结构设计研究大全11篇

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篇（1）

文章编号：1674-3520（2015）-06-00-01

在我国加快社会主义现代化建设的过程中，工业成为国家的重点关注行业，工业的规模逐渐扩大，经济效益也随之增加，这都为国家建设提供了巨大的资金数额。工业要获得发展，离不开基础的施工操作基地，也就是工业厂房的建设，因而工业厂房的设计建设与工业发展息息相关。在实际设计中，虽然厂房的设计理念大致相同，但由于设计人员对自身掌握的理论与实际建设的结合程度不同，对厂房的设计有着各自的观点看法，使得厂房的设计存在差异性，并且相关设计人员在参与设计的过程中积累的经验不同，使得工业厂房设计也呈现出不同的结构形式。对此，本文将针对相关问题进行分析讨论。

一、工业厂房结构设计进行优化的方法解析

当前阶段，工业厂房结构设计中主要存在两种优化方法。第一，主观判断优化。主观判断优化利用的就是设计者自身的主观能动意识，设计者是建筑方案的直接制定者，在厂房正式开始施工建设之前，设计者会根据建筑地的实际情况，结合自己在厂房建设中的设计经验加以分析，规划出厂房结构的大致情况，并将设计理念和相关设计知识融入其中，设计出最佳厂房结构，尽管设计行业中的人员普遍认为主观设计是两种方式中较好的一种，但其仍旧因为过于依赖主观意识在造成了实际建设缺乏科学性和可靠度，这就具有一定的设计建设风险。第二，理论知识优化。理论知识设计更多的是依靠科学知识来进行设计，但在实际建设中会出现一些不能够用固定的设计理论知识解决的设计问题，因而在实践应用中这种方法的可行性不大，其发展仍处于初级阶段，适用范围有所限制，不能得到大众的认可。

工业厂房结构设计是一项理论综合性的工程建设，主观判断优化和理论知识优化这两种方法都各自存在优缺点，因而在实际建设时不能单纯的依靠一种优化方法来进行设计，可以将两种方法结合起来综合应用，互补缺陷，使厂房结构设计更加合理完善。

二、工业厂房结构建设中的设计技术讲解

为提高工业厂房结构设计的水平，就要对其中的设计技术进行具体的分析，以下将以钢结构厂房的设计建设为例，进行设计技术的讲解。

（一）结构设计中的基本原则

工业厂房的建设不同于一般的民用住宅建设，因而其结构的设计原则也存在不同，在工业厂房结构设计中的基本原则主要有以下四点。第一，工业厂房的设计以简约化为主。工业厂房建设完成并投入使用后，首先是要用于放置各类加工设备，大量大型的机械设备需要有充足的空间来容纳，因而厂房不仅占地面积要广阔，内部的设计也要尽量朝着简约化方向发展，结构层次设计简单可以给工厂工作人员的工作带来便利。第二，厂房的隔音效果和安全性要好。一般的工业厂房中都会使用大机器进行生产，这些大机器在工作时通常会产生噪音，如果厂房的隔音效果不好就会给周边住户带来噪音上的污染，同时众多机器设备共同运作带来的震动是对厂房结构稳定性的一种考验，因而在设计厂房结构时应当将厂房的隔音效果和安全性考虑在内。

（二）提高抗震性能的具体措施

厂房设计的抗震性能主要是应对地震等自然灾害对厂房造成的影响，保证厂房具有强大的稳定性，将损失降到最低，提高厂房抗震性能的措施主要有三种。第一，保证结构重量分布均匀。厂房在遭受巨大动荡时，重量较大的部分在地心引力的影响下，坠落倒塌趋势更为明显，因此在进行结构的整体布局设计时，要尽量使各部分结构的重量分布均匀，提高整个厂房结构的稳定性。第二，厂房结构设计中要设置必要的支撑系统。厂房的稳定性除了材料本身的质量以外，还受到支撑结构的影响，支撑系统包括纵向、横向等多个支撑角度，支撑系统完善的厂房比缺乏支撑系统的厂房能够承受更大的力度。第三，确保厂房支撑用材能够提前进行塑性。厂房在投入使用后有一定的使用期限，过了这个使用期限，厂房就会进入危险期，为确保厂房的安全，就要在建筑用材进入屈服阶段前实行塑性工作，使厂房的抗震性能得到保障。

（三）提高耐热性能的具体措施

钢结构建设使用钢材为建设原料，钢材属于金属类别，因而具有较强的导热性能。在钢结构厂房中，这种导热性能却具有危害性，耐热性能不高使得整个厂房的防火功效令人担忧。据科学研究表明，以250度温度为界：在250度以下，随着温度的提高，钢材的抗拉强度会减小，而塑性有所提高；在250度以上，随着温度的提高，刚才的抗拉强度会增大，而塑性有所降低，同时钢材的强度变小；当温度达到500度时，钢材的强度就会降到最低。当钢结构应用到厂房建设中时，温度过高就会给厂房带来倒塌的危险，为此需要在提高厂房耐热性能方面做出改善，可以在钢结构上涂抹隔热物质，尽量减少热量对钢结构的影响，同时为避免意外情况的发生，厂房内部中还应当安装温控系统，当温度达到危险数字范围，就会发出警报，使相关工作人员能够提前做好防备工作，减少高温对厂房安全的威胁。

工业厂房结构的设计应当建立在满足工业生产要求的基础上，着眼于厂房建设的实际应用，充分考虑厂房结构设计的抗震性能和耐热性能等，确保厂房使用的安全性。在目前设计水平还有待提高的情况下，相关设计人员要不断丰富专业知识，充分发挥主观意识，提高厂房设计水平，为工业发展提高良好的生产基地。

参考文献：

[1]张妤，周安. 大跨度组合梁与预应力砼梁地震响应对比研究[J]. 长春工业大学学报（自然科学版）. 2014（06）

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中图分类号： TB482 文献标识码： A

引言

随着城市交通事业的快速发展，地铁已成为人们日常生活、工作中必不可少的交通工具；特别是上、下班高峰时段，客流量很大。因此，地铁车站结构设计经济、结构安全可靠具有重要意义。

一、地铁车站结构设计中需要考虑的原则

1、在结构设计的过程中，要根据使用条件、结构类型、施工工艺以及荷载特性等进行设计。

2、对于地铁车站结构净空尺寸来说，不仅要满足建筑设计、建筑限界、施工工艺以及一些使用要求，还要对施工误差、结构变形、测量误差以及后期沉降等进行充分的考虑。

3、地铁车站结构设计的过程中，要以车站结构类型以及施工方法作为依据，按照相关的规范对施工阶段以及正常使用阶段分别进行强度的计算，并进行稳定性、刚度以及裂缝宽度的计算和验算。

4、地铁车站结构设计过程中要对运营、施工、城市规划、防水、防火以及防杂散电流等进行充分的考虑，并按照100年使用寿命设计，确保结构具有很强的耐久性。

5、地铁车站结构设计过程中的抗浮稳定验算要按照最为不利的情况进行，不对侧壁摩擦阻力进行考虑的时候，要确保抗浮安全系数不小于1.05，如果考虑侧壁摩阻力，则要确保其抗浮安全系数不小于1.15，如果满足不了这一要求，则应采取相关的抗浮措施。

6、地铁车站结构设计的时候要进行抗震验算，并且按照抗震设防烈度提高一度的要求进行抗震构造措施的选择，进而提升整体抗震能力。

7、设计过程中要对施工给车站周边所带来的影响进行充分考虑，降低其负面影响。

8、地铁车站结构要进行人防荷载的验算，在核爆炸作用下，动力分析采用等效静载法，主体结构及出入口按等效静荷载均匀作用在结构各部位上进行计算。

9、针对深基坑支护结构以及其相关构件来说，要符合稳定、强度以及变形的要求，当使用降水措施的时候，要对地表沉降量进行严格的控制，确保重要管线以及邻近建筑物的管线能够正常的使用，此外我们还要依照安全等级提出相应的监测要求。

二、施工图设计

1、地铁车站结构设计的重点

结构设计的重点:在初步设计、招标设计基础上深化、细化设计，偏重于各构件及构件连接的设计、结构细部处理。车站主体结构一般不宜设置后浇带(有明确要求除外)，设计文件中一般不宜交代跳段施工；顶纵梁尽量不要上翻或部分上翻;底纵梁尽量不要下翻。中纵梁错台底面和底纵梁错台顶面应设在柱外侧(伸过柱)，便于纵梁钢筋锚入柱内；主次梁交接处箍筋加密，并且次梁断面也要加箍筋，因为地铁中次梁的宽度较宽且剪力较大；折梁尽量不要上翻或下翻，要用板的砼来抵抗折梁产生的合力。如必须上翻或下翻，应多于一跨柱距开始翻折，折梁钢筋连接方式；顶板边支座非侧墙而是通道、风道开孔时，由于侧墙开孔导致顶板在边支座处的支座条件弱化，不能达到固端支座的条件，此时在该边支座处附加钢筋无益，应考虑将邻近跨中进行加强；主体结构与通道和风道接口处暗梁受扭转作用，暗梁箍筋直径适当加大，并全长加密；当洞口开到墙边或离墙很近时，悬挑板的箍筋应做成封闭箍筋来抵抗水平力；顶板外侧钢筋不宜伸入边墙作为边墙附加钢筋，边墙外侧钢筋不宜伸入底板作为底板附加钢筋，施工较困难；楼扶梯孔边梁设置不能影响楼扶梯净空，楼扶梯柱设置不能影响公共区使用功能；扶梯吊环不能设置在两根近距离梁之间，吊环方向与扶梯运行方向一致；注意轨顶风道结构找坡(主要用于排水)，板厚度渐变。

