结构设计研究精选(九篇)

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第1篇：结构设计研究范文

（南通市建筑设计研究院有限公司 江苏 南通 226000）

【摘要】随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，建筑类型和功能的复杂化也使现代建筑结构设计变得更加复杂。本文通过对混凝土结构设计中应注意的一些问题进行概速，并提出相应的解决措施，以利于提高设计的质量。保证结构的安全。

关键词 高层建筑；结构设计；混凝土

1.引言?

混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的结构形式。我国每年耗费在混凝土结构设计的费用为2300亿元以上。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成的，虽然钢筋易腐蚀，但有混凝土保护层的保护，钢筋也不会发生锈蚀，因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的，从而忽视了钢筋混凝土结构的耐久性和抗震性的问题，从而混凝土结构在设计时应注意的问题的研究也相对滞后，为此付出了巨大的代价。结构设计总说明着重审查设计依据条件是否正确，结构材料选用、统一构造做法、标准图选用是否正确，对涉及使用、施工等方面需作说明的问题是否已作交待。审查内容一般包括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7条。

2.混凝土结构设计中的裂纹问题及其控制?

（1）混凝土结构设计中的裂纹问题分析，裂纹是固体材料中的某种不连续现象。多年来，有关混凝士的现代试验完全证实了在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在微裂纹，主要有骨料与水泥石的粘结面上的牯结裂纹、水泥浆中的裂纹以及骨料裂纹。而根据断裂损伤力学的观点，所谓断裂损伤是在广义的外载作用下，使材料的细观结构发生变化，引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇通，导致结构宏观性能的劣化，最终形成结构宏观开裂和破坏。因而混凝土结构的破坏过程实际上是微裂纹的扩展、贯通而形成的。?

（2）混凝土结构设计中的裂纹控制方法，预应力混凝十结构的裂纹控制方法主要是基于。"抗"的思想，下面分别应用传统力学和断裂力学来分析传统裂纹控制方法，从传统学观点来看，由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝七梁在外部荷载作用下梁体下缘产生的拉应力全部被抵消（或部分被抵消），因而可避免混凝土出现裂纹（或推迟出现裂纹），混凝土梁可以全截面参加工作（或增加参加工作的混凝土截面），这就相当于改善厂梁中混凝士的抗拉性能，而且可以达到充分利用高强材料的目的。从断裂力学观点来看，混凝土材料内。?

（3）部存在许多微缺陷和微裂纹，这些微缺陷和微裂纹在外部荷载作用下会不断演化、发展，最终形成宏观裂纹。预先在混凝七梁两端施加一对轴向压力，相当于在梁内微裂纹面上作用了一对非均布压应力，这时可以认为裂纹端部的应力强度因子为负值。当外载在裂纹端部产生的应力强度因子与非均布压应力产生的应力强度因子大小相等时，裂纹端部的应力强度凼子为零。这时裂纹并不会失稳扩展，只有随着外载的增加，使裂纹端部的应力强度因子达到混凝土材料的断裂韧性时，裂纹才会失稳扩展。因此，从断裂力学角度来说，由于预先对混凝土粱施加预压应力，从而减小了外载作用F裂纹端部的应力强度因子，避免或是推迟了混凝土出现裂纹。

3.梁支座的结构形式分析及其设计可靠性的实现策略?

结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据，设计中选择合适的计算假定、计算简图是得到正确计算结果的关键。当前结构设计程序中往往把与剪力墙相交的框架粱支座看作固定支座，这种假定不是在任何情况下都是正确的。当框架梁与剪力墙正面垂直相交，且剪力墙对梁的约束能力较弱时，很难实现固定支座的假定，此时宜将梁支鹰形式人为调成铰接支座，否则计算结果将与实际不符。在结构设计中，对与剪力墙相交的框架梁，其支座形式要慎重对待，具体工程应视框架梁与剪力墙的相对刚度及相交位置、方向，正确判断剪力墙对粱的约束能力，近而较为准确地确定框架梁支座形式。对于提高混凝土结构的设计可靠度，在材料强度等级不变的情况下会增加材料用量，增加造价，用高强材料替代低强材料，可有效地降低成本。混疑七结构中，水平受力构件如粱、板，主要以钢筋的抗力为主，提高钢筋级别效益较好，设计中应优先采嗣新规范提倡的主导钢筋HRB400（III）级钢筋；竖向受力构件如墙、柱，主要以混凝土的抗力为主，提高混凝上等级效益较好。

4.混凝土结构设计存在的其他问题分析?

（1）混凝土结构设计中的抗震问题分析地震力在两类构件之间分配，应考虑不同时段两类构件抗推刚度相对比值的变化。钢一混凝士混合结构中现在采用的主要结构体系为钢框架一混凝七剪力墙（内筒）体系，其中钢筋混凝十内筒为主要抗侧力结构。钢框架主要承担重力荷载，承担较小的水平剪力。在水平地震作用下，有工程经验表明，由于钢框架的抗推刚度远小于混凝上内筒，钢框架承担的水平剪力除顶部几层可为楼层剪力的15%～20%，中部及下部约为相应楼层剪力的10%～l5%，有的工程甚至仅有5%左右。在往复地震动的持续作用下，结构进入弹塑性阶段时，墙体产生裂缝后，内简的抗推刚度大幅度降低，剐度退化将加大钢框架的剪力。钢框架由于弹性极限变形角为1/400以上，远大于约为l/3000的钢筋混凝土墙体弹性极限变形角。虽然此时的水平地震作用要小于塑性阶段，但钢框架仍有可能要承担比弹性阶段大得多的水平地震剪力和倾覆力矩。因此，为符合结构裂而不倒的要求，需要调整钢框架部分的承担的水平剪力，规程抗震要求钢框架一混凝土结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架邮分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值，以提高钢框架的承载力，并采取措施提高混凝土内筒的延性。?

（2）结构设计过程要确定适宜的层问位移限值，我国有关混合结构的规程正在修编，高层建筑钢结构规程没有列出对钢一混凝土结构的设计规定.但对以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的结构，高层建筑混凝十规程，则提出其侧移限值的要求，规定为等同于相当高度的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。确定适宜的层间侧移和顶点侧移限值是该结构体系规程的重要内容之一。"高钢规程"没有列出对钢一混凝土结构的设计规定，但对有混凝士剪力墙的钢结构，规定应符合《钢筋混凝土高层建筑设计与施上规程》JGJ3-9l的要求。现行的"混凝土高规"规定的层间位移限值，对于钢一混凝土结构常不易符合要求。修编中的"混凝土高规"（第二稿），将包含对钢一混凝土结构设计规定的内容，关于钢一混凝士结构的层间位移限值，将规定为等同于相当的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。?

（3）此外，修编中的"混凝土高规"，关于层间位移限值将对现行。混凝士高规"JGJ3-9l有所放松，并以此确定适宜的限值。

5.结束语?

