建筑结构设计论文范文

导语：如何才能写好一篇建筑结构设计论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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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。

关键词建筑表达结构设计安全建筑情感争议结构设计实践

■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。

国家大剧院总平面图

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

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煤炭工业中的建筑是煤矿生产需要配置的设施，具有多方面的用途，对结构建筑的设计能够在综合建筑各方面需要的同时强化建设的合理性，使煤炭工业建筑的综合效应达到最大化。建筑的实际建设完成，必须有整体的规划，结构设计既起到了对建筑的规划作用，并实现了与煤炭工业特点的结合，使建筑与工业相适应，增强建筑的价值体现。通过设计方案的对比，形成最优设计方案，能够降低建设成本，在性能上也更加有技术保障，同时各项建筑指标的达成，也确保了建筑的安全性，满足了煤炭工业的生产要求。随着煤炭工业的现代化发展，煤矿生产方式不断发生新变化，煤炭工业建筑理念也在不断更新，建筑结构设计能够及时运用最新的理念，加以体现到具体的施工建设当中，确保煤炭工业建筑的现代性，使其适应生产，保障矿区的人身安全和财产安全[2]。

2煤炭工业矿井建筑结构设计中的改进措施

煤炭工业中的建筑结构设计必须体现安全性，因而其设计要求较一般的建筑设计高出很多，同时由于以往建筑设计对功能、安全等指标的过于注重，而忽视了其他方面的考虑，使得设计上存在一些问题，需要在具体设计中加以改进，以实现更高的发展要求。

2.1明确建筑结构设计指标，建立标准模型

煤炭工业建筑设计的成型由各项具有重要作用的指标数据决定，这也是在设计中的重要参考依据，对设计方案的最终完成有着重大影响[3]。建筑设计的各项参数包括目标参数、控制参数等的设定都要结合煤矿的实际情况，将波动幅度小的参数选择出来，作为指标形成参照标准，能够在设计中更加精准地得出与目标参数相符的数据。在设计中，建筑材料以及结构构件尺寸、面积等指标需要在建设前设定出来，对各项参数前处理。相似的函数应当设计多组，以便在比较中找出最优化的方案。通过函数分析煤炭工业建筑结构的性质，为工程建设最大限度地节省了时间、材料等。同时，建筑结构的稳定安全性与使用年限等的硬性规定，设计要权衡约束条件，结合力学等科学确定架构的刚性、结构形变限度等，确保符合规定标准。当设计各项重要指标都确定之后，以此为参考建立标准模型，使结构设计更加直观化，有助于煤炭工业建筑的最终建设。

2.2综合计算数据，选择最佳设计方案

煤炭工业的建筑结构设计除了庞杂的数据确定外，还设计多项计算程序的运行，这也是改进设计的一个重要环节[4]。由于煤炭工业建筑要求高，变量复杂，多种设计条件在其中需要综合考虑，因而对其进行数据的计算，以实现建筑建构的精确化。在计算当中，结合实际需要，采取不同方法对数据进行演算，转化约束条件，节省时间，恰当的计算方式能够推动程序的最优化，使其用途更加齐全，运行更加高效，多个小程序的有机组合，形成程序的综合化，使结构设计更有保障。通过程序的运算，结合计算结果，在模型的矫正下，根据现实要求，选择煤炭工业建筑结构设计最佳的方案。通过对这个方案进行可行性的评估以及安全性等的结合，进行具体实施建设。同时，在以往建设中对煤矿建筑美观因素考虑不足的具体情况下，将外观等参数置入计算当中，在方案中加以体现，从而提高结构设计的人性化。

2.3综合分析计算结果，保证结构设计质量

由于在结构设计中参数的复杂性，导致计算结果也多样化，主要的设计人员要将计算结论加以统计，进行综合分析，通过各个设计方案优劣的比对，形成科学的认识[5]。在此基础上，从多个角度抓住方案细节，分析异同点，避免因疏忽而遗漏了关键点，致使出现结构设计的漏洞。煤炭工业的建筑建设是一项综合的工程，需要动用大量的资源，因此，设计上必须精益求精，在考虑节省成本的同时，对建设技术也要相应地加以改进。通过对数据计算结果的综合分析，设计方案的比对，消除了建设中的各项弊端，使结构设计更加趋于科学性，从而保证了建筑结构设计的质量，为设计的优化提供了重要的保障。

3结语

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我国当前主要通过常微分方程求解器对高层建筑结构力学进行分析。高层建筑结构力学常微分方程求解器功能强大，自适应求解效果非常好，可以有效满足对用户进行预先解答，提高解答的精度，降低解答指定的误差限。当前我国在高层建筑结构分析通过对常微分方程求解器的应用，有效实现了对高层建筑结构楼板变形时的动力计算、稳定计算和静力计算，实现对数据的整体分析和处理。建筑人员通过使用常微分方程求解器的分析，有效降低了在进行高层建筑结构分析时的处理量，降低了高层建筑结构分析中的方程组数，有效提高运算效果，从本质上实现了对建筑结构的优化。

在对高层建筑结构常微分方程求解器进行深入研究的过程中，清华大学教授包世华和袁驷有效提高了常微分方程求解器的应用，实现了对常微分方程求解器的深化研究。袁驷教授利用有限元技术，对偏微分方程的半离散化进行控制，有效实现了对常微分方程组的求解，提高了对结构线性函数的应用。通过常微分方程求解器的直接求解，对有限元线进行实际应用，有效对一般力学问题进行计算，在很大程度上提高了一般力学问题的计算效果。而包世华教授对半解析-微分方程求解器方法进行分析深化，有效将半解析-微分方程求解器方法应用到高层建筑结构结构静力、动力、稳定性的分析验证中，提高了对高层建筑结构力学分析的效果。

2高层建筑结构弹塑性动力分析方法

高层建筑结构弹塑性动力分析方法在高层建筑结构力学分析中又被称为时程法。高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要是对地震波直接输入结构，完成结构的弹塑性性能分析。这种方法要求结构力学分析人员建立专门结构弹塑性恢复性动力方程，通过逐步积分法实现对地震过程中速度、加速度、位移等的时程变化，完成对建筑结构的描述。高层建筑结构弹塑性动力分析方法对建筑结构在强震的作用下弹性及非弹性阶段的内力变化进行深入研究，有效对高层建筑构件可能出现的损坏、开裂、屈服、倒塌进行分析，提高建筑结构力学的分析效果。当前在国内的高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要输入地震波为随机人工地震波，结构模型的计算多采取层模型。除此之外，高层建筑结构弹塑性动力分析方法还加大了对楼板结构变形的分析，使用并列多质点计算模型进行计算，对高层建筑结构的基础转动和评议进行研究，有效提高了对土体、基础及上部结构耦合振动的模拟效果。

