结构设计论文范文

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第1篇

1．1地基与基础根据甲方提供地质资料，本工程办公楼A座、B座、C座及通道1，2，3拟采用CFG桩复合地基，基础底标高为－12．10m;地基处理范围:CFG桩的平面布置均在各楼座及通道内;经地基处理后基底承载力特征值(fspk)应大于350kPa;而地下车库部分采用天然地基方案，基底持力层为③粉土层或③1层粉细砂。地基承载力特征值为fak=120kPa。经计算，CFG桩桩径取400，桩顶标高为－12．570m，有效桩长18m，桩端持力层为⑧层粉细砂层，桩端进入持力层深度不小于1．0m。单桩承载力特征值大于600kN，施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0．5m。CFG桩混凝土强度等级为C20。基础设计时，经过反复核算，我们在办公楼A座、B座核心筒部分采用筏板基础，其余部分为十字交叉柱下条形基础。筏基部分的基底反力约245kPa，条基的基底反力约232kPa，两者反力基本接近。基底标高约为－12．10m，条基宽度为3．0m。办公楼C座也采用柱下条形基础，基础宽度为3．0m，基底标高同A，B座，局部达到－14．0m。同样基底反力为230kPa左右。通道1，2，3部分为筏板基础，此处由于上部钢结构跨度大，柱下荷载相对较大，采用筏基后，基底反力均达346kPa左右，满足设计要求。采用分层总和法沉降计算，办公楼A座、B座、C座条形基础及筏基的沉降量计算均小于50m。相邻柱沉降差异及沉降总量计算均满足设计要求。地下车库部分采用天然地基，基础宽度3．0m，基底标高为－11．800m。在所有条形基础与筏板之间及条形基础之间设置钢筋混凝土防水板，防水板厚350。设计时地下水位的浮力按5m的水位进行设计，其中防水板抗浮计算中已考虑枯水期的水位变幅1m。防水板经计算构造配筋已满足设计要求。

1．2上部结构设计1)结构分段。整个建筑我们采用上分而下不分的原则，在办公楼A座、B座、C座及通道1，2，3在±0．000地面以下连为一体，在±0．000地面以上各相邻单体之间设置防震缝，使得将整个看似复杂的连体高层建筑的计算将划分为在±0．000嵌固的6个独立的计算单元进行计算，避免了因楼座之间高位连接所形成的超限问题。我们对整个结构进行了包络设计，即采用整体多塔分析与各单体的独立计算。施工期间，在楼座与地下车库之间设置用于沉降的后浇带，沉降后浇带在结构主体完成后浇筑。C座因为长度119．6m，属于超长结构，我们在设计时考虑了一定的温度应力，在框架梁柱外侧及屋面板面均设置一定数量的温度筋，抵御温度应力，且C座办公楼在长度1/3位置设置用于温度后浇带，温度后浇带在地下室结构完成后60d浇筑。2)结构体系。本工程办公楼A座、B座及C座均采用钢筋混凝土框架—抗震墙的结构形式;通道1，2，3采用钢骨混凝土柱、钢骨混凝土剪力墙、钢梁的框架—抗震墙结构形式;其中西侧通道2、东侧通道3跨度为20．9m，北侧通道1为29．8m～37．3m。楼面、屋面采用钢梁+钢筋混凝土板的组合楼面体系。地下室采用钢筋混凝土框架的结构形式。3)建筑物抗震等级。上部:办公楼A，B，C座，抗震墙抗震等级为一级，框架等级为二级;通道1，2，3抗震墙抗震等级为一级，框架等级为二级(按钢结构考虑)。地下部分:办公楼A，B，C座及通道1，2，3地下一层抗震墙抗震等级为一级，框架等级为二级;地下2层(含夹层)抗震墙抗震等级为二级，框架等级为三级。地下车库抗震等级为三级。与主楼连接的相关范围内其抗震等级同主楼的相应部位的抗震等级。对于地库与主楼连接处的错层部位，我们采取了提高一级抗震等级的构造措施进行包络设计，满足了规范要求。

2结构分析及结果

1)本工程设计计算所采用的计算程序。采用《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件—SATWE》(2012年6月)进行结构整体分析。2)主要计算结构如下。办公楼A，B座计算结果见表1，表2。

3设计总结

第2篇

关键词：高层建筑；超长结构；预应力结构；设计

1前言

预应力结构设计技术的发展，为现代高层建筑向更高、体型更复杂，结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上，上部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作为办公用房，下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。

