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结构设计范文1
【关键词】钢结构；建筑；设计
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
前言
文章详细介绍了钢结构设计的方法及设计原则，阐述了钢结构设计的步骤，并对刚结构设计中需要注意的地方进行了强调。
二、钢结构设计方法的介绍
1.容许应力法(ASD)
ASD的设计原则是:结构构件的计算应力不得大于结构设计规范所给定的容许应力。结构构件的计算应力是按规范规定的标准荷载,以一阶弹性理论计算得到:容许应力则是用一个由经验判断的大于1的安全系数去除材料的屈服应力或极限应力而确定。
容许应力法的主要优点是计算简单,但存在如下主要不足:(1)对于塑性材料,由于没有考虑结构在塑性阶段的承载潜力,其实际的安全水平偏高;(2)不能合理考虑结构几何非线性的影响;(3)由于采用单一安全系数,无法有效地反映抗力和荷载变异的独立性,致使承受不同类型荷载(如活载的变异性要比恒载的变异性大得多)的结构安全水平相差甚远;(4)不能从定量上度量结构的可靠度,更不能使各类结构的安全度达到同一水准。
2.塑性设计法(PD)
PD的设计原则是:结构构件的塑性极限承载力应不低于标准荷载引起的构件内力乘以安全系数。在结构分析中常采用一阶塑性分析法或刚塑性分析法。塑性设计法的主要优点是允许结构在进入塑性后进行内力重分布,这就要求结构和构件有足够延性,因而在塑性设计中截面腹板和翼缘的尺寸比例有严格的限制。虽然塑性设计法考虑了材料的非线性,可克服容许应力法中的缺陷(1),但材料屈服的扩展和结构构件的稳定性在结构设计中仍然没有反映。同时在结构可靠性方面,塑性设计法同容许应力法一样,还是由经验性的安全系数来保证。
3.极限状态法(LRFD)
为了克服上述缺陷,采用抗力和荷载分项系数代替原来单一安全系数的极限状态设计法成为现行世界各国的主要设计方法。由于荷载的作用,结构在使用周期内有可能达到各种极限状态,这些极限状态可分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。结构的安全性对应结构的承载能力极限状态,包括构件断裂、失稳、过大的塑性变形等所导致的结构破坏。
三、建筑钢结构设计方法的研究现状
目前，建筑钢结构设计方法的研究主要表现在下列几个方面。
1.对现行方法的改进
由于现行建筑钢结构设计方法存在上述缺陷，不少研究者试图在弹性范围内对现行方法加以改进，这些工作包括:(1)对计算长度的改进；( 2)采用名义荷载模型；( 3)运用等效切线模量的概念。然而，无论这些方法本身的精度如何，它们都是试图以结构的弹性分析达到非弹性分析的结果，存在根本的局限性。
2.对新的结构设计方法的探讨
要彻底克服前述现行建筑钢结构设计方法中的前3种缺陷，必须建立以结构整体承载极限状态和结构整体极限承载力为目标的结构分析设计方法。为此，最近10年国内外学者提出了一系列较精确的适用于高等分析的二阶非弹性分析模型，并进一步考虑了梁柱连接半刚性节点域剪切变形以及它们的共同效应对结构极限承载力的影响等。
3.对结构体系可靠度计算方法的探讨
结构体系可靠度的计算方法大致可概括为:失效模式法、M onto Cark)法、响应面法和随机有限元法等。失效模式法由于无法与精确的结构非线性分析相结合，一般认为不能用于复杂结构体系的精确计算。响应面法通常将结构的极限状态面在设计验算点处作一阶或二阶近似，对于验算点处曲率变化较大的极限状态面可能导致较大的误差。随机有限元法是一种新兴的方法，它通常以低阶或高阶摄动理论为基础建立结构的随机有限元方程，由于其要求理论推导的严密性而限制了它在结构可靠度分析中的应用。Monte Cark法是一种简单但计算量大的方法，常作为校核其它方法的标准。然而随着各种包含降低抽样方差技巧的新方法出现，Monte Carlo法在结构可靠度分析中的应用将愈加普遍。
四、现行建筑钢结构设计方法的缺陷
极限状态设计法是结构从经验设计向概率设计转变的一次变革、但现行的建筑钢结构安全性设计方法仍有待进一步完善二目前世界各国关于建筑钢结构安全性设计的一般步骤为:先按一阶或二阶弹性方法计算各种荷载及其组合作用下结构的位移和各构件的内力，即整体结构的弹性分析;然后将结构分析所得内力用于构件的各种极限状态方程进行构件设计，即单个构件的非弹性设计。若构件满足各种规定的极限状态方程，则认为结构设计符合规范要求。这种设计方法实质上是基于构件承载力极限状态的结构设计存在着如下缺陷。
1.结构整体失稳的计算模式与实际失稳状态不一致
现行规范对结构失稳的计算模式是基于 结构同一层柱同时按相同模式对称或反对称失稳 假定,结构的整体稳定是通过构件设计中考虑计算长度的方法来近似保证。这一计算模式与一般情况下结构中个别或少数构件首先达到弹塑性失稳的实际形式不一致。换句话说, 计算长度的概念并不能真实有效地反应结构和构件之间的相互关系。
2. 结构内力计算模式与构件承载力计算模式不一致
由于整体结构的弹性分析未考虑材料非线性和( 或) 几何非线性的影响, 而构件的非弹性设计却考虑了材料非线性和几何非线性的影响, 一般情况下,结构构件达到极限承载力时已处于非线性弹塑性状态, 其内力会重新分配。因此, 按弹性状态计算结构各构件的内力并不是该构件达到极限承载力时的实际内力。换句话说, 整体结构的弹性分析与单个构件的非弹性设计的方法不协调。