近年来我国还高层建筑结构弹塑性动力分析方法中对扭转振动进行分析，取得显著进展。高层建筑结构弹塑性动力分析方法能够有效对高层建筑结构中存在的薄弱环节进行分析，提高对结构延展性、变形的实际分析效果。高层建筑结构弹塑性动力分析方法预计的破坏形态与实际地震的破坏效果非常接近，有效对地震危害进行防护处理，提高了高层建筑结构的防震效果。但是当前对高层建筑结构弹塑性动力分析方法的整体看法不一。部分人员认为采取大型高速计算机对典型地震波进行分析；但是部分人员认为典型地震波本身不一定能代表真正的地震，因此在进行研究的过程中要对研究算法进行简化，对近似方法进行研究。随着高层建筑结构弹塑性动力分析方法的逐渐发展，越来越多国家在进行高层建筑结构力学分析的过程中开始对地震波根据实际情况进行选取，模拟效果大幅提高。

3基于最优化理论的结构分析方法

基于最优化理论的结构分析方法主要是通过数学上的最优化理论及计算机技术实现对高层建筑结构设计的一种新方法。基于最优化理论的结构分析方法有效实现了对结构设计的被动分析道主动设计的转变，提高了高层建筑结构设计的灵活性，对设计具有非常好的促进效果。基于最优化理论的结构分析方法对空间的要求较为严格，设计过程中要保证以最小的质量产生最大的刚度。因此，设计人员要对框架剪力墙结构中的剪力墙进行充分分析，实现墙体的优化布置和数量选取，提高基于最优化理论的结构分力学析效果。基于最优化理论的结构分析方法中要求保证适度的刚度，对刚度要进行严格控制。尤其是在分析剪力墙与地震作用的时，要对剪力墙刚度进行优化设计，确保建立正确的最优化刚度模型，提高基于最优化理论的结构分析方法的模型实际应用效果。目前我国的基于最优化理论的结构分析方法发展还不全面，在进行单位建筑面积上剪力墙惯性矩度量指标设计的过程中还存在较多问题。我国的基于最优化理论的结构分析方法仍处於研究和发展阶段。高层建筑结构力学分析人员要对基于最优化理论的结构分析方法中的数学模型进行深入研究，对剪力墙最优刚度进行有效分析，从本质上提高数据分析处理效果，拓宽基于最优化理论的结构分析方法的应用前景。

4基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法

在进行分区的过程中，高层建筑结构力学分析人员要对有限元进行全面分型。有限元中杂交元和非协调元的发展在很大程度上促进了分区广义变分原理的发展，为分区广义变分原理奠定了坚实的理论基础。清华大学龙驭球教授对分区广义变分原理进行研究，实现了对分区广义变分原理的深化。龙驭球教授的分区混合有限元法将分区广义变分原理进行拓展，实现了继位移法、杂交元法之后的改革和完善。分区混合有限元法对弹性体分类，对势能区使用位移单元能量分析，将结点位移作为基本未知量。而余能区使用应力单元，将结构应力函数作为基本未知量，实现对能量项的交界面附加。分区混合有限元法在满足位移和力的基础上保证了位移的连续和收敛性，有效对总能量泛函驻值分区混合进行方程选取。分区混合有限元法适应性非常强，分区较为灵活，在很大程度上保证了函数的收敛性，对高层建筑结构力学的分析具有非常好的促进效果。

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1.1学生基础薄弱，学习兴趣不够对于高职学生而言，一般基础比较薄弱，特别是高等数学及工程力学是建筑结构课程学生的基础课程，有些学生这两门课的基础很差，又缺乏工程经验，学习建筑结构就有很大的难度，其后果是直接导致部分学生畏难情绪严重，甚至厌学。同时，学生的学习目的不够明确，学习过程中缺乏主动性，只做被动接受知识，缺乏思考，无法应用。

1.2教师教学方法单一，反思调整不及时教师主要是为完成教学任务，在目前各高职院校强化动手能力，采取2+1学习方式，即2年在校内学习理论知识，1年校外实习，这样学生的理论课学习课时数就有所减少，若还按原来传统的教学模式，采用满堂灌的方式，在有限的时间内将全部知识都传授给学生；甚至有些教师试图通过多媒体授课，将大量的知识信息放到课件中，不停给学生展示，学生根本来不及思考就硬性地接受，可想而知，这样得到的知识无法应用到实践中。

1.3重视理论学习，缺乏动手能力建筑结构课程理论性与实践性都很强，传统做法是将全部理论知识讲授给学生，而学生动手参与设计能力的培养较少，很多学生课程学得不错，但不会应用，真正进行结构设计，就无从下手，高分低能现象比较严重。

1.4教学内容更新较慢新时期的高职教学理念是培养高技能人才，因此在教学内容上也应适应技能培养方面的调整，但教材更新还达不到这个要求，很多课本上还没有体现设计理念。

2以设计为导向的建筑结构课程教学方法

2.1引入以设计案例为导向的教学模式根据高职高专以就业为导向的办学理念，改革课程教学体系，突出以实践教学为重点的相关内容，针对不同就业岗位群，将建筑结构各章节内容归纳整理成各具体的、切合实际的工程设计案例。即将课程内容项目化，将项目分解成各任务，针对不同任务对应于实际工程案例，各案例均来自工程设计任务。每当学生完成一个项目课程，就能针对该课程项目完成一项实际工程中的设计任务，将教材中单一算例用工程设计案例来代替，避免学生学习课程时的盲目性，即所学知其所用，真正调动了学生的学习热情，通过真正的工程设计案例，更好地引导学生学习建筑结构课程理论，促进学生主动思维，培养学生以设计为导向的建筑课程教学模式，更好地为学生走向工作岗位提供保障。

