关键词：建筑工程；结构设计；转换层构造
1 转换层高层建筑结构的构造要求
转换层的结构应按“强化转换层及其下部、弱化转换层上部”的原则，使转换层上下主体结构的侧向刚度尽量接近，平滑过渡。抗震设计时。控制转换层上下主体的结构侧向刚度，当转换层设置在3 层及 3 层以上时。其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。将转换桁架置于整体空间结构中进行整体分析。此时，腹杆作为柱单元。上、下弦杆作为梁单元，按空间协同工作玻三维空间分析程序计算整体的内力和位移。计算时，转换桁架按实际杆件布置参与整体分析，但上、下弦杆的轴向刚度、弯曲刚度中应计入楼板的作用。整体结构计算需采用两个以上不同力学模型的程序进行抗震计算。还应进行弹性时程分析并宜采用弹塑性时程分析校核。转换层的结构设计中应按转换层“强斜腹杆，强节点”。桁架转换层上部框架结构接“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则，以保证转换层的结构具有较好的延性，确保塑性饺在梁端出现，能够满足工程抗震的要求。转换桁架的相邻层楼板宜双向双层配筋，每个方向贯通钢筋的配筋率不宜小于 0.25%，且在楼板边缘、孔洞边缘应结合边粱设置予以加强。转换桁架上、下弦杆的配筋应加上楼板平面内弯曲计算引起的附加钢筋。
2 转换层商层建筑结构实例分析
对于大跨度的钢桁架转换层结构的受力。各方面的影响因素较多，导致结构受力情况比较复杂，对它的受力影响因素进行探讨具有实际意义，可为实际工程的设计与施工提供理论依据。因此，通过对大跨度钢桁架转换层的受力影响因素进行分析，认识钢桁架转换层的受力特点。以期充分利用钢结构构件受力性能好的特点，使其承担较多的荷载作用。以调整端部混凝土结构的受力，减少混凝土结构的荷载作用，使整个结构体系的受力更为合理。下面结合工程实例分析高层转换桁架的受力影响因素及其受力特点，某高层建筑为地上 24层，地下 2 层，总建筑面积 72788m2，其中地上 58300m2，地下 14488m2。平面长 92.1M，宽 49M。结构檐口标高为 108.80m，中间有电梯、楼梯、机房等的高层建筑。
2.1 梁式转换与精架转换的比较确定
与最为常见的转换结构形式粱式转换相比，本例中转换粱的跨度很大而且上部荷载较大，采用梁式的转换结构，转换梁的截面必然很大，一方面导致转换梁下部空间无法再利用、自重大、配筋多、不经济等缺点；另一方面导致沿竖向结构质量和刚度分布在转换层的变化不连续。发生突变，对结构的整体抗震性能不利。因此，需要另一种形式的转换构件来解决这个问题，而转换桁架具有传力明确，传力途径清楚，虽构造和施工复杂，但转换桁架不仅为开洞和设置管道创造了条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，可以充分利用该转换层的建筑空间，而且桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充甚至可以外露不填充，有利于减轻结构的自重；转换桁架的抗侧力刚度比转换粱要小，也就是说。具有桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变要比带转换粱的高层建筑缓和。因此带转换桁架的高层建筑其地震反应要比带转换梁的高层建筑小得多，由此可见，在本例工程的三层转换构件采用转换大粱的结构形式是不合适的，而采用转换桁架的结构形式将很好的避免了上述的多个问题且将节约混凝土用量近30%。将是一个较为合理正确的选择。
2.2 转换桁架的具体形式的确定
在本例工程的三层转换构件采用确定桁架结构后，设计人员则需要进一步确定桁架的结构形式。根据前面的论述，转换桁架的结构形式有多种，但是根据本例工程的三层转换构件的具体情况，采用何种最合理的结构形式，则必须加以比较分析后方可确定。
2.2.1 单层转换桁架与双层转换桁架的确定
采用精架结构作为高层建筑的转换构件时，一般情况是取出一层层高的高度作为转换桁架的高度。对于本项目，转换桁架位于结构的边缘，建筑师为了使转换桁架对于立面的影响降至最小，希望桁架仅在中庭设置，即取一层高度（4.00m）作为转换桁架的高度。在本例中各层的层高情况分别是：底层：6.44ml，二层：4.80m，三层以上：4.00mt，而结构的柱距为 9.0m，若仅取 4.00m 为桁架高度时，在柱与柱之间必须另设一个桁架节点以保证桁架斜腹杆与水平弦杆的角度在合理的450～550 之间。若取建筑的两层层高即 8.00m 为转换桁架的高度，则在柱与柱之间可以不必设置多余的桁架节点，使桁架的结构形式趋于简单。
2.2.2 空腹桁架、斜杆桁架、无竖杆桁架的比较确定
作为高层建筑中的转换结构一桁架结构有如下的主要结构形式：空腹桁架、交叉斜杆桁架、无竖杆的交叉斜杆桁架。作为一种相对独立的结构形式，无论采用何种结构形式。应该说都是可以实现的。对于建筑师来说，空腹桁架如果在构件尺寸可以接受的条件下。当然是首选，当然，采用无竖杆的交叉斜杆桁架形式，结构上可以使桁架的构造节点趋于简单，在建筑师看来，也可以接受。
2.2.3 单跨桁架与多跨桁架的确定
在确定了以交叉斜杆桁架作为本次项目的转换结构的结构形式后，结构工程师尚发现在这个计算模型中的框架柱的内力较大。作为抗震设计“强柱弱梁”的一般设计原则，框架柱中的内力相对越大，则在柱中率先出现塑性铰的可能性将越大。而在模型计算中同样可以发现，Z2 的内力较大。而作为相邻的柱 Z1 的内力则相对较小，尚有较大潜力。
综上所述，采用将转换桁架向外延伸一跨的做法，可以使本次工程的转换桁架各构件的内力分布更为合理，也即是说，采用向外延伸一跨转换桁架的结构形式在本次工程中是较为合理的选择。
3 结束语
在大跨度、大荷载条件下应用桁架转换结构将比采用梁式转换更合理，且可以节约混凝土用量近 30%，用钢量可节约20%。在采用桁架结构作为工程的转换构件时，带竖杆的斜杆桁架中各构件的内力较为接近，可以取得较为一致美观而又经济的截面，而不带竖杆的斜杆桁架中各构件的内力差别较大，最大将达40%左右。总之，随着建筑业的发展，结构设计成为繁重而责任重大的工作，不但关系到建筑结构的安全性和耐久性，而且关系到建筑的适用性和经济性。从而，设计人员在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训，才能将设计工作做好。
参考文献：
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[3]傅学怡 带转换层建筑物结构设计建议[J].建筑结构学报.2009，（08）.
[4]唐兴荣 建筑物中转换层结构的现状和发展[J].苏州城建环保学院学报.2011，（12）.
