工程结构设计概况范文

导语：如何才能写好一篇工程结构设计概况，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：混凝土结构；设计规范；混凝土保护层；钢筋锚固

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

引言

混凝土结构一直是我们最常用的结构，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）修订反映我国近十年来混凝土结构学科的科研成果和工程建设中的新经验，标志着我国混凝土结构的计算理论和设计水平有了新的提高与发展。

1、钢筋的混凝土最小保护层厚度的调整

鉴于《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中规定混凝土保护层最小厚度是指纵向受力钢筋的外表面至混凝土表面的距离，除长期干燥或永久置于水中的混凝土构件外，其他环境下的构件并不能满足设计使用年限内防止钢筋严重锈蚀的耐久性要求，并且为防止混凝土构件中最外侧箍筋和分布筋首先锈蚀并导致混凝土顺筋开裂和剥落，对其保护层厚度的要求应该与主筋相同，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）从混凝土碳化、脱钝和钢筋锈蚀的耐久性角度综合考虑，不再以纵向受力筋的外缘，而以最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）的外缘计算混凝土保护层厚度，规定混凝土保护层最小厚度是指钢筋的外表面至混凝土表面的距离，很显然，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定的混凝土保护层最小厚度既保护了纵向受力钢筋，又保护了箍筋、分布筋，比《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）规定混凝土保护层最小厚度有所加大。对由纵向钢筋和箍筋组成的梁、柱构件，混凝土保护层最小厚度的调整使正截面设计中截面有效高度 h0=h-as( 若仅布置一排钢筋时，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）为 as=c+d纵/2，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）为 as=c+d箍+d纵/2，见图 1）有所减少；对由纵向受力钢筋和分布钢筋组成板构件而言，新旧混凝土结构设计规范规定的保护层厚度不变，不影响正截面设计中截面有效高度 h0=h-as。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）除了修改对钢筋的混凝土最小保护层厚度定义外，还对结构构件所处耐久性环境类别进行了划分，对应环境等级修改，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）调整了混凝土最小保护层的最小厚度 c（mm），对一般情况下混凝土结构的保护层厚度稍有增加，而对恶劣环境下的保护层厚度则增幅较大。

2、钢筋锚固和连接方式的改进

我国钢筋强度不断提高，结构形式的多样性也使锚固条件有很大的变化，根据近几年系统试验研究及可靠度分析的结构并参考国外标准，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）提出 ιab即基本锚固长度，取代了原先的 ιa，从基本锚固长度的计算公式看，公式并没有改变，但改变 ft取值，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）提出当混凝土强度等级高于C60时，ft按C60取值，而《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）则是当混凝土强度等级高于 C40 时，ft按 C40 取值。这主要是根据实验研究表明，高强混凝土的锚固性能被低估，原先的最高强度等级取 C40 偏于保守，其实这也是为推广高强度钢筋，如果采用原先的公式计算，高强度钢筋的基本锚固长度有些长。另外，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）删除《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中锚固性能差的刻痕钢丝，同时提出当混凝土保护层厚度不大于 5d 时，在钢筋锚固长度范围内配置构造钢筋的要求。当不考虑锚固长度修正时，取相同直径 d，采用《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算受拉钢筋锚固长度。

3、钢筋用量的分析

工程概况①：按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）计算，梁、柱、墙受力钢筋采用 HRB400 级，梁、柱箍筋和墙中构造筋以及板中钢筋均采用 HRB335 级。

工程概况②：按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算，梁、柱、墙受力钢筋采用 HRB400 级，梁箍筋和构造筋、墙构造筋以及板中钢筋均采用 HRB335 级。

工程概况③：按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算，梁、柱、墙受力钢筋采用 HRB500 级，梁箍筋采用 HRB400 级，墙构造筋及板中钢筋仍采用 HRB335 级。

通过中国建筑科学研究院研发的 PKPM 程序模拟计算，其计算结果如下：

3.1剪力墙结构

工况②与工况①比较：在钢筋强度等级相同的条件下，按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算的钢筋总用量（748.84t）比按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）计算的钢筋总用量（747.83t）略有增加，比值为 1.001；其中梁箍筋（HRB335 级）的用量因规范修订稿中受剪公式的改变有较明显增加，梁中受力主筋（HRB400 级）的用量因《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中裂缝宽度计算公式的改变有所减少；板和墙的钢筋用量受最小配筋率控制，基本无变化。工况③与工况①比较：工况③仍按新修订的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算，但梁中箍筋改为 HRB400 级，梁、板和墙中的受力主筋改为 HRB500 级。可以看出，钢筋总用量（742.23t）比按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）计算的钢筋总用量（747.83t）略有减少，比值为 0.993；其中梁箍筋用量仅略有增加，而梁中受力主筋的用量则减少明显，梁中钢用量合计减少约 5.6%；板和墙的钢筋用量仍受最小配筋率控制，变化不大。工况③与工况②比较：工况③和工况②均按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算，只是工况③提高钢筋强度等级，可看出两种工况下钢筋总用量基本相同，主要是因为板和墙的钢筋用量受最小配筋率控制变化不大，而梁中箍筋和受力主筋用量则有明显减少。

3.2框架结构

工况②与工况①比较：在钢筋强度等级相同的条件下，按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算的钢筋总用量（229.73t）比按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）计算的钢筋总用量（231.13t）略有减少，比值为 0.994；其中梁箍筋（HRB335 级）的用量因规范修订稿中受剪公式的改变有较明显增加，而梁中受力主筋（HRB400 级）的用量因规范修订稿中裂缝宽度计算公式的改变有所减少；板的钢筋用量受最小配筋率控制，基本无变化；柱的钢筋用量略有增加。工况③与工况①比较：工况③仍按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算，但梁和柱的受力主筋改为 HRB500 级。可以看出，钢筋总用量（217.35t）比按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）计算的钢筋总用量（231.13t）减少约 6%（比值为 0.940）；其中梁箍筋用量增加较明显，而梁中受力主筋的用量则减少明显，梁中钢用量合计减少约10.9%（比值为 0.891）；板和柱的钢筋用量仍受最小配筋率控制，变化不大。工况③与工况②比较：工况③和工况②均按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算，只是工况③梁和柱的受力主筋改为 HRB500 级。可看出提高受力主筋强度等级后钢筋总用量减少约 5.4%（工况③钢筋总用量为 217.35t，工况②钢筋总用量为 229.73t，比值为 0.946）。

结束语

在我国当前迅速发展的工程建设领域中，混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的一种结构形式之一，全面修订的混凝土结构设计规范在新材料应用、设计理论发展等方面有重大进步，对确保工程质量，促进我国钢筋混凝土结构设计水平，进一步提高及混凝土结构学科的发展起到有力的推动作用。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范.GB50010-2010[S].北京 : 中国建筑工业出版社，2011.

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关键词：预应力混凝土筒仓结构设计计算

中图分类号：TU318文献标识码： A

1. 预应力混凝土筒仓发展概况

筒仓结构作为贮存散料的构筑物，具有运行方式简单、保护环境、节约用地、损耗少等优点，因而它在煤炭、电力、港口、储运等行业中得到了广泛应用，随着工程中要求配置的筒仓容积也随之增大。当采用普通混凝土筒仓时，随着仓壁直径的增加，仓壁水平配筋量也越来越大，往往需要配置三排甚至四排钢筋才能满足设计要求，这大大增加了用钢量。采用预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓，能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题，而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求，具有很好的经济效果。预应力技术运用在大直径圆形筒仓结构中，还可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力，消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小，避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀，降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。因此采用预应力混凝土筒仓必将是未来筒仓结构的发展趋势。

2. 预应力混凝土筒仓设计计算原则及步骤

2.1 主要采用的规范

《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》及《火力发电厂土建结构设计技术规程 DL 5022-2012》。

2.2 设计步骤

1). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条估算混凝土筒仓的壁厚；

2). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中1.0.3条及4.2.3条条判断筒仓类型（深仓或浅仓）；

3). 依据判别的筒仓类型及《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.2条~4.2.8条计算筒仓仓壁压力；

4). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行非预应力钢筋和预应力钢筋配筋计算（主要由仓壁的裂缝来控制预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋量），并验算是否满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》的构造要求。

