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建筑结构设计论文范文1
结构设计的安全问题是所有从事结构设计与研究的人们一生都要面对的问题，本文作者结合自己的工程设计实践，简述了当代建筑师的设计思维对结构设计安全所提出来的挑战，并且，通过一个结构设计师对当今建筑设计潮流的感悟与认识，提出了保障结构设计安全所必须坚持的基本原则。文章最后，对参与当代中国结构设计实践的结构设计工作者们提出了一些期望。
■前言
一段时间以来，由法国巴黎戴高乐机场2E侯机厅通道部分倒塌事故引起的对结构安全问题的讨论成为业界甚至各种传媒的热门话题，由之引起的对国家大剧院以及各奥运在建项目进行结构安全再认识的声音也不时传起。特别是对正在设计施工中的奥运项目，按照政府决策部门的意见，建设单位组织结构有关专家逐个项目地进行了更为严格的结构设计安全评估。
结构设计安全是我们所有从事结构设计与研究工作者必须面对和回答的问题，巴黎戴高乐机场事故是结构在其设计使用寿命初期（投入运营一年），在常规荷载作用（没有恐怖袭击、没有恶劣的区域突发自然灾害）的情况下发生的，就是说，一定是在结构设计或施工的某个环节给结构留下了致命的内部缺陷才造成的，这一缺陷既可能是结构设计理论方面的，也可能是结构设计构造方面的，既可能是结构材料使用方面的，还可能是建造过程中的施工质量控制方面的，等等。无论什么原因，这种结构破坏形态都是结构设计原则所不允许的，引起我们的警觉也是应该的。
另一方面，我们也还是应该理性地、科学地、全面地分析和把握结构设计的安全问题。其实，追溯人类改造自然、改造世界的历史足迹，我们还是有理由对当代结构设计理论和建造技术的发展水平感到自豪的。虽然我们现在感觉是越来越累，越来越难，但是在力学和材料科学发展的有力支撑下，我们所从事的结构设计与建造技术的发展还是基本上满足了那些满脑子求新求奇，求高求广的所谓当代建筑师的表达欲望与需求的。
■世界上没有自由的结构设计师，但假如没有我们，也就没有建筑表达的自由
建筑师设计东西，无非表达两种需求，一种是传统意义上的功能需求，另外一种就是表达建筑情感，或者说是通过建筑表达情感。这种情感表达方面的需求可能是来自公众的，也可能是来自政府或领导意志的，还可能就是直接来自建筑师的美学修为的。建筑师可以利用建筑特有的元素，比如建筑材料的材质、装饰材料的色彩等进行其建筑情感的表达，但是这种表达的效果和能力是有限的，建筑师更重要的手段则是借助结构的能力完成这一表达需求，从这个意义上说，建筑师丰富的想象力既给结构设计提出了课题、带来了挑战，同时也就给结构工程师带来了风险。
国家大剧院超大超深的地下结构体量，椭球抛物面壳体屋顶和围绕壳体的环形水池都是安得鲁实现其剧院功能需求与其情感表达需求的手法和元素。为了在不超越人民大会堂的限定高度内，完成剧场功能对竖向尺度的需求，“深入地下”是其自然的（也许是无奈的）选择；椭球抛物面壳体屋顶罩住其下的三个功能剧场是建筑师进行区域空间整和的一种手段，在这块区域上的建筑物进行这样的整和处理我认为是必要的；建筑师设置环形水池的目的在于其制造区域宁静气氛的需要，这种建筑情感表达上的需求也是必要的。
国家大剧院
同样的，在建的国家体育场（简称“鸟巢”）以及国家游泳中心（简称“水立方”）等标志性建筑，她们不单单是承载着满足举办奥运会各单项体育功能方面的需求，也还要承载着通过其“别样”的建筑形象来表达全国人民百年奥运梦想成真的情感需求，承载着要为最出色的一届奥运会留下最出色的“建筑遗产”的使命。
自然的，建筑师是无法单独承担这样的使命的，必须依靠结构工程师的支持来实现其“特别”的表达需求。或者说，结构工程师在这个时侯是没有选择的自由的，只有绞尽脑汁为建筑师的这种需求寻找“解决方案”，于是，百年之前的理论物理学命题“泡沫理论”被结构师拿来经过有趣的数学变换，最终成了表达建筑师“看似无序的水分子结构”的最好载体。