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【关键字】大跨度空间结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构
大跨度空间钢结构是当前社会发展过程中，人们为了提高空间利用率，在增加施工效率和减低施工成本控制的前提关键，采用先进的技术手段预应力进行改善和完善的过程。随着当前预应力结构技术不断的引入大跨度结构体系中，使得传统建筑结构逐步的发生改变，其张拉结构逐步的成为当前建筑施工的主要结构方式和结果措施。大跨度建筑结构体系的应用能够有效的提高建筑物的稳定性和抗震性能。
一、拱券结构及穹隆结构
拱卷结构是当前建筑发展中最为常见的结构形式，其被广泛的应用在西方建筑结构当中，在古希腊最为常见，其建筑结构设计和发展的前提基础，更是当前建筑发展中的主要施工措施和施工完善体系。人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。在古代建筑施工的过程中，由于建筑技术手段和施工工艺的欠缺，使得在建筑施工的过程中对空间利用不够完善。古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，是通过拱门形式进行结构结构的连接和变化。人类为了谋求更大室内空间在建筑施工的过程中采用各种技术分析手段和控制措施对建筑结构进行严格的设计和管理。券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。
拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世
二、椼架结构与网架结构
桁架结构是一种刚性大跨度结构，是在古代就存在的一种结构形式，在古代建筑施工的过程中主要是通过木材做成各种形式的桁架和屋顶结构。但是符合力学原理的新型椼架的出现却是现代的事。椼架结构虽然可以跨越较大的空间，但是由于它自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈两坡后曲线的形式，所以只适合担当作屋顶结构。
网架结构也是一种新型大跨度空间结构。它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度地减轻结构自重和节省材料等优点。网架结构可以用木材、钢筋混凝土或钢材来做，并且具有多种多样的形式，使用灵活方便，可适应于多种形式的建筑平面的要求。近来国内外许多大跨度公共建筑或工业建筑均普遍地采用这种新型的大跨度空间结构来覆盖巨大的空间。
当今，空间平板网架结构在我国已有较大发展，而由于网架结构多采用金属管材制造，能承受较大的纵向弯曲力，与一般钢结构相比，可节约大量钢材和降低施工费用（根据有关资料统计，节约钢材约35%，降低施工费用约25%。因此，空间网架的结构形式，用于大跨度建筑具有很大的经济意义。另外，由于空间平板网架具有很大的刚度，所以结构高度不大，这对于大跨度空间造型的创作，具有无比的优越性。
三、壳体结构
一般而言，用轻质高强材料做成的结构，若按强度计算，其剖面尺寸可以大大地减小，但是这种结构在荷载的作用下，却容易因变形而失去稳定并最后导致破坏。而壳体结构正是由于合理的外形，不仅内部应力分配既合理又均匀，同时又可以保持极好的稳定性，所以壳体结构尽管厚度极小却可以覆盖很大的空间。
壳体结构的刚度，取决于它的合理形状，而不像其他结构形式需要加大结构断面，所以材料消耗量低；其静载也不像其他结构形式那样随跨度增大而加大，所以其厚度可以做得很薄；该结构的承重和无盖合而为一，使其更加经济有效，且在建筑空间利用上越加充分。
壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在实际应用中，壳体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院，其外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用；既可以用来覆盖大面积空间，又可以用来覆盖中等面积的空间；既适合方形、矩形平面要求，又可以适应圆形平面、三角形平面，及至其他特殊形状平面的要求。
因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴，可以适应于力学要求的各种曲线形状，所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外，因结构受力均匀，因而可充分发挥材料的材耗，所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。
四、悬索结构
由于钢的强度很高，很小的截面就能够承受很大的拉力，因而在本世纪初就开始用钢索来悬吊屋顶结构。悬索在均匀荷载作用下必然下垂而呈悬链曲线的形式，索的两端不仅会产生垂直向下的压力，而且还会产生向内的水平拉力。单向悬索结构为了支承悬索并保持平衡，必须在索的两端设置立柱和斜向拉索，以分别承受悬索所给予的垂直压力和水平拉力。单向悬索的稳定性很差，特别是在风力的作用下，容易产生振动和失稳。
五、膜结构
膜结构是空间结构中最新发展起来的一种类型，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性骨架将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度并能覆盖大跨度结构体系。
膜结构按其支承方式的不同，一般包括 (1) 空气膜结构----跨度大时可用气承式，就是在建筑物内部空间注以空气，屋面的拱度一般都较低，以减小欺压，大跨度时往往在建筑物的对角线方向布置交叉的钢索，对膜面起加劲作用。而气胀式空气膜结构则是将膜材做成周围密封的圆形双层，充气后形成飞碟状；或将膜材作成半圆形圆筒，充气后如同半个轮胎，以此为单元组合成各种屋盖。
关键字：大跨度钢结构；特点；设计研究
一、引言
在20世纪末，科技和社会经济得到了快速发展，为了满足人们对建筑空间的需求，各国家逐渐开始了各种大型复杂空间结构物的建造。钢结构具有重量轻、材料强度高、结构韧性和塑性好等优点，并且施工周期短、制造简便，因此被广泛应用于工业建筑和公共建筑中。但是，要促使大跨度钢结构的快速发展，就必须要加快空间结构相关标准的制定，强化钢结构企业的管理与资质认证，提高大跨度钢结构安装、制作和设计水平。
二、大跨度钢结构的应用
1.大跨度钢结构在住宅建筑中的应用