3. 工程实例

3.1 工程概况

本工程某电厂两座直径为30m、单仓储量为20000t的大直径预应力筒仓，高为45.65m的钢筋混凝土筒仓，仓壁壁厚为0.50m、混凝土仓壁储料高度为30.650、漏斗中心锥高度7.00m，原煤质量密度为10.0kN/m3，内摩擦角取。仓壁厚度为500mm，采用C40混凝土。预应力筋采用1x7的钢绞线，钢绞线强度标准值fptk=1860N/mm2，钢绞线强度设计值fpy=1320N/mm2，其性能应符合行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG161-2004)的规定。锚具采用OVM15-n群锚体系对应的锚具，采用无粘结预应力技术。普通钢筋采用三级钢（HRB400）。据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条对仓壁的壁厚进行初步估算值为：,本工程的筒仓仓壁厚度暂取为。

3.2 筒仓设计原则

在预应力混凝土筒仓结构中，仅对环向施加预应力，贮料产生的环向拉力由普通钢筋和预应力钢绞线共同承担。无粘结预应力混凝土筒仓按正常使用极限状态的验算。根据《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》5.1.5条第3款，本筒仓最大裂缝宽度的允许值为0.2mm。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL5022-2012》条文7.4.12条第一款规定：仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力，预应力强度比宜取0.7，不宜超过0.75，且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4％。

3.3 筒仓内力计算

3.3.1 仓壁内力计算

由知该筒仓为浅仓。据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.6条知筒仓贮料顶面或者贮料重心以下距离处，作用于仓壁单位面积上的水平压力：

，其中、，故，则仓壁环向拉力。

考虑环境温度作用时，据据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.1.1条，直径30m的筒仓可按其最大环向拉力的6%计算。因此考虑温度应力时，取。

3.3.2 估算非预应力钢筋及预应力钢筋截面面积

取筒仓仓壁根部1m宽仓壁内力作为计算单元，进行无粘结预应力钢筋的截面面积估算，计算公式可以按下式：

根据算得的1m宽筒仓侧壁内预应力钢绞线的截面面积为1218.2mm2，筒仓侧壁底部取预应力钢绞线为1x7，预应力钢绞线截面面积为。据《后张法预应力混凝土设计手册》中3.6节，预应力总损失近似估算值，则。

根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL 5022-2012》条文7.4.12条第一款规定：仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力，预应力强度比宜取0.7，不宜超过0.75，且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4％。非预应力钢筋的截面面积最小值为，取非预应力钢筋配筋为22@150（）。

3.3.3 预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算

根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算。

预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算公式为： ，其中各参数取值如下：

；；

；，；

；

，取；

计算所得筒仓仓壁最大裂缝为0.022mm＜，满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》5.1.5条第3款要求。预应力钢绞线及非预应力钢筋余量很大，可以通过减小预应力钢绞线的截面面积及非预应力钢筋的截面面筋进行优化设计。

经优化后的预应力钢绞线及非预应力钢筋的截面面筋取值为: 预应力钢绞线为1x7@500，；非预应力钢筋为18@150，，计算所得筒仓仓壁最大裂缝为。

4. 结论

通过对圆形预应力混凝土筒仓结构设计思路及计算方法的论述及分析，并结合工程实例，简单的介绍了圆形预应力混凝土筒仓结构设计所需要遵循的设计规范，通过工程实例的优化分析，圆形预应力混凝土筒仓结构的预应力钢绞线及非预应力钢筋的配筋面积主要是有筒仓的裂缝控制等级来决定。而且通过在混凝土筒仓结构中采用无粘结预应力技术，可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力，消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小，避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀，降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。

参考文献：

[1]. GB50077-2003.钢筋混凝土筒仓设计规范[S].

[2]. GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].

[3]. JGJ 92-2004.无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].

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在建筑结构设计过程中，其结构材料的选择对结构整体性能也有重大影响，表1列出了结构材料性能对比。当前，设计人员在对房屋建筑进行设计时，应重视钢结构的应用，其与传统的结构相比，具有相当大的优势:①相比于混凝土以及砖石结构，钢结构的力学性能更好，其能够把建筑结构受力体系由平面发展至空间，增强建筑安全性能;②钢结构更加轻盈，具有明显的技术美、艺术美以及自然美;③钢材料类型多样，建筑手段与方法层出不穷，此两者相结合来，有利于提高建筑施工进度，降低施工成本。综上所述，钢结构应用于房屋建筑中，不但能够满足人们对于建筑物耐用性、功能性以及安全性的要求，还能够提高其经济性与美观性，符合建筑结构优化的目标，十分值得推广。

2房屋建筑结构优化技术应用中需要注意的问题

2.1前期的参与

对于建筑施工项目而言，其前期的设计方案很大程度上直接决定了建筑施工质量和施工成本，但是不少建筑项目的前期方案确定时，并未进行结构设计的优化，忽略了建筑结构的合理性以及经济性，从而使得结构设计难度及成本在一定程度上被提高了。因此，对于设计人员而言，在建筑的前期设计中一定要重视优化设计方案的融入，从而达到节约成本、提高质量的目的。

2.2细部优化

当设计人员对建筑的结构进行优化设计时，其不仅要关注整体设计，更要关注到基本构件的精细设计。例如:在对现浇板进行设计时，应重视其受力程度，避免产生拐角裂缝。当前，随着科学技术的不断发展，优化设计的理论同计算机技术相结合，优化设计也从工程实践向着数学问题发展。因此，对于工程设计人员而言，其应全面掌握计算机技术的优化设计，提高建筑设计的合理性和准确性。

3工程实例

3.1工程概况

下文主要分析了某住宅建筑的结构优化设计，该住宅建筑地上32层，地下1层，结构形式为钢结构框架剪力墙。根据该建筑项目的实际需求以及现场情况综合分析之后，决定应用结构优化设计，实现对传统的结构设计模式的改进与创新。在优化设计中，以计算机为辅助，实现了对整个工程的全局优化。

3.2优化设计规范

在对该建筑工程项目进行结构优化设计时，设计人员严格地遵循有关结构设计的规范，针对结构设计中所存在的不足，如:安全性较差、要求过宽等，结合实际施工条件对其进行了优化处理。

3.3前期参与

在本工程中，设计人员在工程的前期规划中即结合了结构优化设计，根据工程项目的实际需求与施工条件，对建筑结构形式进行了科学取舍，保证其施工可行性与经济性。值得注意的是，在建筑前期规划中，设计人员不应仅凭自身的经验进行结构的优化设计，否则容易出现对建筑结构体系受力情况把握不当的现象，直接导致建筑质量不过关，不利于后期的施工，容易造成建筑建设成本的大幅度增加。

3.4概念设计

在建筑项目的建设过程中，若是其结构布局方式不同，设计效果也大不相同。因此，在对房屋结构进行优化设计时，应实现细部结构优化和概念设计的有机结合，从而切实有效提高结构优化设计效果。在本工程中，将建筑的概念设计作为了设计工作中的一大重点，贯穿于整个的设计过程之中。概念设计主要是对缺乏相应数值的细节进行处理，例如:地震设防烈度量化等情况，若是仅仅依靠相应的公式进行设计计算，得出的结果必然会和实际情况存在较大差异，而使用概念设计，则可将数值当作一种参考依据，实现对结构设计中细节的合理把握，提高结构优化设计的质量。

3.5结构优化设计的效益分析

在本工程中，优化后方案同优化前方案相比，更加科学合理;同时，其有效降低了施工成本，工程结束后，对整个工程造价进行计算，发现工程造价降低了26%。

4结语

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关键词:建筑结构;优化;应用

近年来，随着我国人民的经济水平不断提升，人们对生活质量和居住环境的要去越来越高。开发商若要迎合人们对房屋的要求，通过加大房屋建筑设计及建设资金的投入是最直接的方法，然而这样会导致建筑商无法获取较高的经济效益，因此选择通过优化技术来降低建筑建构设计的成本，达到提高经济效益的目的。

1结构设计优化

1．1结构设计优化的概况

结构设计优化，就是通过充分发挥房屋建筑材料本身的性能，以实现各个构件以及各个环节设计的相互配合，优化结构设计，达到房屋建筑结构的优化。结构设计优化较之于传统的结果设计，不仅具备传统结构设计的安全性，而且将社会中所具有的价值学以及审美学完美的结合其中，不断提高结构设计水平，促使房屋建筑的整体性协调发展。

1．2结构设计优化的意义

结构设计优化不仅仍具有传统结构设计的安全性能，而且还具有审美实用的特点，降低了房屋建筑的建筑成本，协调房屋的整体性，并使其具有较高的经济效益。结构设计优化使得房屋建筑的设计方案、设计决策更为科学化，提高对于房屋价格的安全性能和抗震性能的要求，有效地使房屋建筑的安全实用、经济美观，提高房屋建筑结构的设计水平。