2、围护结构设计

首先，计算软件的选取。地铁车站围护结构设计一般采用理正深基坑或者同济启明星支护分析软件进行计算，支撑在计算中以铰支杆单元考虑。其次，计算模式。围护结构计算模拟施工全过程，根据先开挖后支撑的实际情况，分各个阶段进行计算。采用增量法计算连续墙各阶段的内力和位移，每阶段的内力或位移为前阶段增量产生的所有内力或位移之和与本阶段增量产生的内力、位移分别叠加的值。最后荷载计算。施工期间的主动土压力，水土分算或合算应以渗透系数为判断依据。运用朗金土压力公式进行计算分析，开挖面以下采用矩形分布。施工期间路面超载按20kN/计。

（1）主要计算参数

土体计算指标参照岩土工程勘察详勘报告。

（2）入土深度的确定

围护墙（桩）的嵌固深度一般根据计算及工程经验最终确定，以广东地区为例：当基坑底面位于强风化层时，围护墙（桩）的嵌固深度不小于4.0m；位于中风化层时，不小于2.5米；位于微风化层时，不小于1.5米。

三、地铁车站结构设计的合理性探讨

在地铁车站结构设计的过程中，每一种方法都有其对应的特点，受制于篇幅，对所有方法结构设计的合理性进行探讨是不现实的，本文将结合应用非常广泛的明挖法对这一问题进行分析。具体来说，地铁站结构设计中合理性要体现在以下几个方面：

1、初步设计阶段

地铁工程属于一个非常庞大的工程，各部分专业之间会相互牵制，而初步设计阶段属于各专业进行沟通、协调的关键时期，这一阶段工作做不好必然会给后期设计带来很多的麻烦，具体来说，我们要做到以下几点：

（1）做好勘探以及资料的收集工作，具体来说，包括了管线类型、材质、直径走向信息的收集；地面交通状况的了解；基坑开挖的影响；站址附加是否存在合理的车站施工用地，要确保施工场地靠近车站的主体结构，一般来说，施工场地应该在4000到5000的范围之内，有盾构始发的车站还需满足盾构始发的场地要求。

（2）对周边的环境信息进行收集，以此作为车站结构以及施工可行性的依据。具体来说，以下几点工作是必须的：首先，结合车站埋深以及平面位置提出关于对车站站位起控制作用管线的迁改方案，在这个过程中，管线迁改要满足其相关的设计要求，如果管线不能迁改，则要进行相关的沟通以解决这一问题。此外，还要对市政管线中的雨水管、污水管以及中水管进行认真的考虑，并给予重视。其次，需要确定合理的交通疏解方案，一般来说，机动车道依照3.5m处理，人行道依照2m处理，机动车道转弯半径则依照30m处理。另外，不同施工顺序也各有优缺点，我们要结合实际的情况来选择最合适的施工工序。

（3）结构尺寸拟定及辅助计算。在这一工作中，我们要做的工作有以下几点：首先，结合周边环境、地质条件等，利用对控制断面的试算，确定一种合理的、经济的围护结构尺寸，确保基坑被影响的范围在要求之内。其次，在主体结构设计过程中，主要要做到结构布置合理，并利用对控制断面的计算，确定纵梁、板、柱结构尺寸的合理性。另外，还要注意的问题有：要准确计算盾构始发、调出井位置孔边梁尺寸，因为其会给结构外轮廓造成比较大的影响，要对主要结构构件和线路中心线距离始发符合要求进行核实，要判断中板上横梁截面尺寸是否符合要求等。

结束语

文章结合明挖法对地铁车站结构设计中需要考虑的原则以及地铁车站结构设计的合理性进行了分析，希望能与同行相互交流学习。

参考文献

[1]高志宏.浅谈明挖法地铁车站的设计分析方法[J].甘肃科技,2010,09:118-120+184.

[2]赵锴.明挖法地铁车站结构设计探讨[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2011，04：19-23.

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中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0069-01

前言

在基于安全的情况下，如何快速设计出优秀的船体结构并且实现快速修改，是船舶设计师梦寐以求的目标，针对这个目标的制定，设计师们提出了船体结构的快速设计方案，将知识工程原理和参数化技术相结合，对船体结构的设计做出了研究和分析。

1 船体结构设计中的主要内容

解决船体结构的形式、构构件的尺度和连接的设计问题，使得船体结构具有良好的经济性能和十分有益的强度。船体结构的设计质量的好坏主要从船体结构设计中的安全性和整体性以及经济性等方面来分析。

1.1 船体结构的整体性

船体结构的设计是一个十分复杂的水上工程项目，各种设备和仪器以及结构的布置都和船体结构的设计紧密相关，所以船体结构的设计必须满足船体自身的性能、设备、电气和通风等功能的要求，确保船只的工作性能在各方面都能协调配合、具备良好的工作性能。

1.2 船体结构的安全性

安全问题在任何领域领域都是最重要的问题，船体结构设计应该保证船体结构不会受到各种外力的作用下，具备一定的强度和稳定，不会因为构件强度不足出现失去平衡从而导致结构损坏的情况发生，同时船体结构还必须具有十分良好的防震性能，使其在各种激荡力的作用下，都不会产生较大的振动。

1.3 船体结构的经济性

船体结构在设计的过程中在考虑结构强度和构件的腐蚀和使用以及维修之后，还要力求减少结构的重量和成本的投入，船体结构材料在保障安全性的前提下要适当的选择，使得船体结构本身就具有良好的经济性能。

2 采用先进设计工艺对船体结构进行分层优化

船体结构生产人员，还需要对轮船的主尺度、静水力性能、船舶参数和螺旋桨敞水性能进行控制优化，严格生产环节中的船只性能测试，发现不良问题应该及时采取生产维修措施。根据船底板、内底板、三层甲板、二层甲板到主甲板区域的设计顺序，对船体结构进行设计。对于船体板的设计方式，技术人员可以采用分割设计的方法，确保船体的底部防撞性能提高。

使用双层船体结构，不仅可以显著提高船体结构的稳定性，还能够使用双层底部储存更多的油料。船体设计一般都是由多根较差构件和很多主向梁组成的板架，对于横骨架式的板架结构，使用主向梁（实肋板）作为肋板间距范围内的承重材料。保证船体架构的较差构架只需要承受节点反力。对于纵骨架式板架设计来说，可以通过提高底部结构的载荷效果的方法，利用纵骨传给实肋板，保证交叉构建也只需要承受节点反力。对于舱长很短的船底板架设计（例如舱长与板架计算宽度之间的比值小于 0.8 时），为了更好地确定这种板架中板材的弯曲应力，可以将中板材当做单跨梁进行单独处理。

3 船体结构的优化设计

3.1 船体尺寸的优化设计

尺寸优化是用来修改船体内部各单元之间的基本属性，例如厚度和横截面以及刚度等。某些结构单元的个属性之间可能彼此相关联，例如惯性距、梁的更界面和截面几何等。因此在优化过程中各单元的属性并不一定作为设计变量来进行计算。对船体结构设计分析的问题大多数都将问题归纳与对船体尺寸的设计中，船体结构游蛇设计中尺寸是十分重要的组成部分。例如利用商业软件来对小水线面的双体船结构进行尺寸优化，或者在船体坐墩墩上布局进行尺寸优化，利用分级优化的分式来进行计算。

3.2 船体形状的优化设计

结构形状的优化设计是通过选择描述边界形状的若干参数来作为设计变量，通过特殊的方式来改变这些参数值使其能够确定其本身的形态结构来完成的。在船体的结构设计中，部分部件的边界位置容易因为承受载荷而产生应力集中造成疲劳或者断裂破坏的，造成船体结构的损伤，所以在船体结构的优化设计r要通过寻求良好的边界形状来改变应力的分布。

4 船体结构的设计方法

船舶自身的造价高昂、使用期限长、工作环境十分恶劣。在其使用期间会遇到多种事故，这些事故本身就会对船舶的结构产生各种恶劣的影响，甚至会导致整个船体结构失去工作能力，造成很大的经济损失，降低社会效益，目前船体结构的设计方法主要分为确定性设计法和结构可靠性分析法。

