時間：2023-07-28 16:42:56
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關鍵詞:建筑；結構設計；概念設計；質量；措施；探討
Abstract: this paper combined with years of the architectural design experience and related material, puts forward the structure design of the basic concept and the conceptual design of the specific steps and the important meaning. Discusses the structure design of quality concrete measures. Refers for the colleague.
Keywords: architecture; Structure design; The conceptual design; Quality; The measure; explore
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
一、引言
隨著我國城市化進程的加快,我國的房地產市場交易日益活躍,房屋價格節節攀升,對于老百姓而言,買房是平生的頭等大事,幾乎花掉大半生的積蓄,與此同時我國內陸地震頻發（2008年5月12日汶川地震,里氏7.8級;2010年4月14日玉樹地震,里氏7.1級）,因此房屋的質量不僅關系到人們的切身利益,還在危急時刻直接影響到生命財產安全。作為一名結構工程師,我們必須把設計質量放到最最重要的位置,設計前深思熟慮,設計中一絲不茍,盡可能避免設計圖紙上出現“漏、碰、錯、缺”。采取有效的措施確保并提高建筑結構設計質量。下面就以上問題和提高建筑結構設計質量措施展開具體探討。
二、建筑結構設計的基本概念簡介
結構設計的具體程序是需要嚴格遵守的。建筑物的設計工作實際上存在諸多分支，這些分支具體涵蓋了結構設計、電氣設計、建筑設計、暖氣通風設計、給排水設計等。每個分支的具體設計過程都必須圍繞四個根本目標:審美要求、功能要求、環保要求以及經濟要求。建筑的結構是建筑物發揮其使用功能的基本條件，因而，結構設計也是建筑物設計過程中極為重要的組成部分之一，結構設計細分為以下四個步驟:設計結構方案、結構分析、設計構件、繪制施工圖紙。
建筑結構的類型這一概念相對而言范圍廣、內容豐富。根據不同建筑物在具體功能要求上的差異，隨著科學技術的發展，逐漸產生了諸多結構類型與結構的分類方法。從建筑物具體用途的角度，可以劃分為民用建筑與工業建筑。如果依據建筑物的層數來分類，則可以分為超高層、高層、多層、單層建筑。建筑物使用的結構材料是有所區別的，從結構類型的角度來分類，大體上有:混合結構、砌體結構、木結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構等。此外，建筑物的結構構件組成方式也存在較大的區別，從這個角度，可以劃分為框筒結構、剪力墻結構、框架結構、筒中筒結構、筒體結構、框剪結構、束筒結構等。由此可見，建筑結構類型的劃分方法頗多，內容也相對復雜。
而建筑結構設計中還有一個很重要的名詞:概念設計。概念設計的具體含義指的是通過清晰、明確的概念結構，在不進行數值計算的情況下，根據分系統與整體結構系統間的結構破壞機理、力學關系、實驗現象、震害以及工程經驗所獲得的原始設計思想與基本設計原則，對結構的計算結果做出合理、準確的分析，同時將計算假設與結構的實際受力狀況間的差異也考慮在內，對結構或構造進行設計，盡可能保證建筑物的受力更安全、更合理、更協調。
三、概念設計的具體步驟與重要意義
在結構設計中，概念設計占據極其重要的地位，結構設計步驟通常可以劃分為三步:前期選擇方案階段，中期結構計算階段以及后期制繪施工圖階段。結構設計與分析的首要步驟就是概念設計，以上三個步驟均與科學的概念指導不可分割。一名好的結構工程師在每個項目工程設計的初始階段，也就是建筑設計方案確定階段，先按照自身的經驗和專業基礎，在心里經歷一段優化過程，應用概念設計手段，能夠快速、合理地構思，比較，抉擇每一個結構體系，并且協助建筑師擴展或者實現建筑行業所需要的空間形式，想要的使用，構筑和形象功能，且將其定為目標，同建筑師共同決定建筑的總體結構方案，此外，還要確定整體結構體系和分體結構體系最佳的受力方案。得出來的方案一般具有清晰的概念和正確的定性，從而避免了后期不必要的運算，經濟可靠性能較好。另外，這種方法也可以作為判斷計算機的內力分析所得到的數據可靠性的依據。作為結構設計的靈魂和核心，概念設計統領著整個結構設計過程，也顯示了設計工程師的理論和設計水平。通過結構概念設計的運用，可以從全局上明確結構的各項性能，從而科學的判斷計算分析得到的結果并進行合理的利用，確保了設計過程中工程師的主體地位。
四、提高建筑結構設計質量的具體措施
建筑工程的一個特點就是受到地理因素的制約與影響，這個特點也導致設計過程中涉及的參數很可能具有一定的特殊性。簡單舉例有:基本雪壓、基本風壓、場地土類別、地震烈度等鑄鍛參數的選取過程都要嚴格依照《全國基本雪壓分布圖》《全國基本風壓分布圖》以及工程地質報告這三份材料進行敲定，又如墻體圍護的主材在不同地區存在差異，工程師則需要根據實際選用的主材確定墻體荷載。在開始設計之前，設計人員應當大量收集設計相關資料、深入研究設計規范，根據具體的工程類型、地域條件確定具體參數，這樣的做法能夠在加強計算結果可靠性的同時，避免參數不合理、參數錯誤造成的返工、浪費等現象。
建模計算的前期處理是提高結構設計質量的重要措施之一。對荷載的計算要保證準確有效，估計、推測等無依據的做法是需要每個工程師盡可能避免的。建模的過程要嚴格按照科學的方法來給定輸入，樓梯洞口輸入處的局部開洞處理，轉換層構件與懸挑構件設計中活荷載的不利影響，飄窗部分的荷載分析等都是需要格外注意的步驟。
在尚未了解各個參數具體含義的情況下，毫無依據的對參數進行盲目的修改是結構建模過程中的一個大忌。在調整參數的過程中，要格外注意不同參數的具體適用范圍，具體的某一項參數大多具有較為嚴格的適用性，磚混結構下準確的參數，很可能不適用于框架結構，多層結構下準確的參數，對高層結構的適用性也未必能夠保證。對相關計算軟件的應用也要注意這個問題。不同的計算理論是具有其特定的假設條件的，軟件的編制默認狀態下均符合這些特定條件，為了避免出現參數不匹配、不適用的問題，在使用軟件前必須了解清楚這款軟件的具體技術條件，即使是最熟悉的PKPM軟件系列也不能忽略這個問題。缺乏對于軟件技術條件的深刻理解，就無法合理、正確的應用軟件進行實際設計。因過分信任計算機的計算結果，而忽視結構概念導致的嚴重錯誤，近年來在結構設計領域也屢見不鮮。相關領域工作者在必要的情況下要進行手算復核，而不是迷信軟件的計算結果，這種情況對于帶轉換的構件設計工作最為重要。
在結構設計的過程中，建筑物計算分析的結果是為了確保在靜力荷載以及自然災害造成的動力荷載作用下具有較強的整體安全性。然而，僅僅依靠計算分析結果展開的設計，在實際生活中是很難避免荷載作用下建筑物局部開裂、破壞等現象的。針對不同的自然災害，要進行專門的防護性設計。以地震為例，可以根據工程抗震等級的要求指標，按照設計規范中的具體要求，在結構設計過程中采用必要的構造措施。特別是針對計算性相對比較弱的結構類型時，多數的設計都要求通過構造措施保證建筑的安全性。
五、小結語
通過文章中的分析，概念設計在建筑結構設計的過程中扮演了很重要的角色。除此之外，針對軟件計算參數、計算結果的荷載分析、數學建模工作的有效進行，都是提高建筑結構設計質量的好辦法。
參考文獻:
[1]閔小雙.概念設計在建筑結構設計中的意義[J].科技資訊，2006(34)：213．
[2]柳強.王玉玲.淺談概念設計在結構設計中運用[J].新疆化工，2006(1)：25～27.
[3]王順卿.談建筑結構設計中的概念設計[J].山西建筑，2006(8)：39-40．
[4]顏興強.淺談建筑結構設計方法[J].沿海企業與科技,2009(5).