五、钢结构设计原则
近年来，在钢结构设计中经常出现失稳事故，造成严重的人员伤亡与经济损失，主要原因是由于以下两方面造成：
1.由于空间网架、网壳结构等新型钢结构的不断出现，造成相关设计者没有足够的时间去了解掌握这些新型结构的设计；
2.由于钢结构设计者缺乏相关设计经验，关于钢结构和构件的整体稳定性概念理解不够清晰，成为钢结构设计中经常出现的薄弱环节。因此，稳定性成为钢结构设计中一个突出的问题，如果处理不好此类问题，将会造成不可估计的损失。所以根据稳定性问题在实际的钢结构设计中的特点，以及未来更好的保证钢结构设计中构件不会丧失稳定性，设计过程中应严格遵守以下三条基本原则：
①保证整体结构的细部构造和构件的稳定计算，二者必须相互配合，相互统一；
②在进行结构布置时，必须从整个体系和组成部分的稳定性要求出发，进行全面考虑；
③必须保证结构计算简图和实际计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算起着相当关键的作用。
六、钢结构设计的步骤
1.判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：火电厂、大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
2.结构选型与结构布置
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型及布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。
3.预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
工程判定
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做“工程判定”。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析,还是修正计算结果。
构件设计
构件的设计首先是材料的选择，比较常用的是Q235(类似A3)和Q345(类似16Mn)，通常主结构使用单一钢种以便于工程管理，经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面，当强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用Q235。构件设计中,现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面。这和结构内力计算的弹性方法并不匹配。
节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致。这必须避免，按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接，初学者宜选择可以简单定量分析的前两者。
图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图为设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制，目前比较混乱，各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同。
七、钢结构设计过程中注意问题
1.整体分析与优化设计。在钢结构设计过程中，要尽量选择与实际工作状况相符的整体分析模型，对于计算模型不得随意简化，比如不得随便把空间问题简化为平面问题。除此此外，为了获得理想的设计结构，在设计过程中可以采取优化设计的理念，并将次构件的作用尽可能考虑进来，同时满足钢结构设计的安全性与经济性，降低工程的成本。
2.严格控制整体刚度。一般来说，稳定条件、强度条件等并非是决定钢结构构件的截面设计主要因素，而结构的整体刚度条件才是首要考虑因素，尤其是对于一些薄壁构件形成的大跨度结构来说更是如此，因此设计过程中要注意对结构的整体分析，保证设计效果。
3.保证计算模型的精确性与结构的可靠性。钢结构材料属于相对比较理想的弹塑性体，其组织体现出一定的均匀性，接近各向同性，与现阶段很多计算方法、基本概念的要求完全相符，同时钢结构构件的连接模型比较符合实际情况，计算过程中不确定性相对较小，因此计算模型的精确性、结构的可靠性等必须得到保证。
4.节点构造相对十分复杂。在钢结构设计过程中，钢结构构件之间的连接与构造比较复杂，因此在设计过程中要注意并充分考虑这一点。设计节点时要综合考虑受力情况、建筑要求、构件截面形式、连接方法等各方面因素，再确定出合理、适用的节点构造形式。
八、结束语
我国钢结构设计近十几年的发展中有了快速的发展，但是相对于欧美等发达国家，还存在一定的差距。这需要我们不断的开发研究来进一步的缩短差距。
参考文献：
[1]申海啸，张玉生，蔡鹏.谈钢结构设计的一般过程[J].陕西建筑，2008年09期.
[2]马家军.钢结构设计步骤和设计思路[J].黑龙江科技信息，2008年05期.