1．3结构设计优化的实践价值

降低房屋建筑工程成本，增强房屋建筑结构经济性。房屋建筑的楼层的逐渐增高，其建筑墙体面积和柱体积也会随之增加，同时也会增加各个建筑材料的使用，增加建筑成本。如若优化房屋建筑结构设计，减少建筑材料的使用，节省建筑成本，节约用地，还能确保房屋建筑的安全性能以及抗震性能，提高房屋墙体的受力性能，增强房屋建筑结构的经济性，满足市场可持续发展的需求。

1．4结构设计优化的要点

(1)协调房屋建筑结构设计。结构设计优化需要建筑工程各个环节的相互协作，是一项较为复杂的工作。针对于房屋建筑结构设计，提高房屋的外观，而结构设计是针对房屋建筑内在结构进行优化合理的设计，二者相互结合，互相协作，以降低建筑造价，提高房屋的实用性和经济效益，实现结构设计的合理化。

(2)遵循结构设计规范。结构设计优化需要专业且经验丰富的技术设计人员，在结构设计过程中遵循结构设计规范。然而，结构设计规范是面向所有的建筑工程，有些规范并不适用，也不具备较高的安全性。因此，在对房屋建筑结构进行结构设计时，在遵循结构设计规范的前提下，结合房屋建筑工程的实际情况，具体问题具体分析，做出正确的判断，优化房屋结构设计，提高结构设计质量以及经济效益。

2结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用

2．1结构设计优化的前期准备

(1)建立房屋建筑安全监管体系。现如今，建筑项目监管虽有些改善，对建筑项目监管力度不够，容易引发质量安全事故。房屋建筑结构设计在进行方案施工时，应加强对于房屋建筑工程的监管，确保施工的安全以及建筑质量，防止重大事故的发生。因此，加强房屋建筑工程的质量安全监管，加大监管力度，做到灵活运用，重点勘察，建立起监管范围广、高水平的质量安全监管，为结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用做好前期准备，确保结构设计的安全进行。

(2)加强监管工作。专业水平的提高、专业化的加强，使得质量安全监管既注重房屋建筑施工现场，又注重房屋建筑工程的整体，监管的程序严谨，对每个阶段进行质量安全监管，使质量安全事故的发生率减小。加强对房屋建筑结构设计工程的质量安全监管，规范建筑工程各单位的行为，对建筑工程的每一个环节都进行质量安全监管，依照正规合理的程序进行建设，一切以“法”为准，使建筑工程各个单位拥有质量安全意识，担起质量安全责任，严谨行事，严格遵守法律法规，保障建筑工程的安全稳定，为结构优化设计的实施打下良好的基础。

(3)合理制定结构设计方案。一个结构设计方案的选择，直接影响着房屋建筑的工程进行。设计人员在对房屋建筑进行结构设计时，应充分考虑结构的合理性和可行性，对房屋建筑进行实体调查检测，依据建筑物的结果特点设计合理的结构形式，使其结构设计优化达到最佳效果，最终使房屋施工达到安全且合理的效果。

2．2结构设计优化的应用

(1)与土地用地的联系。建筑工程的实施，少不了占用的土地面积，总建筑面积就是各层建筑面积的总和，而房屋楼层层数的增加，就会相对减少房屋的占地面积，增加房屋建筑的高度以及房屋之间的间距，因此，土地用地并不随着房屋建筑的高度增加而减少，构不成反比关系。结构设计优化可以在房屋的实际情况上，优化结构设计，最大限度的扩宽房屋空间，提高房屋的实用性和整体协调，满足人民对于房屋结构的需求。

(2)与工程成本的联系。结构设计优化的实施，有效地降低房屋建筑的过程成本。因房屋建筑的总建筑面积的扩大，建筑高度的增加，土地占用面积相对较小。结构设计优化技术充分利用施工材料的性能，合理协调房屋建筑内部结构的各个单元间，不仅确保了房屋建筑的适用性和美观度，而且节省了施工成本，提升了建筑结构的经济性能。

(3)概念设计结合细部结构设计优化。将概念设计应用于没有确切数据的结构设计中，将数值作为辅助和参考，并在设计工程中灵活运用结构设计优化技术，注重细部的结构设计优化，以及房屋建筑地基的设计，优化房屋建筑结构。将概念设计与细部结构设计优化相结合，确保房屋建筑结构设计的安全适用，从而取得最大的经济效益。

(4)计算机技术的应用。随着科学技术的发展，计算机技术在人们的生活和工作中得到普遍运用，计算机能够解决很多人力难以计算和解决的问题，目前几乎各行各业都离不开计算机技术的应用。由于计算机技术的高效性和准确性，在房屋建筑结构设计中运用计算机技术能够有效实现优化作用。人力难以计算和统计的数据，计算机可以利用相应的软件和应用进行分析，并快速给出优化结果。同时计算机还可以起到模拟作用，让设计人员及造价人员能够更直观的了解到技术优化的作用。

3结束语

综上所述，随着人们经济水平的提升，人们对房子的要求不仅体现在质量上，其还注重房子的美观。建筑商为了能够在不影响经济效益的前提下，打造出符合人们需求的建筑工程，需要注重建筑结构设计的技术优化。通过上述分析可知，建筑商级设计人员首先要明确技术优化的作用及理念，通过前期设计优化、计算机应用、结构细部优化等方式，实现建筑造价的降低。

作者:胡雪莲 单位:重庆市市政设计研究院

参考文献:

［1］李能能，董斌．房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨［J］．建筑设计管理，2013(12):73－75．

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关键词：地铁车站；结构设计分析；有限元计算

一、工程概述

某地铁工程全线共设车站22座，本车站位于城市主干道，为地下两层岛式站台车站，车站主体基坑深约16.44～17.54m，基坑宽19.6～23.1m，顶板覆土厚约3.2m。周边有住宅以及办公楼等建筑。

二、地质概况

本站周边地形开阔，稍有起伏。基坑开挖地层从上至下依次为：杂填土，层厚为0.60～10.40m；粉质粘土，层厚为1.20～11.40m；圆砾，层厚为0.20～3.90m；强风化板岩，层厚为1.30～13.50m；中等风化板岩，层厚为3.00～24.60m。本站地质剖面见图1，各土层的物理参数和岩土物理力学指标建议值见表1。

图1 地铁车站地质剖面图

表1 各土、岩层物理力学指标参数建议值

三、结构设计与施工方法

本车站主体采用明挖法施工，明挖法施工具有施工安全，施工质量容易保证，施工作业面开阔，有利于提高工效，缩短工期等优点，但施工期间对地面交通影响较大。主要结构尺寸的拟定是在满足建筑限界、结构强度、防水要求，考虑施工误差，结构变形等因素，根据地质和水文资料、车站埋深、结构类型、施工方法等条件经过计算确定（见表2）。本车站为地下两层单柱双跨钢筋混凝土箱型结构。

表2 车站主体内部结构尺寸表

四、结构合理性优化分析研究

车站主体结构计算按底板支承在弹性地基上的平面闭合框架结构进行内力分析。车站采用全包防水，车站主体回筑完成后，在车站顶板位置地下连续墙上设抗浮压顶梁。围护结构与车站边墙间仅有压力传递。采用有限元软件SAP2000软件计算。结构计算按永久荷载、可变荷载和偶然荷载的各种组合进行。根据本站工程地质和水文地质的特点，考虑施工阶段、使用阶段进行计算分析。

标准断面使用阶段计算图式及荷载图（见图2）。

图2 主体结构标准断面使用阶段计算简图

4.1车站结构标准段荷载准永久组合计算内力结果图（见图3和图4）

图3 车站弯矩、剪力包络图

图4 车站轴力包络图

4.2车站结构标准段荷载准永久组合计算内力值表（见表3）

表3 准永久组合计算内力值表

五、结论

根据车站结构荷载不同组合计算内力值，各构件根据基本组合的计算内力值进行承载能力（即强度）配筋计算，根据准永久组合的计算内力值进行裂缝宽度控制配筋计算，构件实际配筋按二者的较大值选筋。

计算结果表明，车站结构构件主要按照控制裂缝宽度要求进行配筋。本车站各构件配筋率基本上控制在经济配筋率范围内，构件尺寸是合理、经济的。地震力、人防荷载对地下结构绝大部分构件和位置为非控制因素，仅需按抗震、人防设防要求，进行构造措施处理。

参考文献：

[1]关宝树 隧道工程设计要点集[M]北京：人民交通出版社，2003.

