结构设计基本步骤精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇结构设计基本步骤，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：结构设计分析、规范、SATWE

一、常用规范

规范是结构设计最重要的标准文件，设计前必须熟读规范，钢筋混凝土结构设计常用的规范主要有：建筑结构荷载规范，混凝土设计规范，建筑抗震设计规范，建筑地基设计规范，高层建筑混凝土结构技术规程，岩土工程勘察规范等。

二、基本资料及信息

结构设计前需要收集和了解必须的基本资料和信息。

1．建筑需求：建筑外观、平面布局及使用功能要求，建筑重要性。需要相应阶段的建筑图纸、审批文件。

2．使用荷载：一般民用建筑可查看可在规范，普通住宅、办公室为2.0kN/m2,阳台2.5kN/m2；电梯机房等效8kN/m2；消防车等效20kN/m2。

工业厂房需要业主提供文件，指定使用荷载。

3．风信息：（荷载规范、高规）

a.基本风压： 一般用50年一遇，深圳为0.75kN/,对应风速约120公里/小时；高度大于60米的结构，承载力计算用100年一遇的风压，深圳为0.90 kN/）

b.地面粗糙度：一般城市市区可选C

c.体型系数：一般建筑取1.3

d.基本周期：简单估算（0.1×楼层数），用于计算风振

e.其他相关概念：

Wk=βzμsμzW0用于主要承重结构

Wk=βgzμsμzW0用于围护结构

风压高度变化系数，

风振系数（基本自振周期大于0.25s，高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，考虑顺风向风振系数；横向风软件没有考虑）

阵风系数：计算围护结构风荷载

群体效应：群集的高层建筑，相互间距较近时，风力相互干扰，体型系数应增大。

4．地震信息：（抗震规范、高规）

a.设防烈度： 按设计基本地震加速度值划分，分为6度（0.05g）、7度（0.10g）、7度（0.15g）、8度（0.20g）、8度（0.30g）、9度（0.40g），具体取值由政府规定(可查抗规附表)，。

深圳为7度（0.1g）

b.设计地震分组：按震中的近、远划分，分为第1组、第2组、第3组。

深圳为第1组

c.场地土类别：按土层等效剪切波速和土层厚度划分，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，大部分为Ⅱ类。由地质勘探部门提供。可以理解为Ⅰ类场地土最结实，Ⅳ最差。

d.其他抗震相关概念：

抗震设防三水准：小震不坏、中震可修、大震不倒。

抗震设计二阶段：

第一阶段设计为承载力设计：用小震动参数、结构按弹性计算，用分项系数组合进行构件截面承载力验算，通过概念设计及抗震构造满足大震不倒。

第二阶段为弹塑性变形验算。大部分建筑可只进行第一阶段设计。

抗震设防分类：按建筑重要性划分，分为甲、乙、丙、丁四类，具体规定见《建筑抗震设防分类标准》。甲类最重要，丁类为次要建筑，大部分为丙类。

设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10％的地震加速度设计取值。

地震作用计算方法：底部剪力法、振型分解反应谱、弹性动力时程分析、弹塑性动力时程分析。

结构阻尼比：混凝土结构0.05,钢结构0.02

重力荷载代表值：永久荷载标准值＋可变荷载标准值×组合系数，组合系数软件默认取0.5，对于库房应取0.8、可变荷载按实际情况计算时组合系数应取1.0。

抗震等级：根据烈度、结构类型、房屋高度（室外地面到主要屋面板）确认，确认烈度时还要考虑抗震设防分类及场地土类别。

构件设计原则：强柱弱梁、强剪弱弯。

5．地质勘察报告：

由结构设计人员根据工程具体情况提出勘察要求，甲方委托勘察单位进行勘察，勘察单位提交勘察报告。

一般包括一下内容:

勘察目的、任务要求和依据的技术标准；拟建工程概况；勘察方法和勘察工作布置；场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；地下水的埋藏情况、类型、水位及其变化；土和水对建筑材料的腐蚀性；场地稳定性、不良地质评价；基础形式推荐；图表：勘察点平面布置图、土层剖面图、探孔柱状图、岩层等高线等。