混凝土结构设计是一个长期，复杂甚至循环行复的过程.任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全隐患。因此.我们设计上作者应按规范相应的构造造求严格执行，才真正确保设计质量的安全。

参考文献

［1］纪福宏，郭惠琴.混凝土结构设计中若干问题的探讨［J］.山西建筑，2005.

［2］郑文忠，张格明，王英.对混凝土结构设计中三个问题的思考［J］.工业建筑，2004.

第2篇：结构设计研究范文

工程的施工地点为福建省厦门市湖滨北路与长青路交叉口的东北角，原建筑为高层建筑群。要进行施工的建筑群属于塔楼建筑，整体由地下室与上部建筑两部分构成，这两部分的楼层数分别为2层与30层。设计前期调查表明该塔楼的地下室及1#、2#塔楼已经于1995年12月完成施工。本次设计对3#、4#、5#楼原设计户型进行了较大幅度的修改.通过不断的结构试算，对基础及地下室结构进行受力分析，确定了上部各塔楼能建设的层数，拟订了建筑方案。经过对结构方案的比对论证，本项目确定采用多塔带厚板转换层结构型式，结构体系由下部框剪结构转换成上部剪力墙结构，且上部建筑接近一半剪力墙需要在三层楼面处转换。多墙带厚板转换结构属于复杂高层建筑结构，超出规范要求，需要进行专项审查。原设计3#、4#、5#楼下部一、二层相连形成大底盘，现设计保留原设计的大底盘,利用原有3#、4#、5#楼墙柱修改成新的3#、4#、5#楼平面，并在原裙房处增加一幢6层高的6#楼。塔楼部分每幢楼之间用伸缩缝（防震缝）隔开形成上部四个塔楼。平面示意图如图1所示。

2结构设计说明

2.1结构设计依据。在对本工程进行结构初步设计的时候主要遵循了《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002）等有关规定。建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级，所在地区的地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组第一组，场地类别II类，特征周期Tg=0.35sec。100年一遇的基本风压0.95kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数1.4。本工程地质详勘报告。地下室部分抗震鉴定报告。2.2工程选定的设计结构。本次设计选定的设计结构主要有裙楼结构及塔楼结构两部分。设计结构选定如下:1）裙楼结构维持原设计的框剪结构本次工程为两层裙房，东西长127.6m，地下部分已完成施工且没有预留变形缝，故裙楼采用后浇带及跳仓法施工，其中厚板中不设后浇带采用跳仓法施工，厚板与其他屋面采用后浇带处理。2）塔楼结构本工程3#楼22层建筑物高度69.98m，4#楼29层建筑物高度90.28m，5#楼17层建筑物高度56.98m，这三个塔楼均采用剪力墙结构。6#楼6层建筑物高度21.8m，采用框架结构。根据主楼与裙楼竖向构件关系，将3#、4#、5#塔楼结构采用厚板转换层转换，转换厚板设于2层屋面（3层楼面），4号楼转换板上承托28层,转换板厚为1.8m。3号楼转换板上承托21层，转换板厚为1.5m。5号楼转换板上承托16层，转换板厚为1.5m,厚板长约98m。整体结构单元网格示意图如图2所示。

3厚板转换结构计算

为了精确分析转换板的内力，本文采用实体单元对转换板进行有限元模拟，同时与其他结构构件形成三维空间力学模型。这样未对转换板的边界条件作任何简化。采用大型有限元软件ANSYS对整体结构进行计算分析，重点分析转换板的内力和变形。计算分析时考虑三个塔楼和转换板整体作用效果。在ANSYS软件建模时,转换厚板采用实体单元，每个结点含有3个未知数。剪力墙和楼板采用壳单元，每个结点含有6个未知数。框支柱和普通梁采用三维空间线单元,每个结点含有6个未知数[1]。3.1厚板转换层结构荷载计算。本工程对于厚板转换层结构的荷载计算主要分为恒载、活载、风载的计算。1）厚板转换层结构恒载计算恒载包括结构构件自重和附加荷载（各种设备、建筑装饰和填充墙）。在ANSYS软件中，结构构件自重按惯性力来计算，可只需输入附加荷载。楼板、梁和墙输入的荷载数值来自于SATWE模型。从各塔楼下转换板的竖向位移来看，转换板上最大位移均发生在框支柱与核心筒相连的大板上，并且位于悬挑部位[4]。4号楼竖向最大位移为2.122mm，3号楼竖向最大位移为2.272mm，5号楼竖向最大位移为1.918mm。转换板的最大位移不是发生在最高的4号楼，而是在3号楼。由于3号楼转换板上承托21层，而且板厚仅为1.5m，因此3号楼处的转换板在设计时也应加以重视。2）厚板转换层结构活载计算活载均作用在楼板上，楼板输入的荷载数值来自于SATWE模型。活荷载的计算量关系到了z向位移数值，通过SATWE模型的活荷载计算得出活荷载在各楼层中的分布并不均匀、各竖向构件分配的轴力差距在增大的结论。3）厚板转换层结构风载计算ANSYS软件将各楼层的风荷载数值均匀分配到各抗侧构件在楼盖处的节点上，这样可保证风荷载作用数值的准确性。在x向、y向风载作用下，整体结构和框支层的x向、y向会发生变形。计算结果显示风载值还在合理范围内。3.2结构模态和等效刚度比计算。转换层上下结构等效侧向刚度比计算应参考《高层建筑混凝土结构设计规程》对计算等效侧向刚度比的模型要求，采用三维空间模型，上部结构取3层，高度为8.0m。下部结构取2层，高度为9.8m。分别考虑两个主轴方向（x向、y向）的等效侧向刚度比，按《高层建筑混凝土结构设计规程》式计算。从而得到结构在x、y两方向上转换层上、下结构等效侧向刚度比分别为0.360、0.454，均满足《高层建筑混凝土结构设计规程》的限制要求。3.3结构地震指数及位移计算。在ANSYS软件分析中,采用振型分解反应谱法来计算结构的地震作用效应。本工程按《建筑抗震设计规范》GB50011-2001设计，以此规范给出的地震影响系数曲线为依据，乘以重力加速度，得到加速度反应谱曲线。本工程地处II类场地，抗震设防烈度为七度，反应谱最大影响系数0.12。在用ANSYS软件计算时，各振型以位移为基础进行作用效应的组合，采用CQC法计算结构的地震作用效应。在结构计算时，将数值分别作用在结构x向、y向上，计算出结构的地震作用效应，包括结点位移、单元力和层剪力。本工程的结构总重力荷载代表值为307200kN。x向地震作用下，结构底部总地震剪力为14772.8kN，剪重比为4.81%。y向地震作用下，结构底部总地震剪力为13668.6kN，剪重比为4.45%。在地震作用下，计算得到的各楼层层位移和层间位移角数值远小于规范限值1/1000，满足设计要求。

4结论与建议

通过对整体结构各种工况作用下的组合有限元计算分析得出所计算的结构整体设计指标满足规范要求。由于在x向风荷载和地震荷载作用下，结构平面下部两个角端抗侧能力明显偏小，此处扭转效应较大，设计时需采取加强措施。建议对各塔楼核心筒部位楼板均加厚至150mm，采用双层双向配筋，立面收进及屋顶小塔楼等部位楼板均加厚。将转换层各塔楼下墙柱抗震等级均改为一级，号楼框支角柱抗震等级提高至特一级，并设芯柱提高其延性。

参考文献:

[1]赵欣.试论土木工程建筑结构设计中的问题与初探[J].中国房地产业,2015(8):188.