结构设计范文2
关键词：建筑结构设计；抗震设计；建筑设计
抗震结构设计已经成为目前建筑结构设计中较为重要的组成部分，并关系到建筑工程的质量及人员的安全。尤其在一些地震多发地区内，更要提升抗震结构的设计水平，保障建筑的安全性。下文将重点对抗震结构设计展开分析探讨，对其遵循原则及设计理念予以详细说明。
1实施抗震结构设计的目的
建筑结构设计中，抗震结构设计主要是为了实现以下三个目标：一是保证建筑在小强度地震灾害影响下不会存在任何破损或裂缝等病害问题，维持建筑正常使用；二是要求建筑在中强度地震灾害中，存在轻微破损问题，且经过修复后不会对建筑结构带来任何影响；三是要求在强度较大的地震灾害中，建筑处于稳固不倒的状态下，保证周边环境及人员安全。所以在建筑设计中，要做好抗震结构的科学处理，根据现有资料数据，对区域地震灾害等级加以分析，确定建筑抗震性能，合理规划结构布局，改善抗震效果，维护建筑结构稳固性和安全性。
2建筑抗震结构设计中需要严格遵守的设计原则
任何工程设计工作的开展都需要满足既定原则要求，这不仅是为更好地进行工程管理和控制，同时也是为保证工程建设的规范性、安全性，提高后期利用价值。建筑结构设计中，抗震结构设计作为较为重要的一环，在工作落实中也应该加大对原则要求的重视力度，明确现有的规范指标，并严格按照指标内容开展设计活动，完善设计内容，以此更好的推动后续工作的开展，提高建筑结构抗震等级，防止建筑受到外界不良因素的影响，确保建筑结构的稳固性和安全性。具体而言，建筑结构设计中抗震结构设计应遵循的既定原则如图1。2.1整体性原则在抗震结构设计中，设计人员应从整体性角度实行综合分析与考量，综合思考建筑要求，合理规划建筑结构布局，以此来完善设计内容，优化建筑结构抗震性能，减少问题的产生。同时要注重前期试验，确定不同等级结构在地震灾害中产生的变化特征，合理选择材料种类，增强结构抗震性。此外，在设计过程中，需考虑到力传导性特点，避免应力集中在某一点致使局部破损，影响建筑结构质量，威胁建筑安全性。抗震结构设计中涉及的子结构种类较多，若想增强抗震效果，需要开展构件及细节的优化与处理，提高建筑安全等级。2.2清晰性原则抗震结构设计中，主要是通过传力路径的科学规划，对地震力予以分散和消耗，保障建筑结构的稳固性。实际设计中，应坚持清晰性原则，根据建筑结构特征对传力路径加以科学规划。构建三维立体模型，对整个建筑结构实行分析和探讨，了解结构受力特征及外力施加中可能出现的位移情况，再结合模型进行计算，承载负荷，以此对传力路径加以科学规划，降低地震灾害发生时对建筑结构带来的影响。2.3结构规则原则结构规则原则要求在在设计过程中增大建筑结构刚度，利用刚度加强建筑结构的稳定性，降低建筑在地震作用下的风险系数。在建筑结构设计中，大部分设计人员都忽略了建筑结构刚度的重要性，这使得建筑在外界压力增加或地震波作用下，出现位移、破损等问题，破坏了结构的稳定性。为此，设计中就需做好结构刚度的科学把控，尤其要合理计算抗侧移刚度，并利用专业软件加强计算的准确性，增大结构承载力，继而达到规范标准的要求。
2.4刚度与抗震能力相适应原则
刚度与抗震能力的协调处理可以保证建筑在地震灾害下，通过两个力的相互抵消减轻地震波带来的干扰和破坏，保证建筑结构的稳定性。在设计中，设计人员要充分考虑到建筑结构刚度和抗震能力间的关系，注重力学参数的准确计算，利用两者的相互作用力，对地震波加以分散，降低地震波对建筑结构带来的影响。现阶段，随着高层建筑数量的增多，高度的增加，对抗震结构设计要求有所提高，在抗震结构设计中，需要综合考虑建筑高度、结构特征，注重承力分析和研究，确定承载能力，科学选择连接构件，从而优化结构刚度和抗震性能。建筑设计
3建筑结构设计中抗震结构设计的重要意义
地震地质灾害对人们的生命财产安全有着较大影响，虽然随着技术手段的提高，人们可以对地震地质灾害予以提前预估，做到科学防控，但其对固定物体的影响还是不可避免的，尤其是对建筑物的影响。所以在设计中，要优化建筑的抗震性能，对地基基础结构、材料、建筑结构加以科学规划和处理，增强建筑抗震能力，减少地震灾害发生时带来的危险和破坏。建筑结构设计作为建筑工程施工中较为重要的一环，目的是对建筑结构、材料、施工技术实行科学规划，以保障其安全性与可靠性，并给出专业的施工方案，推动作业的顺利进行。建筑结构设计中，抗震结构设计是非常重要的环节，能够保证建筑在地震灾害影响下的安全性，避免倒塌、损坏等严重问题的产生，增加人们居住的安全系数，减少不必要损失的形成。
4建筑抗震结构设计理念