[5]熊煜.建筑結構設計中若干問題分析[J].山西建筑,2009(25).
關鍵詞：建筑；結構設計；質量控制；措施
中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著我國市場經濟狀況的高速發展，城市化的進度正在逐漸加快，盡管房價商場非常猛烈，房地產市場的交易量依然與日俱增，對廣大人民百姓來說，購置住房是生活中最重要的活動之一，不少工薪階層將大半生的勞動所得消耗在房產上。同時，我國的內陸地區地震頻發，住房的質量不但與廣大人民的切身利益息息相關，還可能在自然災害發生時直接影響到百姓的人身安全。建筑的結構設計在很大程度上影響著建設工程的安全可靠、美觀實用、施工難度、工程造價等諸多品質，提高建筑結構設計質量自古以來，都是結構工程師最為關注的話題之一。同時，項目的特殊要求、施工環境的變化以及結構設計人員水平上的差異等諸多因素都與結構設計的出圖質量密切相關。為了盡可能避免設計圖紙上出現“漏、碰、錯、缺”，相關領域的技術工作者應當通過有效的措施盡可能提高建筑結構設計的質量。通過文章中的分析，概念設計在建筑結構設計的過程中扮演了很重要的角色。除此之外，針對軟件計算參數、計算結果的荷載分析、數學建模工作的有效進行，都是提高建筑結構設計質量的好辦法。本文在此談了談自己的觀點和看法，可供同行參考。
1 建筑結構設計的概念
結構設計的具體程序是需要嚴格遵守的。建筑物的設計工作實際上存在諸多分支，這些分支具體涵蓋了結構設計、電氣設計、建筑設計、暖氣通風設計、給排水設計等。每個分支的具體設計過程都必須圍繞四個根本目標: 審美要求、功能要求、環保要求以及經濟要求。建筑的結構是建筑物發揮其使用功能的基本條件，因而，結構設計也是建筑物設計過程中極為重要的組成部分之一，結構設計細分為以下四個步驟: 設計結構方案、結構分析、設計構件、繪制施工圖紙。建筑結構的類型這一概念相對而言范圍廣、內容豐富。根據不同建筑物在具體功能要求上的差異，隨著科學技術的發展，逐漸產生了諸多結構類型與結構的分類方法。從建筑物具體用途的角度，可以劃分為民用建筑與工業建筑。如果依據建筑物的層數來分類，則可以分為超高層、高層、多層、單層建筑。建筑物使用的結構材料是有所區別的，從結構類型的角度來分類，大體上有: 混合結構、砌體結構、木結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構等。此外，建筑物的結構構件組成方式也存在較大的區別，從這個角度，可以劃分為框筒結構、剪力墻結構、框架結構、筒中筒結構、筒體結構、框剪結構、束筒結構等。由此可見，建筑結構類型的劃分方法頗多，內容也相對復雜。而建筑結構設計中還有一個很重要的名詞: 概念設計。概念設計的具體含義指的是通過清晰、明確的概念結構，在不進行數值計算的情況下，根據分系統與整體結構系統間的結構破壞機理、力學關系、實驗現象、震害以及工程經驗所獲得的原始設計思想與基本設計原則，對結構的計算結果做出合理、準確的分析，同時將計算假設與結構的實際受力狀況間的差異也考慮在內，對結構或構造進行設計，盡可能保證建筑物的受力更安全、更合理、更協調。
2 概念設計在建筑結構設計中的重要意義
在結構設計中，概念設計占據極其重要的地位，結構設計步驟通常可以劃分為三步: 前期選擇方案階段，中期結構計算階段以及后期制繪施工圖階段。結構設計與分析的首要步驟就是概念設計，以上三個步驟均與科學的概念指導不可分割。一名好的結構工程師在每個項目工程設計的初始階段，也就是建筑設計方案確定階段，先按照自身的經驗和專業基礎，在心里經歷一段優化過程，應用概念設計手段，能夠快速、合理地構思，比較，抉擇每一個結構體系，并且協助建筑師擴展或者實現建筑行業所需要的空間形式，想要的使用，構筑和形象功能，且將其定為目標，同建筑師共同決定建筑的總體結構方案，此外，還要確定整體結構體系和分體結構體系最佳的受力方案。得出來的方案一般具有清晰的概念和正確的定性，從而避免了后期不必要的運算，經濟可靠性能較好。另外，這種方法也可以作為判斷計算機的內力分析所得到的數據可靠性的依據。作為結構設計的靈魂和核心，概念設計統領著整個結構設計過程，也顯示了設計工程師的理論和設計水平。通過結構概念設計的運用，可以從全局上明確結構的各項性能，從而科學的判斷計算分析得到的結果并進行合理的利用，確保了設計過程中工程師的主體地位。
3 提高建筑結構設計質量控制的措施
建筑工程的一個特點就是受到地理因素的制約與影響，這個特點也導致設計過程中涉及的參數很可能具有一定的特殊性。簡單舉例有: 基本雪壓、基本風壓、場地土類別、地震烈度等鑄鍛參數的選取過程都要嚴格依照《全國基本雪壓分布圖》《全國基本風壓分布圖》以及工程地質報告這三份材料進行敲定，又如墻體圍護的主材在不同地區存在差異，工程師則需要根據實際選用的主材確定墻體荷載。在開始設計之前，設計人員應當大量收集設計相關資料、深入研究設計規范，根據具體的工程類型、地域條件確定具體參數，這樣的做法能夠在加強計算結果可靠性的同時，避免參數不合理、參數錯誤造成的返工、浪費等現象。建模計算的前期處理是提高結構設計質量的重要措施之一。對荷載的計算要保證準確有效，估計、推測等無依據的做法是需要每個工程師盡可能避免的。建模的過程要嚴格按照科學的方法來給定輸入，樓梯洞口輸入處的局部開洞處理，轉換層構件與懸挑構件設計中活荷載的不利影響，飄窗部分的荷載分析等都是需要格外注意的步驟。在尚未了解各個參數具體含義的情況下，毫無依據的對參數進行盲目的修改是結構建模過程中的一個大忌。在調整參數的過程中，要格外注意不同參數的具體適用范圍，具體的某一項參數大多具有較為嚴格的適用性，磚混結構下準確的參數，很可能不適用于框架結構，多層結構下準確的參數，對高層結構的適用性也未必能夠保證。對相關計算軟件的應用也要注意這個問題。不同的計算理論是具有其特定的假設條件的，軟件的編制默認狀態下均符合這些特定條件，為了避免出現參數不匹配、不適用的問題，在使用軟件前必須了解清楚這款軟件的具體技術條件，即使是最熟悉的 PKPM 軟件系列也不能忽略這個問題。缺乏對于軟件技術條件的深刻理解，就無法合理、正確的應用軟件進行實際設計。因過分信任計算機的計算結果，而忽視結構概念導致的嚴重錯誤，近年來在結構設計領域也屢見不鮮。相關領域工作者在必要的情況下要進行手算復核，而不是迷信軟件的計算結果，這種情況對于帶轉換的構件設計工作最為重要。在結構設計的過程中，建筑物計算分析的結果是為了確保在靜力荷載以及自然災害造成的動力荷載作用下具有較強的整體安全性。然而，僅僅依靠計算分析結果展開的設計，在實際生活中是很難避免荷載作用下建筑物局部開裂、破壞等現象的。針對不同的自然災害，要進行專門的防護性設計。以地震為例，可以根據工程抗震等級的要求指標，按照設計規范中的具體要求，在結構設計過程中采用必要的構造措施。特別是針對計算性相對比較弱的結構類型時，多數的設計都要求通過構造措施保證建筑的安全性。
參考文獻:
[1] 馬玉剛．淺談如何提高建筑結構設計質量[J]．工程技術，2010，（09）.
[2] 張麗莉．淺談提高建筑設計質量的措施[J]．建筑工程，2011，（02）.