在建筑设计中，钢结构则具有质量轻，强度高，制造简单，环境污染小，噪声低的优点。它更容易实现住宅的标准化制作、工业化生产，再配置环保节能的墙体材料，就能真正实现住宅的抗震性、健康性和环保性，从而符合我国的可持续发展要求，以及住宅产业化要求。在各个国家的建筑中，都普遍采用了钢结构，全球超高层建筑中的一半都为纯钢结构，并且国外的高档住宅中有60%都使用了钢结构。在我国，目前的钢结构住宅尚处于启动时期，还不具备十分成熟的产品及配套技术，所以钢结构中的很多问题还有待研究解决。
2.大跨度钢结构在公共建筑中的应用
我国第一座有影响的大跨度圆柱面网壳钢结构是1956年建造的天津体育馆，52m×68m，矢高8.7m。第一座大跨度网架钢结构是1964年上海师范学院球类房的钢板节点网架，14.8m×23.3m[3]。经过几十年的发展，大跨度钢结构已经成功地应用于各种大型体育场馆、文化建筑、候车（机）厅等重要建筑中。特别是近年来，随着2008年北京年奥运会、2010年上海世界博览会等国家重大社会经济活动的开展，我国建设了一批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆等社会公共建筑，这些大跨度建筑规模大、结构新，在提供实用功能的同时往往成为一个城市或国家的标志性建筑。
三、大跨度钢结构的设计方法及要点
1. 计算模型的选取
由于钢结构的计算模型具有较高的精确度，所以在设计中不能对计算模型随意地进行简化，要尽量建立与实际情况相符合的整体的分析模型。在设计中还要充分发挥次构件的作用，秉承安全性、经济性的设计宗旨，有效节约建筑材料，降低工程造价。另外，要想获得最佳设计结果，还就要树立优化设计的意识。
2.节点构造设计
由于钢结构构件之间的构造和连接复杂多变，所以设计人员要节点构造问题引起充分的重视。节点构造形式必须要根据构件截面形式、构件连接方法、建筑要求以及受力情况来确定，在满足相关条件后，还必须要进行设计计算。
3.稳定设计
与钢筋混凝土结构所不同的是，在钢结构设计的全过程中都必须注重稳定设计。稳定设计考虑的内容主要有：整体结构、构件整体、构件局部的稳定设计。
4.刚度控制
多数钢结构的构件截面是由整体刚度条件所决定的，而非稳定条件和强度条件所决定的，在薄壁构件组成的大跨度钢结构中体现尤为突出。因此，在结构设计过程中，设计者必须要重视结构整体分析，严格控制结构的整体刚度，以求获得最佳设计效果。
5.验算疲劳强度
在设计需要长期地、频繁地承受反复荷载作用的结构（如吊车梁）时，设计者必须要对结构疲劳问题加以考虑，在连续的反复荷载作用下，会使得钢材的微观裂纹不断扩大直到最终断裂，造成钢材的疲劳断裂。为了防止疲劳断裂的发生，就需要在设计过程中验算可能发生疲劳断裂的连接处及构件的疲劳强度。
6.结构布置
结构的布置过程中，必须确保屋盖结构分布的均衡和其下部支承结构刚度和质量的均衡分布，从而保证结构传力的明确性及其整体性。地震作用力要由屋盖通过支座向下进行传递，屋盖、支承和下部结构要均匀对称地布置，使用空间传力体系，避免形成突变或局部削弱的薄弱部位，从而保证屋盖的整体性，对屋面系统自重进行严格控制，宜使用轻型的屋面系统。
7.设置防震缝
为了增强建筑抗震效果，在大跨度钢结构中设置防震缝是非常必要而有效的。规范依据框架-抗震墙结构和下部支承结构的最小宽度，综合确定了防震缝的宽度不得
四、工程案例分析
1.工程概况
本工程的总用地面积为251.300m2，总建筑面积为90.475m2，建筑主要包括了主展厅、东西展厅、会议楼和商务办公楼。其建筑平面规划如图1所示。
其中主展厅的室内部分尺寸为81m×81m，大厅周边柱网尺寸为9m×9m。半室外广场与主展厅共用一个大跨度的圆柱壳形屋盖，屋盖延伸至主展厅两侧，并以相邻建筑的柱顶为支承。屋盖的上弦半径为190m，矢高为35.5m，其南侧有两肢拱脚落于室外的地面支座上，两端落地点的跨度长达202.8m。本地的基本风压为0.55kN/m2，场地类别为II类，地震基本烈度为6度。
2.建模及动力特性计算
本工程使用STAAD―Pro程序对此工程进行了建模，并计算屋盖结构动力特性，得出了前9个周期以及相对应的振型（如表1所示）。在前9个振型中，第l，4，7，8，9 振型为网壳结构的整体振型，第2，3，5，6振型为落地拱脚部位的局部振型。
由于在展厅中部设置了组合柱，合理的控制了结构的自振周期，并采用上述设计要点进行了精细化设计，最终设计的结构，在满足安全性的基础上也较为经济。大厅屋盖结构的杆件用钢量为l74.5lt，小厅屋盖结构的杆件用钢量为1 14.46t，平均单位面积用钢量仅为26.6kg/m2，可供同类设计参考。
五、结 语
大跨度钢结构由于其优越的结构性能，必将在不久的将来得到更为广泛的应用，因此其设计方法的积累和探讨就尤为重要，只要在不断的工程实践中把握好设计的方法和要点就能搞针对各种类型的大跨度钢结构而设计出安全、经济、舒适的建筑供人们使用。
参考文献：
[1] 张宇峰.大跨度钢结构应用及其设计要点探讨[J].中华民居，2011，（6）：134-135.
[2] 王冰兄.大跨度房屋钢结构设计浅析[J].科技创新导报，2012，（9）：53-53.
［关键词］工程造价经济效果
建设工程造价，是指进行某项工程建设所花费的全部费用的总和。其中土建工程费用居各项工程费用的首位。例如在住宅建设中，土建工程造价占全部工程造价的比率，多层为81.2―82.4%。高层为80―81.6%。在公共建筑中，土建工程造价占全部工程造价的比率为65―66%。而在土建工程中建筑造价与结构造价比，一般砖混结构为3.5：6.5，框架结构为4：6。所以，结构专业费用又居各项费用之首。由此可见，结构的经济技术指标是评价工程造价的主要指标。结构的经济效果如何，在很大程度上取决于结构工程师的理论水平，然而，必须看到，从开始进行的结构构思时起，到确定和完善结构方案的整个建筑设计过程中，建筑师都可以，而且应当充分发挥自己的主观能动性和创造性，来达到降低工程造价的目的。主要表现为以下几点：
一、在建筑平面布局中，应当很好地推敲结构线网的合理布置
在建筑设计中，我们大量遇到的是，在砖石一钢筋混凝土混合结构的钢筋混凝框架中，如何确定水平承重结构的跨度问题，既在建筑平面布局中，要不要加柱子的问题。不少人由于形成了“跨度越小越经济”的错误概念，因此，每当水平承重结构一梁板的跨度有所增大时，便想到要加柱子。其实，这并不完全符合结构传力中的客观规律。应当说，在一定的荷载作用下，在一定的跨度范围内，不加柱子反而会更经济此，以下这个工程实例便很好的说明了这一点。