在开展建筑结构设计中抗震结构设计时，为加强设计的合理性，保障建筑结构的安全性，提高工程的价值，需要对抗震结构设计理念进行深度了解和分析，根据现今发展实况及具体要求，开展适当的创新活动，从而更好的指导设计人员工作，转变传统设计思想，加强设计的有效性，达成最终的工程建设目标。随着现代化城市的发展，人们对建筑质量的要求不断提高，抗震结构设计作为保证建筑结构稳定性的重要内容，应该加大关注力度，不断尝试设计理念的优化和调整，以此规范建筑的抗震结构设计，明确指标要求，做到科学选址和规划，确定抗震等级及红线范围，最终优化建筑抗震性能。
4.1更新设计理念，加大抗震结构设计重视力度
在建筑结构设计及抗震结构设计中，最为关键的影响因素就是设计人员，如果设计人员不具备专业能力，不具备明确的抗震理念，在设计中很难将抗震与建筑结构融合起来，这样在地震灾害发生时，就会因为抵抗能力不足而出现各种问题，威胁建筑及人们的安全。为此，设计人员需不断提高自身的专业能力和职业素养，根据建筑行业发展趋势做好理念的更新和优化，加大对建筑抗震功能的重视力度，采取科学有效措施完成抗震设计，确保建筑结构安全。建筑工程具有规模大、工期长、设计精准度高等特点，故而设计人员在处理时应做到全面分析和考量，制定针对性的设计方案，更好的指导施工作业的开展。抗震结构设计作为其中较为重要的一环，设计人员应加大对其重视力度，转变传统设计思想，注重数据资料的收集和处理，完善设计内容，增加结构强度，进而减少地震灾害带来的破坏，保障工程的整体效果。再者，还应该充分利用网络资源对抗震结构设计进行深入分析和探讨，了解地震带分布特点，掌握板块运动规律，不断完善抗震结构设计内容，符合建筑结构设计的相关要求，提高建筑整体水平，延长建筑使用寿命。设计完成后，还需开展专项评估和检测，确保抗震设计符合工程的建设要求。抗震结构的不同其产生的作用也存在较大差异，设计人员应重视这一点，并选择合适的结构种类，确保最终设计的合理性与科 学性。
4.2科学选址
地震的产生是由于地下板块剧烈运动强烈碰撞形成的，破坏性强、危险性高。基于这一实际情况，在开展建筑设计工作时，就应选择合适的施工场地，减少地震灾害造成的破坏。由于建筑物的震害是由一些地质运动造成的，可以考虑选择一些地质较强的位置来建造建筑物。在选择抗震地理位置时，应基于以下两个方面：一方面可选择地质偏硬的地理空间建造建筑。该类型地质结构的承载力较大，不容易出现地震或山体崩塌等问题。在建筑建设中，可有效提升结构刚度和承载力，削弱地震的破坏力；另一方面选择地势平坦宽阔的区域，该区域稳定性强，地壳运动激烈性不高，地震等级也会相对较低，可以降低抗震结构设计难度，改善建筑结构抗震性能，增大建筑安全系数。
4.3明确设计指标
在抗震结构设计中，设计人员需开展现场勘察，收集齐全的数据资料，明确设计指标要求，并以此为基础更好的规划设计方案，提高建筑结构抗震等级。在设计过程中，指标参数的确定要做到科学合理，要考虑到可能发生的问题及带来的影响，切实增大建筑结构承载力、强度和刚度。另外，在设计指标确定中，还应考虑到国家现有规范标准，全面分析地震作用力对建筑的伤害等级，以此为依据，完善抗震结构设计方案。此外，在设计过程中，设计人员还要树立全面管控意识，从多方面展开考量，注重设计的合理性、可靠性。
4.4提升抗震等级
在抗震结构设计中，如果抗震等级要求未达到标准要求，在日后使用中仍会受到地震波的影响，并导致建筑结构出现破损、裂缝、位移等问题，降低建筑质量。为此，在设计中，设计人员就需要对建筑抗震等级要求予以掌握，增强抗震性能合理性，减少建筑结构病害的产生。如在高层建筑结构设计中，设计人员可利用计算机软件对结构性能特征加以分析，重点了解结构物理刚性，掌握其位移及扭转力参数。在分析过程中，可按照建筑形状的常规设计要求，遵循国家相关技术规范，合理测量和判断高层建筑的物理刚度，使高层建筑的扭转力和位移刚度在1.1-1.2之间。在剪力墙与简化连梁的设计中，需使相关参数符合如下要求：连梁跨度高度比要控制在2以内，设置暗柱作为支撑结构，保障结构稳定性；设计过程中如发现连梁跨度高度比在1以内，需要设置交叉暗柱作为支撑结构。地震运动多是受到地壳垂直运动导致的，所以在抗震结构设计中，设计人员还需对地质地理结构特征及运动轨迹予以详细了解，并根据以往数据资料开展分析工作，对建筑所在区域及周边环境加以科学把控，预测和判断地震发生频率、地震等级变化，为抗震结构设计提供依据和参考（如图2）。同时，设计人员还要分析该地区的地震运动趋势，使区域建筑工程地质结构总体布局和该区域地震运动趋势大致处于相对垂直的状态，以降低特大地震对区域建筑工程前期设计的不利影响。4.5抗震防线设计抗震防线的科学设置可以在保证建筑结构整体性的前提下，优化建筑结构抗震性能，确保建筑的稳定性和安全性（如图3）。抗震防线规划设计原理为：在无大震的特殊条件下，注重侧向抗震性的有效延伸，以此保护建筑结构，优化抗震功能。通常情况下，抗震防线会设置三条，一条主两条次，以主线为主，开展防控处理。因为在地震灾害中，主要抗震线被破坏后，其他两条抗震防线才会出现问题，所以设计中要开展科学分析与考量，以确保放线质量。