關鍵詞：結構設計；優化設計；建筑結構
中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：
1 結構設計優化方法的理論體現
當我們進行結構設計以及工程項目的相關設計的時候，不僅要對設計對象的安全性可靠性以及其基本使用功能進行必要的考慮外，設計還要盡可能的突出建筑的美感，這些便是結構以及工程項目的最優化的相關問題。也就是說利用相應的數學上的方法，對所有設計方案進行必要的分析比較，得出最滿意的設計方案，以滿足預期的目標。
從理論上對結構設計優化方法進行相關的分析可知，房屋工程結構總體的優化設計以及房屋工程分部結構的優化設計是結構設計優化方法在實際應用中具體的表現。房屋工程結構總體的優化設計主要是對圍護結、屋蓋系統以及結構細部等進行相應的設計方案的優化設計。在設計的時候還必須考慮到相應的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據工程的實際情況以及結合房屋建筑相應的經濟性，對建筑結構進行相應的優化設計。
為了適應時展的要求，建筑的結構形式必須不斷的進行必要的創新。對于建筑結構的設計師來說，要確保建筑結構具有一定的安全保證，在此基本上考慮設計出新的結構形式。
對于建筑結構的設計，我們要求盡量縮小質量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結構盡量對稱與規則，不過這些必須滿足設計師的基本設計意圖。還要要求在水平荷載作用下建筑物不會產生很大的扭轉效應。必須在滿足建筑相應的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應的承重構件上下貫通。在結構設計中，為了減少結構設計與分析上的難度以及經濟性，我們應該盡量避免使用轉換層結構。對豎直方向的剛度也有著相應的要求，要求剛度的變化必須是漸變的而不是突變的，否則在剛度突變的地方會出現嚴重的應力集中，這不利于建筑結構抵抗水平方向的動力載荷作用。
2 結構設計優化技術的現實意義
對建筑結構的設計進行必要的優化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結構設計進行優化。
結構設計優化和傳統房屋結構設計進行比較我們可以發現：運用設計優化的技術能夠降低建筑的工程造價（6～35％）。結構設計優化技術能夠使得建筑結構內部的每個單元都得到最佳的協調，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關規定的安全系數，還能夠實現對建筑結構設計的經濟性與實用性。
3 結構設計優化技術在建筑結構設計中的步驟
3.1 建立結構優化的模型
在我們對房屋結構整體進行必要的優化設計時候，可以分成三步進行建筑結構的設計優化。下面將對每一步驟進行詳細的介紹：
3.1.1 要對設計變量進行合理的選擇
通常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數作為設計變量。如目標控制的相關參數（損失的期望C2 和結構的造價C1）和約束控制相關參數（結構的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數，我們可以用預定參數來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。
3.1.2 對目標函數進行確定
在進行結構設計優化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關的預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應的失效的概率的函數，使得工程造價最少。
3.1.3 對約束條件進行確定
對于房屋的結構的設計優化來說，必須確保結構的可靠度，來對優化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束等約束條件。在進行結構設計的時候，我們必須對目標約束條件與實際的約束條件進行相應的比較與分析，再確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現最佳的設計。
3.2 對優化設計的計算方案進行設定
根據可靠度進行的房屋結構的優化設計具有多約束且非線性的優化問題以及復雜的多變量，在進行相應的分析計算中，一般把有約束的優化問題轉換成無約束優化問題的求解。常用的優化設計的計算方法有拉氏乘子法、復合形法、Powell 法等。
3.3 進行程序的相關設計
根據可靠度進行的房屋結構的優化設計的基本模型以及所使用的優化設計的計算方法，可以編寫一個具有運算速度快以及功能齊全的綜合應用程序。
3.4 結果分析
我們必須對相應的計算結果進行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設計方案。在這個過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對問題進行多角度的考慮。這一步驟在建筑結構設計優化中尤其重要，合理的選擇設計方案，不僅能夠確保結構的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠對施工中的資金的投入有著重大的影響。在結構設計優化中只強調經濟上的節約，而忽略技術上的相關要求，是不正確的；同樣只考慮技術上的要求，而不考慮經濟的要求，也是不合理的。我們必須對兩者進行合理的配置，才能達到相關要求。
4 結構設計優化技術的實踐應用
對于項目的前期設計、整體設計、舊房改造以及抗震設計方面均能夠采用結構設計優化設計的方法。下面對實踐應用中的問題進行必要的說明：
4.1 結構設計優化應注意前期參與
前期方案直接會影響到工程的造價，然而很多結構設計忽略了這一點，所以我們應該注意。前期參與能夠讓我選擇合理的結構形式以及合理的設計方案。
4.2 概念設計結合細部結構設計優化
在沒有具體數值量化的情況下，我們可以使用概念設計。例如，對地震的烈度進行設防時，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實際相符合的計算式，所以在進行設計優化的時候我們可以使用概念設計的方法，把相應的數值作為參考與輔助相關的依據。同時在設計過程中，相關結構設計人員必須合理并靈活的使用結構設計優化的方法，從而達到最佳的效果。
在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優化，例如，在現澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結構的基本要求條件下，達到既安全又經濟的目的。
4.3 下部地基基礎結構的設計優化
在地基基礎的結構設計優化中，我們必須選取合適的方案，如可以根據工地的地質條件選擇相應的樁基類型，并盡量減少相應的工程造價。并根據樁端的持力層的厚度合理的選擇灌注樁的樁長度，通過對多種設計方案進行必要的分析比較，然后選取最佳的設計方案。
1.1本項目的基本情況
本工程位于湛江市開發區的某小區。總用地面積17062.13m2，總建筑面積82351.57m2（其中地下建筑面積為12829.25m2，地上建筑面積為69522.32m2）。另外本工程設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，抗震設防類別為丙類。
1.2場地自然條件
（1）風荷載：基本風壓按50年重現期取0.8kN/m2，地面粗糙度B類。（2）本工程設計地震分組為第一組，抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度值0.1g，地類別為Ⅲ類，屬于中軟場地土。
2結構設計
2.1地基基礎
由于業主未提供詳細地質資料，基礎設計待業主提供詳細地質資料后確定。本院根據當地工程經驗，本工程擬采用樁基礎。
2.2上部結構設計
根據建筑使用功能的要求并結合本工程的特點，本工程結構形式為：1~3棟采用框架-剪力墻結構；4棟采用剪力墻結構，其中剪力墻及框架抗震等級均為二級。本工程混凝土強度等級為C50～C30，鋼筋采用HRB400級鋼筋。
2.3PKPM系列結構軟件分析
在本次湛江市開發區的某小區的結構設計中采用PKPM系列結構軟件進行結構分析。具體來講本設計所采用的計算機程序為中國建筑科學研究院PKPM-SATWE，版本型號是2010版，這也是在目前設計院住宅結構設計中較為常用的一款軟件，并且該轉件的結構計算結果較為可靠。本次住宅的結構采取較為常用的框架加剪力墻結構，目前這種結構在現有的高層住宅設計中被廣泛的應用，這種形式結合了框架和剪力墻兩種結構的優點，具有受力穩定，造價相對經濟的特點。同樣的為了保證整個結構的穩定性，在住宅建筑的-1~3層對結構進行了加強。整體結構的嵌固位置為地下室的頂板。每個建筑的結構在計算的過程中都會對災害進行預估，提前計算其所受的荷載，并在設計過程中采取相應的措施。在本次住宅小區的結構設計中，對于五十年一遇的大風，預估的基本風壓值為Wo=0.8kN/m2，建筑物地面的粗糙程度按照B類設計，以一號住宅樓為例，其承載風荷載效應時的放大系數為1.1，最終建筑物的體型系數采取1.4來進行計算。其次，對于地震災害中的受力，在建筑結構的整體設計中也是應當考慮的，本項目的所處的地質環境要求建筑物按照Ⅶ度抗震烈度進行設防，所以在結構設計中按照其相應的抗震烈度設防地震分組為第一組，場地的類別為三類，建筑物的抗震設防類別為丙類，并且需要考慮在地震作用下構的偏心問題，以及雙向地震作用力的問題。在地震作用下：計算振型個數為15，重力荷載代表值的活載組合值系數為0.5，周期折減系數為0.75，結構的阻尼比為5％，特征周期Tg為0.45，地震影響系數最大值為0.08。具體來講混凝土框架的抗震等級為二級，剪力墻的抗震等級為二級，綜合來講其抗震結構措施為二級設計。最后在計算的過程中還需要對一些系數進行調整和修改：梁端負彎矩調幅系數為0.85；梁活荷載內力放大系數為1；梁扭矩折減系數為0.4；托墻梁剛度增大系數為1；實配鋼筋超筋系數為1.15；連梁剛度折減系數為1.0（注：風荷載控制），0.6（地震荷載控制）；梁剛度放大系數按2010規范取值；并且柱配筋的計算按照雙偏壓來進行設計。
3本工程的結構計算
本工程位于湛江市開發區的某小區，在進行結構計算的過程中采用的活載標準值按照《建筑結構荷載規范》（GB5009-2012），取值見表1。
4展望
對于實際的居住區工程來說，好的結構設計往往是整個項目成功的關鍵所在，合理的結構設計不僅可以使形體優美的建筑得以成為現實，更是為建設的設計者提供新的構思機會，因為合理的結構設計通常與美學的要求不謀而合。所以本文通過對實際項目結構計算過程中的地基基礎、上部結構設計、PKPM系列結構軟件分析等重要步驟的解析，探討住宅小區在結構設計的過程中應當注意的關鍵點，對居住小區結構設計的方法進行了驗證，希望可以對實際的居住區的建筑的結構設計提供一些靈感。
作者:潘偉朝 單位:廣東省建科建筑設計院有限公司
參考文獻
[1]梅麗娜.淺談結構設計的幾項基本原則[J].黑龍江科技信息，2010（15）.