深圳地区岩土分布情况：填土、花岗岩残积土、强风化岩、中风化岩、微风化岩。

一般花岗岩残积土可作为天然地基的持力层，承载力200kPa多。

三、结构选型

根据建筑高度、建筑需求、经济等确定。

1. 单层厂房以前均采用钢筋混凝土排架结构，现在大都采用轻型门式钢架

2. 多层采用钢筋混凝土框架架构、砖混结构，广东地区基本不用砖混结构，住宅多采用异型柱框架结构

3．大跨度结构考虑预应力、网壳

4. 普通高层采用钢筋混凝土框剪结构、短肢剪力墙结构、剪力墙结构。

5. 超高层（100米以上）采用型钢混凝土、钢－混凝土的框剪结构，或框筒、剪力墙结构、筒中筒结构。

四、结构布置

1.平面布置：确定柱、剪力墙的位置

a.平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性

不规则类型定义

扭转不规则:楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍

凹凸不规则:结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%

楼板局部不连续:楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层

b．平面长度太长或楼层高度相差太大，要进行分缝或设置后浇带。

2. 竖向布置：建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变

不规则类型定义

侧向刚度不规则:该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%

竖向抗侧力构件不连续:竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递

楼层承载力突变:抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的)80%

五、构件截面估算

1．柱截面估算

a．柱竖向轴力估算

N=nAq

n---柱承受楼层数

A---柱子从属面积

q---竖向面荷载，可按下面估算

框架结构： 12-16（轻质砖）、14-18（粘土砖）

框剪结构： 15-18（轻质砖）、17-20（粘土砖）

筒体、剪力墙结构：18-22

一般集体宿舍、普通住宅取大值，办公取小值。厂房另行考虑

b．柱轴力调整（考虑水平荷载）

Nc = αβN

α---中柱α＝1、边柱α＝1.1、角柱α＝1.2

β---地震水平力作用对柱轴力的放大系数

七度抗震：β=1.05、八度抗震：β=1.10

c．柱截面面积估算

Ac≥Nc/(a*fc)

a----轴压比

一级0.7、二级0.8、三级0.9，短柱减0.05

fc---砼轴心抗压强度设计值

Nc---估算柱轴力设计值

d．柱截面宽高b×h

根据受弯确定，中柱可按各向轴跨比估算，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. 悬挑梁（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. 单向板：板厚 取1/30的板跨；

a. 双向板：板厚 取1/30至1/40的板跨；

c. 悬挑板： 1/10板跨；

六、竖向恒载计算

1．楼面荷载（kN/m2）

a.混凝土板厚（米）× 25

b.板面（砂浆、瓷砖/木板/等）、板下吊顶。通常楼面可按1kN/m2考虑，屋面可按2～3kN/m2考虑。

c.板上隔墙：按实际荷载折算，一般轻质隔板可按1kN/m2考虑，轻质砌体2～3kN/m2考虑

2．梁（剪力墙）上隔墙荷载（kN/m）

a.墙厚（米）× 容重 × 高度：

粘土砖18kN/m3，水泥空心砖10kN/m3，粉煤灰轻渣空心砌块7～8kN/m3，加气混凝土砌块5.5kN/m3。

b.墙面装饰厚度（双面）× 容重 × 高度

墙面装饰层厚单面通常为0.02m，混合砂浆容重17kN/m3。

c.门窗洞口

扣去洞口部分墙体荷载，加上门窗自重。

梁墙上荷载可取等效均布荷载。

3．墙柱梁表面装饰荷载

通常将混凝土容重取大一点（28 kN/m3）来考虑，不再另外计算。

七、结构计算（上部结构）

根据使用的软件不同，具体方法步骤不同，先掌握PKPM的PMCAD、SATWE及JCCAD．

（一）建模

详见《PKPM建模常见问题及处理建议》、PMCAD使用手册

（二）计算参数

详见SATWE使用手册

（三）软件运算

（四）计算书

1.结构平面布置简图（SATWE“接PM生成数据”图形检查）

2．荷载平面布置简图（PMCAD平面荷载显示校核）

3．基本参数等wmass.out

4．位移wdisp.out

5．地震wzq.out

6．各层配筋简图

7．各层梁裂缝、挠度平面简图（梁平法施工图）

8．各层板配筋面积简图（PMCAD画结构平面图）

七、结果分析（SATWE计算结果）

（一）原始输入数据检查（wmass.out）

1.检查各参数是否正确。

2．检查质量（荷载）

a.检查各楼层单位面积质量（1×恒＋折减系数×活），与“PMCAD荷载校核”对比，避免荷载丢失。

b.检查 “PMCAD荷载校核”各楼层单位面积荷载（1.2×恒＋1.4×活），与经验值对比，判断荷载是否合理。

（二）结构整体分析

1.水平位移控制（wdisp.out）

a.层间位移角（不考虑偶然偏心）限制：

框架结构 1/550

框架－剪力墙、框架－核心筒、板柱－剪力墙 1/800

筒中筒、剪力墙 1/1000

框支层 1/1000

多、高层钢结构 1/300

b.位移比（考虑偶然偏心）限制：

最大位移（层间位移）与平均位移（平均层间位移）之比：

A级高度建筑（普通多高层属于此类）：不宜大于1.5 (抗震规范)