2工程概况

本工程位于益阳市赫山区，建筑面积31000m2，地上21层，地下一层，总高度为83m。其中一层为大型商场，二层为餐厅，三层为娱乐场所，四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构，裙楼为超长结构，结构平面布置随建筑变化而逐层变化，图1为四层的结构平面图，楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。

3结构方案设计

混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力，当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时，构件即开裂。对此，现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为45~55m。本结构纵向长度近159.6m，远超过上述规定，而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝，必须采用从基础到顶层增加双梁双柱来实现，这除了增加施工难度和成本之外，还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题，通过对结构施加预应力，在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。

预应力除了可有效控制裂缝的作用之外，其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm，次梁梁高可由600mm降为450mm，16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm~

1100mm。这样在保持净层高不变的情况下，每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案，使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层，从而取得显著的经济效果。

为此，在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点，确定了以下主要设计原则：

3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高，结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋；考虑到规范要求，采取有粘结预应力，跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。

3.2根据文献[2]，混凝土中有效预应力大于0.7Mpa，则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力，已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。

3.3后浇带位置要合理，避免布置在侧向刚度很大的构件周围，以免影响两侧板带的自由收缩。

3.4由于结构复杂，预应力筋数量和形式多样，设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。

4预应力计算

4.1设计重点

a)4~6轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构，其中六楼为空中花园，七、八楼中空，到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋，并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高，而且后浇带的设置使地下一层至六层的A~C轴和E~F轴以及九、十层A~F轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。

b)如图1所示，十层和十一层17~20/C~G轴之间是一个悬挑大网架，面积为25.2m×33.6m，矢高为一个楼层高度，通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力，十一层G点支座向外拉力最大，为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力，在预埋件上钻直径20mm的孔，采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干，基本走梁中直线，张拉控制应力为0.6fptk。

c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂，特别是广告牌支座在风荷载作用下，每个支座最不利弯矩为250kN·m，支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m，对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置，荷载值很大。

针对以上所述的设计重点难点，预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合，均采取了相应有效合理的设计措施。

4.2预应力计算标准

材料强度等级:混凝土C40，局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线，张拉控制应力均为0.75fptk。

本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准（见表1）。

所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋，其受压区高度均小于0.35h0，纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3％，符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算，均未开裂。

5构造设计

5.1后浇带设置

如图1所示，三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段，有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长，初期发展较快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2，三个月完成60％～80％。在后浇带浇筑之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌，考虑竖向结构（柱和墙）的约束影响，可认为此时收缩变形已完成50％。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100％强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能，采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。

预应力对于E～F轴段结构从第三层就到17轴为止，则该区段15～16轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度，从第六层开始把该后浇带取消，预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带，以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带，以防止4～6轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。

5.2锚具设计

由于荷载和结构形式复杂，预应力梁内的预应力数量种类很多，根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。

5.3张拉槽、后浇带构造设计

由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术，而要实现变角张拉的操作，梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑，必将带来如截筋而无法补强等施工问题，最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理，以保证施工质量。

在梁后浇带处或梁面张拉槽处，先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋，对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面张拉槽处张拉端的详细构造设计（见图2和图3）。

5.4张拉顺序设计

根据本工程的结构设计特点，张拉各个区域分开进行，先张拉次梁，后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁（特别是与次梁垂直的主梁），有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁，而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下：

a）先沿着一个方向张拉纵向次梁，再返回张拉纵向主梁；

b）沿一个方向张拉横向主、次梁；

c）横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多，必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋，在两边短跨梁内建立起预压力，再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。

6结语

经各方共同努力，本工程施工进展顺利，经观察没有发现结构裂缝，质量优良。工程实践表明：

6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。

6.2在高层中，施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下，采用预应力方案可以增加建筑物层数，从而取得显著的经济效益。

6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定，对同一幢建筑中的不同构件，同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。

6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.

[2]美国混凝土协会规范.AC1318.

[3]陶学康.后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社.