[2]GB50157-2003 地铁设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2003

[3]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2010

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关键词 钢结构设计原理 桥梁与渡河工程 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.02.048

随着钢桥和组合结构桥梁建设的不断增加，设计和施工单位急需大批熟练掌握桥梁钢结构设计和施工知识的专业人才。由于过去桥梁与渡河工程专业的本科阶段钢结构教学内容及教材侧重点与工业民用建筑专业无异，刚毕业的桥梁与渡河工程专业的大学生很难适应桥梁钢结构方面的工作，导致桥梁钢结构专业人才短缺、质量不高。一方面，钢桥和组合结构桥梁有着巨大的发展潜力和市场需求，另一方面，桥梁与渡河工程专业钢结构人才短缺，二者的矛盾造成了该领域就业空间广阔，并且在今后一个相当长的时期内该空间还将不断扩展。①为了满足社会对钢桥和组合结构桥梁人才的需求，我校桥梁与渡河工程专业“钢结构设计原理”课程在教学内容、教学方法及考核方式方面也在不断进行改革。

1 教学内容

1.1 教材

目前，国内已有的《钢结构设计原理》教材，大多基于《钢结构设计规范》（GB50017-2003）②编写，适合工业民用建筑专业的本科生进行学习。涉及公路桥涵、铁路桥梁的钢结构设计规范的《钢结构设计原理》教材极少，以至于桥梁与渡河工程专业的学生学习此类③④教材后，无法直接应用于钢桥和组合结构桥梁的钢结构构造与结构设计中。针对上述问题，我校桥梁与渡河工程专业“钢结构设计原理”课程，选用东南大学叶见曙教授编写的“结构设计原理”⑤第三版第四篇――钢结构。该书结合我国公路桥涵钢结构及木结构设计规范、钢-混凝土组合桥梁设计规范进行编写，较好地解决了教材脱离规范的问题。此外，结合钢桥、组合结构桥梁参考书籍，在授课过程中紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解，使学生工作后，能够做到学以致用，更快适应工作。

1.2 侧重点

桥梁与渡河工程专业学生在进行“钢结构设计原理”课程的学习之前，材料力学、结构力学、建筑材料等专业基础课都已经进行了系统的学习。在“钢结构设计原理”课程的教学过程中，涉及到这部分的内容适当从简讲授，而增加更多针对桥梁钢结构的内容。例如在材料性能方面，将讲解的重点放在桥梁钢结构用钢材、高强钢绞线、桥梁钢结构用新材料如耐候钢、耐高温钢材等材料的性能方面，让学生了解现有桥梁用钢的现状及未来的发展趋势；结合这些材料在实际工程中的应用图片，提高学生的学习兴趣；在桥梁钢结构应用中，适当介绍索设计的内容，例如钢梁桥中的体外预应力索、斜拉桥中的拉索、悬索桥中的缆索等，以有助于学生学习后续的钢桥和组合结构桥梁课程，列出主要的参考文献，供学生在课余时间有选择地学习；桥梁钢结构尤其是铁路桥，由于受到动荷载的影响，钢结构焊接的疲劳问题不容忽视，在桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程中必须补充疲劳设计的相应内容。为拓展学生的就业面，在课程讲授过程中适当增加工业民用建筑用钢结构设计原理的知识，对其所用规范进行介绍，拓宽学生的知识面。

2 教学方法

桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程教学，应该既注重基本知识的传授，同时不断启发学生，调动他们学习的积极性和主观能动性，逐步培养出发现问题、思考问题、分析问题、最终解决问题的能力。通过对这种学习方法的传授，使学生既能掌握书本知识，又能不断创新进取，极大提高学生的学习积极性。

2.1 理论教学

针对学生对图片或视频信息的兴趣浓厚，对单纯的数字或者文字兴味索然的现实情况，对抽象的理论问题，用动画或搜集实际工程中的图片，以幻灯片或视频形式播放给学生，让学生以娱乐的方式掌握知识。例如，钢结构的连接和破坏问题，每一项钢结构的破坏或失稳现象都通过图片展现，引导学生思考这些现象背后的机理问题，诱发学生的兴趣，从而引出该节课程教授的重点，改善课堂教学的效果；同时，图片或视频的应用，还能加深学生对基本知识与基本原理的感性认识。

但对于计算原理和公式，一定要用板书演示其推导过程，让学生的思路紧随教师的演示，充分利用课堂时间，消化计算原理，提高教学效率。在计算理论讲解完成后，结合工程应用，介绍实际桥梁钢结构的细部处理及节点构造措施，让学生做到理论与实际相结合，掌握工程中处理具体问题的方法。

采用习题课、讨论课的方式，对学生作业过程中存在的问题进行深入剖析，点评解题过程中的易错点和答题错误的原因。在讲解和讨论的过程中，帮助学生理清解题思路，规范解题步骤，总结解题技巧，提高答题的正确率，同时培养学生严谨、认真、细致的工作作风。

2.2 现场教学

在桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程讲授过程中，多媒体、板书等多种手段是课堂教学的主要方法，但对于钢结构设计原理课程来说，仅有课堂教学是远远不够的。因为尽管有多媒体作为教学工具，但毕竟还是图片或短暂影片，学生难以形成一个完整的钢结构的概念，对钢结构的感性认识依旧不够具体深刻。在钢结构设计原理课程的理论教学学习期间或结束后，充分利用学校周围已建或在建钢桥与组合结构桥梁，进行现场参观、学习，便于理论知识与实际应用“接轨”，有选择性地带学生深入施工现场，进行教学实践很有必要。在进入现场之前，负责钢结构设计原理课程的教师，需要事先向学生讲解工地现场实践中所涉及的系统知识。安排好班级分组与带队教师，特别强调实习过程中的安全问题与组织纪律问题。在施工现场，让学生进一步认识真实的螺栓、焊缝、纵向和横向的加劲肋，辨别现实构件中的受拉构件、受压构件、受弯构件或压弯构件、拉弯构件，观察构件的现场连接拼装。请施工单位负责人讲解施工现场钢结构的基本概况，采用的施工方法，施工组织设计，施工质量控制要点，安全保障措施，施工过程中遇到的各种困难，出现的问题及解决的方案等。现场教学过程中，提醒学生注意观察，认真聆听讲解，将书本上的图纸和现场的实体结构充分比对，加深对书本知识的理解。同时，结合工程技术人员的讲解，学习工程中处理具体问题的方法，真正达到现场教学的目的。

2.3 实践教学

实践教学分为实验教学和课程设计两部分。学生在钢结构设计原理课程学习过程中，如果对某个问题有进一步研究的兴趣，可以通过参与大学生创新实验项目，提出自己的研究课题。设计实验方案，动手制作钢结构实验模型，通过实验结果验证自己的想法或发现自己提出的方案的不足，激发学生的创新热情，培养学生的动手能力，同时也可为今后的学习和工作提供宝贵的经验。课程设计，有助于帮助学生系统地应用理论课程学习到的知识，做到学以致用。但以往的课程设计都是在理论课讲授完毕后进行，设计效果不佳。为了改善课程设计效果，打破理论教学与课程设计的严格界限，将理论教学与课程设计同步进行。⑥在钢结构设计原理课程开始上课之时，就给定课程设计题目，随着授课进度的深入，让学生以长期大作业的方式分步骤完成。这样，在理论授课过程中，学生随时可以针对课程设计的内容进行提问，并能得到及时解答，课程设计周学生只需整理计算书、绘制图纸。这样，学生有充足的时间掌握钢结构设计原理的各项设计环节内容，遇到问题能够及时得到解决。

3 考核方式

在对钢结构设计原理课程的教学成果进行考核时，如果仅仅通过期中、期末的考试结果来评价学生的学习情况，显然将会是不全面的，也是不准确的。在钢结构设计原理的教学过程中，采用多种考核形式，例如随堂测验，课堂提问，组织学生进行小组讨论或者针对钢结构设计中存在的某一问题，让学生提交研究报告等方式进行考核。对学生的日常测验，也可以采用口试和笔试相结合的形式，或者把一次测验拆分为多次小的测验，这将有助于更加全面地评价学生的学习情况，降低一次考试所带来的偶然性。传统的考试方法大多偏重对知识的记忆，形式单一，难以客观、全面地评价教学效果，也难以调动学生自主学习的积极性。桥梁与渡河工程的钢结构设计原理课程考试，借鉴国家一级注册结构工程师的考试模式，在考卷中，可能涉及到的全部公式均给出，避免学生死记硬背。此外，可考虑“半开卷”考试，允许学生将自己认为重要的内容事先书写在一张A4纸上，考试时允许查看，考后随试卷上交。这样，学生对自己认为的重点进行总结，通过总结内容的实用性，可反映学生对课程重点的把控。