国家游泳中心总平面图
■建筑结构形式的争议多半不是“好与不好”的问题，而是“值与不值”的问题
为了满足建筑师们的“浪漫”需求，在传统的结构构成方式无能为力的时候，结构设计师就必须探索新的、非传统的结构构成方式。结构系统的基本形式，可以说已经被我们认识的差不多了，但是，这种说法只是限于基本体系，并不意味着创造新的结构形态可能性的减少，在拥有无限多样的物种的丰富多彩的世界里，限定结构形态的类型显然是不恰当的。
结构工程师的任务就是在既要保证结构安全同时又要满足建筑美学需求的杠杆上寻找一个平衡点。只是，世界上终究没有免费的午餐，当各种或是张扬的、或是陌生的结构形态出现的时候，在结构材料科学还没有长足的发展的时候，在我们还不得不用传统的结构材料去实现这样一个个“浪漫”的需求的时候，对结构安全的关注也就从来没有象现在这样引起一端又一端的“争议”。
从一个结构设计与研究工作者的角度看待这些“争议”，我认为很多时候我们是可以在力学或规范的原则内寻找到这个“平衡点”的，随后的问题是，这会要我们付出多大的“代价”，或者说要我们支付多大的“结构成本”？我认为对这个我们要支付的成本“值与不值”的不同看法是对建筑结构形式“争议”的焦点问题。
其实，作为一个结构工程师，常常是不能判断建筑的形象与情感“效益”与结构实现的“成本”之间到底谁高谁底的，因为前者是很难量化的。我们所能做的就是在保证建筑功能与美学需求的诸种可选择的结构实现方式中找到成本较低的解决方案。
国家游泳中心南北剖面图
国家大剧院南北剖面图
例如，在国家大剧院工程结构的第一轮初步设计时，法国ADP公司确定的结构底板的顶面标高为-26.0米，这个标高受到了中国建筑与结构工程师的质疑，如此深的基槽，且不说开挖与降水的成本会很高，结构寿命期内的抗浮设计成本更是一项很大的投入，为此，我们建议在保证其建筑功能需要的前提下，尽可能提高建筑底面标高，法方在修改后的初步设计中将这一标高提高到了-22.0米。
与上述情形相反，国家游泳中心工程的建筑设计由于采用了ETFE双层充气膜，这种膜材的造价很高，所以，在相对深挖（增加基础开挖与结构抗浮成本）和抬升建筑总高度（增加围护膜材的用量）的比较选择中建筑师完全依赖的就是综合成本最小化的原则。
■结构工程师要给浪漫的建筑师和建筑师的浪漫设定一条底线
作为一名结构工程师，我们还应该清醒地认识到，结构科学和材料科学的发展远没有达到可以令建筑师们的“浪漫思维”无约无束的境地。在实际结构的建造过程中影响结构安全的因素众多，一方面，建筑结构理论归根结底是一门实验科学，理论与实际的偏差不可避免，另一方面，建造技术的发展水平和区域差异以及施工质量控制等等方面的诸多因素，都会给实际建造完成的建筑结构安全性能带来某种程度的不确定性。
所以，建筑师们在通过建筑表达其美学或情感需求的时候，结构工程师们还是要给他们设定一条底线。这条底线不仅依赖于当代人类对自然界的认识水平，而且还依赖于现代结构技术与材料科学的发展水平，依赖于结构分析技术的发展水平。在某种程度上，我们可以允许他们突破某些“规范”条文的底线，但是不能允许他们突破“基本力学准则”的底线。尤其是当我们面对国外建筑师的时候，这一点做起来很难，譬如在和安德鲁的法国ADP团队合作设计国家大剧院的过程中，我们就经历了多次的“争执与说服”的过程。
国家游泳中心的设计过程也给了我们很多启示，在建筑师浪漫的创意和结构的可实现之间还是有较长的一段路要走的，因此，我们投入很多精力进行了这种新型多面体空间钢框架结构的试验研究，最终才可以保证这种结构的安全、可靠。
钢骨架结构效果
ETFE充气枕结构