4.6结构选型
抗震结构设计中，结构选型合理性对于抗震效果提升有着重要意义，在设计过程中应加大重视力度，增强整体设计有效性。在建筑工程结构抗震类型的设计和应用中，必须特别注意建筑结构抗震类型的正确设计和选择。根据建筑的具体功能要求及主体结构的特点，做到精心设计和分析，通常体现在两个方面，即立面的主体结构和建筑平面的主体结构，具体如图4所示。在抗震结构设计中，还应该遵循既有原则和要求，保障结构的安全性和稳定性，从而优化建筑抗震性能，有效提高建筑质量，延长建筑的使用寿命。为此，在建筑结构选型中，设计人员需要分别从整体性、安全性、协调性等多方面进行分析和考量，增强结构抗震效果，提高建筑稳定性和安全性。另外，在抗震结构设计中，分析结构受力特征，并根据结构性能要求，对抗震性加以科学分析，以削弱地震破坏力，保证建筑的质量和安全。
结语
综上所述，为加强建筑结构的稳定性和安全性，应加大对抗震结构设计的重视力度，根据现有规范要求及建筑特征，对建筑结构抗震性实行科学规划和处理，提高结构刚度、强度、承载能力，科学选型、选址，保障建筑安全性，降低地震灾害带来的破坏和威胁，在提高建筑质量的基础上，为人们营造安全舒适的建筑空间。与此同时，抗震结构设计水平的优化也是推动整个建筑行业持续前行的关键，值得相关人员加以重视和探讨。
参考文献
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[3]茹彩磊.建筑结构抗震设计关键问题及对策研究[J].居舍.2019(35)
[4]高继红.混凝土建筑抗震结构设计有效对策探讨[J].建材与装饰.2020(04)
结构设计范文3
关键词 高层建筑；结构设计；要素；设计要点
中图分类号TU97 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0048-02
0引言
最近十几年的时间，我国在高层建筑的建设领域取得了举世瞩目的成就，而且越来越成熟。但是在发展过程中对于高层建筑的研究方面却过多的停留在了对美学艺术等外在形式的追求上，而对于建筑的功能分区、空间组织布局、结构设计等方面却没有足够多的研究，在建筑技术方面的经验和自主设计能力有待提高，当前我国许多著名的超高层建筑都是由国外的建筑设计事务所设计的，我国在这方面与世界发达国家相比还有较大的差距，通过对结构的深入研究可以帮我我们改善这种现状，促进我国高层建筑设计领域的良好发展。高层建筑设计要素主要有以下几方面。
1思想上重视概念设计
概念设计是指在施工过程中设计人员根据相关规律和经验，得到对对象的概念把握，而不采用任何数值方法。对于一些复杂的力学问题分析，设计师通过采用此办法确定总体结构方案，可以得到思路较为明确、方法较为简单的方案，也可以有效避免设计后期阶段的一些繁琐数据统计计算。在实际过程中为了实现概念设计，通常要注意以下几个方面：
1）在设计过程中要注意选择合适的结构体系和形式，满足各个方面的基本要求。并且同一个结构单元应该选用相同的结构体系，保证建筑结构的安全和规则性；
2）在实际情况中，建筑结构的安全性能出现问题通常是由于计算简图的差错造成的，所以在设计过程中要根据实际情况来确定合理的计算简图，合理正确的计算简图对于保证建筑结构的安全有着重要的作用；
3）现代建筑结构设计中计算机发挥着重要的作用，设计计算软件的出现为人们省去了许多不必要的麻烦，但是由于不同的软件侧重点不一样，对最终结果的影响也不一样，所以选择合适的设计计算软件也是十分重要的。如果选择不恰当，不仅会在计算过程中浪费大量时间精力，还有可能对设计结果造成一定的影响，为结构的不安全因素埋下隐患。
2了解高层建筑结构变形特点
在竖向荷载的作用下，高层建筑结构的形变主要是竖向结构部件的压缩变形，在施工过程中，做好对基底应力的调整。防止建筑基础出现不均匀沉降现象。高层建筑的水平位移对高层建筑结构的影响很明显，高层建筑结构设计要做好对水平荷载的作用力的控制。
3做好地基基础的设计要素
地基基础是建筑稳定的保证，要满足承载力和沉降条件的需求。地基基础设计之前，要对当地地质环境做一个详细的了解，并要排除所有不利因素。根据高层建筑自身特点和所在地质环境，确定地基基础等级。
4结构的轴向变形应该引起足够重视