[2]梁興泉.結構設計的體會[J].山西建筑，2009（27）.
【關鍵詞】鋼結構；建筑；設計
中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
文章詳細介紹了鋼結構設計的方法及設計原則，闡述了鋼結構設計的步驟，并對剛結構設計中需要注意的地方進行了強調。
二、鋼結構設計方法的介紹
1.容許應力法(ASD)
ASD的設計原則是:結構構件的計算應力不得大于結構設計規范所給定的容許應力。結構構件的計算應力是按規范規定的標準荷載,以一階彈性理論計算得到:容許應力則是用一個由經驗判斷的大于1的安全系數去除材料的屈服應力或極限應力而確定。
容許應力法的主要優點是計算簡單,但存在如下主要不足:(1)對于塑性材料,由于沒有考慮結構在塑性階段的承載潛力,其實際的安全水平偏高;(2)不能合理考慮結構幾何非線性的影響;(3)由于采用單一安全系數,無法有效地反映抗力和荷載變異的獨立性,致使承受不同類型荷載(如活載的變異性要比恒載的變異性大得多)的結構安全水平相差甚遠;(4)不能從定量上度量結構的可靠度,更不能使各類結構的安全度達到同一水準。
2.塑性設計法(PD)
PD的設計原則是:結構構件的塑性極限承載力應不低于標準荷載引起的構件內力乘以安全系數。在結構分析中常采用一階塑性分析法或剛塑性分析法。塑性設計法的主要優點是允許結構在進入塑性后進行內力重分布,這就要求結構和構件有足夠延性,因而在塑性設計中截面腹板和翼緣的尺寸比例有嚴格的限制。雖然塑性設計法考慮了材料的非線性,可克服容許應力法中的缺陷(1),但材料屈服的擴展和結構構件的穩定性在結構設計中仍然沒有反映。同時在結構可靠性方面,塑性設計法同容許應力法一樣,還是由經驗性的安全系數來保證。
3.極限狀態法(LRFD)
為了克服上述缺陷,采用抗力和荷載分項系數代替原來單一安全系數的極限狀態設計法成為現行世界各國的主要設計方法。由于荷載的作用,結構在使用周期內有可能達到各種極限狀態,這些極限狀態可分為兩類:承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。結構的安全性對應結構的承載能力極限狀態,包括構件斷裂、失穩、過大的塑性變形等所導致的結構破壞。
三、建筑鋼結構設計方法的研究現狀
目前，建筑鋼結構設計方法的研究主要表現在下列幾個方面。
1.對現行方法的改進
由于現行建筑鋼結構設計方法存在上述缺陷，不少研究者試圖在彈性范圍內對現行方法加以改進，這些工作包括:(1)對計算長度的改進；( 2)采用名義荷載模型；( 3)運用等效切線模量的概念。然而，無論這些方法本身的精度如何，它們都是試圖以結構的彈性分析達到非彈性分析的結果，存在根本的局限性。
2.對新的結構設計方法的探討
要徹底克服前述現行建筑鋼結構設計方法中的前3種缺陷，必須建立以結構整體承載極限狀態和結構整體極限承載力為目標的結構分析設計方法。為此，最近10年國內外學者提出了一系列較精確的適用于高等分析的二階非彈性分析模型，并進一步考慮了梁柱連接半剛性節點域剪切變形以及它們的共同效應對結構極限承載力的影響等。
3.對結構體系可靠度計算方法的探討
結構體系可靠度的計算方法大致可概括為:失效模式法、M onto Cark)法、響應面法和隨機有限元法等。失效模式法由于無法與精確的結構非線性分析相結合，一般認為不能用于復雜結構體系的精確計算。響應面法通常將結構的極限狀態面在設計驗算點處作一階或二階近似，對于驗算點處曲率變化較大的極限狀態面可能導致較大的誤差。隨機有限元法是一種新興的方法，它通常以低階或高階攝動理論為基礎建立結構的隨機有限元方程，由于其要求理論推導的嚴密性而限制了它在結構可靠度分析中的應用。Monte Cark法是一種簡單但計算量大的方法，常作為校核其它方法的標準。然而隨著各種包含降低抽樣方差技巧的新方法出現，Monte Carlo法在結構可靠度分析中的應用將愈加普遍。
四、現行建筑鋼結構設計方法的缺陷
極限狀態設計法是結構從經驗設計向概率設計轉變的一次變革、但現行的建筑鋼結構安全性設計方法仍有待進一步完善二目前世界各國關于建筑鋼結構安全性設計的一般步驟為:先按一階或二階彈性方法計算各種荷載及其組合作用下結構的位移和各構件的內力，即整體結構的彈性分析;然后將結構分析所得內力用于構件的各種極限狀態方程進行構件設計，即單個構件的非彈性設計。若構件滿足各種規定的極限狀態方程，則認為結構設計符合規范要求。這種設計方法實質上是基于構件承載力極限狀態的結構設計存在著如下缺陷。
1.結構整體失穩的計算模式與實際失穩狀態不一致
現行規范對結構失穩的計算模式是基于 結構同一層柱同時按相同模式對稱或反對稱失穩 假定,結構的整體穩定是通過構件設計中考慮計算長度的方法來近似保證。這一計算模式與一般情況下結構中個別或少數構件首先達到彈塑性失穩的實際形式不一致。換句話說, 計算長度的概念并不能真實有效地反應結構和構件之間的相互關系。
2. 結構內力計算模式與構件承載力計算模式不一致
由于整體結構的彈性分析未考慮材料非線性和( 或) 幾何非線性的影響, 而構件的非彈性設計卻考慮了材料非線性和幾何非線性的影響, 一般情況下,結構構件達到極限承載力時已處于非線性彈塑性狀態, 其內力會重新分配。因此, 按彈性狀態計算結構各構件的內力并不是該構件達到極限承載力時的實際內力。換句話說, 整體結構的彈性分析與單個構件的非彈性設計的方法不協調。
五、鋼結構設計原則
近年來，在鋼結構設計中經常出現失穩事故，造成嚴重的人員傷亡與經濟損失，主要原因是由于以下兩方面造成：
1.由于空間網架、網殼結構等新型鋼結構的不斷出現，造成相關設計者沒有足夠的時間去了解掌握這些新型結構的設計；
2.由于鋼結構設計者缺乏相關設計經驗，關于鋼結構和構件的整體穩定性概念理解不夠清晰，成為鋼結構設計中經常出現的薄弱環節。因此，穩定性成為鋼結構設計中一個突出的問題，如果處理不好此類問題，將會造成不可估計的損失。所以根據穩定性問題在實際的鋼結構設計中的特點，以及未來更好的保證鋼結構設計中構件不會喪失穩定性，設計過程中應嚴格遵守以下三條基本原則：
①保證整體結構的細部構造和構件的穩定計算，二者必須相互配合，相互統一；
②在進行結構布置時，必須從整個體系和組成部分的穩定性要求出發，進行全面考慮；
③必須保證結構計算簡圖和實際計算方法所依據的簡圖相一致，這對框架結構的穩定計算起著相當關鍵的作用。
六、鋼結構設計的步驟
1.判斷結構是否適合用鋼結構
鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說：火電廠、大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。
2.結構選型與結構布置
在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是“概念設計”，它在結構選型及布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規范未規定的問題，可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。
3.預估截面
結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構工程師應該根據構件的受力情況，合理的選擇安全經濟美觀的截面。