4.1 确定性设计法

船体结构的确定性设计法又可以分为两类，第一类是规范设计法，即根据船体主尺度和结构形式，以及各种营运和施工要求，按照船级社制定的船体建造规范的相关规定来决定构件的布置和尺度的，最后再进行总强度和局部强度的审查，同时还要对结构的稳定性和安全性进行检查，一旦发生任何不足植株，则在原设计方案上进行修改之后在进行局部的加强，指导达到相应的目标。第二类是直接计算法，直接计算法是根据船型和构件布置的不同，来通过规范不可能罗列的全部特征来进行设计的，所以要求设计师具有结构力学的知识，可以按照各种构件和受力情况，直接进行强度的计算。使得船体结构本身就具备良好的力学合理性，而且可以预先选择目标函数，进行优化设计。

4.2 结构可靠性分析法

在船体结构强度的确定性设计方式中，将有关参数都设置为定值。所采用的安全系数都表现为强度的储备，使得人们对结构已经产生了固定的印象，认为结构是绝对安全不会被破坏的，然后，所有船体结构不论哪种船型或者结构形式，都是通过空间的板梁组合结构来完成的，这样的话，当船体结构中的一个构件失去效果之后，内力重新分配。整个结构还能继续工作，只有当相当数量的构建都失效之后，整个构建才会失去效果。这就促使人们去研究船体中某些构件结构被破坏的原因，和损坏后对船体的影响，这样才能形成某种采用概率法对结构进行可靠性的分析和计算。结构可靠性是指结构在规定的时间内和条件下完成预定功能的概率，即达到结构的功能极限状态就可以认定为结构实效，目前我国所采用的是基于概率论的结构可靠性全概率的分析法，还存在很大的局限性。近年来。结构系统风险的评估和决策建议在海洋工程领域以及船舶的应用中正逐步推广，世界上主要的船级都已经制定了合理规范的风险评估方法和文件。

5 结束语

船体结构设计主要是在满足船舶总体性和船舶本身的功能性的前提下，通过结构设计使得船舶在试用期间满足稳定性和刚度、强度的要求，船舶设计的内容决定了其设计任务的繁重程度。目前各国的船舶业之间的竞争十分激烈，世界各国船舶业的生产技术正朝着机械化、自动化和集成化的方向发展。提高船舶结构设计的要求已经成为船舶业十分重要的问题。

参考文献

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供应链是指产品生产和流通过程中所涉及的原材料供应商、生产商、分销商、零售商以及最终消费者等成员，通过与上游、下游成员的连接，组成的网络结构。近年来，随着供应链在全球范围内配置资源的重要性日益凸显，关于供应链的研究已然成为热点。而供应链结构设计作为供应链管理中的一项重要内容，也日益得到学术界和理论界的关注。

供应链结构设计理念研究现状

（一）精益供应链研究

“精益”的思想最早起源于丰田公司的生产系统（TPS），该系统专注于降低和消除企业的浪费。在需求相对确定、产品多样化程度低的环境下，以丰田公司为代表的众多企业实施精益化管理，从而实现了零库存和较短的提前期。精益思想的三大支撑技术为：准时制造（JIT）、全面质量管理（TQM）和成组技术（GT）。

1.对精益供应链内涵特征的研究。Christopher（2000）指出，精益供应链在特定的环境中有其优越的地方，特别是需求可以被预测、产品多样性低以及数量较大的情况；Womack和Jones（1996）将敏捷供应链理解为一组在产权上独立的个体和功能的有机结合，其思想是通过精益技术将价值链上下游的独立公司联系起来，组成连续的价值流；Naylor等（1999）认为精益供应链管理的核心是消除包括时间在内的各种浪费，从而建立一种有效的分级调度。

2.对精益供应链应用领域的研究。Karlsson等（1997）将精益思想在规模较小的商业团体中的应用进行了研究；Abernathy（2000）对精益供应链管理在纺织和制衣业中的应用进行了分析。

（二）敏捷供应链研究

随着供应链内外部环境不稳定性的增加（诸如市场波动和顾客需求多样化的提高），企业意识到仅仅采用精益供应链难以实现更高的经营绩效时，敏捷供应链应运而生。而计算机、网络和通信技术的日益成熟，也为实现敏捷供应链提供了技术支持。

1.对敏捷供应链内涵的研究。Jones（1999）将敏捷解释为在波动的市场里，使用市场知识和虚拟公司来发现潜在的市场机会的能力；Christopher（2000）则将敏捷定义为供应链对产品数量和类型的需求改变作出应对的能力。将实现敏捷供应链的途径归纳为：市场敏感、虚拟供应链、流程整合、网络结构。

2.敏捷供应链评价与应用研究。Yusuf等（2004）做了一项涉及600家英格兰公司的调查后指出，客户的流动和技术需要促使制造商去发展敏捷供应链，以保持竞争优势；Hoek等（2001）认为，现有的文献中将敏捷当作是一种一般的管理理念或误解为一种制造概念，并没有将敏捷放在整条供应链系统中进行整体分析；Xun等（2009）开发了一个6维度、12项内容的工具来判断供应链的敏捷程度。国内学者也对敏捷供应链进行了广泛而深入的研究。陈志祥、马士华（2005）对敏捷供应链的供应和需求协调绩效关联进行了实证研究；綦方中等（2003）研究了敏捷供应链系统环境下的多人协同问题。

（三）弹性供应链研究

近年来，随着干扰事件发生的频度越来越强，理论界提出一种新型的供应链设计理念——弹性供应链。1973年，奥地利学者Holling首次将弹性这一自然科学名词运用于社会科学中，以解释某些社会现象；Mallak（1998）则首次将弹性这一概念运用于企业管理或供应链管理中，指出组织应当提高弹性来应对内外部的变化。自此以后，国内外学者纷纷对弹性供应链进行了研究。

Christopher（2004）将供应链弹性定义为：在受到干扰后，系统能够回到最初状态或一个新的、更合理状态的能力。给出了弹性供应链结构设计的两条原则：一是制定多种方案的供应链战略；二是权衡效率和充足的关系。Sheffi（2005）指出供应链弹性不仅仅是处理风险的能力，而是在面对干扰时，能够比竞争对手处于更有利的位置，甚至能够在干扰中获益。国内学者李永红、赵林度（2010）利用供应链弹性分析方法，建立了数学模型以描述供应链弹性系统，通过仿真实验表明，弹性驱动的供应链系统是一个动态涨落、破坏成长的过程，需要成员企业共同营造供应链弹性，只有这样才能使供应链保持竞争优势。

供应链结构设计定量化研究现状

（一）供应商选择研究

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1、前言

剪力墙近些年来被广泛的运用到了建筑的建设过程当中，尤其是一些高层建筑，剪力墙的运用更为普遍，这主要是因为剪力墙具有多个方面的有点，才被逐渐的运用到了建筑的建设过程当中。剪力墙能够承受建筑当中所有载荷所引起的内力，因此为了更好的满足建筑要求，剪力墙在进行结构设计的过程当中必须遵循一定的设计原则，才能满足建筑的要求。

2、剪力墙的结构设计原则

剪力墙要想更好的满足建筑的建设要求，在进行结构设计的过程当中，必须严格按照一定的原则来进行设计。对此为了更好更加深入的认识与了解剪力墙结构设计在建筑结构设计当中的运用，本小节将主要对剪力墙结构设计当中所遵循的原则进行简单的分析阐述。

2.1肢长与厚度比值的要求

剪力墙在进行结构设计的当中，首先需要遵循的一个原则就是要严格按照相关技术标准规定的肢长与厚度的比值来进行构件设计。剪力墙在进行结构设计的过程当中，肢长与厚度比值的计算需要按照受力形态以及几何特征来进行计算，这主要是因为剪力墙的宽度以及高度都在很大程度上存在着差别。只有在完成肢长与厚度比值的计算之后，相关的设计人员才能够按照所计算出来的结果对柱体以及双向受压构件进行设计。因此，为了更好的为后续的设计环节所服务，我们在进行剪力墙结构设计的过程当中，必须严格按照相关要求来计算出肢长与厚度之间的比值。

2.2满足刚度、变形性能以及延性方面的要求

剪力墙在进行结构设计的过程当中，除了要准确的计算出肢长与厚度之间的比值之外，我们还要使得剪力墙的刚度、变形性能以及延性等三个方面满足要求。相关设计人员在进行剪力墙结构设计之前，一定要清楚的认识到剪力墙需要承受多个方面的力度，主要包括：第一，建筑所产生的水平方向的剪力以及弯矩；第二，竖直方向的压力；第三，轴力以及其他各种剪力。因此，剪力墙在进行结构设计的过程当中，一般都是将剪力墙设计为延性弯曲型。剪力墙设计成延性弯曲型主要是为了最大限度的增加建筑整体的抗震性能，也可以在很大程度上防止脆性剪力对建筑造成的破坏。总之，剪力墙在进行结构设计的过程当中，一定要最大限度的满足刚度、变形性能以及延性等三个方面的要求，只有这样才能充分的发挥剪力墙在整个建筑当中的作用。