2.2以设计案例为向导的教学方法与教学手段改革传统教学方法是以教师课解为中心，学生被动接受知识。课堂上主要是教师唱主角，学生缺乏参与热情，有的学生上课无精打采，甚至上课玩手机，根本听不下去课。以设计为导向的教学方法就是要转变这种状况，授课以学生为中心，学生参与到课堂的教学中，每个学生都是承担设计案例的设计者，完成一堂课的教学需要由学生、主讲教师、设计室及实训中心多个方面配合完成。由于建筑结构课程是以设计为主的，其教学目的也是要让学生掌握工程结构设计理念，达到进行结构设计及能识读工程结构施工图。那么为了达到这上目标，有设计室参与到教学中是最好不过的了，因为可以通过设计室的实际工程项目作为授课的直接案例，这部分列入教师备课教案的一部分，每次课教针对相关内容进行案例布置，当然这需要教师通过事先将学生分组形式，将本次课程内容分组布置成设计任务，学生要完成设计任务需要掌握的理论知识，就是学生要主动探究的内容。教师可以借助于多媒体演示以及建筑结构模型实训室，让学生参与到理论知识学习中来，如设计任务解决需要的理论依据、设计原理、计算公式、公式的适用条件、以及设计规范等，学生都会感兴趣，此时教师讲授这部分知识，恰好与学生探究的知识达到一致，教与学的互动效果也达到了统一。同时充分利用实训室的教学条件，实现讲课、实训一体化。学生所学到的理论知识，通过实训室模型，达到了理论与实践的结合，学生的工程设计成果，交由设计室参与评定，这样能给学生营造出一种真实的工程设计氛围，极大地激发了学生的学习兴趣，学生被动学习变成了主动学习，学习效果也就体现出来了。

2.3以设计案例为导向的学生成绩评定以设计案例为导向的教学方法，需要从根本上改变以往的期末一次考试定成绩的方法。既然强调设计，那么考核方法重在设计过程的考核，通过考核及时了解学生在学习过程中对理论知识的认知程度、对实践知识的掌握程度，每个设计任务完成情况、设计方案的取舍、小组学生的协调配合等都能很好地反映出来，这样通过各小组对比，以及设计任务完成的时间、质量，根据事先确定的学习过程考核细则，可以对学生学习过程进行综合评定。

3结语

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关键词：建筑结构;设计规范;结构设计

随着国民经济的快速增长，建筑行业也得到了巨大的发展控制，随着房屋建筑从单层、多层朝着高层建筑发展，房屋结构形式也逐渐变得多样与复杂。但是房屋建筑结构设计中常见的问题依然无法得到有效规避，至今都影响着房屋建筑结构的质量与安全。所以，解决房屋建筑结构设计问题所具有的现实意义不容忽视。

1 房屋建筑结构设计常见问题的原因分析

1.1 由于过于笼统的建筑结构设计规范，导致设计人员在理解上出现了差异

业内人士都清楚，在房屋建筑结构设计过程中，都需要参照《建筑结构设计统一标准》、《荷载规范》、《混凝土结构设计规范》等规范标准进行系统的研究分析。但是在实际的操作过程中，却发现这一类型的纲领非常笼统，没有将规范表达细致，导致设计人员在进行房屋建筑结构设计时由于对设计因素的量化从而产生困难。特别是随着现代化理念的改革以及科学技术的飞速发展，这一类属于纲领性的规范就很到满足结构设计面面俱到的要求。对于这一类规范标准的理解，设计人员也是“仁者见仁，智者见智”，使得理解上出现了过多的偏差，这样对设计出来的作品质量也会产生不同程度的影响。

1.2 设计人员盲目的结构设计，从而导致恶性循环出现

在房屋建筑结构设计中，由于设计人员自身的主观原因或是客观原因，就很可能造成结构设计上过于盲目，从而出现恶性循环。考虑到社会大众对房屋建筑结构要求的提升，及房屋建筑结构设计的特殊性，科学、合理的设计理念就显得尤为重要。但是，在实际的设计过程中，大多数设计人员在设计中常常会用到“大约”二字。比如：在使用附加钢筋时，出于对建筑整体牢固性的考虑，很多设计人员会设置附加钢筋。但是在设计过程中却没有在脑海中内化科学的设计理念，由于只有通过力学的分析之后，才能够科学地设置附加钢筋。如果没有通过力学分析，仅仅依靠自身的经验，就会大大提升设计的盲目性，这样不仅会导致附加钢筋出现不必要的浪费现象，同时还会出现意识上的错误，影响到后续的设计。

2 地基与基础方面

由于多层房屋建筑没有是事先进行地质勘察，无法取得详细的勘察报告，在施工图纸设计仅仅是依靠建设单位的口头阐述或者是参照附近建筑物的基础资料。想要做到地基与基础设计的合理性、安全性、适用性，设计人员就需要对地质勘察资料进行系统分析，对基础与上部结构进行综合统一的分析，仅仅凭借地基承载力这一项数据不仅缺乏安全性，而且也欠缺完整性。当然，也不能盲目地认为将地基承载力的特征值取小一点就可以做到没有缺陷了，这些都是需要规避的。

对于软弱地基通过换土垫层法进行处理，完全凭借经验，没有考虑到换土垫层的设计。由于设计人员没有认识到软弱地基所造成的危害，在承载力的提升上仅仅是简单地采用砂石垫层。因此，首先需要对垫层的厚度与宽度加以计算，验算软弱下卧层，才能确保其安全性与经济性。

在房屋建筑的中柱设计中，基础与梁的负荷都没有按照荷载规范标准进行基表。在多层房屋建筑的设计中，在计算基础、梁、柱的负荷时，只有按照现行的荷载规范乘以有关荷载组合相应的分项系数才能确保荷载值的准确性。

3 上部结构方面

3.1 梁

做好框剪结构连梁的设计对于房屋建筑整体结构而言非常重要，但是很多结构设计上却是忽略了这一点。重视程度、认识程度的不足，都是影响其设计的因素之一。简单来说，连梁就是连接两片剪力墙，一旦遇到了中大地震时，就会出现开裂现象，起到一定的耗能作用，以此让建筑物具有一定延性的梁。只有满足这一要求，才能够称之为连梁，或者说我们在设计上才能够让其按照连梁进行设计。

3.2 板

在设计上，由于对板受力状态的认识度不够或是为了方便计算，就会讲双向板当作单向板来计算。这样的计算假定就会与实际状态存在差异，就容易出现配筋不足，导致板出现裂缝的现象。因此，在设计上，不能凭借主观意愿，方便计算，避免一个方向的配筋过大，另一个方向仅仅按照构造配筋的情况出现。当板承受线荷载时对弯矩的计算。在房屋建筑结构设计中，一般都会讲一些非承重隔墙设置在楼板上，因此，在设计大楼板时就会将该部分的线荷载换算成为等效的均布荷载之后，再对板的配筋加以计算。但是在设计中，要注意避免出现将隔墙综合再除以板总面积这种情况。