第3篇：结构设计研究范文

关键词：建筑事业；建筑结构；抗震设计

中图分类号：TU352.11文章标识码：A文章编号：1672-9129（2017）10-0114-01

前言：

隨着近些年来我国发生的地震灾害不断增多，其给人们的生命财产安全带来了巨大的威胁。为此，我们要积极采取应对措施来抵御地震等自然灾害带来的危害。在建筑结构设计工作中，加强建筑结构的稳定性是降低地震灾害的有效措施，而如何科学合理的实施建筑结构设计便成为了诸多建筑工程单位所关注的任务。因此，文章针对于建筑结构设计在抗震设计的研究具有极为重要的现实意义。

1抗震设计在建筑结构设计中的重要性分析

就我国的自然灾害形式而言，地震灾害是目前对我们建筑工程事业威胁最大的自然灾害之一，为此，在建筑结构设计中加强其抗震设计研究便十分重要。我们知道，在我们中国已知的地震灾害史上，有很多地震给我国的人民生命和财产带来了极为严重的损失，如唐山大地震和汶川地震等。随着我国城市化进程的不断加速，各种高楼大厦林立，倘若在建筑结构的抗震设计中做好充足的准备工作，那么一旦发生地震灾害其所产生的危害便会降至最低。为此，建筑结构的抗震设计是人们生命和财产安全的重要保证。建筑结构的抗震设计原则为“小震不破坏建筑结构、中震建筑可加固、大震建筑不倒”，建筑结构设计在抗震设计中若能保证以上几点原则，那么在地震灾害来临之时便会很大程度的减少人员伤亡和财产损失。由此可见，抗震设计在建筑结构设计中的研究是多么重要[1]。

2建筑结构设计中的抗震设计的要点分析

2.1选择合理的建筑场地

提高建筑结构本身的抗震性能够从多方面进行实施，其中，合理的选择建筑场地是其抗震性得以提升的首要工作。建筑结构设计人员在对建筑物建筑地形进行选择时要选用地势较为平坦的地方，这样能够降低建筑结构的抗剪力强度，从而提高整体稳定性。此外，建筑工程现场的土质情况也要做好前期调研工作，尽可能选择土层硬度和密度较高的地段进行施工建设，这样能够满足建筑结构本身的荷载力承重要求。传统的建筑物建筑基地往往存在河岸边缘、采空区和软土土质层问题，这些地段对建筑物自身的稳定性影响较大，很容易在地震来时发生沉降和塌陷问题。为此，建筑结构设计中抗震设计要合理选择建筑场地。

2.2选择科学的抗震结构

建筑结构的抗震性设计研究需要从以下几方面实施：第一，建筑结构设计人员应该对抗震结构进行全面分析。科学合理的抗震结构能够有效提升建筑物本身的稳定性，尤其是建筑结构的强度和刚度，为此，相关技术人员在进行结合设计时一定要做好抗震结构设计，选择刚性较强的建筑结构方案推进建筑结构设计。第二，提高建筑结构的承载力。钢筋混凝土结构的塑性内力重分布能力较好，能够有效的吸收地震能力，为此，必须选用科学的抗震结构，从而提高建筑结构的承载力[2]。

2.3建筑结构参数计算工作

对建筑结构的参数计算工作进行合理推进十分重要，其能够对可能形成的损害进行针对性的预防。为此，负责建筑结构参数计算的工作人员要结合多方影响因素进行分析，对地震发生时建筑结构受承受的各种力进行计算，从而明晰建筑物可能承受力的数值。此外，为了能够保证参数计算工作的有效性，相关技术人员可以对建筑结构进行模型设计，并通过地震模拟来观测模型所承受的力是多少，最后通过合理的参数设计和整改对建筑结构的抗震性设计参数进行修正，这样便有效的提高了建筑结构的抗震可能性。

2.4多重抗震防线的设置

多重抗震防线的设计能够进一步提升建筑结构设计的抗震性能。通常情况下，抗震防线多能够给建筑结构更多的时间和空间来抵御地震所带来的威胁。为此，在对建筑结构进行抗震设计时，要对第一道抗震防线的采取延展性构建，延展性构建对建筑物本身的抗剪力作用有着更高的适应性，且即便在地震中发生损坏也能让其它的防线继续发挥着抗震作用[3]。如此多重抗震防线的设置能够将建筑结构设计的稳定性得以最大化发挥，从而为人们的生命和财产安全提供可靠的保障。

3结语：

第4篇：结构设计研究范文

关键词：框架-剪力墙；结构设计；使用研究

前言

框架-剪力墙结构由于其抗侧刚度大，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能，因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中；同时采用现浇框架-剪力墙结构，可以将承重墙与分隔墙合二为一，相对来说比较经济；另外，室内较框架结构简洁，没有露梁、露柱现象，外形美观，便于室内布置，使用功能更好，且增大了使用面积，因此受到欢迎。框架-剪力墙由墙肢和连梁两种构件组成，其结构承载力及刚度都很大，侧移变形小，抵抗水平侧移能力强，经过合理设计可做成抗震性能很好的廷性框架-剪力墙。缺点是由于框架-剪力墙最大间距的限制，使建筑平面和使用空间受到一定的局限。结构的延性一般不如框架结构和框架框架-剪力墙结构体系，结构自重较大，总高度不大时，结构材料耗费可能较多。因此，在框架-剪力墙结构设计过程中充分掌握其优缺点，进行合理的设计，达到既能保证建构筑物的质量又能节省资金、材料是每个设计人员所需掌握的。框架-剪力墙结构中，墙是一平面构件，它除了承受水平作用力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下是一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下，框架-剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将框架-剪力墙设计成延性弯曲型。

一、框架-剪力墙结构的超长问题分析

一是框架-剪力墙结构刚度大，受温差影响大，混凝土的收缩产生的变形大，墙体对楼面、屋面产生的约束也大；当结构发生收缩变形时比其他结构易出现裂缝。一些未超长的框架-剪力墙结构产生墙体或楼面裂缝，其主要原因就在此。