■不能认为结构设计安全与结构设计的创造性是永远的矛盾
实际上，对结构设计安全性的忧虑往往会束缚住我们结构设计创造性探索的步伐，虽然这种忧虑不是多余的。发生巴黎机场结构倒塌事故后，我们听到的几乎都是对安德鲁主持设计的建筑的一片怀疑之声，结构设计工程师们，尤其是从事重要公共建筑结构设计的工程师们更是增添了更多的谨慎与小心。
我认为，结构设计的任务始终是：按照建筑的功能与美学需求确定安全、合理的结构体系；进而依据建筑结构可靠度设计有关标准所确定的原则对结构作用效应与结构抗力进行符合结构实际工作条件（性能）的分析；最终应做到在规定的结构设计使用年限内，在现行规范规定的各种荷载作用下，所设计的结构是安全可靠、经济合理、技术先进的。
为了实现这样的使命，对结构设计安全的自始至终的关切无疑是必要的，另一方面，结构设计的创造性不但是当今建筑设计发展的必然要求，同时也是结构设计技术自身发展的要求。国家大剧院、国家体育场、国家游泳中心以及新中央电视台等建筑在结构设计方面的创造性探索可以为我们跟踪当今世界先进的结构设计理念提供一些线索，也可以让我们检视一下很多经验的、传统的结构设计思维是否还适应现代结构设计发展的要求。
“水立方”内外效果图
建筑结构设计论文范文2
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．
建筑结构设计论文范文3
不确定性的地面运动的影响。地震动是地壳快速释放能量过程中产生具有不确定性的多维振动，它是通过地震波的传播实现的，它的随机性和复杂性让人难以预测。地震动的各个分量对建筑都具有危害作用，即一个竖向分量、两个水平分量和一个转动分量。地震灾害具有突发性、破坏性、难以预测性，甚至是毁灭性的。结构动力特性的影响。影响结构动力分析的因素主要有：结构质量分布不均匀；基础与上部结构的协同作用；节点的非刚性转动；偏心扭转可能使位移增加；柱的轴向变形可能会使周期变长，加速度降低；材料的影响。混凝土的弹性模量随着时间的增长或应变的增大而降低，这意味着自振周期可能增长，而加速度反应将减小。阻尼变化的影响。钢筋混凝土结构阻尼比受震松动以后会变大，且自振周期变长。基础不同沉降量的影响。按一般荷载设计的框架结构，当地震系数大于0，基础差异沉降可能造成实际弯矩与设计弯矩出现较大的误差，而这种误差在设计中一般未予考虑。建筑结构的施工质量。施工质量是影响结构抗震能力的一个重要因素。施工的任一环节都可能对建筑结构的抗震性能造成重要影响。这就是为什么“豆腐渣工程”的抗震性能总是和设计值相差甚远。
2.建筑结构抗震设计方法
2.1结构地震分析法
结构抗震设计的首要任务就是对结构最大地震反应的分析，需要确定内力组合及截面设计的地震作用值。常用的地震分析法有底部剪力法、弹性时程分析方法、振型分解反应谱法、非线弹性静力分析法以及非线弹性时程分析法。其中最为简单的属底部剪力法，其在质量、刚度沿高度分布较均匀的结构中较为适用。假设结构的地震反应以线性倒三角形的第一振型为主。并通过第一振型周期的估计来确定地震影响系数。对于较为复杂的结构体系，采用振型分解反应谱法来计算，它的思路就是根据振型叠加原理，将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。而弹性时程分析适用于特别不规则和特别重要的结构中，将建筑物看作弹性或弹塑性振动系统，直接输入地面振动加速度记录，对运动方程积分，从而得到各质点的位移、速度、加速度和剪力时程变化曲线。非线弹性时程分析法可以准确完整的反映结构在地震作用下反应的全过程。按非线弹性时程分析法进行抗震设计，能改善结构抗震能力和提高抗震水平。非线弹性静力分析法考虑了结构弹塑性特性，在结构分析模型上施加某种特定倾向力模拟地震水平侧向力，并逐级单调增大，构件一旦屈服，修改其刚度直到结构达到预定的状态。
