，經濟柱距一般為7m-9m,不宜超過9m，超過9m時，屋面檁條、吊車梁與墻架體系的用鋼量也會相應增加，造價并不經濟。下表（表3.3）是按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102:98）進行設計的廠房主鋼用鋼量，通過橫向、縱向比較，可以看出各影響因素在設計階段合理確定的意義。設計荷載取值：恒載0.3KN/m2、活載0.5KN/m2、基本風壓0.55KN/m2、不考慮吊車及懸掛荷載。

柱距7.5m

檐高6.0m

用鋼量

（kg/m2）

柱距7.5m

檐高6.0m

用鋼量

（kg/m2）

柱距7.5m

檐高6.0m

用鋼量

（kg/m2）

跨度

Q345

Q235

跨度

Q345

Q235

跨度

Q345

Q235

1×18.0m

7.20

8.72

2×18.0m

7.16

8.92

3×18.0m

7.38

8.95

1×21.0m

8.41

9.90

2×21.0m

8.45

10.28

3×21.0m

8.43

10.12

1×24.0m

9.22

11.43

2×24.0m

9.68

11.75

3×24.0m

9.29

11.36

1×27.0m

10.54

12.72

2×27.0m

10.86

13.12

3×27.0m

10.35

12.96

1×30.0m

11.57

13.95

2×30.0m

11.92

14.53

3×30.0m

11.35

13.54

1×33.0m

12.86

15.10

2×33.0m

13.21

16.58

3×33.0m

12.46

15.61

（3）在多、高層鋼結構中，樓板結構體系的工程量占有較大比重，對結構的工作性能、造價都有重要影響。在確定樓板結構方案時，主要考慮要保證樓板有足夠的平面整體剛度，能減輕結構的自重及減小結構層的高度，有利于現場安裝方便及快速施工，還要有較好的防火、隔音性能，并便于管線的敷設。常用樓板做法有：壓型鋼板組合樓板、預制樓板、疊合樓板和普通現澆鋼筋混凝土樓板等。目前最常用的做法為壓型鋼板組合樓板和普通現澆鋼筋混凝土板。當采用這兩種做法時，考慮現澆板與鋼梁組合成為共同受力的組合梁，能有效降低鋼梁高度，較多地節約鋼材。

（4）在高層鋼結構中，框架柱采用圓形鋼管混凝土柱，梁、板采用鋼-砼組合結構，總用鋼量比普通鋼結構用鋼量有大幅度減小，能有效降低工程造價。

4、結束語

鋼結構建筑所具有的優點決定其必將具有強大的生命力。設計階段技術創新、選材配套、設計優化是控制造價、促進建筑鋼結構走向產業化的關鍵階段。為此，強調以下幾點：

（1）提高設計人員的素質，重視設計人員的繼續教育和業務知識的更新培訓。同時，要強調技術與經濟相結合，設計中注重價值工程的運用，要做多方案比較，把控制工程造價放到重要位置。

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【關鍵詞】 剛結構；穩定性；設計

工業建筑鋼結構的穩定問題在設計中，設計人員應該注重結構構件的穩定性能，以免在設計過程中發生不必要的失穩損失；其次，隨著新型結構的出現，設計人員對其性能認識的不足，從而導致構件的失穩，就這個問題闡述了新型結構現存的問題，并且針對問題論述了產生的原因。

1建筑鋼結構的穩定性設計

鋼結構的穩定性設計、在各種類型的鋼結構中，由于結構失穩造成的傷亡事故時有發生、為了更好地保證鋼結構穩定設計中構件不失穩定，保證工程質量及使用安全，有必要對鋼結構的穩定性設計進行詳細探討。

1.1鋼結構穩定性的概念。鋼結構強度小或失穩都會造成結構破壞，但是強度與穩定的概念并不相同、鋼結構的強度是一個應力問題，指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載引起的最大應力(或內力)是否超過建筑材料的極限強度、鋼材以其屈服點作為極限強度、而穩定是一個變形問題，構件所受外部荷載與結構內部抵抗力間是不穩定的，關鍵是找出這一不穩定的平衡狀態，避免變形急劇增長而發生失穩破壞。

1.2鋼結構穩定性設計要點。在符合鋼結構設計的一般原則前提下，要保證鋼結構的穩定性還需滿足以下條件：

1.2.1鋼結構布置必須從體系和各組成部分的穩定性要求整體考慮，目前鋼結構大多是按照平面體系進行設計，如桁架和框架、保證平面結構不出現平面外失穩，要求平面結構構件的平面穩定計算需與結構布置相一致，如增加必要的支撐構件等。

1.2.2實用計算方法所依據的簡圖與結構計算簡圖保持一致中層或多層框架結構設計框架穩定分析通常是省略的，只進行框架柱的穩定計算、由于框架各柱的桿件穩定計算的常用力法、穩定參數等是依據一定的簡化典型情況或假設者得出的，因此設計者要能保證所有的條件符合假設時才能應用。

2建筑鋼結構設計

2.1基本原則。建筑鋼結構的設計必須符合一定的原則，確保所設計的結構合理，安全可靠。①所做結構設計應符合建筑物的使用要求，有足夠的強度、剛度和穩定性，有良好的耐久性；②所設計結構應盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；盡可能縮短制造、安裝時間，應便于運輸、便于維護，減少成本；③盡量注意美觀，對于外露結構有一定建筑美學要求。