不宜大于1.2，不应大于1.5(高规)

B级高度建筑、复杂高层结构、混合结构：不宜大于1.2，不应大于1.4(高规)

2.抗震控制（wzq.out）

a.质量参与系数：不少于90％（高规5.1.13.2）。如果少于90％，增加计算振型数。

b.周期：规范没有周期大小的控制，根据经验估算，判断是否合理，如果周期太大，则说明结构刚度太柔。

c.周期比：扭转为主第一周期与平动为主第一周期之比

A级高度建筑不应大于0.9，

B级高度建筑、复杂高层结构、混合结构：不应大于0.85

平动扭转判定：根据平动、扭转系数大小判定，如果平动系数越大，则平动所占的能量越多，一般来说，当该系数大于0.5时可认为以该振动为主。

第一周期的判定：不要想当然认为排在第一的就是第一周期，应注意剔除局部振动产生的周期。具体可看该振型对底部剪力的贡献，第一振型的贡献应是最大的。

d.剪重比：该层地震作用总剪力/该层及其上部重力荷载代表值之和

规范规定了最小值（详见抗规表5.2.5，高规表3.3.13）

7度基本周期小于3.5s的结构 为0.016。

软件对小于最小值的会自动调整放大。

3.结构竖向规则（wmass.out）

（1）. 楼层侧向刚度比

a.普通楼层（刚度用“地震剪力/层间位移”计算）

抗规3.4.2-3.4.3、高规5.1.14规定：该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，该层地震剪力应乘以1.15的放大系数。

软件会根据计算结果，自动乘以放大系数。

b.首层转换结构（刚度用“剪切刚度”计算）

高规附录E.0.1规定：上下层刚度比宜接近1，抗震设计不应大于2，非抗震设计不大于3。

c.转换层数大于1层结构（刚度用“剪弯刚度”计算）

高规附录E.0.2规定：上下部等效刚度比宜接近1，抗震设计不应大于1.3，非抗震设计不大于2。

（2）楼层层间受剪承载力

抗规3.4.3.2-2规定：不应小于相邻上一层的65％。

4.结构抗倾覆验算（wmass.out）

抗倾覆弯矩/倾覆弯矩 > 1

5.结构重力二阶效应（wmass.out）

高规5.4.1.1、5.4.1.2规定：刚重比

剪力墙、框剪、筒体EJd/(H2∑Gi) ≥ 2.7 (i=1,n)

框架结构Di*hi/∑Gj≥20，(j=i,n)

不满足要求时，要考虑重力二阶效应。

6.结构整体稳定（wmass.out）

高规5.4.4规定：刚重比应满足一下规定

剪力墙、框剪、筒体EJd/(H2∑Gi) ≥ 1.4 (i=1,n)

框架结构Di*hi/∑Gj≥10，(j=i,n)

（三）构件分析

结构整体性能、分析指标满足规范后，我们再来细部分析构件，SATWE可以将各层构件的内力、配筋详细打印出来，可以据此进行分析。首先检查构件配筋是否超筋、是否异常。如果感觉异常，要顺着组合内力、单工况内力、荷载及边界条件进行分析，容易出现异常的主要有剪力墙连梁、转换梁、转换梁上一层剪力墙的配筋，这里涉及软件的基本假定及相关原理，不再具体论述。

还要检查构件的裂缝、扰度等是否满足规范要求。

至此，结构的各项分析工作完成，接下来就是绘图的工作了。当然还有基础的分析与涉及。

参考资料：1. 相关规范

篇2

关键词: 建筑，结构设计，质量，措施

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

随着我国市场经济状况的高速发展，城市化的进度正在逐渐加快，尽管房价商场非常猛烈，房地产市场的交易量依然与日俱增，对广大人民百姓来说，购置住房是生活中最重要的活动之一，不少工薪阶层将大半生的劳动所得消耗在房产上。同时，我国的内陆地区地震频发，住房的质量不但与广大人民的切身利益息息相关，还可能在自然灾害发生时直接影响到百姓的人身安全。建筑的结构设计在很大程度上影响着建设工程的安全可靠、美观实用、施工难度、工程造价等诸多品质，提高建筑结构设计质量自古以来，都是结构工程师最为关注的话题之一。同时，项目的特殊要求、施工环境的变化以及结构设计人员水平上的差异等诸多因素都与结构设计的出图质量密切相关。为了尽可能避免设计图纸上出现“漏、碰、错、缺”，相关领域的技术工作者应当通过有效的措施尽可能提高建筑结构设计的质量。