工程判定
要正確使用結構軟件，還應對其輸出結果的做“工程判定”。比如，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據“工程判定”選擇修改模型重新分析,還是修正計算結果。
構件設計
構件的設計首先是材料的選擇，比較常用的是Q235(類似A3)和Q345(類似16Mn)，通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理，經濟考慮，也可以選擇不同強度鋼材的組合截面，當強度起控制作用時，可選擇Q345；穩定控制時，宜使用Q235。構件設計中,現行規范使用的是彈塑性的方法來驗算截面。這和結構內力計算的彈性方法并不匹配。
節點設計
連接節點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前，就應該對節點的形式有充分思考與確定。常常出現的一種情況是，最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致。這必須避免，按傳力特性不同，節點分剛接，鉸接和半剛接，初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。
圖紙編制
鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。
七、鋼結構設計過程中注意問題
1.整體分析與優化設計。在鋼結構設計過程中，要盡量選擇與實際工作狀況相符的整體分析模型，對于計算模型不得隨意簡化，比如不得隨便把空間問題簡化為平面問題。除此此外，為了獲得理想的設計結構，在設計過程中可以采取優化設計的理念，并將次構件的作用盡可能考慮進來，同時滿足鋼結構設計的安全性與經濟性，降低工程的成本。
2.嚴格控制整體剛度。一般來說，穩定條件、強度條件等并非是決定鋼結構構件的截面設計主要因素，而結構的整體剛度條件才是首要考慮因素，尤其是對于一些薄壁構件形成的大跨度結構來說更是如此，因此設計過程中要注意對結構的整體分析，保證設計效果。
3.保證計算模型的精確性與結構的可靠性。鋼結構材料屬于相對比較理想的彈塑性體，其組織體現出一定的均勻性，接近各向同性，與現階段很多計算方法、基本概念的要求完全相符，同時鋼結構構件的連接模型比較符合實際情況，計算過程中不確定性相對較小，因此計算模型的精確性、結構的可靠性等必須得到保證。
4.節點構造相對十分復雜。在鋼結構設計過程中，鋼結構構件之間的連接與構造比較復雜，因此在設計過程中要注意并充分考慮這一點。設計節點時要綜合考慮受力情況、建筑要求、構件截面形式、連接方法等各方面因素，再確定出合理、適用的節點構造形式。
八、結束語
我國鋼結構設計近十幾年的發展中有了快速的發展，但是相對于歐美等發達國家，還存在一定的差距。這需要我們不斷的開發研究來進一步的縮短差距。
參考文獻：
[1]申海嘯，張玉生，蔡鵬.談鋼結構設計的一般過程[J].陜西建筑，2008年09期.
[2]馬家軍.鋼結構設計步驟和設計思路[J].黑龍江科技信息，2008年05期.
關鍵詞：結構設計方法；可靠度；教學方法；概念與原理
作者簡介：張振浩（1980-），男，廣西欽州人，長沙理工大學土木與建筑學院，講師；楊偉軍（1962-），男，湖南益陽人，長沙理工大學土木與建筑學院，教授。（湖南長沙410114）
基金項目：本文系長沙理工大學橋梁工程湖南省高校重點實驗室開放基金資助項目（項目編號：09KA02）的研究成果之一。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）11-0078-02
一、“荷載與結構設計方法”課程特點及重要性
“荷載與結構設計方法”課程的教學對象是土木工程專業三年級本科學生，這是一門土木工程專業的專業基礎課程，其先修課程是“概率論”、“數理統計”、“結構力學”等，學習了這門課程之后將為后續的“鋼筋混凝土結構”、“結構設計原理”、“鋼結構”等課程打下基礎。
荷載與結構設計方法是結構理論與概率論、數理統計等數學理論相結合的一門新興學科，重點介紹常用的結構可靠度計算和設計方法以及結構可靠度設計統一標準與現行設計規范的聯系。[1]20世紀70年代以來，結構可靠度理論在工程結構領域進入實用階段，許多國家都致力于建立結構可靠性理論為基礎的結構設計規范體系。我國工程技術界非常重視結構可靠性問題，先后編制了《工程結構可靠度設計統一標準》（GB50153-92）等多個統一標準。教學主要目的是使學生掌握結構可靠度理論及加深理解并運用好這些統一標準及相應的設計規范體系。
該門課程的教學重點包括：可靠性理論的一次二階矩方法即近似概率法（水準Ⅱ），主要學習中心點法、驗算點法；荷載及抗力的統計分析；結構可靠性設計，包括我國“統一標準”采用的設計可靠指標，實用設計表達式以及表達式中各分項系數（荷載分項系數、荷載組合系數、結構抗力分項系數、結構重要性系數）的確定原則方法；結構體系可靠度。全課程教學學時為16課時，教學安排如表1所示。可見，課時少、難度大而內容重要是這門課的特點，也是這門課程教學的最大突出矛盾。
二、“荷載與結構設計方法”教學存在的突出問題
1.重視程度不夠
由于各種原因，有些高校在土木工程專業的課程設置上對“荷載與結構設計方法”這門課程的重視不夠，教學課時曾一再被壓縮。同時教學內容除了結構可靠度理論外，還增加了“荷載”這一塊的內容，包括重力荷載、風荷載、地震荷載、土壓力等，這使得可用于教授結構可靠度理論的學時更為減少。[2]另一方面，學生本身也對課程的重要性認識不夠，普遍認為結構可靠度知識對今后工作的幫助不大，在工程實踐中不需要用到“如此高深”的理論。因此，若非考研需要，一般的學生均對該課程興趣不大，投入學習的時間也較少。此外，課程設置上該門課程學時及學分的減少，也潛移默化地使得學生認為該門課程不太重要。
2.課程內容難度較大
結構可靠理論在土木工程結構設計中處于“統領”的指導地位，由于所站的層次較高，結構可靠度理論的基本概念本身就比較抽象，尤其目前一般將這門課程安排在鋼筋混凝土結構、結構設計原理等課程前學習，學生在對鋼筋混凝土結構設計完全沒有接觸了解的情況下，理解結構可靠度基本概念較為困難，抓不住要領。其次，結構可靠度的計算方法也頗為復雜。雖然課程只要求學生掌握基本的一次二階矩方法，但學生仍普遍感到很是吃力。中心點法相對而言概念較清楚、計算比較簡單，學生基本能掌握，但該法僅是可靠度計算的初級方法。對于需要重點掌握的驗算點法學生就感覺難度較大了。公式推導復雜，計算步驟繁多，而且需要重復迭代計算，這些困難往往讓學生望而卻步。因此學生概念理解模糊、對計算過程一頭霧水頗為常見，學生對驗算點法的學習僅僅是進行生搬硬套的模擬，沒有理解公式的含義，更不去探究這樣計算的原因。
3.相關知識環節脫節
“荷載與結構設計方法”是在概率論、數理統計、高等數學、結構力學等課程知識的基礎上進行學習的。這些相關課程的有機融合是學習好結構可靠度理論的前提，若已學知識理解不深刻和掌握不牢固，學習這門課程就會遇到很大困難。學生感覺這門課程難學的一個重要原因就是相關知識環節的脫節。結構可靠度計算對數學基礎要求較高，尤其對概率論、高等數學要有很好的掌握。如中心點法、驗算點法的可靠指標計算公式推導中均用到多元函數的泰勒級數展開，而在高等數學中一般只是學習一元函數的泰勒級數展開，對二元函數的泰勒級數展開僅粗淺涉及，由于學生對這些相關數學知識掌握程度不夠，造成知識脫節的現象，學習起來較為困難。此外，還有一重要原因是學習“荷載與結構設計方法”課程與學習高數、概率論等數學課程的時間間隔較大，往往間隔一兩個學期，致使已學知識生疏，也存在著知識脫節的問題。