2.2建筑结构抗震设计方法
为了确保建筑结构的抗震能力最佳，所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面都达到最佳，质量分布均匀，平面对称、规则抗侧向力较好的体系及刚度与承载能力变化连续的结构体系是优先考虑的设计方案，从而经济地实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。
（1）根据我国的抗震设计规范，建筑持力层的选择非常重要，它关系着整个建筑物的安全性能，同时规范还指出，建筑的形体要适当，要求建筑的形状及抗侧力构件的平面布置宜规则，并有整体性，不宜用轴压比很大的钢筋混凝土框架柱作为第一道防线。
（2）抗震结构体系布置是建筑结构抗震设计的关键问题，如房屋建造中框架结构体系和砌体结构的选择问题。地震后会有余震，抗震结构体系应具有多道抗震防线。如框架结构设计中为了避免部分构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力，将不承受重力荷载的构件用作传递途径。
（3）传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量。消能减震设计指在结构中设置消能器来消耗地震输入的能量，减轻结构的地震反应，减小结构发生破坏和避免结构物直接倒塌以达到预期防震减震要求。隔震设计指在建筑物基础与上部结构之间设置隔离层，即安装隔震装置，通过隔震装置延长结构的基本周期，避免地震能量集中使结构发生屈服和破坏。这是一种以柔克刚积极主动的抗震对策,是一种新方法、新对策、新途径。
（4）尽可能多设置几道抗震防线，一个较好的抗震建筑结构由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。强烈地震之后往往伴随多次余震，如果只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。如像教学楼这种相对大开间、单跨、大窗口、悬臂走廊的纯框架结构，其纵、横方向的刚度不均匀，很容易发生扭转破坏，而整个结构只有框架一道防线，一旦柱子发生破坏，没有其他约束措施，整个框架因丧失全部承载能力而倒塌。防止脆性和失稳破坏，增加延展性。设计不良的细部结构常常发生脆性和失稳破坏，应该防止。刚度的选择有助于控制变形，在不增加结构的重量的基础上，改变结构刚度，提高结构的整体刚度和延展性是有效的抗震途径。
（5）场地条件就是导致建筑震害过于严重的关键因素，所以选择最为有利的地形最大限度的防止建筑物出现在不利于抗震功能发挥的区域。选择在抗震过于危险的区域来建造房屋，有可能对人们的生命财产安全带来危害。在汶川地震时，北川县城西的房屋建造在有滑坡隐患的山体之下，在地震的作用下，山体崩塌、滑坡，将大量的房屋掩埋，死亡1600人，损失惨重。
3结语
建筑结构设计论文范文4
土体的形成是具有非常漫长的历史的，土是一种多孔材料，构成复杂。土体在受到外界的荷载作用之后，会发生以下的改变：
1、土体在剪切应力作用下会发生塑性应变，同时球应力也会引起塑性应变；
2、土体的不同构造就会具有不同的特性，土体发生沉积塌陷也会发生不同的特性改变；
3、应力路径会影响到土体的变形，不同的加载路径作用在土体上就会发生不同的形变；
4、土具有流变特性，尤其是软粘土这些特性十分明显；
5、紧砂、超固结粘土等土体在受剪后会表现出应变软化的特性；
6、土体还具有剪胀性等。为了更好的了解土体的特性和气真实力学变形特性，可以建立应力、应变和时间的关系，在实践与理论的结合上提出新的数学模型，即：土体的本构关系，可以更好的了解土的本构关系。