4 结语

针对桥梁与渡河工程专业学生钢结构设计原理课程学习中存在的问题，从教学内容、教学方法和考核方式三个方面，提出了一系列的改革措施。

（1）选用《结构设计原理》教材，并结合钢桥和组合结构桥梁相关参考书籍，已学过的内容适当从简讲授，紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解。（2）对抽象的理论问题，用动画或搜集实际工程中的图片，以幻灯片或视频形式进行播放；但对于计算原理和公式，一定用板书演示推导过程；采用习题课、讨论课的方式，点评解题过程中的易错点，总结解题技巧。（3）在理论课学习期间，充分利用学校周围已建或在建钢与组合结构桥梁，进行现场参观、学习。（4）理论教学与课程设计同步进行，进行大学生创新实验。（5）考核中，借鉴国家一级注册结构工程师的考试模式，给出考卷中可能涉及到的全部公式；也可考虑“半开卷”考试。

注释

① 苏庆田，吴冲.钢与组合结构桥梁课程教学改革探讨[J].高等建筑教育，2013.22（4）：37-40.

② 钢结构设计规范[S].GB50017-2003.

③ 陈绍蕃.钢结构[M].北京：中国建筑出版社，2003.

④ 彭伟.钢结构设计原理[M].成都：西南交通大学出版社，2004.

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论文摘要：文章针对人防设计的平战结合问题，从人防荷载的确定、荷载组合和内力分析及构造要求等方面介绍了人防结构的设计要点。在防空地下室结构设计中也经常会遇到防空地下室的平战转换设计问题，协调好防空地下室在平战两种状态下的不同使用要求，已成为结构设计中的一个重要课题。

中图分类号：TU927文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）18-0029-02

人防工程是战时防空、保障人民生命安全的重要措施，随着城市的发展，人防工程的建设越来越引起人们的重视。防空地下室是人防工程的重要组成部分。与其它类型人防工程一样，它具有国家规定的防护能力和各项战时防空功能，是实施人民防空最重要的物质基础。如何设计好人防工程，使人防工程在战时能真正起到防空及保障人民生命安全的功能，这就要求我们设计人员深刻理解并严格执行《人民防空地下室设计规范》（GB50038-94），并以此为依据进行人防工程的设计工作，而且要求建筑结构设计人员对于结构物在核爆动荷载作用下的作用机理及对结构的反应比较了解。根据《人民防空工程设计规范》（GB50225-95）及《人民防空地下室设计规范》（GB50038-94），结合已设计建成的大量人防工程，现将防空地下室设计中常见的问题进行分析和探讨。

一、人防结构设计的特点及原则

（一）人防结构设计的特点

1．人防地下室水平荷载作用及变形特征。（1）风荷载计算均扣除地下室的高度。地下室是否约束、约束的程度与风荷载计算无关。（2）设计设定地下室部分的基本风压为零；在地上部分的风荷载计算中，自动扣除地下室部分的高度，地下室顶板作为风压高度变化系数的起算点。结构在地震作用下的反应受地下室外的回填土约束程度的影响。（3）由地下室质量产生的地震力，主要被室外的回填土吸收。

2．人防地下室竖向荷载作用及变形特征。对于一般结构而言，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用几乎没有影响。当地下室出现悬挑结构，则地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响。所以，地下室不应有悬挑结构。首选地下室与上部结构整体分析。因为竖向变形的协调是非常重要的。当地下室体量、面积很大时，与上部结构所占面积差异太大，如超大地下室、底盘等，此时可以根据上部结构的底面积取外伸2～3跨作为地下室，并与上部结构共同分析。

（二）人防结构设计的原则

人防工程依据其对冲击波的防御能力可分为四个抗力等级：6级、5级、B4级和4级。其中4级防御能力最强，等级最高。B4级仅次于4级。按照人防工程“长期坚持、平战结合、全面规划、重点建设”的建设方针，必须使结构设计做到安全可靠。设计荷载应全面考虑动荷载以及土体作用力、水压力、结构自重静荷载及地震荷载的作用，人防工程抗力等级是按照抗核爆炸冲击波超压的大小来划分的。人防工程除战时受到核爆炸和常规武器爆炸荷载作用外，在平时使用时，还会受到地震作用。随着人防工程建设规模的日益扩大，人防工程结构安全性评价已成为亟待解决的重要问题。

二、人防结构工程设计内容与方法

（一）人防工程结构设计概况

某甲类防空地下室总建筑面积7350m2，局部配电房、水泵房、消防水池为非人防区，其余大部分为人防区。地下室人防区分设A、B、C、D共4个六级人防单元，人防单元A为912m2，人防单元B为1580m2，人防单元C为1450m2，人防单元D为1973m2，共计5915m2。本工程抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.1g，采用框架剪力墙结构，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。地下室不考虑风荷载作用。地下室梁、板混凝土强度等级均为C30，柱混凝土强度等级按上部结构整体计算所得，采用C40混凝土。

（二）人防地下室底板设计

1．地下室底板人防荷载确定。本工程采用先张法高强预应力管桩，属有桩基钢筋混凝土底板，且为饱和土，底板人防荷载取值为25kNm2。

2．地下室底板反向荷载确定。依据建筑总平面布置图及室外道路标高系统，本工程设计抗浮水位标高9.2米，即相对标高为-1.05米。底板标高-4.550，底板厚度为0.3米，计算水深3.8米。底板疏水层为100～200mm，以均厚150mm计算，底板自重0.3×25+0.15×20=10.5kNm2，计算反向荷载扣除底板自重为（1.35×38-10.5）1.35=30.5kNm2。

3．底板截面设计。按人防要求，底板最小厚度250mm，因板跨、荷载较大，本工程取底板厚度为300mm，保护层厚度50mm，可满足底板承载力及裂缝宽度0.2mm的要求。最大水头H为3.8米，底板厚h为0.3米，依据《高规》表12.1.9基础防水混凝土的抗渗等级确定办法，Hh=3.80.3=12.7，地下室底板设计抗渗等级为0.8MPa。底板设计采用PKPM结构设计软件进行计算，考虑人防荷载、水浮力的反向荷载并扣除底板自重的倒楼盖模型进行设计，反向荷载以恒载计算，底板自重为对结构有利恒载，取分项系数1.0，人防荷载为等效静荷载，分项系数为1.0。

（三）人防地下室顶板设计

1．地下室顶板概况。顶板为小区花园，覆土700mm厚，设计恒载为14kNm2。小区内设有消防车道，消防车荷载按荷载规范取值，顶板人防等效静荷载标准值为70KNm2。地下室车库为6×8米，经与设备专业配合后，地下室净高应不小于2.8米，即梁高最大为800mm。

2．顶板截面设计。顶板设计采用PKPM结构设计软件进行计算，考虑人防荷载、覆土荷载，消防车荷载，活载等的单层楼盖模型进行设计。有限制的梁高，按通常的做法无法满足大跨度下的大荷载。采用降低底板标高以增加地下室层高为增大梁高拓展空间，这势必增加地下室的开挖深度，增加工程造价。加大梁宽可以解决配筋率过大的问题，但又造成梁截面过大，形成典型的肥梁胖柱型结构，这也是结构经济性要求所不容许的。最后经过研究采用框架梁端加掖的构造措施，梁中间高度为800，支座处高度为1100，这既解决了配筋率超限的问题，又满足地下室净高的要求，既节约了工程造价，又为各设备专业提供了足够的空间，实现了工程的可行性。

3．嵌固及后浇带设计。主楼部分地下室顶板作为上部结构的嵌固端，即要满足人防荷载，覆土荷载及本层活荷载的要求，又要满足本层结构的侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍的要求，所以在地下室顶板主楼部分的设计中，按主楼整体计算的结果进行截面设计。本工程总长度达到136.8米，总宽度为70.4米，如何解决温度应力引起的收缩裂缝则是不容忽视的问题。传统的做法，地下室顶板底板以30～40米的间距设置800宽的后浇带，同时注意后浇带避开坡道及人防口部，后浇带在顶板覆土之前封闭，并加以养护。传统的做法也是最有效的做法，经验证明这种做法是防止超长结构温度应力导致裂缝的最经济的措施。