4.對規范較為陌生，掌握不夠
熟悉規范是土木工程專業技術人員的基本素質，學習“荷載與結構設計方法”課程的目的之一就是加深學生對規范重要性的認識及對規范內容的理解。由于客觀不確定性的存在，土木工程結構的安全設計實際上是受國家經濟條件約束的風險決策過程，決策是要在結構初始建造費用和未來可能的倒塌損失之間進行權衡。而這通常就是由國家的結構設計規范來控制和實現的。自20世紀70年代以來，許多國家都致力于建立結構可靠性理論為基礎的結構設計規范體系。我國也自1984年起先后完成了第一層次的工程結構設計可靠度統一標準和第二層次的建筑、公路、鐵路、港口、水利等各領域工程結構可靠度設計統一標準的編制工作。[3]因此，掌握和理解結構構件可靠度計算和設計方法以及結構設計統一標準與現行設計規范的聯系，是本課程的重要學習目的之一。但絕大多數學生對相關規范不聞不問，去圖書館查閱規范的學生相當少，更談不上對規范內容進行聯系學習與理解了。
5.不熟悉計算機編程語言
“荷載與結構設計方法”課程需要重點掌握的驗算點法，其公式不僅數目較多，而且較為復雜，關鍵的是最終求解出可靠指標需要采用迭代計算的方法。因此，使用該方法計算可靠指標若能借助計算機編程計算，則會大大減小計算工作量，而且也會對方法本身有更深入的理解。雖然學生在二年級時一般均選修學習過C語言或Fortran語言，但學習不夠深入，相當部分學生在計算機編程方面的訓練較為欠缺，能夠完整地編好程序并且調試通過的極少。雖然教學大綱中沒有要求學生掌握語言編程計算可靠指標，但此類訓練會讓學生對可靠度計算方法的理解大大加深，同時可以培養學生熟練使用計算機的能力，這也是土木工程專業人員采用先進計算分析手段的體現。
三、主要解決措施
1.引導學生加強重視，激發學生學習興趣
在當前高校學生課程壓力普遍較大的情況下，增加課程學時是不切實際的。因此，要著重加強作為學習主體的學生對這門課程的重要性認識，讓學生在課后能自主地投入更多的時間精力去學習。要向學生反復闡明土木工程結構設計的可靠度背景和結構設計所需要滿足的可靠度要求，進而引導學生認識到可靠度理論是指導結構設計以及制訂結構設計規范的基礎性理論，在土木工程結構設計中占有指導性的重要地位。在引導學生認識課程重要性的同時，還應進一步激發學生的學習興趣。如在講可靠度理論之前花些時間介紹結構可靠度理論的研究發展歷程，吸引學生的注意力，告訴學生結構可靠度理論目前為止還有哪些問題是沒有解決的，激發起學生躍躍欲試的學習勁頭。總之，在學生對這門課程的意義感到茫然的時候，教師也應加強重視，用細心、耐心和恒心來做好這門課程的教學工作。
2.構建教學內容的知識連貫性和系統性
由于“荷載與結構設計方法”與高等數學、概率論等課程具有密切的聯系，為避免或減小學生由于相關數學知識脫節的問題，宜在開始教授可靠度理論前花兩課時的時間來給學生復習并補充與可靠度理論密切相關的數學知識，使整個可靠度理論在教學內容上具有良好的知識連貫性與系統性。教學實踐證明這一點很有必要，若一開始就進入可靠度理論，由于高數、概率論的學習時間間隔太久，即使是數學基礎好的學生也會是一知半解。此外，在課堂上的數學知識復習和補充之后，還要注意布置一定量針對性的課后作業，讓學生切實溫故而知新，為學習可靠度理論打下良好基礎。可靠度理論的學習，可以將相關知識連貫性、系統性地有機串聯起來，這將促進學生對專業知識掌握的提高和升華，更培養了學生的學習能力。
3.要特別注重概念闡釋與原理講解
結構可靠度理論之所以難學，是因為概念抽象、計算原理復雜，因此在教學當中要特別注重概念的透徹闡釋與原理的詳細講解。[4]概念的闡釋除了讓學生明白其內涵外，還要從其外延去講解。如結構可靠性的概念，將其內涵闡述結構在規定時間內、在規定條件下完成預定功能的能力；同時還應足夠寬廣地、沒有遺漏地對其外延進行描述，結構可靠性包括結構的安全性要求、適用性要求、耐久性要求。學生從概念的內涵和外延去理解，既全面又不抽象，較容易做到對概念的掌握全面而準確。[5]
結構可靠度計算方法是荷載與結構設計方法這門所要重點學習掌握的內容之一。但由于計算過程與計算原理均頗為復雜，所以學生學習起來特別吃力。以驗算點法為例，一次計算過程就需要歷經當量正態化、計算方向余弦、寫出驗算點坐標與可靠指標間的關系、求解可靠指標、由可靠指標求解驗算點坐標新值等一系列步驟，應用的公式多達五、六個，而且需要重復以上計算流程若干次才能求得最終結果。不少學生對驗算點法的學習就是照葫蘆畫瓢，由于對計算原理的不理解，所以即使是照著老師講的計算步驟一步一步做，也都是生搬硬套，容易出錯。由于計算過程步驟本身就比較復雜，加上課時限制，一些教師在教學上有重計算過程而輕原理講解的現象。為了避免學生知其然而不知所以然的情況，教師應該加強計算原理的闡釋，對所要使用的公式要詳細地推導，雖然計算原理、公式推導更為復雜，但教師必須有足夠的耐心和細心輔導學生。學生只有在理解了計算原理的情況下，才能真正掌握好驗算點法。
4.課程成績評定宜注重激勵學生
課程學習成績的評定是對學生基礎理論知識掌握情況和分析解決問題能力的綜合反映，同時也是激勵學生更進一步學習的手段。對于這門課程理論較深較難掌握的情況，對學生學習成績的評定更要講究科學，對這門課宜采用“平時教學嚴，考核相對松”的方式。目前該門課的成績評定一般采用平時成績加考試成績的綜合評價辦法，其中平時成績占40%，考試成績占60%。對于平時成績，不能只根據考勤、課堂和課后作業的情況來打分，為鼓勵學生采用計算機語言進行編程，通過手算進行比較加深對算法的理解，雖然教學大綱中沒有此項要求，但凡進行了計算機編程練習的學生都應加分，調動其學習積極性。對于考試成績的打分，也不宜過于嚴格苛刻，打出來的成績應該是讓學生體驗到通過自己的努力學習所獲得的成績是肯定，而不是令人泄氣的過低分數。這樣對激發學生在課后甚至是課程結束后仍有意愿自主地去學習這門課程知識是有重要意義的，盡量達到整門課程教學效果的最優化。
四、結束語
在“荷載與結構設計方法”課程的教學實踐中，針對發現的問題采用相應的改進措施，收到了較好的教學效果。學生自我獲取知識的能力、分析解決問題的能力均得到了良好培養和不同程度的提高。學生反映課程的強化教學對后續課程“鋼筋混凝土結構”、“結構設計原理”等有很大的幫助，本科畢業后繼續攻讀研究生的學生更是反映這門課程的學習對創新思維具有的重要意義。
在今后的“荷載與結構設計方法”課程教學中，應進一步注意到這門課程所具有的數學與力學相結合的特征，教師要充分認識到這種知識體系的結合性，基于這種認識并結合實際工程背景來講解基本知識點和概念，給學生傳授正確觀念，更為深刻地理解結構可靠度的理論。同時教師還要緊跟學科發展的動態，這樣才能始終站在學科發展的前沿，給學生傳授最新的理論和知識。這對于提高本科教學水平，完善高校教學職能具有重大的意義。
參考文獻：
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[3]楊偉軍.服役結構可靠度理論及其應用[M].長沙:中南工業大學出版社,2000.