2.3防止平面外搭接的出现

剪力墙在进行结构设计的过程当中，一定要采取各种措施来尽最大可能避免平面外搭接的出现。这样做的目的也是为了使得剪力墙能够更好的满足设计方面的要求以及更好的发挥剪力墙在建筑当中的作用。如果在剪力墙结构设计的过程当中，平面外搭接不能够避免，那么一定要根据实际情况采取一定的措施，来最大限度的确保剪力墙平面的外安全。

2.4做好相应的设计计算

剪力墙在结构设计的过程当中，除了要做好上述三个方面的要求之外，还要做好相应设计计算方面的工作。剪力墙在进行结构设计的过程当中，一定要根据墙的设计计算来从水平以及竖向两个方面对结构的整体性进行分析。剪力墙的内力在计算出来之后，如果载荷力比较大，那么一定要采取各种措施来尽可能的满足相应方面的要求。

3、剪力墙结构设计在建筑结构设计当中的应用

上述小节已经对剪力墙结构设计所需要遵循的四个方面的原则进行了简单的分析介绍，本小节将主要对剪力墙结构设计在建筑结构设计当中的运用所包含的几个方面的内容进行介绍。剪力墙在进行结构设计的过程当中所做的工作主要包含以下几个方面的内容：第一，墙肢长度与厚度的选取；第二，连梁的设计；第三，剪力墙的结构布置。

3.1 墙肢长度以及厚度的选取

剪力墙墙肢长度以及厚度两个参数在进行选取的过程当中，一定要严格按照相关的技术标准来进行。一般情况下，剪力墙的墙肢长度都要小于等于8m。剪力墙的墙肢高度也就是我们通常所说的墙肢截面的高度。剪力墙在进行结构设计的过程当中，一定要注意剪力墙一定要具有延性，这样可以在很大的程度上来避免剪力墙脆性方面的破坏。一般情况下，剪力墙的墙肢高宽比需要满足比值为2的要求。与此同时，剪力墙在进行结构设计的过程当中，还要使得剪力墙的厚度满足相关的要求。在进行剪力墙厚度选取的过程当中，一定要按照相关的技术标准来首先确定剪力墙的最小厚度，这样可以在很大的程度上来保证剪力墙平面的稳定性能以及刚度等方面满足建筑的整体要求。

3.2连梁的设计

连梁设计方面的工作也是剪力墙在进行结构设计过程当中一个比较重要的环节。连梁的主要作用就是为了使得墙肢与墙肢之间能够更好的连接起来。当墙肢在水平载荷的作用下，墙肢会发生一定程度的弯曲变形，那么此时连梁则会受到一定的内力。为了满足连梁内力方面的要求，剪力墙在进行结构设计的过程当中一定要使得连梁满足相关的要求。因此，连梁对于剪力墙来说是一项非常关键的工作。

如果剪力墙在进行结构设计的过程当中，需要布置连梁，那么我们一定要做好跨高比以及截面尺寸两个方面的设计工作。这主要是因为跨高比与截面尺寸两个方面受到多个方面因素的影响。为了使得连梁的跨高比以及截面尺寸更好的满足设计方面的要求，那么我们可以采取以下几种措施来进行：第一，连梁的高度需要按照相关的设计标准来进行严格的控制，如果在设计完成之后，连梁的跨高比以及截面尺寸不能够很好的满足设计方面的要求，那么要对连梁的高度进行适当的折减。第二，剪力墙洞口的宽度需要按照相关的设计标准进行增加，除此之外，连梁的高度还需要适当的进行减小。这样做的主要目的就是为了使得连梁的刚度能够被适当的减小，同时也从整体上增强了建筑整体的抗震性能。第三，剪力墙厚度的增加。剪力墙厚度的增加也就是对连梁的截面宽度进行增加。第四，混凝土材料的等级要进行增加。混凝土材料等级的提高可以从很大的程度上提高建筑整体的刚度。

3.3剪力墙的结构布置

剪力墙的结构布置同样也是剪力墙在进行结构设计过程当中一项非常重要的工作。只有剪力墙的结构布置合理之后，剪力墙才能最大限度在建筑整体当中发挥作用。因此，在对剪力墙的结构进行布置之前，一定要进行充分的论证以及理论计算，当满足相关的设计要求之后，再确定剪力墙的结构布置的具置。

4、结束语

综上所述，本文主要从剪力墙结构设计所遵循的四个方面的原则以及剪力墙结构设计所包含的几个方面的内容等两个方面进行了分析阐述。我们在今后的设计工作当中，一定要更加充分的做好剪力墙结构设计方面的工作，以此来提高建筑的整体建设质量。

参考文献：

[1]邓霁.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].中华民居，2012，12（19）：34-36.

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1引言

空间异形柱框架由L、T、+字形等多种性能差别很大的异形截面柱组成，这些不同类型截面的柱组合后产生特有的结构性能。随着我国住宅产业的迅速发展以及人们对住宅建筑使用要求的不断提高，普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面积，这对住宅结构设计提出了一项新的要求。异型柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求，它博采了框架及剪力墙结构体系的优点，它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。

2异型柱框架结体系主要技术优点

柱肢厚通常采用180-200mm，肢厚基本与填充墙等厚，框架梁宽也同墙厚，室内不凸出梁柱，便于使用又美观，同时还增加了房间的使用面积，比相同形式的砖混结构可增加约8％-10％的使用面积；围护墙通常是非承重的轻质隔墙，原则上允许任意穿墙打洞，甚至拆除重砌，这使得房间布置更加灵活，能更好地实现建筑功能的要求；虽然增加了施工难度，但因扩大了使用面积。加之自重较轻，减少了基础费用，综合考虑总体经济效益较好。

3异形柱结构设计的一般规定

3．1结构布置

与一般钢筋混凝土框架结构相比，异形柱框架结构在结构布置时应注意以下原则：

(1)结构平面宜尽量对称。使平面和刚度均匀，2个主轴方向应协调布置，避免扭转带来的不利影响；如果有明显的不对称，应考虑扭转对结构受力的不利影响。

(2)异形框架宜双向设置，框架柱应对齐，框架梁应拉通，避免纵横框架粱相互支撑，使结构形成空间受力并具有足够的承载能力、刚度和稳定性，同时具有良好的整体性和较好的抗震性能。

(3)竖向布置应力求体型规则、均匀，避免过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，尽量避免错层。

3．2适用高度、高宽比及长细比限制

异形柱框架在7度抗震设防烈度区，要求房屋高度≤35m，层数＜12，建筑物的高宽比不宜大于5；8度区房屋高度不大于25m，建筑物的高宽比不宜大于4。另外，柱净高与截面长边之比，即长细比宜大于4小于8。长细比小于4，(即短柱)，容易发生脆性剪切破坏；长细比大于8，易引起失稳破坏。

3．3抗震等级

异形柱框架结构应根据结构类型、房屋高度及抗震设防烈度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。

4异形柱的结构计算方法

目前，异形柱的结构设计还没有统一的国家规范，仅有两部地方性法规，即广东省和安徽省的标准就可供参考。异形柱不宜套用普通柱的配筋公式，也不宜直接用剪力墙的配筋公式，一般来说，有以下几种计算方法。

4．1直接计算法

根据国内外的部分试验结果，进行统计分析。拟合成经验公式。按T型截面分别计算出纵向力作用，x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑曲肘边纵向受力钢筋计算的偏心受压构件所能承载的纵向力Nx和Ny，然后以初始偏心距与截面边长的比值为参数进行修正。

4．2等代矩形柱计算法

(1)将异形柱截面折算成惯性矩相等的矩形截面且将等代矩形柱的形心置于异形柱两肢杆轴线的交点上。

(2)将其输入空间分析程序(如TBSA)进行位移和内力计算，可简化工作量。

(3)以上电算输出的是作用在等代矩形杆形心处的组合内力，需将其回归到各个单肢截面的形心处。这样每个单肢就可按其各自的组合内力进行正、斜截面的配筋计算。

这种用面积等效换算作抗压抗剪分析的方法在工程中应用较多，但用这种方法计算时应明确的是：按矩形柱计算时得出的内力要转换到异形柱上断面形心的位置。然后按异形柱计算配筋‘按矩形柱得出的轴压比应乘以矩形柱断面面积与异形柱断面面积之比值才是异形柱的轴压比。

4．3先配筋再复核法

对于有经验的设计人员，在参考一些相关算例的前提下，可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便，截面复核时可分。x轴和y轴均按T型截面分别复核。不论是哪种计算方法，都可以参与GB(50010-2002)混凝土结构设计规范有关偏心受压构件的内容来进行计算。

5异形柱框架结构的计算要点

5．1剪跨比的限制

剪跨比是反映柱截面所受弯矩与剪力相对大小的一个参数，是影响框架柱破坏形态的最重要的因素。控制剪跨比即控制柱净高与柱截面肢长之比。由于异形柱的抗剪性能差，选择异形柱截面时，为避免出现短柱。