4．人防口部、人防隔墙及外墙的结构设计。地下室层高3.8米，口部大样均可套用国标07FG04图集，人防隔墙及外墙采用单向板模型计算，上部支座为简支端，下部支座为固定端，人防隔墙按弹塑性模型计算.外墙按弹性模型计算，控制裂缝宽度0.2mm。在外墙施工中施工方反映出一个问题，主楼外侧的柱与外墙整浇在一起，且主楼为小柱网，多为3米多的柱距，柱混凝土强度等级为C40，外墙混凝土强度等级为C30，施工中必然会造成外墙大部分都是C40的混凝土，大面积的高强度混凝土是必然造成大量的水化热，容易产生大量的收缩裂缝。为解决这一问题，有两种做法：一是外墙及柱都采用C30混凝土，通过柱轴压比的等效换算加大主楼柱截面；二是外墙及柱都采用C30混凝土，柱截面不变。以柱两侧的250厚外墙作为柱截面的翼缘，可以看做是增大了柱截面。以500×500柱为例计算，C40混凝土强度设计值为18.91Nmm2，C30混凝土强度设计值为15.4Nmm2，500×500柱的两侧可增加翼缘面积为400×250，理论上这种做法是可行且安全的。最终决定施工中采用第二种做法，即不改变柱截面直接降低混凝土强度等级至C30。但由于剪力墙所增加的翼缘面积相对比例较小，无法达到等效轴压比的要求，故剪力墙部分还是按C40混凝土施工。这种做法亦有其局限性，混凝土强度等级不宜相差大于10，柱截面面积不宜大于500×500。

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关键词:建筑框架结构;设计;措施

随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是民用建筑,建筑框架结构设计作为现行比较常用的实际模式,已经广泛应用在各类建筑中,在结构设计中遇到的各种难题也日益增多,因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活地解决一些结构方案上的难点、重点。

一、建筑框架结构设计的说明

建筑框架结构设计是主要设计依据、抗震等级、人防等级、地基情况及承载力、防潮抗渗做法、活荷载值、材料等级、施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及施工图中未画而通过说明来表达的信息,如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等。

第一,建筑结构类型及概况,建筑结构安全等级和设计使用年限,建筑抗震设防分类、抗震设防烈度(设计基本地震加速度及设计地震分组),场地类别和钢筋混凝土结构抗震等级、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级,基本雪压和基本风压,地面粗糙度,人防工程抗力等级等。

第二,设计±0.000标高所对应的绝对标高,持力层土层类型及承载力特征值,地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位,地基液化,湿陷及其他不良地质作用,地基土冻结深度。

第三,设计活荷载值。

第四,混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能(包括钢材强屈比等性能指标)和施工质量的特别要求等。

第五,受力钢筋混凝土保护层厚度,结构的统一做法和构造要求,现行规范规程及标准图选用,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。

第六,建筑物耐火等级、构件耐火等级。

第七,施工注意事项,如后浇带设置、封闭时间及所用材料性能、施工程序、专业配合及施工质量验收的特殊要求等。

二、建筑框架结构设计的原则与措施

第一,建筑框架结构设计原则。抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时,尽量加剪力墙,可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系,但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计,从震害分析,规范给出的垂直地震作用明显不足。

雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时,扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半;框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级;由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时,应验算构件的最小配筋率;出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构;框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑,但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱,层高较高时宜在门洞上方加圈梁。因楼电梯间位置较偏,梯井采用混凝土墙时刚度很大,其他地方不加剪力墙,对梯井和整体结构都十分不利;建筑长度宜满足伸缩缝要求,否则应采取措施。

第二,建筑框架结构设计措施。在用PKPM软件计算梁柱时,应尽量采用TAT或SATWE三维软件。一是计算结果更接近实际受力状态,如地震力或风力是按抗侧移刚度分配,而不是按框架的楼面从属面积,还如从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁,因次梁的支座(框架梁)发生下沉变形,内力重分布,从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。二是快速方便,三维软件整体计算,不必生成单榀框架,再人工归并,可整楼归并。三是TAT或SATWE还可以进行井式梁的计算,由于PKPM软件计算梁时仅按矩形计算,而井式梁的断面较小,有可能超筋,此时可取出弯距再按T型梁补充计算,不必直接加大梁高。在绘制施工图时,较大直径的钢筋连接宜用机械连接取代焊接,造价相差不大,但机械连接可靠并易干检查。机械连接接头位置可任意,但一次截断的钢筋不大于50%,接头位置应错开70d。

三、多层钢筋混凝土框架结构设计

多层钢筋混凝土框架结构是一种由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。多层钢筋混凝土框架结构设计文件与图纸是最主要的依据之一,全面理解设计文件,并规范进程加以实施,是结构方案的主要工作。全面理解设计意图和设计要求,看懂弄懂图纸的每项内容,达到按图纸施工的要求,对图纸设计中存在的问题通过会审加以解决,对其遗误交易纠正,是保证施工质量的前提,必须认真地组织与实施,该项工作由甲方或委托监理工程师进行。

做好多层钢筋混凝土框架结构技术交底,根据设计要求和施工队的技术素质状况对其不熟悉的施工工艺过程,经批准实施的新工艺、新材料、新结构等,必须认真进行技术交底。明确各项工艺参数指标、操作方法、质量要求和检测办法,并认真加以实施。

预制装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制,通过焊接拼装连接成的多层钢筋混凝土框架结构。其优点是构件均为预制,可实现标准化、工厂化,机械生产。因此,施工速度快、效率高。但整体性较差,抗震能力弱,不宜在地震区应用。

现浇预制框架是指梁、柱、楼板均为预制,在预制构件吊装就位后,对连接节点区浇筑混凝土,从而将粱、柱、楼板在连成整体多层钢筋混凝土框架结构。现浇预制框架既具有较好的整体性和抗震能力,又可采用预制构件,减少现场浇筑混凝土的工作量。因此它兼有现浇式框架和装配式框架的优点。

以上几点是笔者在工程设计中对框架结构设计的认识体会,希望能给各位同行在今后的工程设计中有些帮助,以提高工程设计的质量。

参考文献:

1、GB50010-2002,混凝土结构设计规范[M].中国建筑工业出版社,2002.

2、GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[M].中国建筑工业出版社,2002.

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关键词：地下车站；下穿隧道；合建；结构设计

中图分类号：U45 文献标识码：A

一、工程概况

雪浪站为无锡地铁1号线的第24座车站，雪浪站位于蠡湖大道东侧绿化带内，横穿规划震泽路，蠡湖大道路口东侧地块内现状为破旧厂房、少量低矮民房，以及派出所办公楼，此地块规划为商办用地及商住用地；西南象限地块目前为在建的科技产业园，西北角为江南大学校园。有效站台区位于蠡湖大道与规划震泽路路口东南象限地块绿化带内，为地下二层10m宽岛式站台车站，站前设单渡线，站后设交叉渡线与出入场线相接，并预留远期正线南延的条件。

为了配合蠡湖大道快速化改造，路口远期规划为震泽路下穿蠡湖大道，雪浪站拟与震泽路下穿隧道合建，合建节点同步开挖施工，考虑震泽路下穿隧道施工时间等因素无法确定，故本站预留节点。

图1无锡地铁1号线雪浪站总平面布置图

二、结构设计

（一）围护结构设计

根据无锡地铁基坑变形控制保护等级标准及本站周围的环境条件，雪浪站基坑等级定为二级，车站采用地下连续墙作为围护结构，与主体形成复合式侧墙结构。

车站采用内支撑体系，震泽路下穿隧道处基坑开挖深度约15.58m，基坑宽度为20.3m，基坑沿竖向设四道撑，第一道为钢筋混凝土支撑，其余为φ609（δ=16mm）钢管支撑。钢支撑的水平间距一般为3.5m，另加一道倒换支撑。为了减少支撑的受压计算长度，在较宽基坑处支撑中部设钢立柱，临时立柱可采用钢管或格构式钢柱，在第一道混凝土支撑之间采用混凝土系杆连接，钢支撑之间用型钢连系杆与立柱拉结，同时作为相邻支撑的竖向支点，立柱基础可采用灌注桩基础。

