2026年建筑结构设计竞赛结构设计优化与创新思维题集

2026年建筑结构设计竞赛：结构设计优化与创新思维题集一、概念设计题（共3题，每题10分）1.题目：某南方沿海城市需建设一座6层综合办公楼，建筑平面呈矩形，长轴约80m，短轴约40m。要求在满足规范要求的前提下，提出一种创新的结构体系方案，以降低风荷载对结构的影响，并简述其优缺点。2.题目：设计一座适用于西北干旱地区的单层装配式温室大棚，跨度20m，长度100m。要求提出一种轻质高强、便于运输和拼装的钢结构方案，并说明如何优化热工性能。3.题目：某山区拟建一座跨度50m的单跨体育馆，场地地质条件较差，存在软弱下卧层。请提出一种适用于该场地的结构基础优化方案，并说明其合理性。二、优化设计题（共4题，每题12分）1.题目：某高层住宅楼采用框架-剪力墙结构，标准层层高3m。现需在不改变结构形式的前提下，通过优化剪力墙布置和截面尺寸，降低结构自重15%以上。请简述优化思路及计算方法。2.题目：设计一座跨度30m的钢桁架桥梁，主要承受汽车荷载。要求在保证结构安全的前提下，通过优化桁架杆件截面，使材料用量减少20%。请说明优化原则及具体措施。3.题目：某工业厂房采用钢结构屋盖，屋面坡度1:10。现需在满足排水要求的前提下，通过优化屋架形式，降低屋面恒载10%。请简述优化方案及力学分析要点。4.题目：设计一座地下两层停车场，基础埋深约6m，场地土质为饱和软土。要求提出一种经济合理的基坑支护方案，并说明如何减少对周边环境的沉降影响。三、创新应用题（共3题，每题15分）1.题目：探讨BIM技术在复杂高层结构设计中的应用，提出一种基于参数化设计的优化方法，并说明其优势。2.题目：研究新型装配式混凝土结构在异形建筑中的应用，提出一种适用于曲面造型的连接节点设计方案，并分析其受力性能。3.题目：设计一种基于张弦梁技术的轻型屋盖结构，要求满足大跨度、自重轻、施工便捷的要求，并说明其创新点。四、地域性设计题（共3题，每题15分）1.题目：某西南地区多雨城市需建设一座5层商业综合体，要求结构设计考虑暴雨及山洪的影响，提出一种抗洪涝的优化方案。2.题目：设计一座适用于东北地区寒冷地区的单层钢结构厂房，要求结构保温性能良好，并提出一种经济可行的围护结构方案。3.题目：某沿海地区需建设一座防震减灾科普馆，建筑高度8m。要求采用低层钢结构体系，并优化结构抗震性能，请简述设计方案。五、技术挑战题（共3题，每题20分）1.题目：设计一座跨度60m的双层钢桁架人行天桥，要求结构轻便、美观，并考虑与周边环境的协调性。请提出一种创新的结构形式及施工方案。2.题目：某城市拟建一座高耸电视塔，高度200m，采用钢筋混凝土框架-核心筒结构。要求优化核心筒及外围框架的协同工作性能，并说明如何应对风致振动。3.题目：设计一座临时性大型展览馆，要求结构可快速拆卸、重复利用，并满足大型设备吊装需求。请提出一种模块化钢结构方案，并说明其技术难点。答案与解析一、概念设计题1.答案：建议采用张弦梁-桁架组合结构体系。该体系通过预应力张弦梁提供整体刚度，减少风荷载下的侧移；桁架部分可设置斜撑，进一步降低风振系数。优点是自重轻、风荷载响应低；缺点是施工工艺相对复杂，成本较高。2.答案：采用钢-混凝土组合结构，上层为钢筋混凝土板，下层为轻型钢结构框架。温室大棚屋架可设计为新型铝合金桁架，便于运输；基础采用预制桩基础，减少对场地的影响。优化热工性能可通过双层中空玻璃及保温夹芯板实现。3.答案：采用筏板基础+桩基础复合地基。筏板基础分散荷载，桩基础穿透软弱层，适用于山区地质条件。优化方案还可结合地基处理技术（如强夯），提高承载力。二、优化设计题1.答案：优化剪力墙布置可采取分散布置策略，在结构薄弱部位设置小截面剪力墙，避免局部刚度过大。截面尺寸可通过有限元分析调整，使剪力墙承担合理剪力。计算方法需结合规范进行协同工作计算。2.答案：采用变截面桁架，跨中部位采用较大截面，两端渐小。杆件截面可由钢桁架设计软件自动优化，材料用量减少需满足强度及稳定性要求。优化原则是刚度分布均匀，避免材料浪费。3.答案：优化屋架形式可改为折线形桁架，减少斜杆数量，降低自重。屋面恒载可通过采用轻质屋面材料（如ETFE膜材）进一步减少。屋架跨度可通过分跨设计优化。4.答案：采用地下连续墙+锚索的支护方案，结合真空预压技术减少地基沉降。基坑开挖顺序需分层进行，防止扰动周边土体。支护结构需进行变形监测，确保安全。三、创新应用题1.答案：BIM技术可通过参数化建模实现结构优化，例如自动调整梁柱截面、优化楼板开洞位置等。参数化设计可快速生成多种方案，结合性能化分析软件（如ETABS）进行多目标优化。2.答案：采用预制混凝土夹层板+钢结构框架，连接节点设计可参考销钉连接+焊接组合形式，确保节点刚度及耐久性。曲面造型可通过BIM技术精确建模，预制构件现场快速拼装。3.答案：张弦梁屋盖结构通过预应力钢弦提供反拱，减少屋面恒载。节点设计可采用焊接球节点+预应力锚具，施工时需注意预应力张拉顺序。创新点在于自重轻、跨度大、施工周期短。四、地域性设计题1.答案：结构设计需增加屋面排水坡度（≥5%），采用防倒灌措施（如设置检查井）。基础可采用架空基础，避免雨水浸泡。结构材料需满足耐腐蚀要求，如采用不锈钢连接件。2.答案：采用保温复合墙体（如聚氨酯泡沫夹芯板），屋面设置保温隔热层。钢结构柱底可设置桩基础+地锚，防止冻胀破坏。厂房跨度可通过分跨设计，减少单跨长度对保温的影响。3.答案：采用低层钢结构框架+消能减震装置，如阻尼器或隔震垫。结构布置需考虑地震波输入方向，核心筒可设置加强层。科普馆内可结合结构模型展示抗震原理。五、技术挑战题1.答案：采用双层钢桁架错位连接，形成空间稳定结构。人行天桥需设置风撑，防止风致振动。施工时可采用分段吊装+高空对接技术，减少现场作业风险。2.答案：核心筒采用多边形截面，提高抗扭刚度。外围框架柱可设置斜撑，增强整体稳定