工程实例是某热交换室跨度为9米，设计者为了减小梁的跨度，在热交换室的中间加了两根25*25厘米的钢筋混凝土柱子。这样一来，不仅不经济，而且也有碍于房间的使用。在改进方案中，取消了柱子，只有布置了三根9米跨的大梁，与原方案相比，节约钢筋24%，节约混凝土10.2%，节约造价16.1%。
从力学观点来看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网按开间等跨和近深等距来布置，因为这样一来可以相应减小边跨柱距，可以充分利用连续梁的受力特点以减小结构中的弯距，可以使各跨梁截在趋于一致面提高结构的整体刚度。
在许多情况下，柱网在建筑物进深的方向上，可以布置为柱距相等的两跨。这样，不仅结构上简洁合理，而且建筑平面布局也有较大的灵活性。
如果使柱网在开间方向与进深方向的尺寸取得统一，那么，在结构经济效果方面就会显示出更大的优越性。国外普遍认为，现代工业企业的通用性厂房以采用方形柱网最理想，除了可以减少柱子和构件尺寸类型，还能为生产线和吊车设备沿两个相互垂直的方向布置创造有利的条件。国外在民用和公共建筑中，也采用方形柱网的趋向，并取得了较好的经济效果。
应当指出，厅室中柱子过密或柱间尺寸变化太多，甚至出现假梁柱的现象，这多半都是受传统建筑构图观念的影响，其结果，必然会造成许多工料的浪费面与现代结构技术的发展格格不入。
二、在剖面设计中应妥善处理结构部件的灵活组合
在多层或高层建筑的剖面设计中，要注意不要由大厅的布置不当，或顶层建筑体形的处理欠妥而使竖向承重结构上下错位，＿否则，便会导致结构传力系统的复杂化，例如出现承受很大集中荷载和很大弯矩的“托柱梁”等。
在大空间建筑的剖面设计中，除了应确定合理的屋顶结构形式外，很重要的一点就是，还要特别注意新型屋顶结构与其支撑结构之间的连接关系。
因屋顶结构笨重而造成的“肥梁，胖柱，深基础”的情况是大家所熟悉的。然而，还应当看到，即使屋顶结构部分是轻巧而经济的，但如果忽视了与支撑结构部分相互交接的关系，使得屋顶结构部分传来的内力在此受阻，那么，也同样会大大降低整个结构工程的技术经济效果。
从以上分析中，我们可以得到的启发是：结构工程是否能取得比较好的技术经济效果，不能孤立地去看某一部分的结构形式如何，而应当从建筑物的整体来分析结构传力和全过程，其中，要特别注意使上部结构与下部结构相互交接传力通达而不受阻。这一点，对于我们在结构构思中处理好大跨度新型屋顶结构与其支撑结构之间的关系，是格外重要的。
三、结构传力系统的组织与不同结构部位的用材
常见的材料结构组合方式有以下几种：
受拉构件与受压构件的材料结构组合。着眼点是充分利用混凝土的受压特性和钢材的受拉特性。在空间系统结构中，人们已探索使薄壳与悬索进行组合。
受压构件与受弯构件的结构材料组合。在平面系统结构中，受压构件与受弯构件的结构材料组合，同样可以较好地解决大空间建筑中的结构传力问题。例如，国内某体育馆工程设计，观众看台部分采用了钢筋混凝土悬壁梁结构，而在此悬壁梁上，再放置轻钢屋架拱。这样，承重材料的利用恰到好处，体现了“上轻下重”的原则，不仅跨中没有过大的弯距产生，同时两侧悬壁梁结构又争到了看台部分的使用空间，屋架跨度也因此由47米减小到了37米，这样，就为该工程取得良好的技术经济指标创造有利条件。
受拉构件与受弯构件的结构材料组合。在现代民用与工业建筑中，一种引人注目的悬挂结构体系，是受拉的钢索与主要承受弯距作用的钢筋混凝土水平构件的组合。
随着各种新材料的出现，一些新型结构的组合形式还有待于我们去探索，而这种有探索将为在未来建筑的发展中，广泛而有效地运用象塑料薄膜，硬质塑料，金属薄片，人造纤维等轻质高强材料开辟崭新的大地。
四、受压构件与受弯构件的结构材料组合结构的经济尺寸范围与结构的合理几何形状
不论平面结构系统，还是空间结构系统，每一结构形式所能取得的技术经济效果，在很大程度上都要取决与它工作时的受力情况。结构受力状况恶化，就意味着材料消耗的增加。而当结构受力比较合理时，一方面可以节约材料，另一方面也能使所有材料的力学特性和承载能力得以充分发挥和利用。所以说，在组织结构的传力系统时，应力求使结构承受直接应力，尽量避免出现受弯或受扭等不利情况。
关键词：轻型钢结构 设计 抗风柱
随着建筑钢结构技术的迅速发展和机械化程度的日益提高，轻型金属板材及其配套的门式刚架等系列轻型钢结构已得到了较为广泛的应用。与此同时，建筑钢材、连接技术及加工、安装技术也进一步达到了系列配套的要求。然而，当今钢结构专业队伍素质良莠不齐，时有“家庭作坊”式的钢结构队伍充斥其中，对一般钢结构加工及安装知识了解甚少，致使在一些工程中发生工程质量隐患和质量事故。加强钢结构专业队伍素质的提高，已成为一项紧迫的任务。
1、荷载
一般情况下，单层轻型钢结构的风荷载体型系数按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（ECS102：2002）取用被认为是安全的，对于对风荷载较为敏感且有吊车的建筑应引起高度的重视。比较《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（ECS102：2002）和《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）两本规范计算所得风荷载效应，不能简单从两本规范的体型系数上进行比较，应将两者的弯矩组合设计值进行比较，选择比较合理的结果作为刚架截面设计的依据。对于檐口、雨篷和屋面局部凸出部分的风荷载的取值应按《建筑结构荷载规范》（GB500 09-2 001）第7.3.3的取值来验算。设计中恒荷载应按实际情况进行取值，不能偏小，也不应任意加大。恒荷载偏小引起结构不安全，这是大家都知道的，故一般情况下极少出现这种情况。而任意加大恒荷载同样会引起结构的不安全，在风荷载参与组合的情况下，由于风荷载的作用方向一般与屋面荷载作用方向相反在风荷载工况下框架梁常出现上部翼缘受拉、下翼缘受压的情况，不按实际情况任意加大恒荷载反而会偏于不安全。
2、屋面板及檩条设计
屋面板和檩条的设计，现在通常是檩条等间距布置，檩条对屋面板是等跨支座，例如跨度15m以上的刚架多为双坡，每坡屋面板在7．5m以上。根据檩条布置，屋面板多按5跨等跨连续梁设计，其结果是屋面板端跨的跨中弯矩比中跨的跨中弯矩大很多，按端跨跨中弯矩选用屋面板，则中跨屋面板不能充分发挥作用。对檩条的线荷载又以屋面板的第二支座反力为依据，第二支座反力是5跨连续板中反力最大的支座，以此反力设计檩条，此时只有屋面板第二支座的檩条能充分发挥作用，中跨支座檩条承载力富裕很多，不能充分发挥作用。