1 建筑结构设计的基本概念简介

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

建筑结构的类型这一概念相对而言范围广、内容丰富。根据不同建筑物在具体功能要求上的差异，随着科学技术的发展，逐渐产生了诸多结构类型与结构的分类方法。从建筑物具体用途的角度，可以划分为民用建筑与工业建筑。如果依据建筑物的层数来分类，则可以分为超高层、高层、多层、单层建筑。建筑物使用的结构材料是有所区别的，从结构类型的角度来分类，大体上有: 混合结构、砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等。此外，建筑物的结构构件组成方式也存在较大的区别，从这个角度，可以划分为框筒结构、剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、束筒结构等。由此可见，建筑结构类型的划分方法颇多，内容也相对复杂。而建筑结构设计中还有一个很重要的名词: 概念设计。概念设计的具体含义指的是通过清晰、明确的概念结构，在不进行数值计算的情况下，根据分系统与整体结构系统间的结构破坏机理、力学关系、实验现象、震害以及工程经验所获得的原始设计思想与基本设计原则，对结构的计算结果做出合理、准确的分析，同时将计算假设与结构的实际受力状况间的差异也考虑在内，对结构或构造进行设计，尽可能保证建筑物的受力更安全、更合理、更协调。

2 概念设计的具体步骤与重要意义

在结构设计中，概念设计占据极其重要的地位，结构设计步骤通常可以划分为三步: 前期选择方案阶段，中期结构计算阶段以及后期制绘施工图阶段。结构设计与分析的首要步骤就是概念设计，以上三个步骤均与科学的概念指导不可分割。

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

3 提高建筑结构设计质量的具体措施

建筑工程的一个特点就是受到地理因素的制约与影响，这个特点也导致设计过程中涉及的参数很可能具有一定的特殊性。简单举例有: 基本雪压、基本风压、场地土类别、地震烈度等铸锻参数的选取过程都要严格依照《全国基本雪压分布图》《全国基本风压分布图》以及工程地质报告这三份材料进行敲定，又如墙体围护的主材在不同地区存在差异，工程师则需要根据实际选用的主材确定墙体荷载。在开始设计之前，设计人员应当大量收集设计相关资料、深入研究设计规范，根据具体的工程类型、地域条件确定具体参数，这样的做法能够在加强计算结果可靠性的同时，避免参数不合理、参数错误造成的返工、浪费等现象。建模计算的前期处理是提高结构设计质量的重要措施之一。对荷载的计算要保证准确有效，估计、推测等无依据的做法是需要每个工程师尽可能避免的。建模的过程要严格按照科学的方法来给定输入，楼梯洞口输入处的局部开洞处理，转换层构件与悬挑构件设计中活荷载的不利影响，飘窗部分的荷载分析等都是需要格外注意的步骤。

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

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

4 结语

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

参考文献:

［1］ 马玉刚． 浅谈如何提高建筑结构设计质量［J］． 工程技术，2010( 7) : 5．

［2］ 张丽莉． 浅谈提高建筑设计质量的措施［J］． 建筑工程，2010( 4) : 7．

篇3

关键词：结构设计； 设计；优化

中图分类号：TU3 文献标识码：A

1、结构设计优化方法的理论体现

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

从理论上对结构设计优化方法进行相关的分析可知，房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计是结构设计优化方法在实际应用中具体的表现。房屋工程结构总体的优化设计主要是对围护结构、屋盖系统以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设

计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况以及结合房屋建筑相应的经济性，对建筑结构进行相应的优化设计。

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

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

2、结构设计优化技术的现实意义

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

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

3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

3.1建立结构优化的模型

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

3.1.1要对设计变量进行合理的选择

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

3.1.2对目标函数进行确定

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

3.1.3对约束条件进行确定

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

3.2对优化设计的计算方案进行设定

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

3.3进行程序的相关设计

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

3.4结果分析

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

4、结构设计优化技术的实践应用

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

4.1结构设计优化应注意前期参与

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

4.2概念设计结合细部结构设计优化

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

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

4.3下部地基基础结构的设计优化

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

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关键词：高层建筑结构设计；教学内容；教学方法；教学手段

高层建筑结构设计课程的教学内容涉及混凝土结构、结构力学、结构抗震等知识的综合应用，作为培养从事土木工程设计、施工、预算、招投标工作的高级工程技术人才的土木工程专业，一般将高层建筑结构设计课程设置为一门专业限选课。土木工程专业毕业生的就业方向主要有结构设计、工程施工技术管理、预算和招投标等岗位，这些工作岗位都与高层建筑结构设计具有密切联系。土木工程结构设计岗位的主要工作内容已由多层建筑设计转变为高层建筑设计；从事土木工程施工管理工作，必须掌握高层建筑结构的识图与读图等知识，清楚高层建筑中哪些是主要受力构件，哪些是构造构件，在施工过程中遇到一些简单的高层事故应如何处理，等等，这些都有赖于该课程的学习；土木工程预算和招投标管理工作中大量的分析计算都要靠计算机来完成，要求工作人员要在看懂图纸（很多是高层建筑图纸）的基础上建立分析模型，做到不多算、不漏算，这也有赖于该课程的学习。工程专业开设该课程的意义由此可见。但是，由于种种因素的影响，目前该课程教学中还存在不少现实问题。鉴于此，本文拟从教学内容、教学模式、教学方法、教学过程等方面探讨高层建筑结构课程的教学改革问题，希望能为该课程教学质量的提高提供参考。