双向板有效高度取值相对偏大。在两个方向上，双向板都会有弯矩产生，所以，双向板跨当中的正弯矩钢筋都是纵横叠放的。其中，短跨方向的跨中钢筋应当放置于下部位置，长跨方向的跨中钢筋就应当放置在短跨钢筋的上部，在计算时也需要应用两个方向上的有效高度，一般来说，短向方向的有效高度都要比长向方向的大。在设计中，要注意避免设计人员没有充分认识到板的受力或是图省事的情况出现，避免为结构构件埋下质量隐患。

3.3 柱

一般来说，在6 度抗震设防区常常会出现承重柱截面高度设计过小的情况。很多房屋建筑结构设计人员误以为6 度设防区域就不用考虑设防，为了方便受力分析，设计人员估计将柱子截面高度设计的过小，这样能够增大梁柱的线刚度比，在计算简图中将梁柱节点简化为铰支，将梁简化成为铰支梁，梁柱也按照轴心受压来进行计算，虽然这样对于接受受力分析很简单，但是却忽视了这样会给房屋结构埋下质量隐患，这主要是因为忽略了梁柱之间的刚结作用，也就是将柱对梁的约束弯矩忽略了，再加上柱截面配筋一般都不会很大，一旦结构受力，柱顶抗弯刚度必定就会存在不足的情况，这样在梁底附近的柱子就会出现一条又一条的水平裂缝，从而有塑性铰的形成。

4 目前高层建筑结构设计中的问题与策略

4.1 建筑物超高问题

高层建筑物最明显的特征就是楼层多，建筑物本身高。但是，随着建筑物高度的不断加大，在抗震性能和建筑质量方面都面临着更严峻的问题。出于高层建筑抗震性能的较高需要，建筑规范对建筑物的高度作出了严格的规定，在高度设计方面要确保满足抗震的实际需要。在目前的高层建筑市场中，仍然存在着严重的超高问题。针对建筑物的超高问题，建筑规范逐渐将限制的高度设为A 级高度，还在一定程度上细化了高度规则，增加了B 级高度。这种较为明细化的建筑物高度规范使得高层建筑结构设计的方法和措施有了一定的改进。

4.2 短肢剪力墙设置问题

在高层建筑结构设计过程中，需要重视短肢剪力墙设置问题。在我国新的建筑规范中，明确规定了短肢剪力墙的定义，也对短肢剪力墙的使用作出了相关限制。短肢剪力墙是指建筑物墙肢截面的高度比和厚度比在5～8 的墙，根据实际经验和相关数据，高层建筑结构设计应该尽量使用短肢剪力墙。

5 结语

在房屋建筑结构设计中，只有严格按照规范标准与构造要求，才能够避免设计出现质量隐患，才能促进房屋建筑结构设计更加趋于完善。

参考文献

[1]张磊.建筑结构设计过程中常见问题探讨[J].中国城市经济，2011（24）.

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关键词: 建筑结构；设计；安全性

1 建筑结构设计安全性的必要性

在现在的社会经济不断发展的状况下，加强建筑结构的设计相对较为重要，简单的说也就是保障建筑使用的安全与实用，以下对其进行说明。

1．1 加强建筑结构安全性的必要性

首先建筑结构的设计安全程度将对工程的质量以及造价产生直接的影响。由此，就应该加强建筑结构的安全性，这对建筑的施工以及使用都是至关重要的。近几年，我国的发展逐渐加快，人们的生活水平也得到大幅度的提高，人们对建筑的要求也逐渐的提高，这也就必须要加强建筑设计的安全性，以此来保障人们生活的稳定与健康发展。此外，建筑的结构设计安全性的提升，也可以在一定的程度上促进建筑行业的发展，现代化的建筑结构在进行设计的过程当中对风格等外在形态较为重视，这就要求在建筑材料以及施工的过程中对安全性进行控制，在保障外观的美化与建筑质量的基础上，注重建筑的安全性。

1．2 建筑结构安全性的重要性

由于近几年我国的建筑行业发展较为迅速，对各个方面的控制与管理也逐渐的趋于完善，这就要求加强对结构设计的控制，因为建筑结构的设计是工程施工的基础与依据，因此，建筑的设计安全就是工程施工安全以及建筑质量的前提。由此可见，建筑的结构设计安全是工程的关键，这也在一定的程度上体现出工程造价的管理。在建筑结构的设计过程当中，应保障设计的科学化与合理化，以此来为人民营造一个较为舒适的生活环境，也可以对自然灾害进行抵御，可以确保建筑无论在何种环境下都应具有安全性以及稳定性。

2 建筑结构设计中存在的问题

虽然我国的建筑行业逐渐的趋于稳定化的发展，但在对结构的设计过程中仍然存在一系列的问题，以下对其进行分析说明。

2．1 抗震性相对较低

我国的相关法律法规对建筑的设计进行规范，明确要求建筑应具有一定的抗震性，而在实际的建筑过程当中，大部分的抗震性没有达到国家的要求，就从近几年我国出现的地震来看，大部分的建筑物都没有满足国家的抗震标准，这也就对人民的人身以及财产产生一定的安全威胁。同时，相关的建筑结构设计人员对建筑的抗震性认识不到位，所以在对建筑进行设计的过程当中也就没有对这一问题进行考虑，将其流于形式。由于我国的范围较广，各个区域之间有其独有的特点，所以在对建筑物的结构进行设计的过程当中，应保障设计人员对地区的状况进行充分的了解，并按照不同的特点进行设计。

2．2 设计的过程中出现偷工减料

随着市场经济的转变，建筑行业的竞争较为激烈，这也就造成部分的建筑类商家为了获取更大的经济效益，在对建筑结构进行设计的过程当中出现以次充好，偷工减料的状况，以下对其进行说明: 首先，有的建筑企业为了获取更大的经济利益，节约成本，在对建筑的结构进行设计的过程当中，对成本过于克扣，对建筑的安全以及质量并不重视，这也就为建筑的使用造成了一定的安全威胁，例如在对钢筋进行配筋的过程当中偷工减料，导致其使用的期限较短，并且容易出现变形。

