2026工程設(shè)計(jì)大賽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)題一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題（共3題，每題20分）1.題目（20分）：某沿海城市需建造一座高度為50米的單層鋼結(jié)構(gòu)觀景塔，基礎(chǔ)地質(zhì)條件為軟土地基，設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為8度，且需滿足風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性要求。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）確定該觀景塔的適宜結(jié)構(gòu)體系（如桁架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等），并說(shuō)明選擇理由；（2）簡(jiǎn)述基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題（如沉降控制、抗滑移驗(yàn)算等），并提出解決方案；（3）分析風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，并提出抗風(fēng)設(shè)計(jì)的主要措施。2.題目（20分）：某山區(qū)公路需跨越一條深度為60米的峽谷，設(shè)計(jì)一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋跨徑為120米，設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）確定橋梁的合理跨徑布置方案，并說(shuō)明依據(jù)；（2）簡(jiǎn)述預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工要點(diǎn)，并指出可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題及預(yù)防措施；（3）分析溫度變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，并提出相應(yīng)的構(gòu)造措施。3.題目（20分）：某工業(yè)園區(qū)需建造一座跨度為40米的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，廠房?jī)?nèi)需設(shè)置大型重型機(jī)械（如起重機(jī)），設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為7度，且需滿足吊車荷載作用下的穩(wěn)定性要求。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）確定廠房的適宜結(jié)構(gòu)體系（如門式剛架、桁架結(jié)構(gòu)等），并說(shuō)明選擇理由；（2）簡(jiǎn)述吊車梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并分析其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響；（3）提出廠房結(jié)構(gòu)抗變形設(shè)計(jì)的主要措施。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)題（共2題，每題25分）1.題目（25分）：某市政工程需設(shè)計(jì)一座直徑為20米的圓形水池，水池壁高度為6米，材料為鋼筋混凝土。設(shè)計(jì)要求水池需承受靜水壓力，且需優(yōu)化結(jié)構(gòu)配筋以降低材料用量。請(qǐng)完成以下優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）分析水池壁的受力特性，并提出合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造方案；（2）基于有限元分析，優(yōu)化水池壁的配筋布置，并說(shuō)明優(yōu)化依據(jù)；（3）對(duì)比優(yōu)化前后的材料用量及成本，并提出進(jìn)一步優(yōu)化的建議。2.題目（25分）：某城市地鐵工程需設(shè)計(jì)一段長(zhǎng)為500米的隧道，隧道斷面為矩形，凈寬為6米，凈高為4.5米。設(shè)計(jì)要求隧道需承受土壓力、水壓力及列車荷載作用，且需優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面以降低施工難度。請(qǐng)完成以下優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）分析隧道結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，并提出合理的截面形狀方案；（2）基于參數(shù)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化隧道襯砌的厚度及配筋，并說(shuō)明優(yōu)化依據(jù)；（3）對(duì)比優(yōu)化前后的施工難度及成本，并提出進(jìn)一步優(yōu)化的建議。答案與解析一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題1.答案與解析：（1）適宜結(jié)構(gòu)體系及選擇理由：推薦采用鋼桁架結(jié)構(gòu)。理由：-桁架結(jié)構(gòu)自重輕，適用于軟土地基，可有效減少基礎(chǔ)沉降；-鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性，抗震性能優(yōu)越，滿足8度抗震要求；-桁架結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載效應(yīng)較小，抗風(fēng)性能較好。（2）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題及解決方案：-沉降控制：采用樁基礎(chǔ)+筏板基礎(chǔ)組合方案，樁端進(jìn)入堅(jiān)硬持力層，筏板基礎(chǔ)分散荷載；-抗滑移驗(yàn)算：通過(guò)增加基礎(chǔ)埋深、設(shè)置抗滑鍵等措施，確?；A(chǔ)抗滑穩(wěn)定性。（3）抗風(fēng)設(shè)計(jì)主要措施：-采用風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載效應(yīng)；-設(shè)置屋面擋風(fēng)板、抗風(fēng)支架等構(gòu)造措施；-優(yōu)化結(jié)構(gòu)平面形狀，減少風(fēng)荷載作用。2.答案與解析：（1）跨徑布置方案及依據(jù)：推薦采用3×40米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。理由：-跨徑布置簡(jiǎn)潔，施工方便；-預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性能好，滿足大跨徑要求。（2）施工要點(diǎn)及問(wèn)題預(yù)防：-施工要點(diǎn)：采用懸臂澆筑法，分段張拉預(yù)應(yīng)力；-可能問(wèn)題：混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)防措施包括：加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、控制張拉順序。（3）溫度變化構(gòu)造措施：-設(shè)置溫度縫，釋放溫度應(yīng)力；-采用低熱水泥，減少溫度變形。3.答案與解析：（1）適宜結(jié)構(gòu)體系及選擇理由：推薦采用門式剛架結(jié)構(gòu)。理由：-門式剛架結(jié)構(gòu)自重輕，適用于重型機(jī)械荷載；-鋼結(jié)構(gòu)施工速度快，滿足廠房建設(shè)周期要求。（2）吊車梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)及影響：-設(shè)計(jì)要點(diǎn)：采用高強(qiáng)度鋼吊車梁，設(shè)置制動(dòng)桁架；-影響：吊車梁變形可能引發(fā)機(jī)械運(yùn)行不穩(wěn)定，需加強(qiáng)剛度設(shè)計(jì)。（3）抗變形設(shè)計(jì)措施：-采用加強(qiáng)柱腳、設(shè)置剛性支撐等措施；-優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度分布，減少變形集中。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)題1.答案與解析：（1）受力特性及結(jié)構(gòu)構(gòu)造方案：水池壁主要承受環(huán)向拉力，推薦采用雙層螺旋配筋方案。（2）配筋優(yōu)化及依據(jù)：-基于有限元分析，優(yōu)化配筋間距，減少材料用量；-依據(jù)：荷載分布不均區(qū)域加密配筋，均勻區(qū)域減少配筋。（3）優(yōu)化效果及建議：-優(yōu)化后材料用量減少15%，成本降低10%；-進(jìn)一步優(yōu)化建議：采用纖維增強(qiáng)混凝土，提高抗裂性能。2.答案與解析：（1）截面形狀方案及依據(jù)：推薦采用馬蹄形截面。理由：-馬蹄形截面減少土壓力，提高隧道穩(wěn)定性；-適用于軟土地基，施工方便。（2）襯砌優(yōu)化及依據(jù)：-基于參數(shù)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化襯砌厚度，減少混凝土用量；-依據(jù)：土壓力分布不均區(qū)域增加厚度，