一、课程教学内容规划

随着我国经济的发展，土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高，企业欢迎的是具有完备知识结构又具备较强工程能力的人才。高层建筑结构设计课程涉及很多计算，教学内容十分丰富，但该课程的学时往往十分有限，因此，合理选择教学内容就显得尤为重要。该课程教学内容的选择应以应用型人才能力培养为目标，理论与实践并重，并注意兼顾不同学习基础的学生。土木工程专业一般将该课程安排在大学四年级第一学期，主要内容包括绪论、高层建筑结构的体系与布置、高层建筑结构的荷载和地震作用、高层建筑结构的计算分析和设计要求、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架―剪力墙结构设计、高层建筑地下室和基础设计等，与先修课程混凝土结构、混凝土结构与砌体结构、基础工程、工程结构抗震等有紧密联系，也存在一定的内容重复现象。为了保持教学内容的系统性，教师处理与已开设课程重复的内容时，应做到“重复的内容讲差别，相似的内容讲典型，突出重点”[1]。例如：荷载计算部分的一些内容与混凝土结构课程的相关内容相似，按照相似的内容讲典型的原则，对该部分内容，教师应重点讲解高层建筑结构的风荷载计算（考虑风震系数），而活荷载计算可不考虑不利布置；框架结构设计部分的一些内容，与混凝土结构与砌体结构等课程的相关内容存在重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，对该部分内容，教师应重点讲解在框架结构设计中如何调整位移比、周期比、轴压比、相邻层刚度比、层间位移角、层间受剪承载力比等高规参数；高层建筑结构基础设计部分的一些内容，与基础设计和基础工程课程存在内容重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，教师可重点讲解高层建筑“筏板基础”“桩基+筏板”设计中的常见错误及其原因。

二、课程教学模式

在开设高层建筑结构设计课程时，学生已具备一定的专业技能，但综合能力还有待提高。采用多元化教学模式是近年来该课程教学的主要特点之一。根据高层建筑结构设计课程实践性和操作性强的特点，教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线，整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学，将“教、学、做”有机结合，着力体现应用性、实践性和开放性的课程理念。将“教、学、做”一体化的教学模式有机融入教学过程，有利于处理“懂”与“会”的关系，学生可以先懂后会，也可以先会后懂或边懂边会。此外，教师还可以把课堂搬进实验室、建筑设计院、工程施工现场等场所，广泛开展直观教学，实现课堂教学与实习实训的一体化，从而有效提升学生的综合能力。

三、课程教学方法与教学手段

高层建筑结构设计课程的教学环节分为课堂教学、PKPM软件应用、工程设计实践和考核[2]。以下从四个方面探讨该课程的教学改革。

(一)课堂教学

课堂教学应以讲解高层建筑结构设计的基本设计理论、抗震规范、高层混凝土结构技术规程等内容为主；要有明确的教学目标、有效的教学策略和具体的学习评价指标；要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升，广泛开展探究性学习和协作学习；要注意培养学生终身学习的观念，力促学生自主发展和可持续发展。在高层建筑结构设计课程教学中，还应做到课堂讲授、自学、讨论相结合，课内学习与课外学习相结合，理论学习与实践环节相结合[3]。第一，课堂讲授与自学相结合。教师在课堂教学中应重点讲授基本概念、基本原理和难点，并向学生指定课外自学的内容和思考题，以培养学生的自学能力，化解教学内容多而课时有限的矛盾。第二，开展课堂讨论，启发学生开展积极的思维活动[4]。大学生思想独立性强，思维灵活，喜欢独立思考问题。因此，在全班或小组内围绕一个问题开展讨论，让学生各抒己见，相互启发，有利于发挥学生学习的积极性和主动性，充分提高教学效果。如在高层结构选型内容的教学中，可让学生以某“高层设计采用哪种结构体系较合理”为题在班级范围内开展讨论，让学生在愉快的氛围下通过主动思考掌握高层结构体系的有关知识。就课堂讨论的方式来讲，教师可先提出问题，让学生在小组讨论的基础上，选出代表到黑板前陈述意见，这样既可活跃课堂气氛，提高教学效果，也可提高学生的表达能力。第三，课内学习与课外学习相结合。在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题。对于较抽象的教学内容，教师应组织学生开展课堂讨论或课外学习小组（宜以宿舍为单位）讨论。教师还可结合单元教学内容，组织开展以高层结构设计基本理论知识和常规应用为基础的小型竞赛活动，如PKPM建模大赛等，以锻炼提高学生的知识运用能力。第四，理论教学与实践教学相结合。笔者的调查表明，很多学生在学习过程中都感觉到“高层建筑混凝土结构技术规程”难以理解，难以联系具体工程实例；结构设计只是停留在单个构件上，不明确结构整体设计的思路。因此，教师在教学中应结合具体教学内容引入工程实例，通过对工程实例的详细讲解，使学生加深对理论知识的理解，提高应用能力。比如，对高层建筑常用的三种结构，即框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构，教师可借助实际工程项目，依次详细讲解抗侧力构件的布置、主要高规参数的控制、平面的布置、施工图的绘制，通过实例讲解使学生理清结构设计的整体思路，加深对规范条文的理解。需要说明的是，教师教学中选用的案例可以来自企业生产实践，也可来自教师指导学生完成的工程设计实践项目。教师指导学生进行工程设计实践（包括结构选择、结构建模、施工图绘制等），是提高高层建筑结构设计课程教学质量的有效手段。