为此建议檩条采用不等跨布置，檩条的布置在屋面板端跨处间距减少而中跨处间距放大使屋面板的端跨弯矩和中间跨弯矩比较接近，或由于檩条不等跨布置使屋面板支座反力比较接近，这样能充分发挥屋面系统的材料性能，降低单位用钢量，降低造价。一般工程的屋面系统用钢量占总用钢量的比例较大，所以这样处理效果较好。檩条采用不等跨布置，相应的檩托布置不等距，檩条拉杆长度也会不等，只要认真施工，是可以满足设计要求的。
3、柱间支撑设计
关于柱间支撑的设置，一些轻型钢结构厂房中的柱间支撑多为角钢剪刀撑，每一肢均同时满足受压和受拉的长细比要求，因此设计的柱间支撑截面较大。轻型钢结构厂房的墙体围护结构多为压型钢板加保温材料，对厂房的柱顶位移限值放得很宽，并且吊车吨位不超过20t，纵向水平刹车力也较小，尽管还有风载，个别地区还有地震作用，设剪刀式钢筋拉杆代替角钢剪刀撑，剪刀式钢筋拉杆，只承受拉力，不考虑承受压力。钢筋直径由纵向水平力之和设计确定，但要求必须设法将钢筋拉紧，真正能够传递纵向水平力。至于在一个结构单元中设几道剪刀式钢筋拉杆，由纵向水平力及钢筋直径确定，这样给制作和安装带来很大方便。
4、高强度螺栓的选择
轻钢结构采用高强度螺栓，不少工程技术人员的概念中，一提及高强度螺栓就是摩擦型、承压型。在钢结构梁柱连接中，如楼面屋面荷载较大使螺栓连接处受剪切力较大时，利用摩擦型、承压型高强度螺栓连接面处的摩阻力承受节点处的剪切力是有效的办法。但在轻钢门式刚架厂房中。由于屋面较轻，梁、柱连接处剪切力较小，其跨中的节点剪力往往更小，螺栓主要承受梁截面受弯时在螺栓轴向产生的拉力，而剪力往往较小。
如门式钢架接近柱顶处弯矩值很小，弯矩零点处时。剪力较柱顶处小，由于屋面很轻，因此其剪力很小。柱顶处，在均布荷载作用下为跨中最大弯矩。但其剪力趋近于零。
此时，两节点剪力均很小，不必靠摩擦面承受剪力。因此不必用摩擦型或承压型高强螺栓。可以采用强度较高的普通螺栓承受拉力与承受剪力，采用普通螺栓的拧紧方法，拧紧螺栓。此时螺栓承受很小的剪力，主要承受弯矩产生的拉力。轻钢规程中说明螺栓连接强度设计值在普通螺栓中给出了8．8级螺栓的抗拉、抗剪强度设计值，适应了目前轻钢结构厂房的螺栓连接要求，是非常及时的。
5、主钢构材质的选择
关于轻型刚架材质问题，在建设单位的招标文件上，经常见到要求刚架材质为Q345，而且这种要求高强度材料的标书也越来越多，建设单位认为材质的设计强度越高就越省钢材，就会降低工程造价。这种认识有局限性，不是普遍规律。因为刚架的结构设计，不仅要进行强度设计，还要进行刚度设计及稳定性设计，而影响设计的因素也较复杂，例如跨度、高度、地震烈度、风载、静载、是否有吊车、吊车吨位等，所以材料强度越高就越省钢，这种认识是不全面的。一般说非地震区的建筑风载较小且跨度较大时，其构件内力较大，是强度控制，材质强度高会降低用钢量，建筑物造价会下降；当抗震设防烈度较高且风载较大时，往往是变形较大由刚度控制，材质强度再高，也需保持足够的构件截面，才能有足够的刚度以满足变形要求，这时材质强度高反而建筑物造价会提高，造成不必要的浪费。
6、结语
要做好轻型钢结构房屋的设计工作，必须从概念设计、结构计算、构造措施等各方面考虑，做到方案正确、模型合理、措施得当，以保证结构的安全性和经济性。以上仅为设计中的几点体会，愿起到抛砖引玉的作用，从大局着眼，从细处入手，把轻型钢结构设计做得更合理。
参考文献：
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关键词：单跨，框架结构，钢支撑，加固，抗震能力
0.引言
在一些较早的建筑中，有不少建筑是悬挑走廊的单跨框架结构，如中小学框架校舍和一些老式的外廊公寓。这些建筑与过去传统习惯对建筑的功能要求有关。由于单跨框架结构属于单道防线，缺少冗余度，只要有少数局部破坏就会导致整体倒塌。这类建筑存在着很大的安全隐患。在国内外历次的地震中都证明这种结构体系对抗震严重不利。所以在总结经验教训的基础上，抗震鉴定标准（GB50023-2009）已明确了一些建筑（如学校）不应采用单跨框架结构。
1.加固方法
对现在存在的大量过去建造的单跨框架结构建筑，由于有很大的安全隐患的存在，必须进行抗震加固。我公司有专业的建筑加固改造施工队伍，承接并完成了一些需要抗震加固和改造的工程，取得了很好的效果。其中体会较深的是：这些单跨框架结构单从构件层次加固达不到令人满意的效果，必须从改变体系层次加固，例如采用加设钢支撑、加设剪力墙、框架柱加设混凝土翼墙、结合改造加开间或楼梯间等体外加固方法改造结构型式。而比较这些加固方法后，用在框架中加设钢支撑是一种更简单有效方便快捷的加固方法，更实用经济。本文就实际例子，对采用钢支撑进行单跨框架抗震加固的方法及其作用进行研究分析。
2.工程实例
2.1工程概况
厦门某小学教学楼建在II类场地上，三层钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为七度，屋顶建有楼梯间的塔楼，房屋总高度为12.9米，层高3.3米。柱采用C30混凝土，梁板采用C25混凝土，受力主筋采用HRB335级钢筋，其结构平面布置图如下（见图一）。
图一 结构平面布置图
此建筑烈度为七度抗震设计，经抗震鉴定，结构的框架梁柱承载力大部分不能满足抗震设防要求。由于现浇楼板对梁的刚度起到增大作用，导致很难实现宜于抗震设防要求的的强柱弱梁的结构型式，在地震力作用下侧移稍大就很容易倾覆倒塌。
2.2钢支撑加固力学概念
本工程采用钢支撑加大结构的抗震能力，框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引起，一般规律是：柱的震害重于梁，角柱的震害重于一般的柱，柱上端的震害重于下端。柱子是竖向承重构件，柱子破坏有剪切破坏、压弯破坏和弯曲破坏。。单跨框架底层柱在地震做用较大时易形成绞机动体系，一旦破坏，造成建筑倒塌。加设钢支撑后，能明显地改变结构受力性能，形成桁架体系受力模型，有效地防止柱子出现剪切、压弯和弯曲破坏，从而防止了结构因为变形过大而引发倒塌。
2.3钢支撑布置。
由于结构加设钢支撑后，地震对建筑的作用将增大，所以在所有未加设支撑的框架满足新要求的前提下，支撑的数量越少越好。本工程的支撑布置做法是用钢支撑沿梁主轴方向双向布置，且钢支撑在竖向是从底层贯通到顶层。因楼梯间是结构的薄弱环节，容易变形且在楼板变形过大时，容易被拉。因此在楼梯两侧加设支撑。具体布置位置是：纵向在建筑的7、8、9轴线前侧和后侧上，横向位置是在各楼层楼梯间两侧（见图二）。支撑的型式是“人”字型和“x”型钢支撑采用的是100mm * 96mm *5.3mm的槽钢。
图二 钢支撑布置
2.4加固支撑节点