由于高层建筑体量很大，自重也很大，在结构中能够引起很大的轴向形变，所以对建筑承受竖向荷载的能力要求也自然会提高。建筑的竖向荷载并不是一次性施加的，而是在建设过程中随着高度上升自重不断增大，对各部分的竖向荷载是动态变化的过程。对梁弯矩产生持续影响，在计算过程中要注意荷载动态变化，将每个步骤都处理好，计算出轴向形变值，对剪力和水平荷载力也要考虑在内，综合确定构建形变情况。
5充分考虑结构的延展性问题
高层建筑与低层建筑相比，对外部荷载所产生的影响更加敏感，应该有更好的柔韧性要求。过于刚硬性的结构设计对刚层建筑本身是一种损害，为了确保结构在进入塑性变形阶段后仍然具有较强的形变能力，在构造设计方面，要采取适当措施，保证其延展性。
6在满足要求的前提下，建筑应选择适宜的高度
在设计过程中要严格控制建筑高度，高度不同，设计规范参考要求不同，施工技术也不同。在满足要求的前提下，要尽量控制高度。建筑高度过高不仅会为施工带来诸多麻烦，还会引起建筑材料的不充分利用，由于大多数高层建筑和超高层建筑的外层并没有过多的保护设施，建筑本身能耗太大，造成资源的过度浪费，而且会对周边环境产生许多不可避免的影响，对我国的节能减排的可持续发展战略的顺利实施也产生了一定的影响。
7建筑材料和结构体系的选择
当前我国建筑大部分是采用钢筋混凝土作为建筑材料，在地震高发地区也是如此，而在国外则主要采用钢结构来减少地震的破坏。高层建筑的钢筋混凝土结构要承受的剪力很大。所以要增大结构的刚度来实现抗剪力能力的提高。在高层建筑中，根据我国现状，尽量采用钢骨混凝土、钢管混凝土结构或钢结构，达到减小柱断面尺寸，并改善抗震性能。钢骨混凝土结构对于减小风荷载影响有很大优势，尤其是适宜作超高层建筑的结构骨架。
8建筑非结构构件的计算
在高层建筑中，为了实现对建筑环境的美化所增加的不在主体承重骨架体系之内的部分叫做非结构构件。由于高层建筑受到的风荷载和地震荷载很大，在设计计算中要充分考虑各方面的因素，尤其是对高层建筑屋顶结构部件的计算。必须要严格遵守规范中的各项要求，保证建筑安全性。
9结论
总之，在进行建筑结构设计时，首先要充分重视概念设计的重要性，并根据实际情况做好结构的分析，同时要设计多个方案思路并进行比较选择，选择出最佳结果。设计要综合考虑多方面的因素，并且要针对各种影响因素制定出相应应对措施。要严格遵守各种相关设计规范和法律法规，正确处理对待结构设计的基本要素和难题，不断优化设计成果。通过研究结构设计要素，可以使我国高层建筑的建设工艺更加成熟，更好地服务于我国的现代化建设。
参考文献
[1]汤龙辉.有关高层建筑结构设计中常见的问题分析.四川建材，2009（1）.
[2]吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点.中国高新技术企业，2009（11）.
[3]张卓.浅谈高层建筑结构设计要点.现代经济信息，2009（14）.
结构设计范文4
关键词：结构设计优化；房屋结构设计；应用
1. 结构设计优化概述
1.1意义
相较传统结构设计而言，结构设计优化能够大幅降低房屋建筑的工程造价，降低幅度甚至高达25%；结构设计优化能够充分发挥材料的性能，使房屋结构各组成单元实现有机协调；结构设计优化能够为建筑整体性方案设计提供科学的决策。总而言之，结构设计优化的有效应用，能使房屋结构设计更加适用，更加安全，更加经济，更加美观，更加便于施工。
1.2原则
结构设计优化的意义在于充分发挥材料性能，实现各构件以及各设计专业的最佳配合。它不仅具备了传统设计方案所要求的安全性，也充分体现了如今社会所提出的价值学及审美学特点。结构设计优化是一个不断提高结构设计水平的过程。结构设计优化过程中，不应该降低对结构安全度及抗震性能的要求，而是使房屋建筑物在整体上更为协调，不仅实现成本方面的降低，还要实现安全方面的提高。
1.3要点
1.3.1遵循结构设计规范
结构设计优化给设计人员提出了较高的要求，既要求他们经验丰富，又要求他们熟悉并遵循相关的结构设计规范。规范由于面向大众工程，因而，在某些规定上会较为保守。另外，对于某些复杂结构设计而言，有些规定并不安全。因此，在具体操作过程中，设计人员要予以判断、把握和优化，从而促进结构设计质量的进一步提高。
1.3.2加强各专业之间的协作
结构设计优化是一个复杂而系统的工作，需要多专业密切协作。在房屋建筑建设过程中，建筑设计和结构设计是两个最为关键的环节，二者有机结合，一方面能够提高外观效果，另一方面能够降低工程造价。在某些建筑设计中，设计人员为了突出方案的新奇效果，至建筑基本力学规律于不顾，给后续的结构设计造成了诸多困难。所以，只有加强各专业之间的协作，才能实现结构设计的合理化。
2.房屋结构进行优化设计的措施
