第一篇：大底盘多塔楼结构设计研究论文
【摘要】在我国经济、科技蓬勃发展的情况下，建筑行业受其影响有很大程度的进步。目前，建筑行业中推出多种建筑结构形式，使得建筑物实用性、艺术性、美观性大大增强。就以大底盘多塔楼结构来说，目前很多大型商场、车库都采用这一建筑结构，这不仅能够提高土地资源的利用率，还能最大限度的满足不同功能需要。那么，如何运用大底盘多塔楼建筑结构呢?本文将结合建筑工程案例，就大底盘多塔楼建筑结构设计进行分析与探讨，希望对于相关人士有效运用大底盘多塔楼结构有所帮助。
【关键词】大底盘；多塔楼；设计论文
随着我国城镇化的不断推进，城市人口日益增多，为了满足居民的住房需求、生活需求，开发商纷纷进行房地产开发。但是因为城市土地资源匮乏，所以开发商在开发土地建设建筑时需要科学、合理的进行建筑结构设计，以实现土地资源的充分利用，并且最大限度的满足不同的功能需求。基于此，选择大底盘多塔楼结构方案是非常适合的，符合城市房地产开发需求［1］。当然，要想实现大底盘多塔楼建筑的良好建设，需要注意加强大底盘多塔楼建筑结构设计，否则将难以发挥大底盘多塔楼结构的作用。所以，科学、合理的进行大底盘多塔楼结构设计至关重要。
1工程概况
某小区建筑规划建设时确定用地范围全部开挖为地下室，设为地下车库和储藏室，即地下一层为地下车库，地下二层为储藏室。为了满足小区居住者生活需要，一层部分设为超市，多层沿街商业楼搭建两座，高层住宅搭建四座［2］。
2大底盘多塔楼结构设计分析
2．1大底盘多塔楼结构设计要点
基于以上所了解的小区建筑群建设需求，决定利用大底盘多塔楼结构方案来设计小区楼群。因为参考以往大底盘多塔楼结构建设项目，确定大底盘多塔楼结构设计容易出现一些不足或缺陷，使得大底盘度塔楼结构建筑建设效果不佳。为了避免小区楼群建设存在这一情况，在进行大底盘多塔楼结构建筑设计的过程中应当注意以下方面。
2．1．1注意规避塔楼间相互影响情况按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，进行大底盘多塔楼结构设计，一定要注意综合多方面因素，合理的进行多塔楼结构设计，并且尽量优化大底盘上部的体型收进结构，实现水平方向作用下塔楼平稳，相互不影响。其实，做到这一点是比较困难的。因为多塔楼结构属于复杂高层建筑结构，本身设计起来就比较麻烦，再加上大底盘上部收进形成的结构的竖向不规则，所以塔楼结构支点难以找准，整体平衡难以控制，所以在水平方向作用下各塔楼之间容易相互影响，致使大底盘多塔楼结构扭转。针对以上问题，《高层建筑混凝土结构技术规程》中，要求塔楼对底盘宜对称布置，并且控制塔楼结构与底盘结构质心距离小于底盘相应边长的20%。的确，按照以上的要求进行大底盘多塔楼结构设计，可以保证高层建筑结构的稳定性。但是，在实际设计大底盘多塔楼结构时还要考虑其他因素，如抗震缝的设置、温度应力的影响等［3］。所以，最好的解决办法是在基于《高层建筑混凝土结构技术规程》要求设计大底盘多塔楼结构时，还好明确钢筋砼结构伸缩缝设置的尺寸要求，合理分解单塔楼或双塔楼的大底盘结构，控制塔楼与大底盘质心的距离，如此可以规避大底盘多塔楼结构扭转，同时还能减少建筑超长尺寸及温度应力的影响。