框架节点是把梁柱连接起来形成结构的关键部位，在地震作用下节点要承受很大的水平剪力，易产生脆性破坏，节点一旦破坏能使结构处于极不利的受力状态，甚至导致整个结构的倒塌，所以必须采用可靠的构造措施保证柱端节点安全。在加设支撑后，待支撑框架的柱端和梁端剪力很大（特别是柱端），节点受力更复杂，，所以对加设支撑后的柱也必须进行加固。
本工程考虑到对框架节点和柱都需要进行了加固，采用的是外粘型钢加固方法，具体见图三节点图，这种方法使节点和柱很好的结合在一起，实际加固效果显著。。。
图三 节点和柱加固构造
3.结束语
单跨结构在加固过程中，钢支撑的加设位置和数量对加固的效果有影响，所以需对比几种加设方案，可以选择钢支撑数量少又满足加固效果的经济方案。当加设支撑后，会引起结构构件的内力变化，尤其是与支撑连接部分柱的轴力增幅加大，所以在加固过程中，要依据原结构特点，选责合理的构造措施，使其变成真正桁架体系。
由于加支撑后，与支撑相连的梁柱内力变幅较大，必须验算其承载力，柱可以通过外包角钢等方法提高竖向承载力，在加固柱时还需验算原来基础的承载力是否足够，如果不够，则需进行基础架构。支撑需要验算强度和稳定，如果强度不够，可以增大支撑截面。如果刚度不足，可以通过构造措施（如加缀条）使其满足。这种方法具有简单、方便、造价低和扰动下等优点。在老式建筑改造过程中面临着数量多、时间紧、任务重等情况，钢支撑加固将发挥重要作用，具有广泛的应用前景。
关键词：建筑结构；结构构思；几何尺寸；柱网布置
中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：
引言
结构工程的经济效果如何、在很大程度上要取决于结构工程师的理论水平与设计水平。因此结构从开始进行结构构思时起，到确定和完善结构方案的整个建筑设计过程中，应当充分发挥自己的主观能动性和创造性。为了达到最佳的结构经济效果，在建筑结构平面布局中，应当很好地采取合理的结构柱网布置；在建筑剖面设计中；应当妥善地考虑结构传力的全过程，在组织结构的传力系统时，渍当注意结构部件的灵活组合，并在受力特点不同的结构部位，采用不同的建筑材料；在确定所采用的结构构件形式时，应当注意结构各构件的经济尺寸范围及其合理的结合形状。
基于经济的结构布置
从力学观点来看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网开间等跨和进深等距(或近于等距)来布置，因为这样可以相应减小边跨柱距、可以充分利用连续梁的受力待点以减小结构小的弯矩，可以使各跨梁截面趋于一致而提高结构的整体刚度等。这样，柱网布置就必须和建筑物使用空间的划分与组合巧妙地结合起来。如北京民族饭店高层装配式框架结构的柱网布胃形式，虽然在开间方向的尺寸是相同的，但在进深方向，两边跨的尺寸却比中间跨大两倍多。原设计之所以这样布置，主要是考虑到加大中间跨后，会使走道板下的水平通风道结构层加厚而影响走道的净空。对该结构工程的分析和总结说明，如果采用进深方向近于等距的柱网布置形式，则要经济合理得多。在改进方案中，可以减小两边跨梁的截面面积；其基础用料也相应节约；各跨梁断面的尺寸趋于一致，结构的整体刚度大大提高；梁构件的长短相近，重量均匀，便于施工吊装；此外，加大中间跨后，也有利于一展大厅的平面布置。从标准层平面来看，中间两排柱子向两边跨推移后，又恰好可以将柱子组织在辅助的使用空间之中。对于原来设计中所顾虑的通风道问题，则完全可以另行研究解决。
在许多情况下，柱网在建筑物进深的方向上，可以市置为柱距相等的两跨。这样，不仅结构上简洁、合理，而且建筑平面布局也有较大的灵活性。如果使柱网在开间方问与进深方向的尺寸取得统一，那么，在结构技术经济效果方面就会显示出更大的优越性，国外普遍认为，现代工业企业的通用性厂房以采用方形柱网最理想，除了可以减少柱子和构件尺寸类型，便于工业化施工以外，还能为生产线和吊车设备沿两个互相垂直的方向布置创造行利条件。结合国外在民用和公共建筑中，也有采用方形柱网的趋向，并取得了较好的经济效果。
现代建筑中的合用空间与视觉空间的创造是灵活多变的，而结构柱网又应当趋于规矩、简洁方能取得良好的技术经济效果；这的确是一个十分突出的矛盾、解决这个矛盾也要因时因地制宜。在某些情况下，从综合权衡来考虑，采用比较复杂的结构柱网来满足空间创造的要求，这也是无可非议的。然而，一般来说，力图寻求以最少的结构构件类型土适应空间创造的需要，也即以“重复”求“变化”，这也是现代建筑结构构思的—个基本原则。体现这一指导思想的、具有最明显趋向的思路，就是结构构成方式的“体系化”和“单元化”。“单元化”结构构成方式的持点，是将结构单元的构件标准化、定型化，然后再重复地加以运用，以适应建筑平面布局与空间变化的需要，这种结构单元，既可以并联重复，也可以间隔重复。
结构经济尺寸与几何形状设计
无论是平面结构系统，还是空间结构系统，每一种结构形式所能取得的技术经济效果，也很大程度上都要取决于它工作时的受力状况。结构受力状况恶化，就意味著材料消耗的增加。而当结构受力比较合理时，一方面可以节约材料，另一方面也能使所用材料的力学特性和承载能力得以充分发挥和利用。所以说，在组织结构的传力系统时，应力求使结构承受直接应力、尽量避免出现受弯或受扭等不利情况。
然而，当结构的传力系统基本确定之后、每—种结构形式的受力状况还随着它的几何尺寸和几何形状变化而变化。换而言之，在所确定的结构传力系统中，每一种结构形式只有当它具有—定的几何尺寸和几何形状时，它才具有比较合理的工作性能，才能取得较好的经济效果。例如，一般来说，当钢筋混凝土梁的跨度在4米以下时，梁跨中弯矩不大，由于这时梁截面主要是由刚度来决定的，因而钢筋混凝土的承载能力只利用了一部分，当梁的跨度超过8米时，由于弯矩和结构自重急剧增加，通常就要改变梁的矩形截面形状；但薄腹粱的合理跨度一般也只能达到12米，跨度再加大时，就要考虑采用其它结构形式了。可见，在同样的荷载条件下，梁的经济合理性要取决于它的跨度和断面，即梁的几何尺寸和几何形状。空间结构系统也是如此，如平板型网架结构，虽然它可以覆盖大跨和超大跨建筑，也对以结合柱网布置构成大面积屋盖，然而，它的跨度也不宜超过125米，柱网也不宜小于12米x12米。否则，在经济上也将失去其优越性。从几何形状来看，以正方形平面为最好，甚至当边长比例变化为1：1.1的时候，最大弯矩值也要增加20％，而当边长为1：1.25时，平板型网架结构就不够经济了。