二、建筑结构设计要遵循的原则
建筑结构在设计中药遵守四个基本原则“抓大放小”、“多道防线”、“刚柔相济”，围绕这几个原则来设计建筑的结构。
1、抓大放小。一个完整的结构体系是由不同的构件共同组成的，每个构件在结构中起到不同的作用，“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念，也是在结构设计中所需要注意的问题。
2、多道防线。在结构体系中设计多道防线可以增强建筑的安全性，提高建筑的稳定性，在灾难来临的时候，更加有保障，不能把生存寄托在单一的构件上。
3、刚柔相济。建筑结构的设计要遵守刚柔并济的原则才能让各个建筑结构协调的组成完整的整体。如果结构的刚度很大，那么变形能力就比较弱，破坏力首先会对建筑进行压迫，造成建筑形变，刚度大很容易受损。结构太柔虽然可以很好的消除外力，但是形变过大建筑会无法使用。
4、打通关节。结构体系是变化的，但是变化又是统一的，这取决于结构体系中的结构关节。没有任何关节，浑然一体的构型这是理想中的结构体系，结构体系能使任何外力迅速传递和消减。永远处于原始的静态就是要打通关节保持平衡的目的，当一旦流入力量，构件与构件之间的静态平衡就会遭到破坏，结构也随之发生变化。结构设计是要满足建筑设计的，不能对建筑设计造成干扰，而建筑设计也要在结构设计的能力范围内，不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。
三、基于本构关系的建筑结构设计方法
基于本构关系的建筑结构设计方法有两个最大的特点。一是把整个建筑结构进行微分为:混凝土单元、钢筋单元及混凝土与钢筋接触处的连接单元。只有这三个单元，所以在建筑结构设计方法中不存在构件，也不必对梁、柱、板等进行区分。所以只要有了混凝土和钢筋的准确的本构关系和准确的混凝土与钢筋接触处物理参数，所有建筑结构设计问题都可以迎刃而解。二是整个分析过程中都有混凝土单元、钢筋单罗凌霄吉林省城乡规划设计研究院吉林长春130061元及混凝土与钢筋接触处的连接单元参与，所以整体设计时可进行钢筋混凝土结构的弹塑性性能分析，也可对整体钢筋混凝土结构的受损阶段进行分析。下面笔者从分析结构入手，对其设计方法进行简单的说明。
1、分析结构在建筑结构设计过程中，分析结构是一项极为关键的工作，主要是将各种作用下的结构效应合理计算出来，其分析得出的结果一定要能够准确地评定与说明在预设作用下的结构效应，分析结构的合理性与科学性会对结构安全、可靠、经济造成直接性影响。确定计算模型属于分析结构的重要工作环节，其主要内容有计算理论与计算简图，这两个内容是分析结构的难点与重点。在实际设计工作中，不管是什么类型的分析模型，都无法准确地表达实际结构，所以有关规定要求只要在一定程度上与实际结构相近即可。通常情况下，设置结构做模型分析时，都应采取一些假定措施，例如假定建筑结构材料属于均质连续性材料，这一假定对于结构来说并不会产生严重偏差，只有将重要建筑结构的构件加入到整体性能的相关效应中，才会对建筑结构造成直接性影响，主要是因为这个假定没有充分考虑到次要构件以及非结构构件。
2、设置结构建筑结构在设计中首先需要有完整的结构体系，还要保证结构设置没有缺点，结构的设置对建筑设计方案有很大的影响，严重时会影响到整个建筑的安全性和实际功能的运用情况。结构缝设置。在对建筑结构进行设置的时候要注意一些影响结构安全的因素，例如形体复杂、沉降和温度收缩等。可以利用防震缠、沉降缝和伸缩缝对结构进行有效的划分多个单元，对每个划分后的单元进行分别处理，除去影响建筑结构的因素。结构竖向设置。结构竖向设置主要是为了防止建筑结构出现过大的内收与外挑现象，在做竖向结构之间要先了解结构设置的强度与刚度需求，配合整体建筑结构进行设置。处在同一楼层的楼面要把标高位置设置的相同，避免发生错层与局部夹层状况。高层建筑的刚度和强度直接要合理的处理，保持一致性。