5．2轴压比的限制

它是影响柱破坏形态和变形能力的另一个重要因素。有关研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，为保证异形柱的延性，必须严格控制轴压比，柱应具有足够大的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，并应满足抗震要求，同时避免长细比小于4的短柱。由于异形柱的截面积比具有相同抗弯刚度的矩形柱小，因此用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱。

5．3主筋配筋率及配箍率的调整

轴压比控制值的调整，使计算得出的矩形柱配筋值一般均较小，用于异形柱截面配筋时比值应予以放大。考虑到异形柱自身的受力特点，把柱纵向钢筋的最小总配筋率限值提高0.1％。另外由于异形柱较普通柱易于开裂的特点，设计时以普通框架柱的构造体积配箍率0.8％-1.2％为依据，异形柱的配箍率取其上限，并且配箍形式选用矩形复合箍筋。

5．4抗震调整系数的选取

考虑地震作用组合的异形柱，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数。对于正截面承载能力，取0.8；对于斜截面承载力0.85。

6异形柱结构提高延性、防止粘结破坏的措施

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中图分类号：TU208 文献标识码： A

一、应用现状

某工程的钢板-混凝土组合剪力墙中的混凝土为高强混凝土，在 2d 拆模后，发现表面出现大量交错杂乱的裂缝，如图 1 所示。

二、开裂性分析

1、开裂原因简述

钢板-混凝土组合剪力墙结构中混凝土的厚度尺寸通常超过 1. 0m，属于大体积混凝土，因此，简单而言，涉及大体积混凝土开裂的因素均是该类剪力墙结构开裂的因素，例如，混凝土水化热导致的稳定温度场、混凝土的收缩、外部约束等，但由于钢板-混凝土组合剪力墙结构不同于普通钢筋混凝土剪力墙的特殊性，涉及钢板与混凝土 2 种材料的接触变形协调性问题，因此，对该类结构的开裂原因不能简单以大体积混凝土笼统加以解释。钢的热膨胀系数在 300℃ 以内通常是恒定的，约为 12. 0 × 10-6/℃，而混凝土的热膨胀系数随龄期而变化，早期变化较大，尤其是在混凝土硬化初期，而后期相对较为稳定。从图 2 可见，混凝土的热膨胀系数在3d 龄期以前变化大，1d 龄期内膨胀系数有微小一段从高到低的变化后，1 ～ 3d 龄期出现由低到高的变化，且变化速率快，3d 龄期后，热膨胀系数增加速率降低，约 7d 龄期之后基本稳定，且混凝土热膨胀系数

由于钢板与混凝土热膨胀系数的差异，当混凝土中胶凝材料水化热引起混凝土内部温度变化，并传递至钢板的过程中，引起钢板与混凝土接触部位产生不协调的温度变形，与混凝土的收缩变形相互叠加，在钢板与混凝土相互约束条件下，产生拉应力或压应力，当产生的拉应力超过混凝土对应龄期的抗拉强度时，在接触部位即产生裂缝。显然，在二者接触部位产生的裂缝其危害程度远大于大体积混凝土自约束温度应力引起的表面裂缝。

2、开裂数学分析

由 2. 1 节对钢板-混凝土组合剪力墙开裂原因的分析得知，在对该类结构进行开裂分析时，必须考虑二者的温度变形不协调性及混凝土的收缩特性。膨胀或收缩为矢量，带有方向性，在本文后续表述中均将混凝土相对钢板发生的收缩定义为“+”值，将混凝土相对钢板发生的膨胀定义为“”值。

2.1 混凝土收缩变形

混凝土既发生自干燥的收缩变形，同时发生因环境湿度降低的干燥收缩变形、碳化收缩等各种非温度非荷载的变形，而钢板通常不会发生类似收缩变形，因此，混凝土的收缩变形即为钢板与混凝土的相对变形，在约束条件下，始终产生拉应力。

2.2 温度变形不协调性

在温升阶段，钢板与混凝土均发生温度膨胀，但由于钢板的热膨胀系数高于混凝土的热膨胀系数，钢板的膨胀率大于混凝土的膨胀率，因此，混凝土相对钢板发生的为收缩变形，约束条件下，产生拉应力；降温阶段反之。为准确分析钢板与混凝土的变形协调性问题，首先分析二者无相对约束，即二者不发生相互作用，均可发生自由变形，从而定量分析无相对约束下的变形差；其次，考虑二者相互约束，即二者发生相互作用，各自的变形受到相互牵扯，从而使得分析符合实际情况。

钢板-混凝土无相对约束状态将钢板与混凝土视为无相互约束的单独个体，相互之间只发生温度传递不发生相互作用，各自发生收缩和（或）膨胀变形，从而确定二者在该条件下的相对变形。

1）收缩特性：前已表述，在只考虑非荷载非温度变形时，混凝土发生自干燥收缩、干燥收缩、碳化收缩等，钢板不发生变形，因此，钢板与混凝土的相对变形即为混凝土自身的收缩变形。将钢板视为参照物，混凝土与钢板的相对变形为收缩率 ε，ε 是一个与时间相关的参数，记为 ε（t），其中 t 为龄期。

2）温度变形不协调性前已表述，钢板与混凝土温度变形不协调性的关键因素是钢板与混凝土 2种材料热膨胀系数的差异，钢板热膨胀系数恒定，记为 s，混凝土热膨胀系数为一随时间变化的函数，记为 c（t），其中 t 为龄期。温度变形不协调性初始温度状态分 3 种情况：①钢板初始温度等于混凝土浇筑温度；②混凝土浇筑温度高于钢板初始温度；③混凝土浇筑温度低于钢板初始温度。1）当混凝土浇筑温度等于钢板初始温度时，在混凝土水化期间，将混凝土与钢板温度视为同步变动的过程，如图 3 所示。

在 dt 时间内，钢板与混凝土同步温升 dT（t），混凝土相对钢板的变形为：

对龄期 t 积分，可得在龄期 t 内，混凝土相对钢板总的温度变形为：

式中： s为钢的热膨胀系数，为常数； c（t） 为混凝土的热膨胀系数，为随龄期变化的函数； T'（t） 为钢板-混凝土组合剪力墙的温度变化速率； t 为龄期。

2）混凝土浇筑温度高于钢板初始温度，如图 4所示。

混凝土水化历程在初凝前存在放热潜伏期，通常该潜伏期在初凝之前，在放热潜伏期内混凝土放热速率极低，温升发展缓慢；商品混凝土初凝时间通常在 6 ～7h，若采用缓凝技术，则初凝时间会进一步延长，在初凝前，混凝土温升慢，且混凝土处于流态与流塑态之间，此时混凝土发生的收缩或膨胀变形基本不产生应力，对结构无害。因此，在钢板-混凝土组合剪力墙浇筑过程中，存在的初始温度差假定在初凝之前达到平衡温度，且不考虑混凝土的收缩或膨胀变形是可行的；而钢板的变形对后期硬化混凝土而言是与其发生的相对变形，对后期硬化混凝土存在变形影响，因此，需要考虑钢板初始阶段的变形。

钢板与混凝土达到的初始平衡温度可以依据混合律计算：

式中： T0为钢板与混凝土达到的初始平衡温度； cc，mc，Tc分别为混凝土的比热容、质量、浇筑温度； cs，ms，Ts分别为钢板的比热容、质量、初始温度。则钢板由初始温度 Ts到平衡温度 T0发生的变形为膨胀变形，可理解为后期硬化混凝土相对此阶段的钢板发生的变形为收缩变形 Δε：

在钢板与混凝土达到初始平衡温度后，钢板与混凝土视为一个体系，温度同步发展，此时，在 dt 时间内混凝土相对钢板的温度变形 dε'T为：

对龄期 t 积分，可得在龄期 t 内，混凝土相对钢板的温度变形为：

将式（4）和式（6）结合，从混凝土浇筑时刻起，混凝土相对钢板总的温度变形为：

3）钢板初始温度高于混凝土浇筑温度，如图 5所示。

钢板初始温度高于混凝土浇筑温度，分析处理方法与钢板初始温度低于混凝土浇筑温度相同，可采用式（3）求解初始平衡温度，所不同的是之前依据式（3）求得的初始平衡温度高于钢板初始温度，而本部分内容求得的初始平衡温度低于钢板初始温度，因此，在本节中钢板发生的为收缩变形，则混凝土相对钢板发生的为膨胀变形 Δε：

在钢板与混凝土达到初始平衡温度之后，钢板与混凝土视为一个体系，温度同步发展，此时，在 dt时间内混凝土相对钢板的温度变形 dε'T为：

对龄期 t 积分，可得在龄期 t 内，混凝土相对钢板的温度变形为：

将式（8）和式（10）结合，从混凝土浇筑时刻起，混凝土相对钢板总的温度变形为：

3 种情况考虑收缩的总变形量分别为：

3、防裂措施

1）减小钢板与混凝土热膨胀系数的差异钢

板的热膨胀系数可改变的空间非常小，可以从混凝土配合比对混凝土自身热膨胀系数的影响方面深入研究，提高混凝土尤其是早期（温升阶段）的热膨胀系数，以减小温升阶段钢板与混凝土的变形不协调，减小温升期的拉应变。