结构的经济尺寸范围和结构的合理几何形状是两个很重要的概念，它们与建筑平面及建筑剖面设计的关系其为密切，可以说对每一种结构形式的经济尺寸范围及其合理几何形状掌握的越多，在结构构思和建筑设计中的“自由度”也就越大。若不然，我们在各种结构形式的具体运用中，就仍不免带有很大的盲目性。片面强调或孤立考虑建筑方面的要求，往往便会忽视结构的经济尺寸范围，甚至完全破坏结构的合理几何形状，如上海某光学玻璃厂熔炉车间便是一个典型的例子。该厂房屋盖采用了筒壳结构。为了解决车间内部的自然采光和通风问题，筒壳呈单波高低跨布置，并在高跨的两侧边梁下开设天窗。这样一来，使得每个筒壳都处于单独工作的状态，完全失去了多波连续布置时的合理受力性能。此外，由于壳体的边梁数量增加了一倍，因而整个屋盖结构的经济指标与一般钢筋混凝土屋架、屋面板(带天窗)相比并不优越，水泥用量和所费工日反而显著增加。如果我们将筒壳改为连续3波来布置，分析表明，它的用材指标（钢、水泥）、所需工日以及造价等，都要比筒壳呈单波高低跨布置时降低许多。例如，从力学观点来看，薄壳、悬索等是“天生经济的”，但有时往往由于施工方法不理想，或材料来源不充足又会变得不经济。认识到这一点，特有助于使我们在结构的运用中，更好地从物质技术条件的客观实际出发。但是，即使如此也不能否定结构“天生的经济性”的重要意义。结构的合理几何尺寸与几何形状，总是和结构的这种“天生的经济性”紧密联系在一起的，对此若掉以轻心，那么，从—开始提出的结构方案，就很可能是“天生的不经济的”，从上面对圆柱形筒壳运用的分析，便是一个很好验证。
结语
从工程实践表明，无论是工业建筑、居住建筑，其建筑结构和经济存在紧密联系。正确地认识和处理建筑和经济之间的联系，就能有效地把资源在结构上发挥得淋漓尽致。在充分满足力学、功能与美学方面的要求之后，再好的构思，再好的方案，若不能为经济条件所接纳，那也只能付之东流。
参考文献：
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关键词：建筑信息建模 空间结构 计算机辅助设计 参数化设计 数据交换
中图分类号：TU17
文献标识码：A
文章编号：1004－8537(2012)02－0170－06
研究背景
BIMH的理论基础主要源于制造行业集CAD、CAM于一体的计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)理念和基于产品数据管理PDM与STEP标准的产品信息模型。BIM研究的目的是从根本上解决项目规划、设计、施工以及维护管理等各阶段应用系统之间的信息断层，通过实现建筑全生命周期的所有真实信息的模拟，实现全过程的工程信息管理乃至建筑生命期管理。然而，由于建筑业本身所固有的特性。如产业结构的分散性、工程对象的惟一性，工程信息的复杂性等，使得BIM的实现异常复杂而艰难。
尽管实现BIM前路曲折，但是从长远来说，BIM不断提供质量高，可靠性强的信息，使建筑物的运作、维护和设施管理能更好地运行，持续地节约了成本。BIM的运用无疑是建筑界的一场工业大革命。大跨空间结构BIM技术研究与应用
1、结构的设计流程与数据流分析
独立地讨论建筑结构设计的流程是不完整的，因为结构设计只是整个建筑产品设计中的一个环节。在设计的过程中，实际上是建筑信息数据流动、交换的过程。因此，为了建ABIM应用框架，首先要对整个设计的流程有一个深入的剖析，对联系整个设计过程的数据流有一个充分的认识。
设计过程是由如下几个部分构成的一个大循环：可行性论证、建筑的初步方案设计+结构的初步方案设计、方案论证、详细设计(施工图设计)、建筑方案变更+再设计。综合考虑了结构设计在整个设计过程的地位及与其他设计内容之间的相互关系，我们可以给出针对建立BIM技术应用框架的两点建议：
①结构设计在整个建筑产品设计过程中处于承上启下的关键地位，所以在建立BIM应用框架时要考虑与前后设计的衔接，要有相应的接口与前后设计环节进行交互，进行相关的操作和数据信息流动。
②为了避免形成“思维孤岛”，同时也为了避免反复的“二次建模”过程，在建立BIM应用框架时，最好要建立一个可以共用的全局的数据模型。设计的过程实际上是信息加工的过程，构建一个整体的数据模型可以使整个数据加工流水线更加畅通，有用信息可以进一步传递给下游设计环节。
2、空间结构特点
空间结构的主要特点就是能够充分利用不同材料的特性，以适应各种变化的建筑造型的需要。因此，空间结构具有受力合理、重量轻、造价低以及形式活泼新颖、能够突出人类艺术创造力等优点。空间结构的设计和建造已日益成为一个家建筑技术水平的标志之一。空间结构能根据不同的建筑平面和空间曲面形式构造任意满足要求的曲面造型，因而备受建筑师们的青睐。然而，人们对新事物的追求是无止境的，这种追求恰恰是技术发展和社会进步的动力。当规则的曲面已满足不了人们对优美的建筑造型的追求时，建筑师们继而寻找外观更加优美、但形式更为复杂的曲面，这种类型的曲面外形自由生动，具有良好的视觉效果。但由于其形式的复杂性与不规则性，也给曲面的建模工作带来了一定的困难。
下面谈谈空间结构工程设计中的问题。目前我在结构设计中使用最多的是Autodesk公司的AutoCAD，还是处于传统的二维的设计模式。无可否认，CAD技术的普及大大提高了设计效率，降低了设计错误的发生，并且从手工绘图中解放了设计人员，使他们有更多精力放在设计方案的优化上，但是这种设计方式已经很难满足迅猛发展的大跨空间结构工程的设计需求，主要表现在：工作效率低：可视化差，交流困难；设计差错难免：设计变更修改困难；资料信息管理困难：版本控制困难。
利用BIM技术建立结构开发的人机交互接口，利用数值仿真技术研究产品的性能。在模型仿真的基础上，设计人员应该有效地利用各种优化工具实现系统优化，需要将BIM建模和优化策略结合。BIM技术可以给大跨空间结构带来设计、施工、运营全生命周期的巨大效益，并且给业主带来巨大的经济效益。由于设计阶段是实施大跨空间结构非常重要的一步骤。若方案确定、基本设计完成，以后阶段实施中遇到问题(尤其是施工阶段)需改动，其成本是很高的，因此方案和基本设计决定了大跨空间结构的基调，必须严格科学地探究每一个步骤。为此特别以基本设计中结构专业设计为例，说明实施BIM技术给大跨空间结构中带来的效益。
3、基于BIM技术的理想大跨空间建筑实施方案
为此确定以基于BIM技术的Autodesk Revit系列设计软件为主，配合多专业的数据分析软件，将可能发生的问题及早地解决在设计初期。
首先由Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP搭建建筑、结构、水、电等专业的BIM模型，这样的模型拥有区别于传统图形的有利特点，它的信息量更多，数据的递交也更准确、更宽泛，它们可以提交传统的数据文件，也可以提交IFC(建筑工程数据交换标准)数据。