2．3 建筑结构设计的不合理

对建筑进行设计的过程由于设计单位的员工经验的不足或者是员工的专业技能水平较差的原因，也就导致对建筑的结构设计出现不合理、不科学的状况，这在一定的程度上会直接影响建筑的正常使用，为建筑埋下安全隐患。同时也有的设计人员对外观过于重视，在进行设计的过程当中明知道建筑公司对外观的要求是行不通的，但为了利益，没有提出异议，这也就导致建筑的危险性，虽然这一状况在设计单位相对较少，但仍是存在的。此外，由于设计人员的素质相对较低，对现代化的建筑设计知识并没有进行专业化的培训，也就导致其对建筑结构的设计存在一定的风险。

3 如何提高建筑结构设计水平

对建筑的结构进行设计是工程施工的前提，也是工程的关键工序，这就应该加强对设计的重视，从设计中来加强建筑的安全性，保障设计的安全以及实用性，更好地为人民服务。以下对建筑的结构设计中存在的不足之处进行改善，加强建筑的安全性建设。

3．1 严格遵守建筑结构设计规范

想要加强建筑的质量，并保障建筑的安全问题，就应该按照我国对建筑行业的法律法规来对结构进行设计，加强建筑的质量。国家对建筑设计的规范不仅是从技术上，而且是从各个方面对其进行控制，具有一定的强制性，这可以对建筑市场进行规范，对建筑设计单位进行约束。随着近几年建筑行业的飞速发展，相应的法律法规在不断的实践过程中逐渐的趋于完善化发展，建筑的结构设计师在进行设计的过程中也逐渐的向着规范化的方向发展。同时，对建筑结构设计中的不规范，不合理的行为应进行监督，并采取相应的奖励措施来鼓励相关的人员进行举报，降低安全隐患发生的可能性，加强建筑结构设计的安全性。

3．2 提高建筑设计的抗震性

在进行建筑结构的设计过程当中，应保障建筑的抗震性达到国家的要求与标准，并要求相关的人员对工作认真负责。同时对我国近几年所发生的地震区域的建筑物进行分析，对抗震因素进行了解，保障建筑物可以对自然灾害进行抵抗，保障建筑物的安全性发展。此外，相关的设计人员应对建筑物的抗震性进行了解与掌握，并对其有足够程度的重视。

3．3 加强设计师的质量意识

对建设结构进行设计是一项相对较为复杂的工作，这就对设计师有一定的要求，对理论知识、工作态度、创新思维以及实践经验等方面都应进行严格的把关。同时，还要求设计师对相应的法律法规进行了解，并做到按规范设计，在保障结构设计质量的前提下，加强设计的安全性。此外，还要求设计师有良好的学习能力，加强对新事物的学习与接受，并对建筑中的抗震进行正确的认识，确保建筑的安全。

3．4 提高设计人员的专业水平

随着建筑行业的发展逐渐的加快，相应的规范也在不断的完善，但现代化的建筑设计与传统的建筑有着很大的区别，这就要求相关的设计人员的专业技能水平较高。由于科技的发展逐渐的加快，信息化的技术水平发展较快，在建筑行业中也逐渐的融入了先进的技术，但是有很多的建筑结构设计工作人员对先进的技术不能进行熟练的使用，这也就阻碍了先进技术的应用，并在一定的程度上阻碍了建筑行业的发展与进步。由此，就应该在设计单位定期的进行培训与教育，加强设计人员的相关技能水平，促进建筑结构设计的安全，建设一批高素质、专业化的设计队伍，以此来加强我国建筑行业的发展。

4 结语

随着我国的发展，建筑行业的安全与质量逐渐的受到重视，由于建筑结构设计是影响建筑安全性的主要原因，所以应该对其进行有效的控制。虽然建筑行业的发展逐渐的趋于完善，但仍存在着一定的不足之处，对建筑的安全性带来一定的影响。

参考文献:

［1］ 李博，石国栋． 试论如何在建筑结构设计中提高建筑的安全性［J］． 科技信息，2012( 4) : 88-89．

［2］ 周超． 试论如何在建筑结构设计中提高建筑的安全性［J］． 建材与装饰，2013( 3) : 36-38．

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关键词：建筑节能；外墙外保温；保温隔热

1保温隔热材料设计原理

保温隔热系统结构为基层处理-保温隔热层-抗裂保护层-饰面层。基层处理：根据不同建筑基体表面情况分别采用相应的处理方式，包括采用普通水泥砂浆找平、聚合物水泥灰浆拉毛或者不处理。以聚苯为主要原材料来生产保温隔热材料在世界各地均比较盛行，产品形式主要有聚苯板、聚苯复合材料、聚苯乙烯颗粒等，其中聚苯板目前使用比较多。然而，聚苯板不适合外形不规则的建筑部位保温，聚苯板之间粘结处易开裂，聚苯板与罩面砂浆亲和力差，综合成本较高，因而使用受到限制。将聚苯乙烯颗粒与胶粉料混合制成的不定型涂抹式保温隔热材料可以克服聚苯板的这些不足。胶粉聚苯颗粒保温隔热灰浆设计主要考虑原则如下：

(1)对聚苯乙烯泡沫颗粒的级配(粒径为2-5mm，容重为20-30kg/m3)、以及它和胶凝材料的配比的优化设计，使得此材料的密度、导热系数、蓄热系数、收缩率以及强度等各性能指标都得到了优化。

(2)添加了硅铝玻璃空心球体料(比表面积为400-1500m2/kg，球体粒径为5m-60m，氧化硅的含量在50%以上)，它和聚苯乙烯泡沫颗粒都属于轻质多孔材料，起到了保温隔热作用；另外，“滚珠效应”改善了材料的和易性、整体性，一次施工达4cm以上，并且不需二次找平，显著提高了施工效率。

(3)由于外加剂的作用，引入了1%-5%的气泡，隔断了热传输通道，既达到了保温隔热的效果，也起到了保水的效果，提高了水泥水化程度，增强了保温层的强度。

(4)主要原料是废旧聚苯乙烯泡沫，既利用再生资源，又减少了白色污染，所以此灰浆材料既是很好的环保产品，也很大程度的节约了资源。

(5)采用干粉料预混合干拌技术与聚苯泡沫颗粒分装工艺，现场只需按比例加水搅拌即可施工，解决了传统工艺中生产搅拌期长、运输成本高、存放周期短、现场配料计量不准确、施工不方便等技术经济问题。