二是框架-剪力墙结构多用于住房和公寓，使用状况复杂，一旦私人购买的房子出现裂缝，虽然没有安全问题，但处理起来问题多、难度大、社会影响大。

三是混凝土结构受温度或收缩形变的影响与众多因素有关；而体型庞大的框架-剪力墙房屋往往形状复杂，混凝土收缩大，约束应力积聚也大，施工工艺及管理也难控制，环境影响使用变化难于判断，因此更难于解决混凝土收缩变形时，在受约束条件下引起拉应力而保证不出现裂缝。

四是目前混凝土中水泥用量普遍增大，加上由于混凝土强度的提高，使弹性模量增加将引起更大的约束拉应力产生，使结构出现裂缝的因素增多。

综上所述，在处理超长结构时，特别是处理超长的框架-剪力墙结构时更要特别慎重：当发生由于建筑使用功能要求不允许超长建筑设永久缝时，建议采用对结构施加预应力的方法并结合采用设计构造措施、施工措施共同给予处理。

二、框架-剪力墙转角部位开设转角窗的问题分析

随着建筑平立面体型的多样化，在不少的居住建筑外墙转角客户要求设置转角窗，高层框架-剪力墙结构的角部是结构的关键部位，在角部框架-剪力墙上开设转角窗，这不仅消弱了结构的整体抗扭刚度和抗侧力刚度，而且使临近洞口的墙肢、连梁内力增大，扭转效应明显，对结构抗震不利。

一是B级高度及9级设防A级高度的高层建筑不应在角部框架-剪力墙上开设角窗或挑阳台。

二是8度及8度以下级设防A级高度的高层建筑在角部框架-剪力墙上开设角窗或挑阳台时，应采取以下措施：①洞口应上下对齐，洞口宽度不宣过大，连梁高度不宜过小，并加强其配筋及构造；②洞口两侧应避免采用短肢框架-剪力墙和单片框架-剪力墙，宜采用“T”、“L”、“[”型等截面的墙体，墙体厚度在底部加强部位不小于层高的1/12，其他部位不小于1/15，且不小于180mm，墙端暗柱纵向配筋适当加强；③宜提高洞口两侧墙肢的抗震等级，并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求；④转角处楼板应加厚，配筋宜适当加大，并配置双层双向配筋；也可于转角处板内设置连接洞口两侧墙体的暗梁；⑤结构电算时，转角梁的负弯矩调整系数、扭转折减系数均取1.0，抗震设计时，应考虑扭转藕联的影响。

三、框架-剪力墙连梁设计在实际应用中的问题分析

框架-剪力墙连梁的含义：框架-剪力墙连梁即两端都与框架-剪力墙相连且与框架-剪力墙的夹角不大于25度，跨高比小于5，刚度可以折减的梁。在墙肢和连梁的协同工作中，框架-剪力墙应该具有足够的刚度和强度。框架-剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。连梁一般具有跨度小，截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此在实际工程中要使连梁的设计满足强剪弱弯的要求，就必须考虑以下几个方面：

一是关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重新分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第4.1.7条中规定：“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架―框架-剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55”。

二是加连梁跨度减少高度。在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。

三是增加框架-剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片框架-剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

四是提高混凝土等级。混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

五是地震区高层建筑的框架-剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。

结语

以上都是在进行框架-剪力墙结构设计工作中经常遇到的几个比较实际的问题，这些问题相对都比较复杂，只有把互相制约的因素统一协调，才能取得比较理想的结果。

参考文献：

第5篇：结构设计研究范文

关键词：建筑结构；控制设计；问题分析

1、建筑结构在抗震中的控制设计

l.1 机构控制

分析框架和抗震墙结构的倒塌模式的基础上，提出对破坏机构进行控制，使之发生期望的破坏机构形式，达到既具有足够强度又具有足够延性的目的。实现途径是在结构的特定位置设置一定数量的人工塑性铰，对塑性程度及区域进行控制，使得结构在强震时能形成最佳耗能机构。对于一个实际的多层、高层建筑结构，如何实现机构控制。即人工铰的构造、布置和出现顺序的确定，是方案实施的重要关键.

1.2 粱的延性设计

直腰筋或交叉斜筋，可以增强粱端的抗震性能，特别是对于剪跨比小的梁，延性和耗能均有大幅度的提高。用作抗震墙墙肢间的普通连梁和刚性连梁的延性和耗能对整个抗震墙结构的工作影响极大。试验表明，当连粱的跨高比为5时，延性和耗能很好，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上，滞回曲线也相当饱满。当连梁的跨高比降至1时，延性系数则降至3左右，滞回曲线严重捏扰，耗能很小，最后弯剪破坏。

抗震墙的刚性连粱，其跨高比往往仅为1左右，若要使其工作在弹塑性阶段作耗能构件，则需要对它的组成和构造采取一定措施，以适应延性和耗能的要求。措施之一是在1／2梁高的中性面上留一水平通缝。在缝的上、下两侧各埋置钢板，钢板上开有椭圆形螺栓孔，用高强螺栓把两钢板连结。在竖载、风载和小震下，高强螺栓把水平通缝分开的两部分连梁连结成整体工作，使刚性连粱整体刚度不变，以保证其工作在弹性阶段。

在强烈地震作用下，两钢板发生相对滑动，原来跨高比为1的刚性连梁将被分成两根跨高比为2的小粱协同工作。这样，不仅延性系数由原来的3提高为l0左右，而且由于钢板间的滑动摩擦，使其耗能能力也得到了一定改善。措施之二是在刚性连梁内埋设一根工字型钢，以提高其延性和耗能能力。

1.3 柱的延性设计

如果塑性铰发生在柱上，但是它们仍需具有一定的延性和耗能能力，才能保证大震时不倒。试验表明，采用螺旋箍筋能较大程度地提高柱的延性和后期抗轴压能力。螺旋箍筋分为矩形箍和圆形箍，单旋箍和复台箍。其中复合螺族旋箍效果最好，圆形箍比矩形箍要好。

1.4 新型复合材料节点

节点的合理设计是提高结构抗震性能的关键之一。而提高其强度和延性仅靠增加箍筋效果不显著，而且太多箍筋给施工带来较大的困难。因而不少学者致力于一些新型节点的研究，其中以钢纤维砼和劲性砼粱柱节点效果较好。这种节点由于劲性钢材或钢纤维与砼的共同工作，使得节点区砼的受力性能，特别是剪切变形大大改善，延性和耗能能力显著提高。