对房屋结构进行优化设计，其目的在于合理降低工程造价的成本费用，同时为房屋的落成后的总体经济效益提供基础条件，结合实践设计经验，笔者提出了以下三点优化措施。
2.1 选择节能指标较高的结构类型
选择不同的房屋结构形式，也就相当于选择了不同工程造价的建设模式，最为常见的结构设计模式有如下三种：1）剪力墙结构，该种结构形式一般适用于高层建筑，是混凝土结构技术规程的进一步延伸。相较短肢剪力墙而言，该种结构形式拥有更高的抗震级别，另外，在构造钢筋使用数量方面也较少；2）框架结构。不仅具有大开间的特点，而且具有布局灵活的优势，还具有造价成本较低的优点，其缺点是抗震能力不强，由于柱截面较大，容易形成的柱角等凸出，给家具布置带来了诸多不便；3）框架一剪力墙结构。该种结构是指将一定数量的剪力墙有机地融入到框架结构中。该种结构合理大方，具有较强的适用能力，可以承受各种不同的变形压力，经实践证明是一种抗侧力较好的结构。
上述三种结构模式各具优缺点，所以，在选择结构模式的过程中，不可以片面地认为所谓科学合理的方案指的是造价最低的方案，除此之外，应根据房屋业主的具体需求，还有建设单位的投资水平以及施工能力等各方面条件对结构类型的选用展开综合分析，追求将投资与收益之间的最佳平衡，换而言之，以工程客观条件为依据，选择最为合适的结构模式。
2.2 结构设计信息优化技术
对房屋建筑结构进行设计的过程中，将会受到多种设计变量条件的影响，所以，采用单一的方法对结构优化进行优化，是很难做到的。考虑到房屋结构设计本身所具有的复杂性，需要研发一种既简单又实用的参数定义优化软件，从而减轻设计者进行结构优化时的工作压力，以实现精力及时间的节省。目前，房屋结构优化领域较为常用的系统是TBCAD系统。该种系统是针对结构方案设计、建模、 分析以及评估等步骤为一体的成本控制软件系统。该种系统能够对结构方案设计进行一定的指导，帮助方案在实现人力、物力以及财力等各项资源的最优配置。系统的信息通常被分成两个时间段进行优化，第一个时间段是通过对材料的分配调整，利用最少的混凝土用量以达到侧向刚度的最低要求，该时间段中，系统的目标函数是混凝土的使用量，而结构构件的断面大小则被视作设计的变量。 第二个时间段将会对构件的强度进行优化，通过对构件结构的断面大小以及钢用量的适当调整，只需要相对较少的结构造价便可实现构件的强度要求。
2.3 各种功能结构的优化设计内容
结构抗震的经济化设计，通常针对高层房屋建筑展开。在高层建筑结构总体造价中，水平荷载结构造价占了非常大的一个比例，所以，在抗震结构设计中，造价控制的关键之处在于抗侧力结构的设计。值得注意的是，当建筑物层高增加之后，抗侧力结构的造价也会随之增加。所以，应该针对抗侧力结构展开优化设计，从而确保造价方面的优势。上文已经对常见结构形式进行了一定阐述，虽然每种结构形式都具备一定的抗震性能，但所达到的经济效果却存在很大的差异。所以，设计人员对房屋结构进行设计时，应该深入了解并掌握各种结构模式的抗震性能以及经济指标，既要把握好房屋的体型，也要把握好房屋的结构体系，还要把握好房屋的刚度分布等，针对抗震的薄弱环节展开一系列的抗震构造改善措施，尽可能地降低抗震结构设计的实际成本。
3.结构设计优化理论在房屋结构设计中的合理性评估
房屋建筑工程的设计方案，从总体角度分析，包括各种各样、种类繁多的结构设计和布置。当房屋结构被确定之后，即便载荷相同，也仍旧有诸多不同类型的分析方案可供选择。另外，在具体的分析过程中，不管是设计载荷、材料，还是参数的取值都有可能发生一定的变化。房屋建筑工程在细部处理方面也存在很多差异。上述这些问题仅仅凭借计算机设计优化是难以有效解决的，需要人工辅助分析，对各项设计及相关数据取值进行合理性的评估，当然在评估过程中，应遵循结构优化设计的内在规律，更为稳妥的做法是结合工程设计施工经验有目的、有步骤地实施判断。由此可见，概念优化设计具有两层含义，一是设计师从若干备选方案中择取最优，二是对既定的方案进行修饰美化[7]。
4.结语
结构设计优化是一个复杂而系统的工程，需要相关人员通力合作，采用正确的结构设计优化方法，并应用到具体实践中去，从而最大限度体现结构优化的价值，提高结构安全度和抗震性的同时，有效降低工程造价。
参考文献：
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[3] 张文朝，孔露露. 房屋结构设计中结构设计优化技术的应用[J].中国城市经济. 2011（14）.
[4] 佟月强，郝明. 试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业. 2012（08）.