2抗裂砂浆设计原理

随着国家墙体材料的革新和节能建筑推广应用工作的深入，传统砂浆所暴露出的许多缺陷，如因墙面空鼓、开裂、脱落等而引起墙体渗漏、透风、剥落等问题，在建筑工程中越来越突出，严重影响了工程质量和正常使用，也制约了保温隔热材料的推广应用。大量资料表明，造成这些问题的主要原因，除了地基不均匀沉降等引起的结构裂缝外，主要可以归纳为以下两个方面：一是墙材自身吸水率高、收缩大；二是所用砂浆保水性差、收缩变形大、粘结强度低、耐候抗裂性差及匹配不合理等。所研制的抗裂砂浆主要从以下几个方面对普通砂浆性能进行改善：

(1)材料补偿收缩机理。

为达到抗裂砂浆早期零收缩的目的，在原料中引入体积稳定剂，由于在水化后生成大量膨胀性晶体，产生体积膨胀，体内产生压应力和压应变，补偿了各类收缩变形，抵消或部分抵消了相应的拉应力，从而提高了整体的抗裂性。

(2)聚合物改性机理。

在水泥砂浆中掺入聚合物后，会引起水泥砂浆性质的一系列变化，诸如，抗折强度提高、抗压强度降低、弹性模量降低、刚性降低、柔性增加、变形能力提高、耐磨性增加、粘结强度提高、耐久性提高等。

(3)应力分散机理。

在抗裂砂浆施工中引入耐碱网格布，可以使抗裂砂浆的应力分散均匀，从而避免因应力集中引起的开裂。还可以通过引入纤维达到应力分散的目的。

(4)提高砂浆的保水功能。

在抗裂砂浆中加入保水剂，可以有效防止表面水分散失；同时在抗裂砂浆施工完成后，马上在表面刷防水养护液，也能有效防止水分散失，同时形成新的抗裂层，具有双层抗裂功能。

3保温隔热层厚度设计

国家标准GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》对围护结构保温和隔热性能指标(K，R，0；，max)计算方法和计算参数做出了规定；行业标准JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》对带有抗震柱、圈梁等热桥部位的复合墙体的外墙平均传热系数K的计算方法做出了规定：行业标准JGJ134-2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》对夏热冬冷地区节能50%目标时的外墙传热系数和蓄热系数也做了规定。

作者简介：李磊跃(1975-)，男，温州市经济建设规划院，研究方向：工程项目建筑经济学、建筑施工技术与组织、工程合同管理、安全与风险管理等；杨远程(1986-)，女，温州市经济建设规划院，硕士。

式中：Ri为窗户、空气层等热阻.上述K的计算方法适用于不带抗震柱、圈梁等热桥部位的多层结构。对于该保温隔热层结构，根据对材料层厚度、导热系数和蓄热系数的测定值，按公式(1)、公式(2)和公式(3)可以计算得到该保温隔热材料与其他主体建筑配合使用形成的围护结构热阻R、热惰性指标D、传热系数K以及达到节能50%的目标时墙体的最小厚度的值.使用加气混凝土砌块作为墙体结构，若围护结构其他部分(窗户、屋面等)能达到节能标准的相关规定，外墙不需要保温隔热施工即可达到50%的节能目标；而对于混凝土砌块或粘土实心砖，保温隔热层厚度需要分别增加到29.4mm和20.1mm才能满足节能目标，同时这些传统材料尤其粘土实心砖，既浪费能源，又对环境造成严重污染，不满足现阶段我国推广的“四节”节能产品的节能要求。钢筋混凝土主要用作建筑的梁和柱等承重、框架结构，其热阻较小，为达到节能50%的节能目标，其表层保温隔热层厚度不得小于30.7mm；可见钢筋混凝土梁、柱是建筑物中最主要的“热桥”部位，保温隔热施工中一定要尽量消除该种“热桥”。

参考文献

[1]王晶.浅谈几种建筑围护结构节能设计[J].甘肃科技，2006，(7)：87-89.

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【关键词】高层建筑；结构；设计；探讨

1 高层建筑结构设计方面的原则

1.1 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

3 高层建筑结构的相关问题分析

3.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.3 嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.4 结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

4 结语

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

参考文献

[1]梅洪元，付本臣．中国高层建筑创作理论发展研究[R]．高层建筑与智能建筑国际学术研讨会，2002.

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关键词：高层民用建筑；结构设计；问题；措施

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

0引言

建筑工程质量的好坏和群众生命财产安全息息相关，而其中建筑设计又是一项繁重、责任大的工作，对建筑物的整体安全、经济合理性以及适用都会造成严重的影响。 实际设计过程中，结构设计概念与方法上总是存在着一定的差错，之所以存在差错，主要有以下几方面的原因：第一，由于设计人员对于高层建筑设计没有过多的重视，只盲目的按照或者一味的照搬其他设计结果进行；第二，设计人员对于相关设计规范及方法缺乏一定的了解；第三，设计人员没有清晰的力学概念，难以构建起科学合理的计算模式，在判断结构验算结果时，经验不足。

1.高层民用建筑结构设计过程中存在的问题

1.1天然地基承载力与基础埋深的确定问题

首先是地基承载力的确定存在误差 ；在对地基承载力进行确定时，不仅要对其性质加以充分的考虑，而且，还要充分的考虑基础的埋置深度以及宽度，地基承载力会随着基础埋置深度的加深以及基础宽度的加大而逐渐的提高。但是，如果属于软弱基地，那么，将会使得地耐力取值进一步提高，存在安全隐患。其次，基础埋深，通常从室外地面标高开始算起；填方区域应在填土后才可进行挖槽，可从填土面开始算起，填土主要是在上部结构而完成的，从天然地面标高开始算起。如果地下室采用的是箱形基础，那么，基础埋深应从室外地面标高开始算起；比如，分离式的基础的地下室，也就是说内墙与内柱基础，具体埋置深度应从室内地面开始算起；而地下室外墙基础应采取室内与室外计算埋置深度的平均值。不过，实际设计过程中，通常没有考虑天然地面室外设计地面标高间存在的不同和填土的规范施工顺序，只一味的按照设计室内地面标高算起。这样一来，就会使得基础计算埋深值进一步增大，最终导致按照深度调整后的地基承载力也较大，安全系数低。