2）降低混凝土温升速率

从式（12） ～ （15）可见，混凝土温升速率是影响钢板与混凝土变形协调性的关键参数，降低温升速率可以减小积分函数，则在积分区域基本相同时，积分数值即钢板与混凝土变形差较小，对降低组合剪力墙开裂有利。

3）降低混凝土的收缩

从 2. 1 节和 2. 2 节的分析可见，混凝土的收缩，无论自收缩或干燥收缩在钢板与混凝土变形协调性中始终表现为混凝土相对钢板发生的收缩，自始至终产生的为相对拉应变；钢板与混凝土的变形协调性取决于温度变形与混凝土收缩变形，早期混凝土的热膨胀系数过低，温度变形较大，因此，降低混凝土的收缩尤其是早期收缩可以大大削弱早期钢板与混凝土总的变形不协调性。

4）降低混凝土的弹性模量

从式（17）可见，混凝土的弹性模量是影响应力计算的关键参数，通过配合比的优化降低弹性模量可有效降低拉应力，从而降低开裂风险。

5）适当提高钢板初始温度高于混凝土浇筑温度

从式（15）可见，钢板初始温度高于混凝土浇筑温度，可以发挥钢板由初始温度降至与混凝土同温度阶段的收缩变形，即发挥混凝土相对钢板初始阶段发生的膨胀变形，从而削弱总的相对收缩变形。

6）减弱钢板与混凝土之间的相互作用

从式（15）可见，如果减弱钢板与混凝土之间的相互作用即减弱相互约束，可使二者尽量发挥自身的自由变形，从而降低约束应力，大大提高抗裂性。

三、工程案例

本文以某超高层建筑钢板-混凝土组合剪力墙为例，通过优化 C60 混凝土配合比，降低混凝土温升速率，降低混凝土早期收缩，从而减小钢板-混凝土组合剪力墙的变形不协调性，实现了降低开裂趋势的效果。选择了 3 组 C60 混凝土配合比进行 1m3模型的温度监测和室内收缩对比试验。温度监测模型如图 6 所示，中心温度监测结果如图 7 所示，自收缩结果如图 8 所示。结合开裂性分析得出的防裂要素与试验结果，确定了早期温升速率低、温度峰值低、早期自收缩率低的配合比 3 进行工程应用，应用效果表明无肉眼可见裂缝。

结束语

本文结合目前超高层建筑中通常采用的钢板-混凝土组合剪力墙结构特点，在概述钢板-混凝土组合剪力墙开裂基础上，通过分析影响钢板与混凝土变形协调性的参数，采用数学方法描述了钢板与混凝土在水化全阶段的变形协调性问题。讨论了钢板初始温度与混凝土浇筑温度差异的 2 种情况，指出适当提高钢板初始温度有利于提高该结构的抗裂性；对钢板与混凝土相互约束状态下的应变发展规律与应力描述方式进行了较为详细的阐述，指出约束状态下相互之间产生的约束应变发展规律与温度发展规律基本一致，混凝土在温升阶段产生拉应力，降温阶段产生压应力并逐步消除温升阶段积累的拉应力；在数学分析基础上提出了该类结构的防裂要素，并结合工程实例进行了初步验证。

参考文献

[1]张媛，王禹.浅析建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用[A].科技部.2014年全国科技工作会议论文集[C].科技部：，2014：1.

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中图分类号： TU2 文献标识码： A

一、建筑设计与结构设计的概念

（1）建筑设计指的是建筑工程在建造之前，建筑设计师充分按照工程任务，把可能在工程施工过程中或者使用过程中出现的问题作好通盘的设想，并拟定好解决问题的方案。建筑设计的主要内容包括：初步方案、初步设计、搜集资料、技术设计施工图、技术设计施工详图等。随着科学技术的不断发展，建筑设计中越来越深入广泛的利用各种科学技术的成果。

（2）结构设计的概念。结构设计指的是建筑工程的结构设计，主要包括建筑工程的基础设计和上部结构设计。建筑工程的上部结构设计的主要内容和步骤包括：(1)根据建筑工程设计来确定建筑物的结构体系和结构的主要材料；(2)建筑物的结构平面布置；(3)初步筛选建筑材料的类型和强度等级，并根据以往经验初步确定建筑物构件的截面尺寸；(4)建筑物的结构内力分析、各种荷载作用分析、结构荷载计算；(5)建筑物结构荷载效应组合；(6)建筑物构件的截面设计。

二、建筑设计与结构设计是相互协调的

建筑设计需要设计人员具有创新理念，而结构设计则需要务实精神。创新和务实，是我们进行工程设计必不可少的两个要素，任何一个建筑工程的设计都必须协调好建筑设计和结构设计这两方面的内容。结构设计为建筑设计提供可靠的技术保证，它是建筑设计的技术依据，也是建筑设计理念的价值体现。建筑设计和结构设计相互协调，共同贯穿于建筑工程设计的整个过程，即方案设计、初步设计、技术设计和施工详图设计等步骤。建筑结构是构成建筑物的最主要元素，也是体现建筑功能和艺术追求的载体，它承担着整个建筑物自身重力、外界振动及风力等载荷，同时对建筑物的整体造型、艺术追求等起到决定性的影响。优秀的建筑作品是建筑设计与结构设计相互协调的结果。虽然有时候人们侧重于建筑的美观要求和艺术追求，有时候侧重于建筑的安全要求和经济要求，但有一点是确定的：任何一个建筑，都凝聚着建筑设计与结构设计，并对二者的相互协调所产生的“美”进行诠释。也就是说，我们所看到的建筑，实际上就是建筑设计与结构设计的协调之美。

三、建筑设计与结构设计结合的对策

随着科技的发展，建筑行业也慢慢崛起形成了规模性的发展，这就使得更多的人投身其中谋取利益，在建筑行业中，开发者除了应具备基本的建设素质之外，还要有清晰的审美观等要求。在建筑的设计中其结构设计是一份谨慎的工作，来满足现代人的追求。在现今的建筑行业里，环保建设理念赢得了越来越多人的认可，我们的理念是坚持以人为本，进而实现人与环境的可持续发展。建筑结构设计的合理性、安全性、方便性及可持续性都是在建筑设计中经济合理的表现。所以，在建筑设计的过程中，针对其合理的设计及理念的统筹规划是值得我们去坚持的，应尽量使二者有效地结合起来运用到建筑设计上。

（1）系统全面规划和科学设计、计算。对于一个具体的建筑工程项目而言，建筑设计就是设计建筑物的总体布局，内外形状、大小、构造等。满足人们修养生息、活动和人们的审美需求的愿望而创造的一个空间环境。设计的成果主要有总平面图，平面图，立面图，剖面图，详图，还有必要辅助的效果图等。结构是能够承受荷载并且维持几何不变的构件体系，那么结构设计就是设计能够承受建筑荷载的结构。主要设计房屋建筑的承重构件的布置，构件形状，大小，材料，构造等，其设计成果主要有基础平面图，基础详图，结构平面图和钢筋混凝土构件详图，节点钢筋构造详图等。在构思规划、设计、施工过程中，应该系统、全面地了解各方面的工程数据、信息，科学地进行建筑设计，同时进行重点环节、重点部位的结构设计，考虑外观造型对材料、承载力、剪力、延性、刚度、抗压、平衡、抗震等的实现难度，整体构思结构总体方案，明确结构总体系与水平分体系、竖向分体系空间的关系和设计要求。有必要通过概念性的近似计算进行探索优化，确定结构分体系及其结构分体系及其构件的基本尺寸，确认建筑设计方案的可行性，确保建筑空间形式与结构受力特征的协调性和一致性。

（2） 全面进行建筑的规划，制定科学的设计标准。建筑设计在规划阶段要以整体观念实施，要把建筑施工的周边环境和社会环境有效地结合起来。在具体实施项目的设计规划时，我们一定要以环保为理念，来确定建筑的整体风格，这就包括建筑的外形、内饰，如加强建筑设计的视觉感官性，不仅把它当做建筑物来看，而把其看做是一件艺术品，进而来保障百姓对建筑的满意度。因此，在建筑设计规划时，设计师应从多个角度来分析设计，不但实现其合理性、科学性，还要达到其审美性，在这个过程中要不断进行完善与修改，突破传统理念来尽量满足现代人的需求。在项目设计的全部过程上，要多方位的对建筑工程系统进行分析、处理和完善，权衡好其实用性和科学性，进而来考虑建筑设计的整体结构和要求。基于建筑设计的安全性和美观性，还要对其每个规划阶段进行合理的评估，反复修改，进而保障建筑项目的可行性实施。