1.5 折曲撑和偏心连结支撑

一般的交叉支撑框架剪切变形能力低、刚度降低幅度大、耗能差，采用折曲撑或偏心连结支撑抗侧力单元，可以改善这些缺点，其中折曲撑由钢纤维砼杆制造，偏心连结支撑可用钢杆或劲性钢筋砼杆组成(如图2和图3)。设计原则是在强震时让折曲撑先弯折破坏，然后梁才破坏，即形成撑一梁一柱的理想破坏机制。由于曲撑的存在和钢纤维砼的良好变形能力。整个框架单元的延性和耗能性能好，而且在正常使用荷载下，曲撑又能保证一定的抗凹刚度,综上分析表明，结构本身的延性耗能设计是靠提高构件的延性耗能能力来实现。结构的构件无非是粱、板、柱和墙等，内部受力材料是受力筋、构造筋(对于劲性砼则是型钢)以及砼，延性耗能设计只能从这些材料的位置数量和构造方式来实现，显然该方式能提高结构的抗震能力。

图2偏交斜撑布置

图3偏交斜撑弯曲耗能

2、结构刚度在建筑结构中的优化设计

在高层建筑结构设计中，现行的规范是《高层建筑混凝土结构技术规程》(下简称《规程》高层建筑层数多、高度大，为保证高层建筑结构具有必要的刚度，应对其层间位移加以控制。这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个相对指标。高层建筑的抗侧刚度对结构的抗震性有很大的影响，应设计的刚些，还是柔些，不同的设计人员有不同的看法。目前大多数建筑都设计的比较刚，特别是高层住宅，由于房间布置的要求，开间较小，这样剪力墙布置较多，而且墙厚较厚，比较浪费。在结构结算时，计算的最大弹性层间位移角只有1/2000～1/3000，甚至更小。

一般来说，由于土质较好，基岩埋深也普遍较浅，且高层建筑多采用桩基础，或者有1～2层的地下室，持力层座落在中，微风化岩层或者中硬场地土层，地基的特征周期值较小。所以在此条件下，高层建筑的抗侧刚度一般可以设计得柔些，以结构的极限变形能力(可按照《规程》的弹性层间位移角限值剪力墙结构为1/lOOO)作为控制值。在满足变形的限值的前提下，结构刚度可尽可能设计的小些，这样既降低了地震作用，也使场地与建筑物发生共振的可能性减小，而且也达到了经济目的。大多数工程实践证明，建在较硬场地上的高层建筑可以按变形控制，以柔克刚，既安全又经济。

3、建筑结构设计应注意的问题

3.1 关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题

阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小，可以砍了。可砍成斜角。如果底板钢筋双向双排，且在悬挑部分不变。

3.2 关于箱、筏基础底板的挑板问题

从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约。出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜。窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑。

3.3 关于粱、板的计算跨度

一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨的l.1倍等，这些规定和概念仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的。粱板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有-N性支座，取粱的概念，将梁板统一认为是一变截面板。在扁粱结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至粱中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋，取二者大值配筋(借用台阶式独立基础变截面处的概念)。柱子也可认为是超大截面粱，所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题。

3.4 钢筋采用机械连接或焊接

纵筋搭接长度为若干倍钢筋直径d，一般情况下d取钢筋直径的较小值，这是有个前提，即大直径钢筋强度并未充分利用。否则应取钢筋直径的较大值。如框架结卡句顶层的柱子纵筋有时比下层大，d应取较大的钢筋直径，甚至纵筋应向下延伸一层。其实，两根钢筋放一起，用铁丝捆一下，能起多大用，还消弱了钢筋与混凝土的握裹力。所以，钢筋如有可能尽量采用机械连接或焊接。

3.5 关于回弹再压缩

基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，如独立基础，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备。

4、结束语

总的来说,通过对以上各类常见建筑结构问题的分析，可以加强结构设计人员对常见结构设计问题的辨别能力，提高对结构设计质量问题的防治措施，使建筑结构设计工作做行更安全、更合理。

参考文献：［1］包世华，方鄂华.高层建筑结构设计［M］.北京：清华大学出版社，1989

第6篇：结构设计研究范文

关键词：定位格架 勾挂 导向翼

中图分类号：TL2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0031-02

定位格架是燃料组件的关键部件之一，其主要功能一方面是夹持定位燃料棒以维持合理的棒间距，为冷却剂提供合适的棒束流道；通过搅混翼实现对流体的搅混作用，提高燃料组件的热工水力性能。另一方面，由于堆芯内相邻组件间隙仅约1 mm，对于长度接近4000 mm燃料组件装卸期间操作，如何防止燃料组件定位格架之间发生勾挂，是定位格架设计中需要关注的重要问题。

该文主要针对目前商用电站在燃料组件装卸料期间发生的定位格架外条带损伤问题，分析了勾挂发生的原因，采用三维模拟的方式模拟勾挂现象，反馈并指导格架导向翼的外形结构和布置设计，有针对性的增设导向结构，减小组件间由于横向干涉而导致的勾挂风险，从而设计出导向功能良好，具有防勾挂能力的新型定位格架。

1 定位格架的勾挂现象

目前国内商用大型电站所采用的燃料组件基本均为法国AFA3G燃料组件，该型燃料组件在设计中在格架外条带结构上设置了一定数量的导向翼，具有一定的导向能力。2008年，在岭澳核电站换料过程中，发现一组燃料组件格架外条带导向翼不整齐，后在乏燃料水池使用水下摄像头探视，确认第四层格架第二面E焊缝下部两个半导向翼向上卷起。为此，又对水池中的其他组件进行水下电视检查，先后共发现多组燃料组件的外条带有不同程度的损伤。（见图1）

同时，统计数据显示，法国使用AFA3G燃料组件的电站多次换料大修受到格架损坏的影响，其中使用14英尺活性段燃料的电站受影响比例更大。据统计，对于14英尺电站，受影响的大修中，有63%是与燃料组件格架损坏相关；对于12英尺电站，受影响的大修中，有15%是与燃料组件格架损坏相关。

2 定位格架勾挂原因分析

目前使用的AFA3G定位格架（以下简称AFA3G格架）为了便于燃料组件在堆芯的装卸操作，在其外条带的上下端均设置有导向翼。其结构特征是外条带上端两相邻导向翼间的距离为25.19 mm，包含了2个燃料棒栅距；外条带下端导向翼之间的距离为12.595 mm（燃料棒栅距）。该种设计考虑了燃料组件在绝大部分情况下的防勾挂性能，但在某种极限情况下（相邻燃料组件相互压靠的位移达到最大值，且燃料组件发生1/2栅距的横向错位），燃料组件轴向位移时可能会引起与相邻燃料组件的定位格架发生勾挂，如图2所示。而在实际使用中，由于燃料组件的弯曲、定位格架外条带导向翼的变形等因素，导致燃料组件在装卸料时发生勾挂的几率增加。

图3中采用UG建立AFA3G外条带典型的上下导向翼模型，模拟发生横向干涉以及偏移1/2栅距情况下格架间配合状态，从图中可见，在此状态下，上下导向翼咬合即发生干涉。