2．1．2设置好地下室部位连通及地上楼群设置《高层建筑混凝土结构技术规程》中明确规定:7度和8度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种10．1．1条所指的复杂结构，也就是避免同一结构计算单元中出现转换、错层、大底盘多塔楼三种复杂结构。基于此，在进行小区大底盘多塔楼结构建筑设计的过程中，不可以出现转换或错层结构。而以往的一些大底盘多塔楼结构建筑的部分地下室顶部为室外地面，这就意味着连通的地下室顶板形成错层情况。为了尽可能的规避此种情况的出现，在此次大底盘多塔楼结构设计中，应当对地下室梁柱和梁板进行调整，也就是将地下室顶板作为上部结构的嵌固端，设定塔楼为单体工程，计算单体工程的刚度。基于地下室安全应用需要，分析地下室与上部结构侧刚度的比值，进而合理的设置地下室竖向构件及梁板，强化地下室竖向构件埋置深度及其强度，以便有效的约束上部结构，如此可以实现地下室连通良好，且不会加剧建筑结构复杂程度。另外，在大底盘多塔楼结构设计中如若主楼与裙楼竖向荷载差异过大，那么主楼与裙楼沉降程度不同，同样会影响整个建筑的使用性。为了规避此种情况发生，应当合理设置主楼与裙楼的后浇带，从而保证主楼与裙楼的整体性，规避差异沉降情况的发生。
2．1．3科学设置转换层及转换构件大底盘多塔楼结构设计中，因为底层空间较大，如若不能科学的设置转换层及转换构件，那么大底盘多塔楼结构的稳定性、抗震性难以保证。为了提高大底盘多塔楼结构建筑的稳定性、抗震性，在具体进行建筑结构设计的过程中，还要综合分析底层大空间及其稳定性，在此基础上结合上部住宅应用需求，科学、合理的设置转换层，并且保证转换层的转换构件是由梁、桁架、箱形构件等组成，可以稳固转换层，间接增强大底盘多塔楼结构的稳定性、抗震性。当然，在进行转换层设置时一定要计算好上部结构的剪切刚度、剪弯刚度，进而合理的设置转换构件类型。
2．2大底盘多塔楼结构建筑设计
基于以上设计要点，进行小区大底盘多塔楼结构建筑设计，决定将地下室作为上部结构嵌固端，上部结构分解为多个子单元。为此，设计师采用建模的方式，将每个塔楼设为单个工程，设置工程计算模型，利用SATWE软件计算地下室竖向抗侧刚度、横向抗侧刚度，上部结构的竖向抗侧刚度和横向抗侧刚度。在此基础上，合理的强化地下室竖向构件与梁板，增强地下室支撑强度及构件抗震构造，保证结构稳定，并且有效支撑上部结构。在规划设计完成小区大底盘多塔楼结构建筑方案的情况下，施工单位按照《高层建筑混凝土结构技术规程》要求及建筑方案进行小区建筑工程施工。建筑工程验收阶段，验收人员对主楼及楼群转换层上下结构刚度进行详细验算，确定建筑工程建设符合规范要求;对主楼与楼群沉降程度进行验收，确定因为后浇带的设置，有效的调整了主楼与裙楼沉降差异。总体来说，小区的大底盘多塔楼结构建筑物建设符合规范要求，并且具有较强的实用性，这也间接的说明科学、合理的进行大底盘多塔楼结构设计是非常重要的。
3结语
随着我国城镇化的不断推进，城市人口日益增多，使得城市土地资源匮乏，所以开发商在开发土地建设建筑时需要科学、合理的进行大底盘多塔楼结构方案设计，充分发挥大底盘多塔楼结构的作用，提高土地资源的利用率，并且最大限度的满足不同的功能需求，使城市居民有一个良好的、舒适的居住环境。所以，科学的进行大底盘多塔楼结构设计，对于建设良好的建筑有很大作用。
参考文献:
［1］冯玉梅．关于高层建筑结构设计中大底盘、多塔楼、高位转换的设计要点及关键技术［J］．城市建设理论研究(电子版)，2014(6)．
［2］阮兴群，张玉明．大底盘多塔楼结构设计的几点体会［C］．山东建筑学会建筑结构专业委员、山东土木工程学会工程设计及电算专业委员会2010年学术交流会论文集．2010:193～196．
［3］朱礼鹏．大底盘地下室多塔楼高层建筑结构在水平力作用下的受力分析［D］．天津:天津大学，2014．
第二篇：塔楼结构设计与运用论文
摘要：文章通过对结构体系的分析、对巨型转换桁架的研究、对钢板混凝土剪力墙的应用和对悬臂桁架施工的控制，实现了结构与建筑的深度融合，在实现建筑设计效果的同时提高了结构效率，降低了工程造价，取得较好的经济效益。
关键词：转换桁架；钢板混凝土；剪力墙；悬臂桁架
1工程背景及概况