關鍵詞：復合材料； 鋪層； 優化； MSC Nastran
中圖分類號：V215.21文獻標志碼：B
0引言
近年來，飛機結構優化在飛機結構設計中的應用越來越頻繁.優化設計的基本思想是：在滿足飛機強度、剛度等結構完整性要求的條件下，保證結構質量最輕.
復合材料結構以其比強度高、比剛度大、性能可設計等優點，已被廣泛應用機結構設計.復合材料層壓板是由單層板粘合在一起組成整體的結構板，復合材料層壓板的特點在于它的可設計性.層壓板的性能不僅與單層板的材料性能有關，而且與單層板的鋪設方式有關.單層板的性能與纖維材料及纖維指向有關，如各單層板的纖維指向不同或鋪層順序不同，則可以得到各種性能的層壓板，因此，在不改變單層材料的情況下，有可能設計出各種力學性能的層壓板，滿足工程上的不同需求.
鋪層設計是復合材料結構設計中的重要內容，復合材料層壓板的強度、剛度、穩定性和工藝等均與鋪層有著十分重要的關系，對減重效果有重要影響，鋪層設計的優劣在很大程度上決定結構設計的成敗.本文基于航空上通用的MSC Nastran優化模塊，對復合材料尾翼進行鋪層優化設計，取得較好的結果.
1優化分析計算思路
在有限元程序實施過程中，復合材料結構優化設計的基本步驟為：優化區域定義關鍵單元選擇設計變量定義優化控制條件.MSC Nastran優化設計流程見圖1.
4結論
討論復合材料結構優化的分析計算思路，采用MSC Nastran優化模塊對復合材料尾翼進行優化計算，得到以下結論.
（1）以質量最輕為目標函數的結構優化，初始尺寸假設比較關鍵.初始尺寸較小，結構質量會隨著迭代循環而增加.
（2）優化變量初值上、下限對優化結果影響較大，影響計算收斂和結果的準確性.
（3）對于復合材料結構穩定性考慮不足，按線性屈曲計算，會造成結構質量偏大.
（4）結構優化是個反復迭代的過程，不能期望一次就能給出合理的結果.
（5）復合材料影響因素較多，需要對優化結果進行較多的處理，需要有較豐富的工程經驗.
（6）通過復合材料尾翼的優化計算，說明采用MSC Nastran對復合材料結構進行優化可行，有一定的工程應用價值，也為推動復合材料在飛機上的應用積累經驗.
參考文獻：
[1]劉兵山， 黃聰. Patran從入門到精通[M]. 北京： 中國水利水電出版社， 2003.
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關鍵詞：混凝土結構；設計；本科教學
【中圖分類號】G64.23【文獻標識碼】A【文章編號】
土木工程是一門和人們衣食住行息息相關的學科，范圍非常廣泛，有房屋建筑工程、給水排水工程、公路與城市道路工程、機場工程、水利工程等。其發展取決于兩方面：物質技術方面和科學理論方面。科學理論的目的是認識課題，尋求本質，主要任務是解決“為什么”，表現形態為知識理論；物質技術的目的是用來改造課題，任務是回答“做什么和怎樣做”，表現形態為物質[1]。在土木工程領域科學理論主要表現為材料和結構在作用下的反應與破壞機理、計算原理；物質技術主為材料制作與加工技術、結構技術、施工技術、節能技術等。其中施工和材料，還有理論最為重要，又稱為土木工程的發展的三要素：施工、材料和理論。
房屋建筑工程是土木工程的分支，同樣受二個方面和三要素的制約與促進。科學理論方面每個領域都是基本相同的，由于不同領域的特殊性，其物質技術方面不盡相同。在本科教學中，作者認為應講清理論，來理解和掌握技術；工作中，則要結合現有技術和理論，解決工程問題，創造和使用新的技術。
雖然房屋建筑工程只包含兩個方面――科學和技術，但內容非常多，限于篇幅，本文主要講述物質技術中的結構設計。結構是承重的骨架體系，根據組成材料又可分為混凝土結構、鋼結構、磚混結構、木結構等。不同材料及所組成的結構體系在作用的反應與破壞機理的不同，設計方法又有所不同，本文主要從總體上講述混凝土結構的設計方法的共性與教學改革建議。所謂結構體系是指構件按一定的傳力路徑而組成的結構定式，通常簡稱為結構。目前混凝土結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、板柱-剪力墻結構、筒體結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構、混合結構。
混凝土結構的材料組成主要是鋼和混凝土，由于兩種材料的組成關系不同，以及結構體系的不同，不同的結構在荷載的作用下有共性，又有其特性。下面就談談結構設計共同的基本原則和步驟。
一、結構設計
設計就是把我們的規劃、構思等，以視覺的形式（聲音、圖像和實物等）表現出來。結構設計通常指把空間以圖紙的形式表達出來。結構設計的基本原則是均勻性、整體性和經濟性。均勻性指結構質量、剛度、幾何尺寸和作用分布均勻。整體性一指結構在作用下，作為一個整體參與抵抗工作，二指在偶然作用下或局部的破壞，結構還能保持整體而不倒塌或緩倒塌。結構均勻，方便估計作用效應，找出薄弱部位，采取加強措施；結構整體好，能提高其抵抗偶然作用的能力及抗災能力，從而提高安全性。具體指導方針：安全適用，經濟合理，保證質量，方便施工，減輕偶然作用，避免人員傷亡，減少經濟損失。實施時從項目選址，（建筑和結構）設計，施工三個階段嚴格把關，科學決策。本文主要談結構設計階段的方法與步驟。
我國現階段的房屋建筑設計模式是建筑設計和結構設計分別由建筑師和結構師完成。通常把結構設計分成三個階段：方案設計，初步設計，施工圖設計。
1.方案設計
本階段結構師根據經驗，結合建筑方案，運用概念設計，初選結構的型式，結構的體系，構件的形式等。所謂概念設計即根據工程經驗等形成的設計原則和設計思想，進行結構總體布置并確定細部構造的過程。
由于結構在各種作用下反應的復雜性，以及實際結構與計算模型的差異，很難有效地算出結構在各種作用組合下的薄弱環節，因此本階段主要是運用正確的結構概念進行設計[2]，且要綜合考慮經濟、施工和技術先進性等。
具體過程結合結構破壞可能產生的后果及對各方面影響后果的嚴重性，根據建筑工程抗震設防分類標準與建筑結構可靠度設計統一標準，確定結構的設防類別及結構和構件的重要性。結合《抗規》（3.4節～3.9節，6.1.1）或《高規》（第3節），確定結構的三維尺寸（長寬高），結構體系及傳力途徑等。通常形成2個以上的方案，以供比較和進一步的優選。
2.初步設計與計算分析
主要是對前面的方案進行優選。初選構件的截面尺寸，材料，確定結構的計算簡圖，包括確定結構體系，桿件類型，桿件之間的連接形式，結構與支座的連接形式，材料的力學性質，荷載的計算。根據計算簡圖進行結構的力學行為分析（內力、變形、穩定性、動力特性等），從強度、剛度和穩定性三個方面對方案進行比較，確定最合理的方案。用極限狀態設計法，求出構件的計算配筋量。
初步估算可以用簡化方法并結合概念設計（如《抗規》3.4～3.6，《砼規》3.1～3.2和3.6，《高規》第3～5章）對多個方案進行初步篩選。再對篩選的方案，利用合法有效的軟件（抗震分析時要符合抗規3.6.6），對結構進一步的分析比較：內力、位移、周期、薄弱部位和復雜部位的應力分析等，綜合考慮施工與經濟，確定最優的方案（結構布置、構件尺寸和材料類型）。對最優方案做詳細的分析與計算（細部應力計算），得出計算配筋量。
3.施工圖設計
本階段主要是根據計算結果，結合概念設計，對結構和構件的構造、連接措施，耐久性及施工的要求，進一步的明確和細化，確定結構及構件的配筋量，細部構造的處理，選定材料。
目前常用的軟件能給出梁板柱墻及基礎的配筋量，并根據設定鋼筋庫進行選筋，并用平面標注。有時軟件的選筋結果不是很合理，還需要設計人員根據計算結果及規范的相關要求，并運用概念設計對配筋進行核查、調整和補充。規范相關章節為：《砼規》3.5，4章，8章～11章，《高規》3.6，3.10，6章～11章，《抗規》3.9節和第6章，非結構構件還要考慮《抗規》3.7節和第13章.基礎部位則要考慮《高規》第12章及《地規》和《樁規》。綜合考慮當地材料的供應和施工水平，書寫施工說明，繪制配筋圖。
二、教學
傳統設計規范以“截面鋼筋屈服”和“混凝土破碎”控制混凝土結構的安全，實際這只屬于安全的較低層次。而結構在偶然作用的倒塌，才是對安全的最大威脅。因此，提高結構的抗災性能，這才是結構安全的根本[3]。而提高結構的抗災性能，就要加強結構的整體性。傳統的房屋混凝土結構的教學也是以構件教學為主――重構件計算，輕概念。課程的安排方面也存在支離破碎的現狀。
作者認為，混凝土結構的教學也應隨著人們對結構設計認識的深化，而改變。指導思想為講清原理（學生和老師），重視概念和整體方案設計的教學，構件的計算作為基本技能掌握。具體為：1.課程的重組，把混凝土設計基本原理，混凝土結構設計，高層建筑結構設計，建筑結構抗震設計，合為混凝土結構設計，分為三部分――基本原理，結構設計（非抗震和抗震）。2.編寫相應的大綱和教學計劃――先進行整體結構的教學（方案設計，效應的計算與組合），考慮到與結構力學的銜接先以框架結構為例。再講基本原理，最后其它結構體系及結構的抗震設計。
三、總結
結構設計的原則是均勻性和整體性：要重視概念和方案設計（剛度、質量和幾何分布均勻），加強結構的整體性，提高結構抗災性能。教學更應該從傳統的構件式教學，過渡到整體式教學：理解原理，重視概念，掌握基本技能。
參考文獻
[1]科學與技術的區別[J].齊齊哈爾社聯通訊，1985，S2期：28.