3 防勾挂结构设计

从对AFA3G格架发生勾挂原因分析来看，主要的影响因素为格架间的相互配合状态。配合状态分为横向干涉和相对错位，横向干涉影响了格架间相互侵入所产生的位移量，而相对错位影响了导向翼之间的相对位置关系。

3.1 格架横向干涉的设计

初始安装状态相邻格架间保持约1 mm间隙，装卸过程由于组件变形或其他因素，间隙可能闭合，甚至由于格架挤压相邻组件燃料棒向内移动导致间隙为负值，即发生一定干涉。法国AFA3G格架为限制燃料棒在此种情况下的位移量，在栅元弹簧内部设置了限位凸起，以约束向内侧的位移量。但该种设计存在的缺点是并不能约束燃料棒受挤压后发生倾斜，一定程度上增加了位移量导致横向干涉增加。对于上述问题，通过改变限位凸起的位置，取消弹簧内侧限位凸起，在格架栅元上下两端设计一定高度的限为凸起，可以起到限制燃料棒横向位移的功能。

3.2 外部导向结构设计

从AFA3G勾挂原因及模拟勾挂过程发现，勾挂的根本原因是上下导向翼没有能够实现连续导向，在不发生或较小错位情况下上下导向翼之间满足连续导向的要求，但在错位1/2栅距时，再加上格架之间产生横向干涉，上下导向翼将互相咬合，燃料组件吊装操作中，当遇到此类配合状态，将不可避免出现格架勾挂。因此，格架防勾挂设计要求上下导向翼具有连续导向能力，避免出现导向翼之间的咬合问题。

3.2.1 导向结构连续布置研究

AFA3G格架外条带上导向翼之间间隔25.19 mm，下导向翼之间间隔为12.595 mm，不能实现相邻栅元间的连续导向作用。通过加密上导向翼，实现每个栅元均布置有导向翼，可实现连续导向。但同时，加密导向翼布置后，将一定程度上减小边栅元的冷却剂流通面积，影响的水力特性。为保证格架热工水力性能的相容性，加密导向翼后边栅元的流通面积应与原格架相近。从图4可见，采用连续导向后，即使在错位了1/2栅距时，导向翼之间仍能够导向而不发生咬合干涉。

3.2.2 导向翼结构尺寸

连续布置导向翼缩小了导向翼间距离，实现了连续导向，但仍需合理的结构设计才能避免极限情况下勾挂问题。

首先确定相邻格架间可发生的最大横向干涉。相邻组件两格架在高度方向互相错开，外条带挤压相邻组件燃料棒，将其压靠在内条带的限位凸起位置上。按照现有堆芯相邻组件中心距离215.04 mm，组件外形尺寸213.7 mm，则相邻组件之间间隙为1.3 mm；综合考虑刚凸高度、外条带厚度以及弹簧压缩量，可确定格架的最大横向干涉量。

导向翼的高度应能保证当格架发生最大干涉之后，导向翼不会插入相邻格架导向翼的间隙，即导向翼弯折后在水平面上的投影距离应大于相邻格架的最大干涉量。根据理论计算，相邻格架产生干涉的最大横向位移为3.1 mm，其干涉量为横向位移减去原有间隙，导向翼在平面的投影距离应超过该干涉量，考虑可能的制造公差以及弯折半径等确定合适的导向翼结构尺寸。

4 防勾挂设计验证及试验验证

对于格架的防勾挂设计验证，首先采用UG建模的方式，建立外条带典型的导向翼结构并模拟各类配合状态，模拟的结果表明在各类配合状态下，新的防勾挂设计均能实现连续导向，避免勾挂发生。

勾挂模拟试验中，采用两只格架沿轴向相对运动以模拟燃料组件的装卸过程，试验过程考虑了可能的各种配合关系，试验结果表明两只AFA3G格架在错位1/2栅距情况下导向翼发生咬合现象，在保护力限值范围内无法移动，这种现象与之前的设计分析一致。同时两只新设计防勾挂格架在相似的配合状态下几乎观察不到导向翼咬合现象，在设定的横向作用力下两只格架彼此能够顺利滑过（见图5），表明设计与试验吻合良好。在试验中，新设计格架也出现过保护力超过限值（900 N）的情况（见图6），但调整格架及装置后重新试验又能顺利通过（见图7）。因此，反馈于结构设计，还应考虑制造公差以及安装公差等因素对格架防勾挂性能的影响。

5 结语

该文从岭澳电站发生的格架损伤问题出发，研究了类似的AFA3G格架勾挂损伤问题，从结构设计角度出发，分析了格架产生勾挂的各类可能原因，针对AFA3G格架在勾挂性能方面存在的问题，提出了改进设计措施。设计过程中采用UG模型模拟的方法研究了各类配合状态下的干涉情况。研究表明，采用导向翼加密布置、限制燃料棒的横向位移距离等设计，可以实现格架间连续导向作用，降低了组件装卸料期间格架发生勾挂的风险。

参考文献

第7篇：结构设计研究范文

关键词：高层建筑；结构体系；剪力墙

我国改革开放之后，由于综合国力的不断提高，房地产业迅猛发展，建筑业已成为社会支柱产业之一。由于经济的发展，加之土地资源宝贵，所以高层建筑更是如雨后春笋般迅速发展，数量剧增。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付大量的具体工作，往往不够重视结构经济性问题，导致同一工程不同人设计，其工程造价可能差别很大，造成不必要的浪费。这对于经济实力并不发达、尚处于第三世界发展中国家的中国来说是一个亟待解决的问题。

1 高层建筑结构的主要特点

(1)水平荷载对结构的影响大，侧移成为结构设计的主要控制目标之一。其根本原因就是高层建筑结构侧移和内力随高度的增加而急剧增加。例如，一竖向悬臂杆件在竖向荷载下产生的轴力仅与高度成正比，但在水平荷载下的弯矩和侧移却分别与高度呈二次方和四次方的曲线关系。所以，在高层建筑结构中，除了像多层或低层房屋一样进行强度计算外，还必须控制其侧移的大小，以保证高层建筑结构具有足够的刚度，避免因侧移过大而造成的结构开裂、破坏、倾覆以及一些次要构件和装饰的损坏。

(2)多种变形影响大。高层建筑结构由于层数多、高度高、轴力很大，沿高度引起的轴向变形很显著，中部构件与边部、角部构件的变形差别大，对结构的内力分配影响大，因而对构件中的轴向变形影响必须加以考虑;另外，在剪力墙结构体系中还应考虑整片墙或墙肢的剪切变形，在筒体结构中还应考虑剪变滞后的影响等。