珠海横琴保利国际广场前身为横琴发展大厦，位于珠海市横琴自贸区内，原规划及单体设计方案通过国际招标产生，由日本株式会社佐藤综合计画中得。项目规划为地块一一栋19层主塔楼及地块二两栋副塔楼组成的群体建筑。其中，地块一主塔楼标准层平面面宽100m，进深100m（塔楼中心设置40m×40m的内天井作通风采光使用），塔楼高度100m形成一个完美的正立方体外形。塔楼首层为由南侧广场延伸形成的大台阶“基座”，中轴对称，仪式感极强，二层整体内缩形成标准层外挑灰空间。整个建筑形体简洁，外立面采用节能遮阳的横向金属百叶，利用百叶后各层随机设置的办公室外空间及空中绿化平台形成了立面上韵律感的“云符”，以此造就独特的“横琴岛建筑外立面风格”——琴歌（见图1）。图1效果图为实现建筑师的设计构想，达到“悬浮”的造型效果，原结构设计方案为：主塔楼向四周悬挑13m，布置四个落地核心筒，筒体之间跨度33.6m。结构体系采用了带高强度预应力拉索及屈曲支撑减震的巨型转换桁架-钢框架筒-支撑结构，属于非常规结构体系。结构体系受力复杂且效率低下，同时施工难度极大，运营维护困难且费用高昂。主体结构建造成本概算为4169元/m2，远远高于常规项目。2013年获取该项目后，对设计方案的建筑内外空间形态、使用功能和结构选型进行了深入研究，在保持建筑立面形态，不破坏“悬浮”效果及使用功能的前提下，结构与建筑进行了高度融合。在结构体系选型和优化过程中，运用双向渐进优化法，不断寻找和删除结构中低效的材料，加强结构关键和最需要部位的材料使用，通过对8个结构设计方案的比选，完成了结构体系的全面优化：①结构主要体系由原来的钢框架筒-支撑体系改为常规的框架-剪力墙结构；②利用3层层高设置外挑13m、高9m的钢结构转换桁架；③核心筒从原“L”形布置改为矩形布置，核心筒之间设置部分中柱落地，最大跨度从双向33.6m减少至单向19.3m；④取消高强度预应力拉索及屈曲支撑减震，采用钢板混凝土剪力墙抗震。图2二层平面图较好的经济效益。
2结构体系
塔楼平面呈“回”字形布置（见图2、图3）。为实现建筑独特的造型和丰富的功能要求，形成了大悬挑、大跨度、大开洞及穿层柱等结构薄弱部位，存在扭转不规则、楼板不连续、尺寸突变、竖向构件不连续、承载力突变等不规则类型，属于复杂超限高层建筑。结构设计面临的最大挑战在于如何实现建筑的“悬浮”效果，同时保证其经过优化，结构传力更直接合理，结构效率显著提高，施工及后期维护难度明显降低。2，相比原方案工程造价降低超过2亿元，实现建筑方案的同时取得具有良好的结构性能。为此，结构在第3层设置了巨型钢结构转换桁架，以支撑建筑四周不落地的44根外围柱和无柱大堂及架空层不落地的18根中柱；2～4层的剪力墙内设置20～25mm厚钢板形成钢板混凝土剪力墙；4层及以下框架柱采用型钢混凝土柱（见图4）。图4南北向结构体系示意图图5东西向悬挑转换桁架示意图图6南北向悬挑转换桁架示意图注：红色为受拉构件，蓝色为受压构件结构中的建筑空间最大化。转换桁架是最重要的关键受力构件，按照中震弹性、大震不屈服的性能目标设计。综合考虑桁架层无楼板和有楼板对桁架层水平构件的不利影响进行包络设计，以及竖向地震作用，并把抗震等级提高至特一级，从构件强度和延性两方面确保结构的安全。通过对桁架构件设置的仔细研究，做到了低冗余度转换结构安全和建筑空间使用功能的协调统一，实现框架部分的转换（见图5、图6）。结构按性能化设计，抗震性能目标为C级，性能状况如下：转换桁架中震弹性、大震不屈服；底部加强区剪力墙和框架柱中震下斜截面弹性、正截面不屈服，大震不屈服；其余剪力墙和框架柱中震下斜截面弹性、正截面不屈服，大震部分屈服，满足最小抗剪截面条件；连梁和框架梁中震下部分屈服、满足抗剪截面条件，大震下大部分屈服、满足最小抗剪截面条件；楼板中震下局部开裂，开裂处应力由楼板钢筋承担，大震下大部分屈服。主塔楼外挑达11.6～14.65m，在竖向荷载作用下悬臂部分变形较大。因此在变形最大的四层楼板的悬臂根部设置环形后浇带，并在主体结构封顶后才能浇筑混凝土，运用先“放”后“抗”的方法，在后浇带浇筑前释放了大部分变形，从而降低因悬臂结构变形导致楼板开裂的风险。