（3）设计中要充分考虑施工的可行性。设计师通常只指出结构方案的合理性，其结果的准确性，却不够重视建筑施工时的便利性和可行性。这可能对原本合理的建设带来更大的困难，从而影响了项目的质量，导致不安全的建筑结构现象的发生。

建筑物的好坏取决于建筑设计与结构设计结合的完美程度，在建筑物的评价标准中，一方面要注重建筑物的外形美观度和新颖度，另一方面要注意建筑物结构的合理性和安全性，以及对自然灾害的抵御能力，这些都是对建筑物综合评价的基础。那么在建筑的实施过程中，就要充分考虑这两方面的内容，最大限度的达到两者的兼容，从而发挥建筑的效用，也为建筑的向前推进起到促进的作用。

随着当代建筑的不断发展，不能只注重建筑的设计方面，而忽视了结构设计方面，随着人们审美观念的逐步提升，更要在保证建筑物发挥自身作用的同时创造额外的价值，这是今后建筑发展的趋势。所以，在建筑结构设计过程中，要把二者放在同等重要的位置上，把建筑设计和结构设计的理念发挥到极致，避免自然灾害带来的对建筑物的损伤，为现代建筑的向前推进做出贡献。

【参考文献】

【1】谷拴成;任建喜;;土木工程国家级特色专业建设实践研究[A];高等学校土木工程专业建设的研究与实践――第十届全国高校土木工程学院（系）院长（主任）工作研讨会论文集[C];2010年

篇（9）

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

引言：概念设计的宗旨是在特定的建筑空间及环境条件下，用整体概念来考虑结构的总体方案，并能有意识地发挥利用结构总体系和各构件分体系之间的力学特性与关系。建筑物是一个整体空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，并不是脱离总的结物体系的单独构件。作为结构工程师，不应过度依赖计算机和盲目照搬规范，应把概念设计应用到实际工作中去。

一、概念设计

1、所谓概念设计一般是指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

2、运用概念设计的思想，能让结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。

3、目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般做法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑(类似于阻尼器的装置)；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60％，并提高屋内物品的安全性。

4、在建筑抗震设计中，更应注重概念设计。这是因为建筑结构的复杂性，发生地震时，地震力的不确定性，人们对地震时结构效应认识的局限性与模糊性，结构抗震分析计算的精确度，材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

二、建筑结构设计中概念设计的应用浅析

（一）建筑结构设计中应用概念设计应遵循的结构规律

在建筑结构设计中应用概念设计，必须就建筑体型的设计进行概念化、合理化的修正，尽可能的确保设计的简单化，具有对称性和规则性，并确保刚度和质量上分布的均匀性，尽可能的预防局部出现刚性过大的问题，建筑结构的布局合理与否对建筑的抗震是否有利是应用概念设计必须考虑的问题。简单而对称的建筑在建筑抗震中的应力分析与实际反映容易分析和做到，且极易实现一致性。虽然所设计的凹凸立面与错层的设计能具有较强的艺术性，然而一旦发生地震就会形成极其复杂的地震效应，因而抗震效果难以达到最大化，所以必须遵循建筑结构设计的简单化和对称性与规则性的结构规律。

（二）初期方案阶段的应用中概念设计的应用分析

对于当前设计流程中往往结构在初步设计阶段才能接触到完整的平立剖建筑图，而且建筑方案中很多没有考虑到基本的结构布置，作为结构设计人员，只能依靠自身所基本的结构概念去布置结构方案，而且应该以空间结构概念来控制杆件受力模式。运用概念设计方法在初期方案阶段，能根据简化的计算模型，较为准确的估算出主要的构件截面。

（三）抗震设计中概念设计的应用分析

建筑抗震设计过程中，大多数构造的设计主要按照概念设计而得，并不是根据软件计算而得，大都依据结构设计师的来进行，例如在强柱弱梁方面，软件并不能反映，而只能由设计人员在工作中将柱子截面放大，又如在设置底部加强区时，不管是构造边缘构件还是最小或最大配筋率的要求，都必须按照抗震的概念设计来确定，从而成为地震力模拟计算的有效补充，确保抗震设计的可靠性和合理性。

（四）结构体系设计中概念设计的应用分析

在建筑结构中，主要由水平和竖向的构件形成空间架构，水平构件用于承担竖向荷载并传给竖向构件，直到传给基础水平与竖向构件一起承担水平荷载，从而形成抗侧力体系再传递给基础，且竖向构件的不同，其形成的抗侧力体系也不相同，一般抗侧力体系主要有以下几点：一是框架结构；二是剪力墙结构；三是剪力墙与框架相结合的结构；四是核心筒与框架相结合的结构、以及筒中筒等抗侧力体系以及它们之间的有机结合。建筑结构安全、经济和合理与否，主要取决于抗侧力体系。因此我们可以得知，在结构体系设计中应用概念设计，主要是按照构筑物的抗震等级需求与高度，确保选择的抗侧力体系及其布置的合理性。采取概念近似手算而确定建筑结构设计方案的合理性、可行性和主要构件的一般尺寸。此外，在建筑结构设计中，延性及其重要，不仅能确保建筑结构承载性能与延性的协调一致，还能在发生地震灾害时尽可能的减少对建筑结构造成的危害。

（五）概念设计方法

概念设计中应避免非结构构件的设置不合理，从而影响到整个结构的受力情况，导致抗震效果的下降。所以在设计应做好细部构造的设计， 防止非结构构件直接进入到抗震体系；防止非结构构件在地震的作用下出现平面性的损毁；避免非结构性构件的连续损毁。

三、概念设计的意义

1、展现先进设计思想的关键。概念设计的根本宗旨，是在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑建筑结构的总体方案，且能有意识地发挥和利用结构总体系与分体系之间的力学特性与关系。运用概念设计从整体上把握结构的各项性能，方能对计算分析的结果进行科学判断和合理取舍。在概念设计之初的方案阶段，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较、分析与选择，可采用概念性设计到工程中去。

2、体现结构设计的原则与灵活。建筑物是一个完整的空间结构，各构件都在以相当复杂的受力方式共同工作，而并非是独立于总体结构体系之外的单独构件。当前在建筑结构设计界，对具体空间结构体系的整体研究上还存在着局限性，以至于在设计过程中采用了许多假定与简化方法。

3、弥补设计、计算理论的不足。目前的结构设计计算水平难以有效地保证结构设计的抗震、抗风性能，尤其是抗震设计。

结束语：

结构工程师，要善于运用概念设计的基本原理，注重全面整体设计的构思、减轻结构自重的理念、恰当运用刚度理论及变形协调的原则，不断在实践中总结经验，设计出概念清晰，定性、定量准确、新颖有效的优秀作品。

参考文献：

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2方案设计

方案设计即投标方案设计，根据潜在用户提出的文件的种类不同又可称为询价方案设计。方案设计的主要目的在于：根据潜在用户提出的初步要求确定产品方案的结构、性能、安全性。方案设计完成后若潜在用户消失则设计过程中止。

2．1广泛开展国内外的文献、资料调研．根据设计输入文件提出的具体要求，明确设计目标，提出总体设计方案。

2．2根据总体设计方案确定技术路线，并确定基本性能。

2．3明确工作原理、结构形式、几何尺寸等主要设计参数。对可能影响总体性能的关键部件设计参数的提出要有依据，如借鉴国内外的设计参数、已有的实验结果、近似计算结果或经验值等。

2．4对设计方案在可靠性、可行性、维修性、有效性、适应性、经济性等方面加以分析、比较、开展综合评价，确定最终方案。

3初步设计

3．1初步设计的目的初步设计的目的在于：确定设计各主要设计参数，以便做出完善的设计。完成与系统设计院进行的第一次设计联络会。

3．2初步设计的内容

3．2．1在充分考虑到强度、刚度、工艺性、维修性等方面的因素的基础上。建立关键设计的分析计算模型。开展有关方面的性能计算。提供设计依据。根据计算结果改进方案，调整参数。

3．2．2开展技术经济和安全性分析与评估，特别是对于结构复杂的关键技术要开展详细的分析评估，完成设计报告。

4技术设计

4．1技术设计的目的技术设计的主要目的在于具体确定组件及分组件的结构设计，最终确定产品的结构、材料和加工方式。

4．2技术设计的主要内容依据初步设计及初步评审结果完成技术设计报告及图纸，对各组件及分组件开展详细的结构设计。在完成关键组件的详细结构设计之后，还应对其开展必要的性能分析校核。根据评审结果正式完成产品总图、组件及分组件装配图的设计。不同种类的锅炉，如煤粉炉、CFB锅炉、余热炉、特种锅炉等，钢结构布置形式是不同的，钢结构布置形式在保证结构稳定、承载的前提下，还受锅炉的特殊要求限制。技术设计时注意以下几点参数的确定：