图2围护结构横断面布置图

（二）内部结构设计

1.内部结构计算

（1）计算模型：

车站与下穿隧道合建结构顶、中板厚800mm，底板厚900mm，侧墙厚700mm。

图3横断面布置图

图4车站与下穿隧道计算模型

（2）使用阶段分为两个工况计算：自重＋超载＋活载工况及自重＋水反力工况。

（3）自重＋超载＋活载工况：顶板荷载为自重＋覆土荷载＋地面超载，站厅板荷载为自重＋设备荷载，底板荷载为底板自重＋列车运行等效静载等。

（4）自重＋水反力工况：顶板荷载为自重＋覆土荷载，站厅板荷载为自重，底板荷载为底板自重＋底板下水浮力。

2.计算结果

车站标准断面均为横向单向受力体系，由于城市下穿隧道的合建，合建部分中板设置为双向板，顶板

受力为车站方向纵向，即向下穿隧道端墙传力的单向受力体系。下穿隧道与车站接口处下一层侧墙实施，远期下穿隧道施工时凿除。经过计算，各层板及侧墙的配筋率均满足要求。

3.应注意的问题

通过上述对车站与下穿隧道合建结构进行三维空间计算分析，可以认为轨道交通车站与横穿隧道的合建结构设计原则基本可按照常规车站设计实施，但在此类工程的结构设计过程中，应主要注意以下几个方面：

（1）车站主体标准段均采用由于车站与下穿隧道连接，后期隧道与车站打通，站厅层侧墙结构进行凿除，车站站厅层不连续，故结构的抗浮会存在一定的问题，所以在结构设计中重视此部分结构的抗浮设计，在车站底板下设置抗拔桩，并考虑合建结构与两侧车站结构底板下适当设置工程桩以防止在今后的运营阶段产生过大差异沉降。

（2）由于车站结构与隧道结构的沉降允许值是不一样的，所以在车站外侧与下穿隧道结合处设置变形缝以抵抗变形对结构的相互影响。

（3）雪浪站车站较震泽路下穿隧道实施得早，由于与下穿隧道打通时间无法确定，所以在两侧后期与下穿隧道连通处预留过梁及暗柱，站厅层侧墙在车站实施期间施做，待下穿隧道与车站打通时进行凿除，与车站连通。

（三）防水设计

结构防水设计应遵循"以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理"的原则。本站采用复合墙受力体系，防水采用全包防水，顶板外包采用单组分聚氨酯防水涂料，侧墙和底板外包采预铺式冷自粘防水卷材，合建结构和下穿隧道处变形缝采用中埋式钢边橡胶止水带和外贴式止水带、接水盒及聚硫嵌缝胶进行加强防水。

车站与震泽路下穿隧道合建，更需注意两工程结构防水的相互衔接。在防水设计中，要求后期实施的下穿隧道顶板外包防水材料需与车站顶板外包防水采用一致，以能更好得处理先期实施节点与后期结构之间的防水搭接。

（四）车站上方市政管线的处理

由于合建处顶板埋深较浅，只有约1.55m左右，无法满足市政管线的迁改，所以预留震泽路下穿隧道北侧设计为顶板落低，以满足震泽路横跨蠡湖大道污水管及其他管线的穿越。

在雪浪站进行二期管线迁改时发现该处污水管迁改实施方案与原设计顶板落低段标高有冲突，由于当时中板已经施作完毕，考虑在满足污水管顶管穿越顶板的前提下尽量减小顶板上的覆土厚度，以减小顶板上的荷载及结构的侧墙受力，尽量使结构在纵向上保持较大的整体刚度。

由于该污水管埋深较大，根据车站工筹和管线回迁时间的协调，确定该污水管为后期顶管施工。为了避免顶管施工过程中管道破坏结构顶防水保护层，在管道投影范围（2m宽）顶板上加厚混凝土保护层，并在保护层上再施作一层混凝土薄板。

图5合建结构处北侧预留管槽平面布置图

图6合建结构处北侧预留管槽纵断面布置图

图7合建结构处北侧预留管槽横断面布置

（五）工程实施的细节设计

在结构设计时必须根据建筑及结构布置情况尽量预留现场施工条件，本工程顶板至站厅层结构为下穿隧道部分，根据隧道的布置设计，设置五道隔墙，隔墙将四块隧道通道封闭，无法满足施工现场的材料运输、人员出入需要，所以在设计时应该考虑在隔墙内预留施工用门洞，以免对后期现场施工时造成不便。

图8中板原结构设计平面布置图

图9中板调整结构设计平面布置图

三、结语

当今各地城市的轨道交通工程已十分发达及密集，轨道交通与地块结合、与其他项目合建将越来越多，虽然类似项目的设计不缺先例，但是如何处理轨道交通与其他项目合建工程之间的相互关系及设计亦尤为重要。本文通过以雪浪站与下穿隧道合建的结构设计为例，描述了在此类工程的结构设计中，必须充分考虑两者之间的相互关系，需注意两工程相互之间的排水、结构防水、结构稳定性之间的影响，并应结合工程现场施工来考虑结构的设计，此外，车站与隧道设计进度需保持一致，至少应先满足节点处施工的需求，并在施工过程中设计做好现场施工配合工作，以及时解决现场技术难题。希望通过以本文为例，能够对以后类似的工程提供一点思路和借鉴。

参考文献：

[1]JGJ120―99建筑基坑支护技术规程[S]．北京：中国建筑出版社,1999.

[2]DBJ08-61―97.上海市基坑工程设计规程[S].

篇10

ABSTRACT The main building structure design of coal mine of preparation plant is described in this paper.

关键词：钢结构选煤厂 主厂房 设计

KEYWORDSSteel structureCoal mine of preparation plantThe main building Design

中图分类号：TU391 文献标识码： A

1、工程概况

本工程位于山西省大同市山阴县，为某能源有限公司改扩建工程的主厂房，该选煤厂改扩建后设计生产能力后的设计生产能力2200万吨／年。主厂房是煤炭行业选煤厂建筑的核心组成部分，其不但要满足常规厂房建筑的房屋功能外，还必须满足煤炭洗选工艺的使用要求，为大量的选煤设备提供可靠的支承，并保证结构的安全可靠和使用舒适度要求。

本项目主厂房概况：长度84.5m，宽度38m，檐口高度36.4m；上部主要有六个楼层：首层：地面主要是各类设备基础如：各种泵、桶等设备基础；二层主要设备有：刮板机、离心机等；三层主要设备是脱介筛、破碎机和高频筛、浮选机等；四层主要设备是磁选机、旋流器和一条刮板机；五层主要设备原煤分级筛、加压过滤机、主洗浅槽等；六层主要设备：块煤再洗稀介磁选机、两条刮板机及一条皮带机头。主厂房内带一台20t吊车，吊车跨度36.8m。主体结构为钢框架结构，维护结构采用压型钢板+玻璃丝棉现场复合板。

该工程结构设计的主要问题在于：

（1）荷载类型多，选煤厂主厂房结构设计除要考虑常规建筑结构设计的荷载如：永久荷载、可变荷载、风荷载、雪荷载及地震作用外，还需考虑设备荷载及振动设备荷载对结构的影响及设备吊装、检修时的荷载等等。

（2）楼层高度大，建筑平面、立面均极不规则，荷载在平面上位置分布也极为不均匀。一般厂房层高5～7米，内部有大的挑空空间，挑空高度在十几米到二十二米之间，少数抗风柱高达37m，中间无框架梁支撑。

2、设计荷载、结构设计与分析

该工程建筑抗震设防类别为标准设防类。按照该地区设防烈度7 度计算地震作用，抗震措施按照7 度考虑，钢框架抗震等级为四级。设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，特征周期0.55s。建筑结构安全等级为二级，结构的设计使用年限为50 年，建筑场地类别为Ⅲ类。地基基础设计等级为丙级。

2.1、荷载类型及取值

在选煤厂主厂房结构设计时，除要考虑常规建筑结构设计的荷载如：永久荷载、可变荷载、风荷载、雪荷载及地震作用外，还需考虑常规设备荷载及振动设备荷载对结构的影响及设备吊装、检修时的荷载等。

根据《选煤厂建筑结构设计规范》（GB50583-2010）规定，选煤厂主厂房楼面可变荷载5.0KN/㎡，压滤机附近及设备检修荷载按10.0KN/㎡。提升孔周围的梁，应按本层最大起重量作用在梁上产生的弯矩、剪力影响线的最大值进行计算，但框架计算时可不计入。