3、结构计算结构计算主要包括荷载的计算和构件的试算。荷载分为外部荷载和内部荷载，对于荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数进行不同组合的计算。构件的试算也要进行不同数值与组合的交叉计算。
四、结束语
建筑结构设计论文范文5
【关键词】建筑结构；剪力墙结构；应用分析
1引言
高层建筑是城市重要组成部分，建筑可以美化城市，而有一些标志性建筑甚至在某种意义上代表了这座城市城市，例如如广州的小蛮腰和上海的东方明珠塔，都是国际性大都市的标志。因此，城市和建筑互相依赖，彼此生存。如今，土地资源稀缺，高层建筑已成为城市建设的主体，是城市生活的主流建筑，也是当代建筑的发展趋势。随着人民生活水平的不断提高，对居住舒适性的要求也有所提高，特别是对住宅公寓的要求越来越高。剪力墙结构的壁厚与填充墙、平面的厚度是一致的，保证室内无框架柱突出，可有效提高空间利用率，因此，高层住宅剪力墙结构应用的十分广泛。
2建筑结构设计中剪力墙结构概念方案布置
剪力墙结构概念方案布置是进行剪力墙结构设计的前提，而布置设计的合理性与否对整个工程造价有很大的影响，下面对剪力墙结构布置进行简单的介绍。剪力墙布局应沿两个主轴方向双向进行布置，尽量做到分布均匀，这种安排，能够让两轴刚度尽可能接近。剪力墙集中布置会导致结构载荷中心和刚度中心偏移，造成较为严重的扭转效应。剪力墙的分散布置会导致梁板跨度加大和刚度分布不均匀，而在跨度增大时，会增加结构的重量，增加地震效应，从而增加工程造价；另一方面，剪力墙间距太大，以致于单片剪力墙承受荷载过大，增加了轴压比，从而对剪力墙延性设计产生影响。以及结构在不规则的地震扭转薄弱部位凸起后形成棱角。扭转大变形导致扭转破坏。因此，考虑剪力墙平面布置，应单独布置，并用对角线局部加强。在平面角部尽量布置L形墙肢，还可采取设置端柱及转角部位楼板中设置暗梁等构造措施进行加强，以达到提高其扭转刚度的目的。剪力墙竖向布置宜沿房屋高度通高布置、上下对齐、连续布置，墙厚及墙长沿高度宜均匀变化，以达到竖向刚度逐渐变小，从而能够有效避免竖向刚度发生突变情况。这样既经济又能满足承载力、侧向变形的要求。因此，剪力墙结构的布局对整个结构的合理性和经济性有直接的影响。目前，结构的经济性已成为结构设计中必须考虑的因素。在满足安全的前提条件下，最大限度地利用有限的资源，是结构工程师要去探索的问题。因此，在合理布置剪力墙的前提下，尽可能节约经济，降低工程造价。而对于结构的关键部分或者计算模型与实际情况不相吻合的部分，至少使用两种不同结构软件进行了分析计算，并进行了围护结构设计，加固了结构。在概念布局的早期阶段，结构设计师应与建筑师密切合作，确定合理的安排以避免不规则或严重的不规则的平面与立面。实现技术先进，安全适用，经济合理的总体设计，达到降低总成本的目的。
3剪力墙的特征及其种类
从整体上来说剪力墙的特点有下面几点，其侧向刚度很强。还有一个相对比较小的侧移，如果发生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墙结构的应用中，室内墙体很平整，但剪力墙结构，在施工的时候需要很多环节，所以造价相对较高。如果按照剪力墙结构开洞与否可分为以下几种：小开洞剪力墙、壁式框架、实体墙、双肢或多肢剪力墙等。这些剪力墙各有不同的应用特点，每个结构设计人员应针对具体的建筑结构，选择合适的剪力墙结构形式。
4建筑结构设计中剪力墙结构受力分析