结构设计范文5
论文摘要：本文对人防结构设计与抗震结构设计进行比较， 人防结构设计在很多方面与抗震设计相似，提出了一些提高延性的措施。
人防地下室应能承受常规武器或核武器爆炸动荷载的作用，人防地下室一般也有抗震设防要求，设计时应使之能承受地震动荷载及武器爆炸动荷载作用。人防结构设计与抗震结构设计既有相同又有不同之处。下面是些粗浅认识的总结，希望能对设计工作有些帮助。
1 荷载作用方式
相同点：两者均为偶然荷载，均为动荷载，设计时均按一次作用考虑。不同点：人防结构构件如果暴露于空气中则直接承受空气冲击波的作用，如果埋于土中直接承受土中压缩波的作用，因此人防荷载对结构构件外表面的是直接作用，其动荷载直接作用于构件，其作用为外力；而地震动荷载则是由于地震时地面运动引起的动态作用，其实质是惯性力，是间接的作用。建筑物的所有构件（只要有质量）均会由于地震动而存在惯性力。人防动荷载一般是直接作用于人防地下室外表面的构件，一般可按同时作用于围护结构考虑，而人防地下室内部的墙柱等构件只间接承受围护构件及上部结构传来的动荷载。
2 荷载的大小
人防动荷载（即常规武器或核武器爆炸动荷载）其冲击波压力是随时间变化的，为方便设计计算《人防规范》将它简化成等效静荷载，它只代表作用效果的等效，等效静荷载并不是实际作用的力，但它方便了设计计算可以用静力分析的模式进行内力计算；设计时等效静荷载的大小的确定主要与设防抗力等级有关。
地震作用大小首先与震级、烈度、震源深度、建筑物离震源的距离等有关。其次与建筑物的质量大小、建筑物所处的场地条件及土质、及建筑物的动力特性（如自振周期、振型、阻尼等）有关。
3 设计方法：
抗震设计方法通常为“三水准、二阶段”的设计方法，设防目标为“小震不坏，中震可修，大震不倒”。为实现设防目标取小震下地震动参数计算结构弹性下的地震作用效应，进行截面承载力验算。第二阶段是大震下的结构弹塑性变形验算。并通过概念设计和抗震构造措施来满第三水准的设计要求。
人防结构设计的动力分析一般采用等效静荷载法：由于在动荷载作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线很相近，且动荷载作用下结构构件的破坏规律与相应静荷载作用下破坏规律基本一致，所以在动力分析时，可将结构构件简化为单自由度体系，用动力系数乘以动荷载峰值得到等效静荷载，这时结构构件在等效静荷载作用下的各项内力就是动荷载作用下相应内力的最大值。按等效静荷载分析计算的模式代替动力分析，给防空地下室结构设计带来很大方便。采用等效静荷载分析时，为满足抗力要求，结构材料参数应乘以材料强度综合调整系数。最后结构构件在动荷载作用下的变形极限用允许延性比[β]来控制。按允许延性比进行弹塑性工作阶段的防空地下室，即可认为满足防护和密闭要求。 转贴于
4 设计原则：
人防设计与抗震结构设计的设计原则一样：
4.1 结构应尽可能有足够的延性，避免脆性破坏，钢筋砼结构构件均应采取“强柱弱梁”“强剪弱弯”的设计原则。
4.2 各结构构件抗力相协调的原则，避免出现薄弱部位。防空地下室的结构，应充分考虑各部位作用荷载值不同，破坏形态不同以及安全储备不同等因素，保证在规定的动荷载作用下，结构各部位（如出入口和主体结构）都能正常地工作，防止由于存在个别薄弱环节致使整个结构抗力明显降低。如果某个部位失效，将导致整个人防区失效。同样抗震设计也十分强调避免出现薄弱环节（如薄弱层，软弱层等），因为大震时薄弱层或软弱层出失效将导致建筑物倒塌，产生严重后果。
5 提高延性的设计构造措施
核武器与常规武器爆炸均属于偶然性荷载，具有量值大，作用时间短且不断衰减的特点，结构构件承受动荷载时已经处于弹塑性工作阶段，因此，结构构件具有较大的延性，对吸收动能，抵抗动荷载是十分有利的。人防结构设计时，构造上应采取“强剪弱弯” “强柱弱梁”“强节点弱杆件”的设计原则。如可充分利用受弯构件和大偏心受压构件的变形吸收武器爆炸动荷载作用的能量，以减轻支座截面的抗剪与柱子抗压的负担，确保结构在屈服前不出现剪切破坏和屈服后有足够的延性，最终形成塑性破坏，提高结构的整体承载能力；又如受弯构件应双面配筋，对承受动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下构件坍塌十分重要，另外在节点区应有足够的抗剪、抗压能力和足够的钢筋锚固长度。上述这些措施和抗震设计的原则是一致的。
参考文献
结构设计范文6
【关键词】结构设计；优化设计技术；应用
结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用要求的前提下，结合具体工程的实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。
1.结构设计优化方法
建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的"经济适用"房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。 进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。
1.1结构优化设计模型
结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：一是设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。二、目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。
1.2结构优化计算方案
结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。
2.结构设计优化技术的实践应用
结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。
2.1结构设计优化应注意前期参与
因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。
2.2概念设计结合细部结构设计优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。
与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。
2.3下部地基基础结构设计优化
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
3.结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（1）直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
（2）概念设计处理的实际建筑设计问题概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
【参考文献】
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