(二)PKPM软件应用教学

PKPM软件应用教学的重点是理解和掌握高层建筑结构设计的基本过程，主要有以下三个教学步骤：(1)结构布置的讲解与练习。在此步骤中，要通过讲解和练习，使学生掌握运用PKPM软件建模的技巧，理解“抗规”关于结构平面和竖向布置的基本要求。结构平面布置要求平面形状简单、规则、对称、质心和刚心重合[5]30−31；结构竖向布置的要求主要是抗侧力构件沿竖向不突变等。(2)PKPM基本计算参数输入练习。在此步骤中，应要求学生按照相关要求，结合工程结构的实际情况输入PKPM相关参数，并理解基本风压、基本雪压、设计地震分组、抗震设防烈度、连梁刚度折减系数等参数的含义。(3)PKPM计算结果的分析判断和参数调整。在此步骤中，应指导学生通过对计算结果的分析，判断结构的周期比、位移比、剪重比、相邻层刚度比、轴压比、整体稳定是否满足要求，并对不满足要求的参数进行调整。

(三)工程设计实践教学

开展高层建筑结构设计课程实践教学，有利于学生强化工程概念和感性认识，激发学习主动性，提高创新能力。在工程设计实践教学中，教师可以组织学生分组参观调查当地已建高层建筑，了解其构型、结构体系、存在的施工问题等；可以让学生以小组为单位完成高层建筑的建模，如15层以下教学楼、办公楼、宾馆等框架结构的建模，20层以下住宅楼等剪力墙结构的建模，20层以下写字楼、公寓等框架―剪力墙结构的建模。

(四)课程考核

高层建筑结构设计课程的常规考核方法是笔试成绩与平时成绩相结合，但笔试成绩一般占总成绩的80%，这容易导致学生只重视理论而忽视实践，不利于学生应用能力的提高。该课程的考核应着重考核学生综合运用知识的能力，可采用笔试、上机操作、实践环节相结合的考核方式。其中，笔试成绩占总成绩的50%，试卷的制作可参考国家“注册结构工程师专业资格”考试；上机操作成绩占总成绩的20%，可以给定房屋建筑平面图和立面图，让学生在规定时间内运用PKPM软件完成满足结构设计规范要求的结构建模；实践环节成绩占总成绩的30%，内容包括考察报告的撰写情况、在分组建模实践教学中的表现等。

四、教学过程的组织

如前所述，在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题，其中预习的内容可以是参观现有高层建筑结构，调查了解其结构形式、结构设计、施工中存在的问题等，并形成文字。导入新课时，教师可用5分钟左右的时间了解学生的预习情况，并通过总结引出新课题。在讲授新课的过程中，教师应突出重点，把握难点，可按照理论讲授―例题解析―学生练习―归纳总结的步骤组织教学。如在讲解高层建筑的结构体系时，可先分述每种结构体系的概念，再举例分析典型的结构体系布置，然后让学生画出附近教学楼等高层建筑的结构，最后归纳总结常见建筑结构体系的选择。课堂讨论教学环节一般可采取学生自由发言与教师总结相结合的方式，而在安排有小组前期调研的情况下，应紧紧围绕小组代表的汇报发言开展现场提问。另外，教师在课堂教学中还应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践，以实现学以致用，不断提高学生的实践应用能力。例如，为了提高应用型技术人才培养质量，黄淮学院在其大学生创新创业园设置了建筑设计院校内实践基地，为土木工程、建筑工程等专业学生的工程实践提供了良好的平台，教师引导学生到这里结合教学内容参观实践，无疑能够有效地促进学生实现所学理论知识的内化和实践应用能力的提升。

