2026工程设计大赛结构设计及优化设计题

2026工程设计大赛结构设计及优化设计题一、结构设计题（共3题，每题20分）1.题目（20分）：某沿海城市需建造一座高度为50米的单层钢结构观景塔，基础地质条件为软土地基，设计要求结构抗震等级为8度，且需满足风荷载作用下的稳定性要求。请完成以下设计任务：（1）确定该观景塔的适宜结构体系（如桁架结构、框架结构等），并说明选择理由；（2）简述基础设计中的关键问题（如沉降控制、抗滑移验算等），并提出解决方案；（3）分析风荷载对结构的影响，并提出抗风设计的主要措施。2.题目（20分）：某山区公路需跨越一条深度为60米的峡谷，设计一座预应力混凝土连续梁桥，桥跨径为120米，设计荷载为公路-I级。请完成以下设计任务：（1）确定桥梁的合理跨径布置方案，并说明依据；（2）简述预应力混凝土连续梁桥的施工要点，并指出可能出现的结构问题及预防措施；（3）分析温度变化对桥梁结构的影响，并提出相应的构造措施。3.题目（20分）：某工业园区需建造一座跨度为40米的单层钢结构厂房，厂房内需设置大型重型机械（如起重机），设计要求结构抗震等级为7度，且需满足吊车荷载作用下的稳定性要求。请完成以下设计任务：（1）确定厂房的适宜结构体系（如门式刚架、桁架结构等），并说明选择理由；（2）简述吊车梁的设计要点，并分析其对结构的影响；（3）提出厂房结构抗变形设计的主要措施。二、优化设计题（共2题，每题25分）1.题目（25分）：某市政工程需设计一座直径为20米的圆形水池，水池壁高度为6米，材料为钢筋混凝土。设计要求水池需承受静水压力，且需优化结构配筋以降低材料用量。请完成以下优化设计任务：（1）分析水池壁的受力特性，并提出合理的结构构造方案；（2）基于有限元分析，优化水池壁的配筋布置，并说明优化依据；（3）对比优化前后的材料用量及成本，并提出进一步优化的建议。2.题目（25分）：某城市地铁工程需设计一段长为500米的隧道，隧道断面为矩形，净宽为6米，净高为4.5米。设计要求隧道需承受土压力、水压力及列车荷载作用，且需优化结构截面以降低施工难度。请完成以下优化设计任务：（1）分析隧道结构的受力特点，并提出合理的截面形状方案；（2）基于参数化设计，优化隧道衬砌的厚度及配筋，并说明优化依据；（3）对比优化前后的施工难度及成本，并提出进一步优化的建议。答案与解析一、结构设计题1.答案与解析：（1）适宜结构体系及选择理由：推荐采用钢桁架结构。理由：-桁架结构自重轻，适用于软土地基，可有效减少基础沉降；-钢结构具有良好的延性，抗震性能优越，满足8度抗震要求；-桁架结构风荷载效应较小，抗风性能较好。（2）基础设计关键问题及解决方案：-沉降控制：采用桩基础+筏板基础组合方案，桩端进入坚硬持力层，筏板基础分散荷载；-抗滑移验算：通过增加基础埋深、设置抗滑键等措施，确保基础抗滑稳定性。（3）抗风设计主要措施：-采用风洞试验验证结构风荷载效应；-设置屋面挡风板、抗风支架等构造措施；-优化结构平面形状，减少风荷载作用。2.答案与解析：（1）跨径布置方案及依据：推荐采用3×40米预应力混凝土连续梁。理由：-跨径布置简洁，施工方便；-预应力混凝土结构抗裂性能好，满足大跨径要求。（2）施工要点及问题预防：-施工要点：采用悬臂浇筑法，分段张拉预应力；-可能问题：混凝土收缩徐变、预应力损失，预防措施包括：加强养护、控制张拉顺序。（3）温度变化构造措施：-设置温度缝，释放温度应力；-采用低热水泥，减少温度变形。3.答案与解析：（1）适宜结构体系及选择理由：推荐采用门式刚架结构。理由：-门式刚架结构自重轻，适用于重型机械荷载；-钢结构施工速度快，满足厂房建设周期要求。（2）吊车梁设计要点及影响：-设计要点：采用高强度钢吊车梁，设置制动桁架；-影响：吊车梁变形可能引发机械运行不稳定，需加强刚度设计。（3）抗变形设计措施：-采用加强柱脚、设置刚性支撑等措施；-优化结构刚度分布，减少变形集中。二、优化设计题1.答案与解析：（1）受力特性及结构构造方案：水池壁主要承受环向拉力，推荐采用双层螺旋配筋方案。（2）配筋优化及依据：-基于有限元分析，优化配筋间距，减少材料用量；-依据：荷载分布不均区域加密配筋，均匀区域减少配筋。（3）优化效果及建议：-优化后材料用量减少15%，成本降低10%；-进一步优化建议：采用纤维增强混凝土，提高抗裂性能。2.答案与解析：（1）截面形状方案及依据：推荐采用马蹄形截面。理由：-马蹄形截面减少土压力，提高隧道稳定性；-适用于软土地基，施工方便。（2）衬砌优化及依据：-基于参数化设计，优化衬砌厚度，减少混凝土用量；-依据：土压力分布不均区域增加厚度，