【關鍵詞】：土木工程；建筑結構；問題；措施
1、土木工程結構設計概述
1.1內涵
土木工程一方面指勘察、施工等技術活動及所使用的相關技術設備；另一方面是指服務于人們生產、生活等各方面需要的建筑工程設施。而土木工程結構設計是指根據工程設施的具體用途和建筑物需滿足的要求做出結構上的詳細設計方案，是施工前的必要準備工作之一。
1.2特征
對計算機技術的應用程度較高。在對土木工程進行結構設計的過程中，計算機技術發揮了較大作用，各種設計軟件的產生給設計者的工作帶來很大的便利。同時，對該技術的運用也使得設計的精確度提高、設計的科學性增強，從而使得結構設計能更好地服務于實際需求。
2、土木工程建筑結構設計所遵循的原則
2.1設計方案要合理
方案設計合理是結構設計方案的基本要求，即方案具有可實施性，能夠確保結構穩定性的同時還要盡可能滿足建筑的各方面要求。這需要設計師在設計前對建筑的功能進行調查了解，對建筑的特點進行準確把握，同時對工程施工地點等有所了解，因為一個建筑結構的穩定性不僅要在結構上符合各種力W要求，同時也要考慮當地環境因素，這樣才能確保最終建筑的穩定性。
2.2設計方案要完善
方案的完善性需要通過對基礎方案的多次審核修改后得到的，在新的結構設計方案確定后，設計師需要對基礎方案進行研究分析，同時發揮出團隊的力量發現原方案中的不可理之處，綜合各方面因素對原方案進行修改，通過方案的不斷修改來提升最終方案質量。
2.3設計方案要高效
方案的高效性主要表現在設計圖標的標注上，設計方案中建筑物設計圖標的明確非常關鍵，通過對建筑物的標注能夠確保整個設計圖紙有詳細的數據源，使圖紙變得更加形象化，同時也便于工程圖紙在施工過程中的應用，另外在圖紙設計過程中將工程施工中可能遇到的問題標注出來，能夠有效避免工程施工問題，也是提高設計方案高效性的重要措施。
3、土木工程建筑結構設計過程中存在的問題即解決措施
3.1圖紙設計問題
圖紙建筑結構設計第一步，隨著現代科技的不斷發展，各種繪圖軟件的出現使圖紙設計變得更加便利，圖紙是建筑施工的第一參考目標，其質量好壞直接關系到整個工程質量。但是在圖紙設計過程中存在態度問題，設計人員沒有認識到圖紙的重要性，認為只是一種參考，在工作過程中態度消極，使得最終的設計的圖紙質量達不到要求，圖紙與實際建筑結構在細節上有一定出入，很難保證最終建筑結構質量。針對這種情況，首先要改變設計師的態度，轉變圖紙在其心目中的地位，提高設計師對圖紙的重視度，在圖紙設計過程中不僅要確保其質量還要確保其可指導性，尤其是在建筑結構細節問題上要在圖紙上重點突出，能夠有效防止因圖紙細節不明確而造成的結構問題。
3.2設計師的專業素質較低
由于現代建筑工程巨大，一般一個建筑的結構設計都需要一個團隊來完成，這個團隊設計者的專業素質直接決定著最終結構設計質量。對于一些團隊而言，雖然有專業的設計者帶領，但是其設計團隊內部其他人員的專業素質并沒有達到要求，在任務分配過程中，由于不同設計者存在專業差距，導致最終的結構設計產品在細節方面沒有得到完善處理，或者是需要后期通過多次修改才能勉強達到要求，這樣的設計團隊會影響建筑結構設計最終質量。專業素質對于設計師而言是非常重要的，一個設計團隊之間的設計師首先要統一設計理念，對于專業素質較低的設計師降低其工作量，同時不斷對其進行專業素質培養，通過‘一帶一’，即經驗豐富的設計師帶領新人來不斷提高其專業素質，通過經典建筑結構的分析學習不斷提升自身對建筑結構設計的理解，從而不斷提高整個設計團隊整體專業素質。
3.3設計方案缺乏優化
方案優化是結構設計方案的關鍵步驟，通過綜合各方面因素對原有設計方案進行分析，從而解決其存在的問題，使方案更符合現代設計理念的要求。在土木工程建筑結構設計過程中，受各方面因素的影響，在設計方案的優化方面存在一定問題。其次結構設計方案整體性和概念性較低也是方案優化中的問題，建筑結構設計是一項復雜的工程，但是建筑的整體性是非常重要的，設計師不能忽視了建筑的整體性而片面思考問題，這樣會影響建筑結構的整體性、美觀性等。最后建筑設計師為了追求結構設計的新穎性，使整個結構設計過于‘浮夸’，導致建筑結構存在各種缺陷，使設計方案僅僅存在于‘空想’層面上，無法進行方案實施。設計方案的優化需要不斷重復，反復篩選。首先設計師要明確建筑的功能，這是進行結構優化的第一步，在滿足功能要求的基礎上進行成本、美觀等方面的優化，確保最終方案在各方面都能滿足要求。針對結構設計方案的整體性和概念性問題，在每一次優化過程中都站在建筑整體的角度進行優化分析，這是確保其整體性的關鍵，對于過于片面的東西可以舍棄或者在其它方面進行完善補充，從而使各個結構組成整體性強，整體性不僅要體現在結構上還要體現在功能上。最后，建筑結構設計的基本理念就是‘可實施性’，所以在結構設計時要緊緊圍繞這一理念，堅決避免追求個性、新穎而拋棄其基本理念，所以在每一步的結構設計時都要考慮是否可實施，這樣才能保證最終結構設計方案的可實施性。
結束語
結構設計的科學合理對于保證土木工程的安全性具有深刻意義。當前我國土木行業在結構設計中仍存在較多的安全問題，從而使得工程質量堪憂、相關事故多發。面對這種現狀，有關部門與人員需積極采取相關措施增強土木工程結構設計的安全性，以維護人民群眾的生命財產安全、維持社會穩定。
【參考文獻】：
[1]馮濤.土木工程建筑結構設計中的問題與策略探討[J].住宅與房地產.2016（09）