4．2．1首先根据方案设计确定立柱柱距及运转层平台的布置，立柱柱距根据锅炉本体及设计院管道位置的载荷要求合理布置；

4．2．2水平支撑的层数的确定。炉体露天布置或在地震区时，水平支撑要承受风载和地震水平力的作用。为了保证梁的稳定性和梁系统水平方向具有一定的整体刚性，应设置支撑杆件，支撑杆件一般采用节点板相连接，各杆件内力通过杆端焊缝传给节点板，水平支撑杆件传递力最后到达节点板，水平支撑应设置在承载较大的平面并尽量沿炉膛四周形成一封闭的、具有一定刚度的平面。在满足结构要求前提下．应尽可能较少刚性水平支撑的层数，一般对10米左右设置一层刚性水平支撑。

4．2．3垂直支撑的布置。垂直支撑应布置在承载较大的框架平面内，垂直支撑的布置应保持传力连续并传递至基础简洁地传递。

4．2．4顶板的布置。顶板梁是锅炉钢结构主要的悬挂承重部件，在布置时应保证传力明确、结构稳定、易于安装。由于受到运输的限制，板梁的高度不能超过4000mm．立柱柱顶与顶板连接处一般采用铰支连接，高度超限时应进行高度分段，即做成叠梁形式。

4．2．5选择钢结构节点连接形式根据钢结构布置形式要求选择合理的节点连接形式，按节点的基本特性分：刚性连接，半刚性连接，和铰接，刚性连接是指节点和其他构件一样要承受弯矩，剪力和轴力；半刚性连接一般在设计中是不采用的；铰接理论讲是不受弯矩的，不能中间拼接，只用杆件端部的连接。

4．2．6荷载统计及计算简图荷载统计在钢结构设计中起着举足轻重的作用，按分析软件及结构简化模型确定荷载统计的形式，同时根据选用的锅炉钢结构设计规范GB／T22395—2008确定荷载的计算方法和取值。

4．2．7计算分析根据以上的准备，使用结构分析软件进行结构分析，如同济大学结构分析计算然软件3D3S及美国的STAAD。结构分析的关键是根据规范及经验选择荷载组合工况，同时确定取值界限(应力、挠度、刚度、结构侧移等)，选取合理的截面形式，经分析计算确定最经济的截面，打印计算结果(包括应力、轴力、弯矩剪力、位移、基础负荷等)。

4．2．8节点计算节点计算是实现结构连接，实现计算模型的必要环节，是钢结构计算的重要环节。节点计算采用计算和编制通用节点相结合的形式。

4．2．9绘制钢结构总图根据以上结构布置、计算分析、节点计绘制基础负荷、钢结构总图(包括平、立面布置图、平台扶梯布置图、基础载荷图、运转层开孔图等)，该图中应包括杆件布置、杆件截面、节点连接形式、杆件编号、材料、技术说明要求等信息。

5施工设计

施工设计是钢结构的制造图，是一种详细的设计。包括柱、梁、水平支撑、垂直支撑、顶板梁、支承梁、支吊梁、小罩支撑、柱底板、刚性梁、炉顶小室、平台扶梯、地脚螺栓和支架等12个部件的施工图绘制。

5．1施工设计的目的施工设计的主要目的在于具体确定零部件的结构设计，最终确定产品的结构、材料和加工方式，为工艺部门编制工艺流程提供依据。

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1绝缘结构设计的发展概况

1.1绝缘结构设计的基本原理

在进行绝缘结构的设计时要注意设计出来的结构需要符合绝缘结构设计的基本原理，只有首先符合绝缘结构设计基本原理才能保证绝缘的效果安全性。绝缘结构设计的基本原理是进行绝缘结构设计时最重要的依据，在进行对绝缘材料的选择是就要首先对被绝缘的部分进行分析，了解被绝缘部分的基本材质，之后将所有的绝缘物质再进行系统的比较与分析，找出既不能够与被绝缘物质进行反应，又不会对需要绝缘的物质进行破坏的材料，这样基本材料选择时就已经遵循了原理。在选择玩所要用的材料后，就要对绝缘的大体结构进行细致的分析与设计，不同功能的被绝缘部位是需要不同的绝缘结构来进行绝缘工作的，所以对功能的分析也是绝缘结构设计过程中较为重要的步骤。例如在进行变压器进行绝缘结构设计时就要将变压器进行全方位的绝缘，不能够使变压器的中心工作位置在外界有所暴露，在绝缘的强度要求上变压器也是有较高要求的，只有用绝缘效果在常温的状态下最好的物质进行变压器的绝缘才能保证变压器附近的人员生命健康。绝缘结构设计的基本原理是较为严格的，绝缘效果的好坏直接影响到工作的安全性以及人员的生命安全，所以严格的遵循绝缘结构设计的基本原理是进行绝缘的必要规则。

1.2现阶段我国绝缘结构设计中存在的问题

目前我国的经济水平正在逐渐的提高，这对我国的发展是十分有利的，国家对许多需要进一步加强的研究项目进行了经济上的大力支持，这就使得我国的多项研究项目在近年来有了较好的成绩。现阶段我国绝缘结构设计虽然有了较大的进步，但是进步的同时还存在着一定的问题需要进一步的进行解决。我国绝缘结构设计时还不能够将影响绝缘效果的客观因素进行更好的避免干扰，一般在绝缘的过程中影响绝缘效果的因素有温度，空气中的湿度以及绝缘材料本身的性质。这三大类影响因素会使绝缘效果大幅度的减弱，最终导致发生更加严重的安全性问题。绝缘结构的设计还存在有一些技术上的问题，在现有的设计水平中，还不能将绝缘的效果达到最佳的状态。在一些电力十分强的设备中，对其外壳进行合理的绝缘化是十分必要的，但是基于绝缘材料受到的限制与绝缘技术的落后导致不能使绝缘效果得到更高的保证。这些问题都是制约我国绝缘结构设计的主要因素，所以对这些问题进行很好地解决就是提高我国绝缘结构设计水平的最直接方式。

1.3完善绝缘结构设计理念的重要性

绝缘结构设计应用于我国很多的产业之中，对居民日产生活也有着较大的作用。从小的方面来进行阐述，绝缘结构在生活中是一种十分常见的结构，例如生活中的用电器外壳大多数都是由很好地绝缘结构来进行对使用者的保护，如果这些家用电器没有较好质量的绝缘外壳，使用起来的危险性就将大大加强，人民的生命健康就要受到严重的威胁。从大的方面来进行阐述，绝缘结构应用于多类生产当中，几乎在所有需要进行电力供应的机械设备都需要进行一定的绝缘结构设计，否则在其进行工作时会使其他的设备及工作人员受到电力的干扰，从而使工作的效率降低，严重的将导致工作人员受到较为危险的生命健康威胁，一旦电流流入到设备的外壳，后果将不堪设想。所以完善绝缘结构设计理念是对保障居民及机械设备工作人员最为有效的方式，是对我国发展起到重要作用的一项基本内容。

2影响绝缘效果的因素及解决措施

2.1温度对绝缘效果的影响

影响绝缘效果的首要因素就是温度，因为温度的改变会使大多数绝缘物质的绝缘性受到较大的影响。一些特殊的材料在超低温的状态下将变为完全绝缘的物质，但是一旦温度有所提高，该物质的绝缘效果将大大的降低。这种完全绝缘物质的应用就要对温度作出较高的要求，时刻注意温度的变化，只有将温度控制在低温的状态下才能保证绝缘的效果。还有一些绝缘材料是需要在较高温度下才能够发生作用的，在对其进行应用时也要将温度控制好。虽然绝大多数的绝缘材料对温度的要求较低，但是这并不意味着温度的改变对其没有影响，一般的绝缘物质对温度都十分敏感，所以绝缘性也将随温度的改变而改变。所以在进行绝缘结构设计时就要首先考虑到需要绝缘物质的环境温度，根据温度来选择正确的绝缘物质。

2.2空气中湿度对绝缘效果的影响

空气中的湿度对绝缘效果也有较大的影响，湿度的改变就是空气中的含水量的改变，空气中水蒸气的含量是改变绝缘效果的主要因素。一般在湿度较大的环境中绝缘效果都将明显的降低，水蒸气吸附于绝缘结构的表面将使绝缘结构受到较为严重的破坏，进而导致绝缘效果的减弱。对于空气中湿度的控制是较难的，所以在进行绝缘结构设计时在绝缘物质的外层在进行一层绝水层的设计就将是适度对绝缘效果的影响降到最低，从而进一步的保证绝缘结构的效果与稳定性。

2.3材料本身对绝缘效果的影响

绝缘材料本身都具有不同的特点以及性质，不同的绝缘材料适合进行应用的范围是不一样的，只有选择正确的绝缘材料才能保证绝缘更好地效果。在进行绝缘结构设计时首先就是要对进行设计的需要进行绝缘处理部分进行分析，了解环境因素以及其他必要的外在影响因素，然后再将符合标准的绝缘物质进行进一步的研究，最终得到最适合进行绝缘结构设计的材料，这种材料的确定将对日后的绝缘效果造成主要的影响，所以在材料的分析与选择过程中要进行认真细致的考虑。