(3)扭转效应大。当结构的质量分布、刚度分布不均匀时，高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用，扭转作用会使抗侧力构件的侧移发生变化，从而影响各个抗侧力结构构件(柱、剪力墙或筒体)所受到的剪力，进而影响各个抗侧力构件及其他构件的内力与变形。既使在结构的质量和刚度分布均匀的高层建筑结构中，其在水平荷载作用下也仍然存在扭转效应。

(4)结构延性是度量结构抗震性能的重要指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。因此，必须运用概念设计方法，对引起结构不安全的各种因素做综合的、宏观的、定型的分析并采取相应的措施，以求在总体上降低结构破坏概率。

2 高层建筑结构分析

2．1高层建筑结构分析的基本假定

高层建筑结构是由竖向抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体等)通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系。要完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。实际工程中，对结构分析都需要对计算模型进行不同程度的简化，其中常见的基本假定有:

(1)弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般水平荷载作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是，在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移而出现裂缝，并进入到弹塑性工作阶段。此时，仍按弹性方法计算内力和位移则不能反映结构的真实工作状态，应按弹塑性动力分析方法进行设计。

(2)小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。据研究统计，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H＞1/500时，P－Δ效应的影响不能忽视。

(3)刚性楼板假定。很多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法，并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，竖向刚度有突变的结构、主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等三种情况均对楼板变形的影响较大，特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显，此时，可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。

(4)计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有以下三种:即一维协同分析、二维协同分析和三维空间分析。其中一维协同分析各抗侧力构件只考虑一个位移自由度，计算简单，主要用于手算方法的计算简图;二维协同分析各抗侧力构件的位移由三个自由度确定，主要用于中小微型计算机上的杆系结构分析程序;三维空间分析在前两者的分析基础上既考虑了抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调)，又考虑了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构的影响。三维空间分析普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度，较前两者的计算更为精确。

2．2高层建筑结构静力分析方法

(1)框架-剪力墙结构。

框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连续化建立常微分方程的方法。框架-剪力墙结构的计算方法通常是将结构转化为等效壁式框架采用杆系结构矩阵位移法求解。

(2)剪力墙结构。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。不同类型的剪力墙其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的计算方法为平面有限单元法，此法较为精确且对各类剪力墙都能适用。

(3)筒体结构。

筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类:等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。①等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。②等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法进行分析。③比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。该方法是将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论进行分析，每端节点有7个自由度，比空间杆增加一个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。三维空间分析精度较高，但其未知量较多，计算量较大，在不引入其它假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc+7Nw(Nc、Nw为柱及墙肢数目)。通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样，每一楼层总自由度数即降为3(Nc+Nw)+4，这是目前工程上采用最多的计算模型。

第8篇：结构设计研究范文

【关键词】建筑地基；结构设计；注意问题；设计等级；计算；

建筑地基直接关系到建筑物的安全和稳定，是建筑结构的根本，在结构设计中必须进行全面细致的设计，以保证建筑的安全性。

一、建筑地基结构设计时注意问题

建筑地基结构设计时，应考虑上部结构，基础和地基的共同作用，必要时应采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度，以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级，选择代表性场地进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提供相关依据。经处理后的地基，当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对地基承载力特征值进行修正时，基础宽度的地基承载力修正系数取零，基础埋深的地基承载力修正系数取1.0；在受力范围内仍存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的地基承载力。对受较大水平荷载或建造在斜坡上的建筑物或构筑物，以及钢油罐、堆料场等，地基处理后应进行地基稳定性计算。结构工程师需根据有关规范分别提供用于地基承载力验算和地基变形验算的荷载值。地基处理后，建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计要综合考虑土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。

二、建筑地基结构设计等级

地基结构设计等级分为甲级、乙级、丙级三种。甲级用于30层以上的高层建筑、重要的工业与民用建筑物、大面积的多层地下建筑物、体型复杂层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物、复杂地质条件下的坡上建筑物、对地基变形有特殊要求的建筑物、对原有工程影响较大的新建建筑物、场地和地基条件复杂的一般建筑物、位于复杂地质条件上地下室的基坑工程、开挖深度大于15m的基坑工程以及周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程等；乙级用于除甲级、丙级以外的基坑工程、工业与民用建筑物；丙级用于次要的轻型建筑物、场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物以及非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程。

三、建筑地基结构设计的计算

地基计算包括地基承载力计算，地基变形计算，地基稳定性计算。

1、地基计算前首先应确定基础埋深，基础埋深根据下列相关条件进行确定：（1）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；（2）作用在地基上的荷载大小和性质；（3）工程地质和水文地质条件；（4）地基土冻胀和融陷的影响。除岩石地基外，基础埋深不应小于0.5米。高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上箱形和筏形基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18。当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物基础。当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据建筑物荷载大小、基础形式和土质情况确定。

2、地基承载力计算应满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.1条、5.2.2条相关规定。

3、地基变形计算；地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。建筑物地基变形值，不应大于地基变形允许值。建筑物地基变形允许值按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.3.4条中表5.3.4规定采用，建筑物地基最终变形量按照第5.3.5条进行计算。

4、地基稳定性计算；地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算。具体可按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.4.1条、5.4.2条、5.4.3条相关规定进行验算，山区地基（包括丘陵地带）的设计，还必须按照第6.1.1条中可能出现的设计条件进行分析认定，避免发生滑坡、泥石流、崩塌等引起房屋倒塌的事故。

四、建筑地基桩基础设计发生的问题及其处理方法

1、桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高。这里可能存在两种情况，其一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值，必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力。其二则可能由于土层本身原因，譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这就需要我们从施工措施上去解决。首先是必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。

2、关于桩基竖向偏差的控制和处理。桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态。根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50～+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑2mm左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。

结束语

建筑工程的结构设计和施工中地基和基础是最为重要的，建筑地基的结构设计对整个工程的结构设计至关重要，应该根据工程实际情况进行合理的建筑地基结构设计，以保证地基结构设计的科学性。

参考文献：

[1]丁瑜婷. 探索地基结构设计及处理方法[J]. 江西建材，2012，06：37-38.

[2]张家康，黄文萃. 我国建筑结构设计规范编制与进展[J]. 建筑结构学报，2010，S2：355-364.