作者:邵莲芬 单位:黄淮学院

参考文献：

[1]牛海成，徐海宾．面向可持续发展的高层建筑结构设计课程教学改革探讨[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．

[2]刘圆圆．浅谈《高层建筑设计》课程改革方案[J]．城市建设理论研究：电子版，2014(36)：8119―8120．

[3]孟丽岩，王涛，陈勇，等．高层建筑结构设计课程教学方法的改革与实践[J]．黑龙江教育（理论与实践），2015(3)：77―78．

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关键字：民用建筑；结构设计；工程造价

中图分类号： TU723 文献标识码： A

在足以满足建筑工程所想要达到的预期结果的前提之下，在经过对建筑项目进行合理而且科学的设计后，特别是对工程造价控制的有效性的关键就在于对建筑结构所需要进行优化设计，以至于可以说在一定的程度范围内，工程造价和建筑结构设计之间是存在着一种既相互制约而又互相促进的关系。经有关部门的精确分析发现，在建筑的最初的设计时期，在设计过程当中所需要耗费的成本，在建筑工程中所占据的比例不足总费用的1％，但是建筑设计的合理性，是否科学、有效，对于工程造价会造成非常大的影响，甚至影响力在75％以上，在建筑中期的设计时期，相对于工程造价进行控制的有效性能够高达87％，当进入到工程的施工期以后，对工程造价控制的有效性就只在12％左右。

1、建筑结构设计与工程造价的概念

1．1建筑结构设计的概念

建筑结构设计是指针对各个建筑工程当中的具体结构，经过仔细地比对和选择，然后具体规划，最后通过具体的描述等步骤，从而表达设计师在进行建筑结构设计意图的过程。完美呈现建筑设计方案以及符合建筑实用功能，这是是建筑结构设计在原则上的前提；而在非常严密的设计规范引导下，以建筑的总体安全为根本，在得以实施的过程中采取相对比较有效的方法，将建筑结构造价最优化，使得能够将顾客的具体要求以及建筑设计师的思维构想具体化为有用的施工图纸，从而用以指导建筑工程的具体施工过程。

1．2工程造价的概念

工程造价是指对建筑工程项目在实施过程中所要进行的前期策划，然后需要方案具体的可行性的分析和研究，然后再针对方案进行合理的论证，接下来的设计招标和项目的推进过程以及实施等方面，最后在方案实施过程中的管理，这些具体的每个步骤所需要花费的费用总和的统称，而且在建筑工程得以实施的每个步骤所可能会形成的工程造价的额度会和分布时有所差异。根据相关部门的研究调查表明，设计阶段对工程总造价的影响是在投资决策阶段意外最为显著的。

2、建筑结构设计对与工程造价所产生的影响

2.1结构设计方案对投资决策阶段的具体影响

在前面的数据上已经显示出，在建筑的设计阶段的时候，在设计过程中所会花费的成本只是不到整个建筑工程的总花费的1％，但是就是这只是占据总花费不到 1％阶段，75%的工程造价形成都由它决定。在一个单独的建筑项目的设计过程中，建筑结构设计方案的比对和选择以及选择建筑结构的材料的问题，都可能在极大程度上影响到投资决策。

2.2结构设计方案对经常性费用的具体影响

建筑结构设计方案不仅会对一次性的投资决策产生巨大的影响，而且还会对建筑项目完成交付之后的一些经常性的费用产生不可估量的巨大影响。

2.3规划设计质量方面的影响

通过对建筑行业事故的分析，可以发现，质量、结构设计作为主要的原因之一。有一部分建筑物的质量设计并没有达到相关的标准和要求，这将潜伏着巨大的安全隐患；除此之外，就是结构设计对建筑质量未造成威胁，在建筑过程中也会出现一系列问题，极易产生工程质量不合格的问题，这就需要进行返工，无疑不利于工程的顺利建设，更有甚者，将造成建筑物的安全问题随处可见。

3、工程造价在民用建筑结构设计中的控制策略

3.1判断优劣采取招标的方式

招标与投标不但要出现在规划设计方案的选择阶段，而且在工程图纸设计的时候同样需要存在，此种方式将建立起有效的竞争意识，形成争先创优的局面。如此一来，众多竞争设计团队将会严以律已，注重细节问题的分析，因为他们知道，稍有不慎，将会面临竞争的失败，这样也将同时激发他们的积极进取心，让他们能够为自己制定出更高的要求。招标、投标之后，就进入了实施阶段，当工程完成以后，我们需要做出相应的评价，这个时候，我们必须要针对建筑的质量、创造性、成本投入等方面做出科学的评估，与此同时，还要在经济、效果以及技术方面加以考量。在选择施工团队的时候，尽可能选择资深团队，并且有实战经验的团队，当然还需要具备一定的创造性，能够尽最大可能的降低投资成本，建造出适合于时展的新型建筑物。