3巨型转换桁架
传递至转换桁架的主塔楼外围不落地框架柱轴力设计值最大约15000kN，大堂处不落地框架柱轴力设计值最大约21000kN。采用桁架转换充分利用了构件轴力传递上部荷载，极大地提高了材料利用效率，并有效实现了大跨度转换在东西向悬挑转换桁架中，通过方案比较加设1号斜腹杆，使桁架层上弦的拉力和下弦的压力部分通过1号斜腹杆的拉力相互抵消，大大减少了桁架层2～8号构件的剪力。同时也很大程度上减少了转换桁架的侧移，从而避免了4层核心筒之间的楼板承受较大的拉力和剪力，提高了结构受力性能，同时减少楼板开裂的风险。对于核心筒周边区域的悬挑转换，由核心筒伸出悬臂桁架直接支撑上部的框架柱。而对于塔楼角柱的转换，则在塔楼角部设置支撑在核心筒悬臂桁架上的封边桁架，把塔楼的角柱荷载传递给核心筒，完成主塔楼角部悬挑结构的转换（见图7）。转换桁架上弦轴力设计值最大约7100kN，下弦轴力设计值最大约5600kN，均采用箱型Q345B钢梁，截面为1000×500×35×35；斜腹杆最大轴力设计值约30000kN，采用矩形钢管支图10现场照片图11砂箱卸载示意图图7角部转换桁架示意图图8桁架层三维示意图（仅表达桁架和框架梁）撑和矩形钢管混凝土支撑，最大截面为900×700×35×35。按照转换层强斜腹杆的设计思路，对承受压力较大的斜腹杆，在矩形钢管内灌自密实高强混凝土（见图8）。
4钢板混凝土剪力墙
由于主塔楼悬挑大、自重大、刚度大而剪力墙少，在重力荷载和地震作用下，1m厚4.3m长的C60钢筋混凝土剪力墙需承受14000kN剪力设计值，不能满足受剪截面要求。简单采用加大剪力墙截面的方式会进一步加大主塔楼的刚度，地震力相应加大，对剪力墙承载力提出更高要求，形成不合理结构体系。因此从结构受力合理性和建筑空间利用率出发，在受剪力较大的2～4层剪力墙内设置20～25mm厚钢板形成钢板混凝土剪力墙，充分利用钢材的抗剪强度，最大剪力墙厚度只需要600mm，把结构刚度和地震力调整在合理范围内。剪力墙端部的型钢则和钢桁架有效连接，保证了桁架受力的可靠性（见图9）。
5悬臂桁架的施工实现
悬臂桁架从拼装到合拢成结构，最终实现结构设计受力，是整个施工的关键和难点。为了确保结构安全及施工过程的安全，在悬臂桁架端部采用点式格构式胎架对结构进行支持（见图10）。在胎架支撑上部主体结构施工过程中，胎架与主体结构形成一个临时的整体的受力体系。胎架卸载是整个施工过程中的里程碑工序，结果是上部荷载由临时胎架承受逐渐过渡为由悬臂桁架承受，标志着主体结构从临时受力体系转变为设计的永久结构受力体系，必须绝对受控。它是释放胎架构件内力，主体结构产生竖向变形以及临时支撑体系和主体结构中的内力动态重分布的过程。为控制风险，胎架卸载采用“位移和受力控制兼备，以位移控制为主”的主要控制思路，待桁架层安装完成且主体结构施工至6层后，利用砂箱排砂控制卸载的位移量，对整个主塔楼的悬臂桁架进行同步整体卸载（见图11）。设计对胎架卸载的全过程进行了施工模拟，通过现场组织试卸载，把相应的应力、应变和位移等监测数据和计算结果进行对比，确认无误后才进行整个塔楼全面卸载，有效地控制了施工风险。
6结束语