剪力墙结构设计有自己的设计原理及其原则。由于剪力墙通常比普通墙的厚度大且宽，所以它的特征比较像板，但是还是有一定的区别，剪力墙通过压弯构件计算，板根据弯曲构件计算。因此有必要在结构设计分析中考虑到具体的设计差异。此外剪力墙墙肢长度，壁厚范围都有自己的特点，当高度和墙段比厚度小于或等于4，应按框架柱的结构设计；当墙肢截面高度与厚度之比大于8时，使用一般剪力墙；当墙肢截面高度与厚度之比在4~8之间时，则要使用短肢剪力墙，这些也是剪力墙的结构设计的基本原则。剪力墙结构由一系列纵向剪力墙和横向剪力墙以及由空间结构组成的梁板组成。在两种负荷的主要：一是竖向荷载，竖向荷载主要是梁板传来的活载、恒载、竖向地震作用及剪力墙身自重；其他主要是水平荷载，地震作用和水平风荷载。剪力墙内力和变形分析包括承载力极限状态和正常使用极限状态分析。在极限承载力状态下，剪力墙在各种工况下不受破坏，能安全承受重力荷载。在正常使用极限状态下，结构变形满足规范要求，在满足设计要求的基础上结构经久耐用。框架结构的变形主要是剪切变形，剪力墙的变形主要是弯曲变形。为了实现剪力墙的弯曲破坏的延性破坏模式。《高层建筑混凝土结构技术规程》中有规定，墙的长度最好不要超过8m。事实上，有两个主要因素影响剪力墙的破坏模式是轴压比和剪跨比，只要轴压比小于规定的限值而剪跨比大于2，可以实现延性破坏模式。当剪力墙的长度超过8m时，尽可能在墙体中部开洞，形成一个双墙肢，通过弱连梁连接，一般来说剪跨比也会大于2，可以满足延性破坏的要求。在地震作用下，通过连接梁的能量，梁端首先进入塑性变形，形成塑性铰，使梁成为抗震的第一道防线。
5连梁设计
高层住宅剪力墙结构，由于墙长较长时通过开洞或剪力墙平面内梁跨较小形成连梁，如果出现跨高比较小的连梁，在计算过程中，容易产生过度抗剪的连梁，通常有以下解决方案：①增大连梁的截面积，可以增强连梁本身的抗剪能力，但梁的刚度相应也会增加，吸收的地震力也会增加，只能增加有限的抗剪承载力。在梁宽固定的情况之下，可以使用加高梁高的方法；当梁高是一定的，可以扩大梁宽，增大断面的连接刚度，但宽度对连梁刚度贡献较小，仅是一个线性关系，使得分担剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②调整设计内力，在提高连梁截面对提高抗剪承载力没有影响的状况下，可人为的降低连梁的刚度，来控制剪切力的分配比例，并解决了连梁的抗剪性能问题。最简单的控制方法是在计算参数选择时，通过调整连梁刚度折减系数，只有在采用内力配筋计算时才可以。在整个计算和非地震荷载作用下，连梁的刚度不会降低，连梁应具有足够的抗弯承载力和抗剪承载力，以满足正常使用的要求。对于跨高比大于5的连梁，应根据设计的框架梁，满足框架梁的要求。③可作水平缝从而形成双连梁、多连梁或其他结构措施，以提高抗剪承载力，如设置交叉暗支撑等措施，以提高连梁的抗剪承载力。
6结语
中国的国民经济和建筑结构设计整体水平与发展规模都在提升，高层建筑将成为现代建筑的主流。剪力结构在侧向刚度、侧向变形等方面具有一定的优势，在高层建筑中得到广泛应用。因此掌握剪力墙结构的特点，对剪力墙结构设计有很好的把握。我们要从设计的基本原则出发，设计更加经济合理的剪力墙结构。因此建筑结构设计人员要根据剪力墙结构设计原理有明确的认识，同时，不断从设计实践出发来推动中国建筑业整个工艺设计水平的提高。本文从剪力墙结构设计的概念开始。就建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用进行了介绍，希望以此促进行业发展。
参考文献
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[3]林涛，张景祯.建筑结构设计要点及计算模型调整[J].科技传播，2011（17）.