2.2設計過程。

2.2.1收集資料：鋼結構設計過程的前期準備工作首要的就是要收集相關資料，包括各種環境資料、相關規范和標準等、目前我國實行的是《鋼結構設計規范》gb50017-2003其次，還需要了解結構設計的習慣做法，根據以往的設計經驗找出最優設計方案。

2.2.2確定結構體系、柱網：鋼結構體系的確定主要考慮兩個方面:橫向結構系統和縱向結構系統。橫向系統需要綜合考慮建筑使用要求、剛度要求、結構受力情況、材料選用等具體情況來確定；縱向系統一般由相關構件如柱及其支撐、壓架、車梁及制動梁或桁架、墻梁等組成、柱網則需要依據建筑使用要求、經濟柱距及跨度、建筑美觀等方面要求來設計、其它方面的考慮還包括造價、跨度、制作安裝難度等。

3建筑鋼結構的優勢與不足

3.1鋼結構的材料優勢。鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，和混凝土等其它材料的結構相比，鋼結構具有諸多優勢：首先，鋼材的強度高，塑性和韌性好、強度高使其適用于跨度大或荷載很大的構件和結構，而塑性和韌性好對動力荷載的適應性較強，不會輕易因超載而突然斷裂、鋼結構還具有良好的吸能能力和延性，這賦予了鋼結構優越的抗震性能。其次，鋼材內部組織接近于勻質和各向同性，在一定的應力幅度內鋼材的反應幾乎是完全彈性的，加之冶煉和軋制過程中材質波動的范圍小，因此，鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合，有助于提供設計施工的精確性。

3.2鋼結構在建筑上的應用優勢。鋼結構所具備的上述特點使其在建筑應用上具有磚混結構、混凝土結構所沒有的獨特優勢。首先，鋼結構自重輕，且延性好，因此所建建筑的抗震性能優良，因其總質量小，地震力效應相應也小，而其良好的延性也能對地震效應起到緩沖作用、混凝土施工時管道般需要在梁底通過，這樣會占用較大空間，使樓層凈高減少、而使用鋼結構可在梁腹板處開孔走管道，因此建造相同的樓層高度，采用鋼結構可達到提高層間凈高的效果。此外，與傳統結構需要“肥梁胖柱”才能建造較大開間相比，由于鋼結構輕質高強，因此可以簡中實現大跨與復雜幾何結構，創造開放式住宅。

3.3鋼結構的不足。鋼結構因其優勢而得到廣泛應用，近年來產生的鋼結構住宅也促進了住宅產業化的發展進程，尤其鋼結構使用過程的環保性還符合社會可持續發展的需要，帶來了良好的綜合效益、但鋼材也存在其固有不足、比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差，因此鋼結構使用時需要進行較嚴格的防護，其防護時費用高于鋼筋混凝土結構、鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時，鋼結構需要加隔熱層加以保護、鋼材不耐火，重要的結構必須注意采取防火措施、鋼材的強度高，所做構件多數壁薄且截面較小，受壓時為了在強度與穩定之間取得最優，往往滿足了穩定的要求，而使得強度不能充分發揮等。

4建筑鋼結構設計中應注意的問題

4.1鋼結構住宅的設計。鋼結構住宅有低層和多層之分、低層一般用于別墅，而多層用于公寓、根據抗震規范gb50011對12層以下和以上房屋的不同要求，建造鋼結構住宅一般不宜超過12層。鋼結構住宅抗震性能受結構布置規則性影響、因此，其平面布置應力求規則、對稱、不規則布置在地震時容易遭到損壞。

4.3鋼結構穩定性設計的經驗。

4.3.1借助于計算機技術和相關軟件的發展，目前鋼結構設計中結構和構件的平面內強度及整體穩定計算可由計算機輔助完成，而由設計者對結構和構件的平面外強度及穩定計算，進行分析、計算和設計、為了提高效率和提供方便，在設計時可將整個結構按標高進行分解，簡化成不同水平荷載作用下的多個布置形式的結構體系來進行強度和穩定的計算。

4.3.2受彎鋼構件的板件局部穩定可以通過幾種方式實現:①限制板件寬厚比，使之達到屈曲的極限承載能力，不在構件整體失效前屈曲；②允許板件在構件整體失效前屈曲，然后利用其屈曲后強度達到構件的承載能力；③對梁設置橫向或縱向加勁肋，以解決不考慮屈曲后強度的梁的局部穩定問題。

4.3.3軸心受壓構件和壓彎構件局部穩定也可通過兩種方式實現，分別是控制翼緣板自由外伸寬度與其厚度之比和控制腹板計算高度與其厚度之比，如果受壓構件為圓管截面，則應控制外徑與壁厚之比。

鋼結構自重輕、強度高、工業化程度高等優點，在建筑工程中得到了廣泛的應用，同時鋼結構建筑還符合國家的可持續發展戰略、發展鋼結構建筑對提高城市建設水平有很大作用、在鋼結構設計中要充分考慮材料的優缺點，綜合考慮各方面的因素加強對結構的整體穩定、局部穩定以及平面外穩定的設計，克服結構設計缺陷，避免出現失穩事故，加快鋼結構應用領域的發展。

參考文獻