第3篇

一：荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。

二：构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。

三：内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。

四：构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。

施工图设计阶段的内容为：根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。

3.各设计阶段的基本方法：根据方案阶段的主要内容，其基本方法就是根据各种结构形式的适用范围和特点来确定结构应该使用的最佳结构形式，这要看规范中对于各种结构形式的界定和工程的具体情况而定，关键是清楚各种结构形式的极限适用范围。还要考虑合理性和经济性。

在结构计算阶段，就是根据方案阶段确定的结构形式和体系，依据规范上规定的具体的计算方法来进行详细的结构计算，规范上的方法有多种，关键是结合工程的实际情况来选择合适的计算方法，以楼板为例，就有弹性计算法，塑性计算法及弹塑性计算法。所以选择符合工程实际的计算方法是合理的结构设计的前提，是十分重要的。

在施工图设计阶段，就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求，同时还要符合规范中的构造要求，最后还要考虑施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要很好的理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构，才会是合理的结构。

4.规范、手册及标准图集在具体工作中的应用：结构设计的准则和依据就是各种规范和标准图集。在进行不同结构型式的设计时必须要紧扣不同的规范，但这些规范又都是相互联系密不可分的。在不同的工程中往往会使用多种规范，在一个工程确定了结构形式后，首先要根据《建筑结构可靠度设计统一标准》来确定建筑的可靠度和重要性；然后再根据《中国地震动参数区划图》，《建筑抗震设防分类标准》《建筑抗震设计规范》确定建筑在抗震设防方面的规定和要求，在荷载的取值时要按照《建筑结构荷载规范》来确定，这是建筑总体需要运用的规范。在工程的具体设计方面，涉及到砌体部分的要遵循《砌体结构设计规范》的规定；涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土结构设计规范》的规定；涉及到钢筋部分的要遵循《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》的规定；在基础部分的设计时需要遵循的是《建筑地基基础设计规范》的规定。最后在结构绘图时则要符合《建筑结构制图标准》的要求。

在各种结构设计手册中，给出了该结构形式设计的原理，方法，一般规定和计算的算例以及用来直接选用的各种表格。这对于深刻理解和具体设计各种结构形式具有良好的指导作用。我们推荐最好能参照设计手册来手算典型的结构形式。

标准图集是依据规范来制定的国家和省市地方统一的设计标准和施工做法构造。不同的结构形式有不同的标准图集。设计中常用的有，结构绘图时采用：平法制图（03G101-1），砌体中的钢筋混凝土过梁采用：过梁（L03G303），砖混结构抗震构造详图采用：L03G313，钢筋混凝土结构抗震构造详图采用：L03G323，地沟及盖板采用：02J331.需要说明的是，在选用标准图集时一定要根据具体工程的实际情况来酌情选用，必要时应说明选用的页号和图集号，不可盲目采用。

总之，结构设计是个系统的，全面的工作。需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行始于足下，设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计。在工作中应事无巨细，应善于反思和总结工作中的经验和教训。

在结构计算阶段，就是根据方案阶段确定的结构形式和体系，依据规范上规定的具体的计算方法来进行详细的结构计算，规范上的方法有多种，关键是结合工程的实际情况来选择合适的计算方法，以楼板为例，就有弹性计算法，塑性计算法及弹塑性计算法。所以选择符合工程实际的计算方法是合理的结构设计的前提，是十分重要的。

在施工图设计阶段，就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求，同时还要符合规范中的构造要求，最后还要考虑施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要很好的理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构，才会是合理的结构。

4.规范、手册及标准图集在具体工作中的应用：结构设计的准则和依据就是各种规范和标准图集。在进行不同结构型式的设计时必须要紧扣不同的规范，但这些规范又都是相互联系密不可分的。在不同的工程中往往会使用多种规范，在一个工程确定了结构形式后，首先要根据《建筑结构可靠度设计统一标准》来确定建筑的可靠度和重要性；然后再根据《中国地震动参数区划图》，《建筑抗震设防分类标准》《建筑抗震设计规范》确定建筑在抗震设防方面的规定和要求，在荷载的取值时要按照《建筑结构荷载规范》来确定，这是建筑总体需要运用的规范。在工程的具体设计方面，涉及到砌体部分的要遵循《砌体结构设计规范》的规定；涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土结构设计规范》的规定；涉及到钢筋部分的要遵循《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》的规定；在基础部分的设计时需要遵循的是《建筑地基基础设计规范》的规定。最后在结构绘图时则要符合《建筑结构制图标准》的要求。

在各种结构设计手册中，给出了该结构形式设计的原理，方法，一般规定和计算的算例以及用来直接选用的各种表格。这对于深刻理解和具体设计各种结构形式具有良好的指导作用。我们推荐最好能参照设计手册来手算典型的结构形式。