以IFC格式数据传给Midas，Sap2000等有限元软件(各软件支持IFC格式还不理想)，进行结构应力计算。
以DWF格式数据传给Navisworks，进行漫游、管线综合。
以GBXML格式数据传给Ecotect，进行建筑性能分析。
以DWG格式数据传给AutoCAD，进行后期图纸调整。
以FBX格式数据传给3ds Max，进行后期效果图渲染，以及动画制作。
4、二次开发平台及工具选择
开发可以实现BIM的软件产品，大体分为两个派系(见图1)：直接按照BIM的思想开发；基于传统CAD平台开发。
以大跨空间结构工程为例，具体的实施方案为：
应用Autodesk公司的基于BIM技术的软件Revit在设计阶段可以构建结构专业的建筑信息模型，同时采用结构设计软件Midas Gen软件进行设计。由于Midas Gen不支持IFC际标准，因此采用Fortran语言对Midas文本结果格式进行二次开发，完成两者的兼容性。由此可以实现CAD到CAE双向无缝，并且由Revit可以自动准确地生成工程图纸、料单统计，设计报告，还可以在Revit中嵌入需要的优化设计程序、标准化设计程序、节点设计程序等，完成相应的设计需要，所以这样可以极大地发挥BIM的优势，实现自动化设计。
说明：理想的解决方案应该是先在Revit中建模，Midas Gen只是计算的工具而已，但是考虑到实际设计的习惯，故采用上述方案。
5、开发流程图
高效率的二次开发需要尽可能多地利用软件本身的接口和其它可移植的程序代码，编写尽可能少的程序(见图2)。这样，程序开发者可以将主要精力放在对所开发项目的理论研究上和功能设计上，不仅有利于设计出具有高可靠性的程序模块，也可大大减少对程序的维护和改造工作，缩短研发周期。
6、基于Revit Structure的开发应用接口
上面我们以大跨钢结构设计为背景，以Revit Structure平台为研究对象，探讨BIM技术在大跨空间结构设计中的开发与应用。针对大跨空间结构的特点和当前大跨空间结构工程设计中存在的问题，主要探讨了BIM技术在大跨空间结构设计中的应用。分析建筑业开发的流程、大跨空间结构设计阶段的特点和存在的问题，指出实施BIM技术可以很好地解决上述问题i并且根据BLM[2 J理念，制定大跨空间结构工程中BIM实施的具体方案和BIM技术在结构设计中实施方案。然后，我们根据制定的BIM技术在结构设计中实施方案，对方案实施中用到的软件进行了简要的介绍。接着，我们根据制定的方案，具体的实施了Revit(前处理)――Midas(结构分析――计算)――Revit(后处理)的一体化设计，并对实施BIM后的效果进行了演示，用实践验证了BIM技术在结构设计阶段的巨大效益，期望能对BiM技术在其他建筑相关专业的研究和应用提供参考。下面我们将探讨基于Revit Structure的开发应用接口问题。
Revit结构软件Midas接口开发：在Revit Structure和一些常用的结构分析软件中，通过API提供了一些双向链接接口插件，用于RST和常用的结构分析软件的交互操作，进而完成对于结构工程师的BIM解决方案。这些API接口主要用于把计算软件中的分析模型导入到Revit中，同时可以把Revit中的模型导入到结构分析软件中去进行重力、侧向力和抗震等计算分析。在结构分析设计过程中，不可避免地会根据计算结果有模型和图元尺寸的修改。当然，这些修改也都可以通过接口文件更新到Revit Structure中。一般来说，可用于交互操作的信息包括：构件尺寸、结构图元位置、材质、荷载、边界条件、荷载组合情况等。
与有限元软件的数据接口，该结构BIM软件支持通过文本操作进行结构的建模、分析、校核等一系列功能，图3为文本编辑操作应遵循的文件格式。软件可以读入Midas等数据文件，实现与这些通用有限元软件的接口，图4为绍兴体育场的Midas有限元模型，该BIM软件读取Midas数据文件，然后转为自身的格式，然后即可建立该BIM的有限元模型，从而实现建模过程中资源的共享，使项目管理共享协同能力得到提高。
在结构分析与设计完成后，由计算结果读取绘制BIM实体模型所需要的构件信息，包括截面信息和方位信息。通过绘制结构BIM三维实体模型，三维实体模型在结构构件的布置上与实际结构完全一致，实现了建筑信息模型是对工程项目结构真实构件实际空间方位的数字表达的核心和基本要求。通过上述算法，分析设计信息完整地存储到建筑信息模型中，完成BIM的三维实体模型的数字建造关键技术。
结构BIM软件系统的三维实体信息核心采用参数化描述结构单元，以梁、柱等建筑构件为基本对象，而不再是CAD中的点、线、面等几何元素，通过数字建造技术模拟建筑物的真实信息，信息的内涵不仅仅是几何形状信息，还包含大量的非几何信息如物理信息以及分析信息等。对一个工程各部位很容易从各个角度查看，交互效率极高，不易发生普通二维CAD软件的理解错误；实现”所见即所得”的BlM核心理念。
大跨空间结构设计信息建模软件三维实体模型中的构件、节点等具有真实世界的行为和属性，包含真实构件的各种构件材料信息的显示、查询对话框相关信息，包括结构构件以及整体结构两个层次的相关附属信息。完整的三维实体信息模型提供基于虚拟现实的可视化信息，将对大跨空间结构的施工提供指导，对施工中可能遇到的构件碰撞进行预检测。图5为软件提供的结构用料信息的显示与查询。
结论
大跨空间结构设计信息建模软件与Midas的数据接口实现了分析信息的数据共享，减少了重新建模的巨大工作量；同时，设计的所有剖视图、施工图、大样图都出自同一个建筑信息模型，与传统的人工绘图相比，极大地提高了工作效率，减少了出错的可能性，模型上的修改可以实时反映在图纸中，保证了设计的高质量。
大跨空间结构设计的BIM方案数字化深化了项目参与各方的信息交流和沟通方式，与传统的文件、图纸交流相比，通过集成各种相关信息的建筑信息模型沟通和数据传输，大大提高了大跨空间结构项目参与各方的信息共享程度，在一定程度上解决了BLM所要求的信息整体性问题。
本文从建筑业的特点出发，分析了结构设计的特点，并专注分析了结构的设计流程与数据流分析，及大跨空间结构的设计特点，得出基于应用BIM技术的大跨空间结构数据流分析。着重以BIM技术在大跨空间结构设计领域的研究应用为突破口，提出了BIM技术实施的具体方案，并用实践验证了方案的可行性。通过分析现有大跨结构的设计及BIM软件，提出建AMIDAS与REVlT进行数据交互，通过编程实现数据交互，快速实现大跨空间结构的BlM建模，并以绍兴体育场为例实现该技术。期望能为BIM技术在结构工程设计领域的应用提供借鉴，为BIM技术在我建筑业中的推广和BIM技术在其他行业的应用提供参考。
作者：梁佐鹏，助理工程师北京建筑工程学院硕士在读研究生