建筑结构设计论文范文6
关键词：高层建筑结构；设计；对策
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
科技在发展,社会在进步。自从19 世纪以来出现了现代高层建筑，高层建筑正逐渐广泛的应用于人们的生活中。作为一个庞大复杂的系统，高层建筑的结构设计，一方面要满足包括抗震，抗风等在内的安全性能的要求，另一方面，也要重视高层建筑结构的科学性和经济合理性。
1 高层建筑结构的特征
高层建筑结构同时承受着垂直方向的重力荷载，风产生的水平方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下，低层建筑结构受到水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加，高层建筑的水平位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。在设计高层建筑结构时，首先控制侧移在规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。
2 高层建筑结构设计的原则
2.1 选择合理的高层建筑计算简图
在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算模型，那么就比较容易造成结构安全事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，结构构件设计应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，也要要确保和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2.2 选择合理的高层建筑结构基础设计
按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的基础类型。
2.3 选择合理的高层建筑结构方案
合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么需要平面和竖向的规则性。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
2.4 对计算结果进行准确的分析
计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中，使得设计工作效率大大提高。当前市场上存在着形形的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
2.5 高层建筑的结构设计要采用相应构造措施
高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
3 高层建筑结构体系的选型
建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时,构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系，钢结构体系，钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征，耐久耐火，成本低，整体性能优良，但存在着自重大，延性差，施工慢等缺点；钢结构体系的强度高，抗震性能比较好，施工方便，用途多，但是存在着费用高，防火性能差，施工复杂等不足；钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处，不但增加了钢构件的材料强度，同时具有较高的抗震性能，然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足；钢-混凝土组合结构具有承载能力高，抗震性能强，比钢结构具有更优良的耐火性，但是存在着节点的构造比较复杂的缺点，一般被用于小偏心受压构件。根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系。
4 高层建筑结构设计问题分析及对策
4.1 高层建筑结构存在着超高的问题
基于高层建筑抗震的要求，我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定，针对高层建筑的超高问题，在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度，并且增加了B 级高度，使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。
4.2 高层建筑结构设计嵌固端的设置
一般情况下，高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此，结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计；综合分析嵌固端上层和下层的刚度比，并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的；高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。
4.3高层建筑结构的规则性
在关于高层建筑的新规范中，对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制，比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比，平面规则性等等，并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此，为了避免后期施工设计阶段的改动，高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。
5 结束语
高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。20世纪90年代以来，随着我国高层建筑的不断发展，钢筋混凝土结构体系、钢和混凝土的混合结构体系也0积累了很多工程经验和科研成果，因而对高层建筑的结构设计的要求越来越高，本文简要分析了高层建筑的结构特征，高层建筑结构设计的原则，阐述了高层建筑结构体系的选型问题，并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策，可以为高层建筑结构设计提供参考和依据。
参考文献：
[1]何俊旭. 高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程,2010.
[2]田龙. 浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程,2011.