主厂房内的主要设备很多，且有些设备荷载很大，在重型设备区域内楼面均布可变荷载在计算中需扣除；在设备等效均布荷载小于4kN/m2的小型设备区域，按楼面可变荷载计算。

2.2结构设计

2.2.1结构布置原则

选煤厂主厂房结构布置应结合工艺设备，根据功能分区、环境条件、荷载分布、材料供应和制作、施工条件等因素，择优选择结构体系和合理布置结构构件及支撑等抗侧力构件，使厂房结构刚度尽量分布均匀和结构受力合理。由于工艺布置等条件限制，选煤厂主厂房的结构平面布置和竖向布置均不规则，荷载在平面上位置也分布不均匀，在平面上很难让质量重心与结构的刚度重心一致或接近，结构竖向布置时也极不规则，有的位置设备布置集中，有的位置没有设备，也就不需要布置结构楼层，导致部分楼层以上只有局部位置有结构楼层，其余部位平面开大洞。结构布置上则需要尽可能使结构受力简单明确，荷载传递路径简捷。

2.2.2 振动设备附近的结构布置

由于本工程中各个设备之间的恒载和振动荷载等相差很大，而且平面荷载分布也不均匀，为了降低平面荷载不均布置对结构扭转的影响，在结构布置时尽量使两个方向的框架梁贯通布置，减少楼板开洞，在设备洞口边设置次梁，减小开洞对楼板水平刚度的影响，并降低设备工作所带来的楼板振动，改善操作人员的工作环境。

选煤厂主厂房内能够引起较大振动的设备有低频类(转数2000rpm)，例如电动机、泵等。常用动力设备中影响楼面垂直振动的是中频率机器，影响厂房水平振动的是低频率机器。振动筛、离心脱水机等中频率机器，工作时主要引起楼面的垂直振动，以垂直振动为主的设备应尽量布置在梁的支座和柱子附近，增加次梁数量，减小其旁边楼板板面积，提高楼板的整体刚度，减小楼层的振幅；压滤机、重介旋流器等属于低频率机器，以水平振动为主，梁的跨中部位，并应使扰力沿梁的轴线方向作用,以避免和厂房共振。振动筛下的结构布置等时考虑使其扰力方向与承重结构水平刚度较大的方向一致。当大型设备跨越柱网轴线布置时，设备下的框架梁贯通。

2.2.4柱间支撑

主厂房框架柱间支撑的设置应保证结构体系的稳定，且具有足够的水平抗侧刚度，使水平荷载传递路径短捷和传力明确，并应结合结构体系的形式、刚性楼板、荷载分布和结构计算分析统一考虑。根据主厂房工艺设备布置、荷载分布及结构计算结果，在边跨的~轴之间，沿柱高全范围设置柱间支撑，在厂房两端的第一个柱间的吊车梁牛腿面至柱顶的范围内设置上柱柱间支撑。由于柱截面较大，柱间支撑截面采用双肢截面。

2.2.5地基基础及地基处理

本厂房所处场地为Ⅱ级自重湿陷性黄土场地,土层承载力特征值为110kPa~180kPa。为了提高土层的承载力和消除土层的湿陷性，经综合考虑后，本工程地基处理采用采用孔内深层强夯灰土挤密桩（DDC法施工）消除基底以下粉土的湿陷性并提高地基土承载力，桩长13.0m，桩径400mm，成桩直径550mm，等边三角形布桩，桩间距800 mm，要求处理后地基承载力特征值不小于250kPa，基础采用钢筋混凝土独立基础。

3、结构分析计算

3.1 结构计算模型

厂房主体结构采用PKPM 钢结构模块STS及SATWE程序的计算模型采用三维模型，考虑楼板开有大的洞口，在整体模型计算中设置开洞板和完全弹性板，除考虑楼板变形影响外，更加准确地模拟楼板实际受力状况。模型考虑了重力二阶效应(P-A 效应)，柱子计算长度系数按有侧移计算，层刚度比按弯剪刚度计算，抗震计算考虑偶然偏心和双向地震作用。设备荷载以静力荷载的形式按设备荷载加物料的荷载乘以动力系数后施加。钢柱长细比限值、梁柱板件宽厚比、支撑的构造措施均按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的附录H2中规定的要求设置。

3.2计算结果分析

经计算分析，主厂房结构的前两个振型均为平动，其剪重比、刚度及长细比等各项指标均能满足规范要求。

考虑到选煤厂主厂房荷载较大，不可预见荷载因素较多，且有许多振动筛的振动荷载，主厂房结构设计中将主要承重构件的应力比不应太高。对于重型设备，尤其是振动设备周围的梁应力比还应适当降低。SATWE的主要计算结果见表2。

3.3梁、柱截面

由于主厂房结构平面及竖向布置复杂，荷载分布不均匀，还有振动筛的振动荷载，因此通常构件的截面变化较大。梁柱的截面形式主要采用热轧H型钢和焊接H型钢，柱间支撑采用槽钢。部分应力比较大的钢柱材质为Q345B钢，其余钢梁、钢柱材质均为Q235B钢。

3.4楼板

楼板采用非组合压型钢板楼面(用1.0mm厚压型钢板上浇钢筋混凝土楼板体系)，压型钢板作为设备安装平台及楼板混凝土的底模。对于振动设备较集中的楼面，楼板跨度不大于2.0m，楼板厚度150mm，楼板上较大洞口周边设边梁。为了避免设备振动引起楼面裂缝，振动设备较多的楼面上部钢筋双向连续配筋。

3.5振动梁的设计和构造要求

在选煤厂主厂房中，由于振动筛、离心机等常用大型振动设备的频率在16Hz左右，因此只要将振动梁的自振频率控制在16／0.7≈23 以上，便能满足《选煤厂建筑结构设计规范》（GB50583-2010）第6.3.16条规定的条件：“梁第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的扰力频率”，即可认为不发生共振，这根振动梁也不需要进行动内力计算，避免了在设备启动和停车时出现与结构共振的情况。在设计确定直接振动梁的固有振动频率时，应根据结构的实际情况来确定计算简图，也就是梁的支座、梁的截面刚度、梁上的荷载等的确定。

由于本厂房在第2、3、5层布置的振动筛、离心机、破碎机等振动设备较多，钢梁承受的振动荷载较大。为了尽量降低振动设备对整体结构的影响，其中本工程中振动梁的设计，利用sap2000对部分直接支承振动设备的钢梁进行了振型分析。计算梁的振型时，梁结构自重、梁上恒载、设备及物料自重等根据实际情况按实际位置布置于钢梁上，其他活荷载均不考虑，钢梁两端简支梁考虑。计算设备振动的频率(f)与振动梁自振频率(fo)的比值，二者的共振区为0.75≤f/fo≤1．25，即振动梁的自振频率与振动设备的频率至少相差25%。由于振动梁承受着较大的动力荷载,存在疲劳的问题，因此在振动梁的制作上要求翼缘与腹板的焊缝为全熔透焊缝，质量等级为一级。

3.6钢结构的防腐和防火

由于选煤厂中经常使用水冲洗楼面，环境比较潮湿，且煤中含有硫磷等物质，对于钢结构厂房的耐久性影响较大。因此主厂房钢结构构件应采取有效防腐蚀措施，保证结构的设计使用年限。

根据《选煤厂建筑结构设计规范》（GB50583-2010）及《建筑防火设计规范》GB 50016—2006有关规定，选煤厂主厂房的钢结构不需做防火涂料。

结论：

1、近年来，随着国家对于提高能源的利用效率及节能减排的要求越来越高，越来越多的煤炭企业进一步加强了对煤炭的精加工力度。主厂房作为选煤厂的核心建筑物，由于工艺流程比较复杂，设备种类繁多，而且有许多设备工作时振动荷载比较大，因此厂房的结构布置比较复杂，结构所受竖向荷载不均匀，需要采取经济合理的结构布置形式来满足工艺的需求和结构的可靠性。

2、对结构复杂的结构体系，不能仅依靠程序的计算结果，而是要根据计算的结果和建筑物的实际工况加以判断，分析计算结果是否符合实际的工作状况，来确保结构设计安全可靠。

参考文献：

1.《建筑结构荷载设计规范》 GB50009-2012

2. 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

3.《选煤厂建筑结构设计规范》GB50583-2010

4.《煤矿矿井建筑结构设计规范》 GB50592-2010