3.2将经济效益与技术性相关联

（1）作为建筑物的开发设计人员，一定要具备一定的经济节约意识。在规划设计的同时，要定期不定期的与技术人员进行协商、洽谈，尤其对于经济效益，不可出现孤立的局面，大家要众志成城、团结协作。在设计的早期阶段，对施工过程做好经济预算，将工程造价合理控制在最优设计方案中。

（2）在工程规划设计的时期，经济技术人员要给予规划设计人员一定的经验协助，尽最大可能的收集与本工程相关的资料和数据，建造科学、合理的经济指标，为项目规划人员提供详细的预算结果，营造一种良好的氛围。

（3）在规划设计的同时，将经济效益与技术相关联，这就需要经济专员与技术专员思想统一起来，经济专员要自觉的参与到设计活动中去。严禁出现浪费的现象，寻求最佳方案，优化产业结构。

3.3钢筋使用量与部件截面尺寸要得到有效控制

3.3.1钢筋使用量的有效控制

建筑物在设计的同时，一定要有节制的使用钢筋，尽可能的减少钢筋的使用量，选取性能较好的钢筋，高强钢筋则是一个不错的选择。我们在使用高强钢筋的同时，自然而然减少了钢筋的使用量，这将在一定程度上降低了建设成本，有利于造价的有效控制。HRB335级钢筋作为传统工程建筑常用的钢筋，HPB235级钢筋用于板筋与箍筋，由此可知，这种钢筋是以前工程上面所使用的，显然已经无法满足当前工程需求。在选择钢筋的时候，我们一定要切合实际，从工程本身出发，在考虑功能、性能和经济的原则上，进行钢筋的选择，当前HRB400钢筋被广泛运用，其特点为：强度高、延展性好、性价比高等，在工程施工过程中，此种钢筋的优势非常突出。

3.3.2 部件截面尺寸的有效控制

建筑物的柱子、梁、混泥土、板等的厚度就是所谓的部件截面。钢筋使用量与部件截面尺寸的大小成反比，也就是说建筑物部件截面在变大的时候，钢筋的使用量会有所减少，反之，当建筑物部件截面变小的时候，钢筋的使用量会随之增多，而建筑物部件截面的增大，会加大混泥土的使用量，这样将加大建筑物负荷。这种纵横交错的关系十分复杂，这就需要我们对此做好科学、合理的预算和设计。这些工作不是一个部门一个人所力所能及的，而是需要整个团队的相互协作，在保证建筑物外观大方、美观，结构合理、质量达标的前提下，进行建筑物部件截面的定量，保证截面尺寸大小符合最优的设计方案。

3.3.3地基基本形式的有效选择

地基基本形式的有效选择对于整个建筑物而言，其意义深远而重大，除此之外，地基基本形式的有效选择对于总工程造价的控制有着巨大的影响。相关调查发现：地基基本形式所产生的成本占整个工程造价的10％-20％。由此可以看出，地基基本形式的选择尤为关键，规划设计师一定要结合地质地貌与工程自身特征，进行地基基本形式的有效选择，在选择的同时，需要考虑的外界因素大体上包含了：水文条件、自然条件、地质条件以及建筑物的受力情况等。一般而言，地基基本形式的选择方法有很多种，这个时候就需要设计人员通过对经济、技术、性能等方面的比对，选择最佳方案，以此达到民用建筑结构设计中对工程造价的合理控制。

4、结语

综上所述，在民用建筑结构设计的同时，我们需要关注每一项重要指标，尤其是对于工程造价的有效控制。由于直接关系到运营者的收益，因此，工程造价预算人员一定要具备资深的任职条件和先进的经济意识，只有严谨的态度和细心的工作，方可收到预期的结果。当然从工程造价控制中，我们可以看到一个企业的综合素质和一个团队的业务技能。随着一幢幢建筑物的雄起，工程造价控制预算不可或缺，这也将是人类今后对民用建筑结构设计研究和探索的重要方向。

参考文献：

[l]陆增雨.如何处理结构设计与工程造价的平衡关系[J].价值工程,201 1.30(12):l10．

[2]刘秀玲.工程造价与建筑结构设计的关系及优化措施研究[J].科技信息.2011(35):259．

[3]戚豹.建筑结构选型[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.