第9篇：结构设计研究范文

关键词：建筑结构设计；优化方法；协调性；经济性能

现如今，人们对建筑的要求不再简单的是居住使用要求，随着时代的不断发展，人们对建筑的美观性和安全性也愈加重视，对建筑的实用性能有了更严格的要求。基于以上要求的变化，这就要求我们不断改变并优化结构设计，采取耳穴的方案，同时满足美观性和实用性，并且还能够降低成本投入，提高经济效益，促进建筑业的良好健康发展。

1结构设计优化方法内容及其原则

1.1概述。在房屋建筑结构设计时，如果要对设计方法进行优化，这就势必给工作人员带来更多的问题，例如成本问题和建筑材料问题。这种情况下，就要求工作人员用最低的资金投入，进行房屋建筑设计的优化。对优化房屋建筑设计时，其优化的内容主要包括两个内容：①优化整体的房屋建筑结构；②优化局部的房屋建筑结构。而局部房屋建筑结构主要就是对主体结构、房顶结构和下部基础结构等分别进行优化设计。1.2原则。（1）使建筑具有安全性能。房屋结构优化不是简单的进行材料的节约，而是首先要确保房屋建筑结构安全，然后利用专业知识，结合实际的房屋建筑情况，对房屋建筑结构进行科学合理的优化，从而使得房屋建筑的设计趋于完善。（2）使建筑具有实用性能。对于房屋建筑优化设计的另一个原则就是要确保建筑物的实用性，使得房屋建筑通过优化设计具备更多的功能，满足人们的实用与使用需求。（3）保证建筑结构优化的同时保护环境。房屋建筑结构优化设计的另一个原则就是要尊重环境，也就是说要注意环保，例如，可以采用绿色环保材料。（4）确保建筑具有可用价值。这个原则也是非常重要的一点，要求在进行房屋建筑优化设计时，不能一味追求利益，忽视质量，而是要在保证建筑质量的基础上降低资金投入。根据以上原则，不难看出，在进行房屋建筑结构优化设计时必须保证其科学、安全、质量要求。首先，充分重视结构优化模型，科学合理的结构设计变量得到解决。主要针对相关的参数值和约束来控制参数值的选择应注意，而较小的将实现一个预定义的类型参数，可以有效地减少编程，提高效率，提高整体水平；然后是目标函数的确定，这将对建筑作为一个整体的成本情况来理解。可以科学地确定约束条件，为结构的优化设计奠定基础。

2建筑结构设计优化方法的具体应用

2.1整体和局部优化。房屋建筑结构设计具有复杂层次性。首先要求在进行设计时要考虑设计、结构、安装等不同子系统及其下属体系。在进行优化设计时，综合考虑各个子系统和下属体系并且进行优化；其次，由于在房屋建筑结构设计时设计到施工材料、构建、配件等内容，这就要求进行房屋建筑设计时，进行整体优化。建筑结构的优化计算模型和优化计算方案属于建筑结构优化设计的重要组成部分。建筑结构的优化设计的本质就是在变量中提取重要的参数，根据上述所说参数建立函数模型，从而得到比较好的方案。一般来说，建立模型主要从以下方面入手：①合理选择设计变量，这属于重要内容，而且在选择变量设计会影响参数的选择，因此合理计算变量就能将降低计算编程的工作量；②确定目标函数，首先要在符合函数的基础上找到最优解，才能确定目标函数；其次，将约束条件确定下来，主要包含弹塑性、强度、应力及尺寸等方面，在优化建筑结构的同时，必须确保约束条件的范围在规定的要求之内，满足设计的需求。2.2建筑主体上部结构的科学性优化。建筑主体上部结构的科学性优化，是在建立模型，优化系统设计，保证科学合理性的基础上，对建筑剪力墙进行优化设计。首先，建立合理的剪力墙数量；其次，保。证剪力墙的整体质量的统一性，保证其整体结构的重心，减少地震等灾害对房屋建筑的破坏；最后，如果要保证剪力墙的高抗剪能力，在满足质量的要求上减少墙的数量。2.3概念设计结合细部结构设计优化概念设计的应用表明没有具体的量化数据，例如，抗震防裂度，这种情况下没有具体的量化的标准进行优化设计，因此需要用到概念设计。但是在设计过程中，要求工作人员必须会合理且灵活运用建筑结构设计的优化方法。例如，在进行抗震设计时，可以根据房屋建筑的实际情况，选择合理的抗震方法进行设计，方法不同，但是达到了相同的优化目的。2.4结构设计中注重协调性设计。应用结构设计的优化方法，可以充分体现在协调方面。将建筑与整个平面之间的关系应得到有效的加强，可以在结构设计中加以保护，以及结构设计的外观也应体现。在设计过程中，墙、柱的结构布置，建筑平面功能需要得到有效保证，建筑空间和深度，充分保证房子的整体结构来反映系统的简单性，在各部门的高度可以充分的保护。2.5对计算结果进行分析，确定最优设计方案。作为优化结构设计中比较重要的部分，结果分析的意义不言而喻。在此过程中，要将计算数据结果进行详细的分析，然后以数据中得到的信息为依据，制定优化设计方案。另外，在优化设计的过程中需要多方面考虑，尤其是各种阻碍因素，要对其进行控制，使得建筑结构优化设计能够顺利完成。此外，由于在施工建设过程中，涉及的人力、物理、财力较多，因此结构优化的主要目的就是合理降低上述指标，从而保证建筑指标不会受到影响。因此，在建筑结构设计中必须注意：①找到建筑技术和经济之间的平衡点，降低二者矛盾，使用高新技术，降低费用成本；②充分理解技术所带来的经济价值，充分意识到技术的进步和发展有利于降低经济损耗，因此这就要求必须加强技术发展。

3建筑结构设计优化的现实意义

3.1有利于降低工程总成本。现阶段，高层建筑不断增加，与普通多层建筑比较，主要的区别就是占据的土地面积比较小，占据的空间面积比较大，减少用地费用。但是建筑物的高度的增加，层数的增多，就容易造成楼与楼之间的不协调问题，占地节约量和建筑的层数不成比例。因此，不可以单纯的追求建筑的高度而忽视土地节约量，要将占地面积、造价进行统一协调。另外，高层建筑并不会因为层数的增多增加楼顶，这就明显的降低了成本，只是会增加楼层的基础造价。3.2有利于加强建筑物的整体经济性能。随着层数的不断增加，建筑物必会影响整体框架梁与柱的承载能力，使之承载力增加，这就造成墙体的面积和梁柱的体积的增加，增加结构自重，电线、水管等管道等房屋配置会有所延长。相对来说，普通的多层建筑物能够节省建材但不会影响抗震性能。此外，建筑物高度的不同势必会影响墙面的范围，这时候一般会选择圆形建筑或者是接近方形的建筑，这样外墙的周长系数就会相对减少，而且内外装修面积也会随之减少，而且以上形状有利于其受力的提高，在保证安全稳定的基础上增加了建筑的整体经济效益。

4结束语

综上所述，参考实际情况，从多个方面，研究对房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的应用，利用结构理念和方法的不断优化，有效的提高建筑整体的结构设计质量。希望本次的相关研究，可以对房屋建筑结构设计优化起到一定指导作用。

作者:胡必伟 单位:伊犁鼎轩建筑设计院有限公司

参考文献：

[1]丁可.建筑结构设计中概念设计与结构措施的应用探析[J].工程技术研究,2016,(6):129.