1.2结构计算存在的问题

建筑物结构计算存在的问题是荷载取值不够合理、验算底框砌体结构方面的问题以及结构周期折减系数的确定。如，高层民用框架的建筑一般在采取独立的基础上以及其地基受力部位不具备软弱粘性土层的情况下，那么，就非常有必要对地基的抗震承载力加以验算，在对其基础进行设计时，应充分的考虑风荷载的作用。因此，必须将风荷载输入到高层民用建筑中。只有具有均匀的刚度时方可采用底部剪力法，假如其结构中存在薄弱层，应充分考虑其因塑性变形集中所带来的影响；此外，由于框架结构等都有填充墙，因此，它的实际刚度要高于计算时的刚度，但其实际周期比计算周期小，因此，最终所计算出的地震剪力通常较小，使得结构潜在了安全隐患，唯一的解决办法就是折减计算周期。

2.加强高层民用建筑结构设计措施

2.1对地基承载力宽度与深度修正

在对地基承载力宽度与深度进行修正时，应结合工程具体情况，根据《建筑地基基础设计规范》中的规定、基本原理以及理论，明确基础埋置深度的取值，特别对于部分特殊情况，应充分的分析，合理的进行取舍。在施工中要求基础完成时还要在上部结构施工前回填完成，回填土应进行分层夯实。实际上，地基承载力就是地基同时满足强度以及变形这两个条件时，单位面积所能承受的最大荷载。一般情况下，上部结构体型较为简单，整体刚度较大，如果，地基不均匀沉降有着极强的适应性，那么，地基承载力就可取高值；如果基础宽度大，埋置深度深，那么，地基承载力就会有所提高；高层建筑为了使得地基具有较好的稳定性，避免建筑物滑动与倾覆，通常都会要求基础整体刚度要大，埋置深度深，可采用箱形基础。另外，基础埋深对于地基土体及上部结构所组成的相互作用体系的动力特性与动力反应有着一定的影响；各个学者在对这一问题进行研究后，所得出的结论存在着一定的差异，主要是因为上部结构刚度条件具有差异性。应对上部结构各种刚度条件加以全面的考虑，并进行大量的数值计算，从而获取到基础埋深对土体与结构共同作用体系的动力特性与反应影响的规律。

2.2结构计算参数的选择

具体有以下三方面：首先，选择合理的地震力振型组合数；其对于高层建筑，在没有采取扭转耦联计算方式时，应取3，如果振型系数已经超出了3，那么，应取3的倍数，不过决不能比房屋层数高，在《建筑抗震设计规范》中有明确的规定，一个合理的振型个数通常能够取振型参与质量达到总质量的百分之九十所需的振型数。目前，中国建筑科学研究院已经具备了这一功能，能够及时的将这种参与质量的比值全面的输出。同时，通过耦合计算的地震剪力要比非耦合计算小，只有其结构发生极为明显的扭转时，才可以采用耦合计算的方式进行，必要时应采用非耦合计算加以补充。其次，框架结构或荷载最不利布置与组合；如果活荷载较大，那么，是否对活荷载进行最不利布置、组合，会严重的影响到计算全面的反映出来，很有可能导致结构不安全。并且在PKPM中难以将荷载规范表4.1.1中的第1（1）与第1（2）~12项进行明确的区分，无法满足荷载规范区分不同荷载类型采用各种楼面荷载折减系数的具体要求。所以，在对结构计算过程中，应对各种构件进行区分，然后进行分布计算，并且当荷载输入时，应进一步折减楼面活荷载。

3.结论

综上所述可知，本文论述了高层民用建筑结构设计过程中存在的问题，并针对问题制定了有效的措施，以确保结构设计具有较高的准确度、安全性以及较好的经济合理性。由于笔者能力有限，本文的论述不是很全面，以期相关人员提出宝贵的意见。

参考文献:

[1] 倪荣荣．高层建筑结构设计若干问题探讨[J]．才智，2011年23期．

[2] 陈娟，王晓霞，李谦．高层建筑结构的若干关键设计分析[J]．科技致富向导，2011年20期．

[3] 卜永庆．高层建筑结构分析与设计[J]．中国新技术新产品，2011年14期．

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关键词：建筑；结构设计；优化

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

在建筑领域内，数字计算机和相关的数字技术，不仅能够让从业者轻松自如的完成数据分析和计算、项目设计和出图等一系列工作。而且它也带给了我们许多“新体验”。比如说：建筑结构设计优化。经验告诉我们，在以数字计算机为操作平台，以数学、力学等学科为参考的建筑结构设计优化工作，不仅能够辅助结构师进行项目“可执行性”（传统结构设计）这一主要工作，同时，它也能够对结构设计的“安全性”、“经济型”等有关问题起到权衡利弊的作用。毫无疑虑，建筑结构设计优化为日趋复杂、多元化的建筑实现了强有力的结构架设保障。而在具体的工作中，如若想真正达到经济和合理双收益的工作目标，我们必须要严格把握相关的方式方法和技术手段。

一、建筑结构设计优化的好处

我们都知道，在传统的建筑结构设计中，设计者通常会根据设计要求，然后结合以往的实践经验，参考近似的设计方案，以判断的方式去着手进行相应的设计方案，在此之后，再去进行有关“强度”、“刚度”、“稳定”等相关方面的计算。在运用此方法进行结构设计时，如果条件允许的话，设计者还会从结构布局、结构外形、材质选择等方面入手，去寻求一个更为合理的设计方案，而在力学分析方面也仅仅是起到了一个核对查考、比较验证的作用。于是，传统的建筑结构设计就暴露出以下这么几种主要弊端：①工作量大、效率低下；②由于时间限定和设计者经验不足等内外因素，致使所敲定的设计方案并非是最为理想、科学的方案；③以分析和计算各种外界因素作用下的受力、变形等力学反应为工作目标，未达到设计这一层面。

然而，伴随着数字技术等科学技术的崛起、涌进，我们人类的思维、感想等各种与设计有关的因素，也不断地被充溢和改变着。这时候，只能够起到“分析”作用的传统结构设计方式就明显的有些力不从心了。因为，在现如今，不管是任何一种设计，其除了要满足设计对象的工艺性能等艺术特征，可靠性、安全性等使用性性能之外，还要做到设计对象被生产时，达到消耗最低、误差最小、费用最低等目的。而建筑结构设计优化，就是如此。

事实证明，建筑设计优化能够做到：“将设计周期缩短到最小范围，节省大量人力，提高设计质量及水平，从而，最终取得显著的经济和社会效益。”而建筑结构设计优化是如何做到这点的呢，这要从其方法和技术上谈起。

二、建筑结构设计优化的方法

和所用结构设计优化一样，建筑结构设计优化的主要特征是让“参与计算的部分以变量的方式”出现。通俗的讲，就是在设计过程中，在符合各种相关规范、规定条例之下，将所有能够实现结构设计的方案全部罗列出来。而后，在数学手段的辅助之下，按照设计预定要求，从中挑选一个“可执行性”、“科学性”和造价最低等各种优势兼顾的最优方案。而具体到方法的应用上，建筑结构和工程造价是两个最为明显的突破口。

（一）建筑结构

建筑抗震设计要求建筑平面宜规则、简单、对称，减少偏心，平面的长宽比不宜过长、平面凹凸不能太大，竖向抗侧力构件尽量连续等。因此建筑设计师在建筑方案设计阶段全局考虑尤为重要！同时结构师参与建筑方案的设计也是很有必要的。建筑方案规则合理了，结构设计师再在受力分析及概念设计方面进行计算分析、合理调整。就能做出完成一个既经济有安全的结构，做到既节省又节能的要求！大量工程实例表明，不规则的建筑方案很大程度上使得结构师在优化设计上显得有些力不从心。

对于一项工程而言，从建筑工程的结构入手，是设计师最长使用的结构设计优化办法。诚然，建筑结构总体是由若干个分部结构构建而成的，而建筑分部结构又可被分为：“基础结构”（建筑框架）、“屋盖结构”、，“围护（墙体）结构”以及“结构细部”（如：门窗、地板等）等多个方面。于是乎，每一个分部结构都成为了设计师使用结构设计优化的突破口，在具体操作时，设计者便可以在相关规定要求范围之内，围绕造型、选材、布局、位置、力学、造价等各个优化设计关键因素去结合具体情况（建筑师等相关人员的需求），本着经济效益、安全系数“双丰收”的方针，由片面（每一个分部结构）及全面的进行建筑结构优化设计。

（二）工程造价

经试验证明，在建筑工程项目中，正确使用建筑结构优化方法，可以让工程造价降低到5%-30%（就现况而言，但随着技术的革新，比率会越来越高）。所以，在保证建筑内部各个分支能够相互协调，保障建筑的安全性、合理性，结构可靠度的情况之下，合理的利用建筑材质材料，是降低工程造价的最直接的方式。于是，这也就成为建筑结构设计优化方法的另一个“着陆点”。

综上所述，我们不难看出：从正确的“入口”使用建筑结构设计优化方法，是实现建筑适用性能高、安全性能高、成本低廉等优势行之有效的途径。而在具体应用上，我们还要毫无纰漏的应用技术手段，来予以实现。

三、建筑结构设计优化技术上的难题

每一项建筑结构设计，它都会产生出许多种结构布局设计方案，另外，建筑物细部的处理方式更是千差万别的。对于设计者而言，通过一味的去分析设计中各种相关参数、材料、负荷值等数值，去寻求优化设计并非是科学的。因为，就拿负荷值来说，同种负荷情况下，也存在有许多不同的分析方式方法。

其实，建筑结构设计优化，同样也要遵循传统结构设计的流程的：“设计（拟定各个相关尺寸）校核（审核是否符合规范条例）修改设计方案再校核”，如此循环，直至达到理想方案。而在此流程中，结构设计师的经验、学识、阅历是起着不容小觑的作用的。例如说：每一个建筑项目都会在其建设中或建成后，有可能遇到许多不可预见的自然灾害，如地震、火山喷发等地质灾害。而在建筑结构设计优化过程中，设计者就要做到防患于未然。落实到操作上，我们首先要将不利于对抗“地震”等自然灾害的做法排除在外，其次，我们在设计优化过程中，一定要认真考虑“地震作用”、“风荷载”以及“轴力”、“弯矩”、“剪力”等和“外荷载”相关的各种数值。而在解决此问题上，设计者可以凭借自己的工作经验和学识，去因地适宜的进行设计。诸如：刚度平衡对称可以减轻地震给建筑带来的损害；“延性设计”可以避免建筑在地震影响下，发生“脆性断裂”现象；以及“多道设防设计”会让在特大地震发生时，先破坏建筑的次要构造元素，以达到最小限度的影响主体建筑结构。另外，随着建筑楼层的不断增高，结构师可以在满足建筑师设计诉求的基础之上，采用水平布置对称、规则，竖向上下贯通的优化方法。如此的优化方法，由于尽可能的缩小了质量和刚度中心，使得建筑物不会出现由于水平负荷过大，产生扭曲的状况；另外，竖向连贯的方法，让竖向刚度产生了“渐变”效应，从而不至于产生刚度突变，出现应力集中的弊端。

总而言之，建筑工程，不仅是一项极度科学、严谨的学科，而且也是一项资费高昂的工程。在进行建筑结构设计优化的“征途”中，结构师一定要从多角度出发，全方位的估计所涉及到的各种问题，总之，我们既要遵循相关的规则和准则，又要在保证项目最优化设计的基础之上，去寻找能够实现“开源节流”的结构设计方式和技术手段。

四、结语

显而易见，建筑结构设计优化的出现，为现在的建筑选择了一个最为有效、科学的建筑结构。有句名言曾经说到：“建筑的目标在创造完美，也就是创造最美的效益。”对于一个建筑结构设计师来说，在保证建筑安全、可靠性的前提之下，探索科学、经济、实效性的建筑结构是非常值得提倡的。因为，建筑结构设计优化方法的技术性实现，不仅可以让建筑项目在施工中找寻到最经济、最合理的材料利用方式，也可以让结构内部各元素得到很好的调配，更可以使落成的建筑拥有极高的安全度。无疑，建筑结构设计优化是让建筑实现经济、安全、并且不乏适用性的最佳途径。

参考文献：

[1] 熊开安，程志勇著.《建筑结构》[M].广州：华南理工大学出版社.2011(07)

[2] 刘昭如，庄艳著.《建筑结构与力学基础》[M].上海：上海交通大学出版社.2011(09)

[3] 徐传亮，光军著.《建筑结构设计优化及实例》[M].北京：中国建筑工业出版社.2012(03)

[4] 姜牛著.《建筑结构设计中应注意的问题》[J].《价值工程》.2011(36)