珠海横琴保利国际广场主塔楼在设计过程中结构与建筑进行了深度融合，通过结构算法为建筑找形，使结构构件本身成为建筑表达的一部分，成就了建过程中支撑胎架和结构体系中的受力十分复杂，需要保证受力体系内力重分布时缓慢平稳，否则容易出现安全事故或者主体结构产生过大的变形、裂缝而不满足耐久性及使用功能的要求。筑之美，并通过不断双向渐进优化结构体系，在实现建筑设计效果的同时提高了结构效率，降低了工程造价，取得较好的经济效益。
第三篇：剪力墙结构设计研究论文
摘要:在建筑行业发展中，剪力墙结构是建筑结构中的重要组成部分。剪力墙由于抗震性能好、抗侧刚度大等优点在目前建筑施工中得到广泛推广和应用。为了提高建筑水平、保证建筑质量，在建筑结构设计中应严格遵循剪力墙结构设计原则，规范剪力墙结构设计要点，科学、合理地运用剪力墙结构在建筑结构设计中的优势。
关键词:剪力墙结构;建筑结构;设计;应用
目前，剪力墙结构设计在国内并没有相关规范条例，设计者应用在建筑结构设计中时参照实践经验和建筑实际要求来设计。剪力墙结构能够更好地适应建筑的发展需求，是建筑结构设计中常见的一种结构，设计得当不仅能减少建筑施工时间，以其抗侧刚度大等优势还能增加建筑使用年限，在建筑结构设计中占据着重要的地位。虽然剪力墙结构应用广泛，但是并不是所有建筑都适用，设计者应结合实际情况综合考虑，根据可靠分析来设计剪力墙结构，才能最大限度发挥其作用。
1剪力墙结构概述
1.1剪力墙结构
剪力墙结构是指建筑(包括房屋极其附属的建筑物)用来承受风荷载或者地震等自然灾害引起的水平荷载的墙体，因此又叫做抗风墙、抗震墙或者结构墙。剪力墙结构设计初衷是为了防止建筑结构遭受外力破坏，提高建筑结构的稳固性。所谓建筑结构，根据施工方法分为:混合结构、框架结构、剪力墙结构以及框筒结构等，剪力墙结构具有抗侧刚度大、用钢量小以及抗震性能强等优势，对比其他建筑结构，剪力墙在建筑结构设计中应用较广泛。剪力墙结构的建筑材料一般选用钢筋混凝土，利用钢筋混凝土墙板承受建筑结构来自竖向受力和横向受力，但在实际施工中，剪力墙结构主要指竖向的代替梁柱受力的钢筋混凝土墙板(见图1)，水平方向仍然是用钢筋混凝土的大楼板搭载墙上实现对建筑结构水平力的控制。
1.2剪力墙特征及种类
根据剪力墙的墙体是否开洞以及开洞尺寸的大小，6～7m的为大开间，3～3.9m的为小开间，而小开间剪力墙较经济合理，减少了建筑成本，增大了建筑使用面积。剪力墙结构分别有以下四种:①实体墙，其中只有实体剪力墙结构墙体不开洞。实体墙的变形主要是曲型，墙体承受能力比较强，不会发生突变，稳定性较好。②整体小开口剪力墙，相对来说截面墙体开洞面积较小，占整个墙体面积的比例不超过15%，变形为弯曲型，弯矩图处有可能发生突变。③多肢或双肢剪力墙，墙体开洞面积过大并且洞口成列状分布，弯矩图处不会发生异常情况，受力特点和整体小开口剪力墙相似。④壁式框架剪力墙。墙体开洞面积在几种剪力墙结构中是最大的，墙肢线与连梁线上的刚度比较接近，变形为剪切型，受力特点与框架结构相似。
2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
2.1剪力墙结构设计原则及要点
2.1.1对墙体进行受力分析
剪力墙结构在建筑结构设计中，墙体作为平面构件承受着建筑结构水平、垂直方向的剪力和弯矩，因此，在进行剪力墙结构设计时，要对墙体自身的实际受力情况进行充分研究和分析，保证墙体质量，才能发挥出剪力墙应用在建筑结构设计中的重要效果。
2.1.2平面内搭接
剪力墙的主要作用就是代替原始建筑结构中的梁柱受力，决定了剪力墙结构在同一平面内对自身刚度和承载力的要求。首先，剪力墙结构的平面布置方向应该尽量沿着主轴的方向，不能出现对直或拉通的现象，若方向不一样，则应该使剪力墙结构连在一起，只有这样，剪力墙结构才能发挥出在建筑结构设计中的价值。再者，剪力墙结构在垂直方向上要做到从下往上连续的布置，避免发生刚度突变，且刚度要分配均匀，剪力墙结构开的洞口要形成明确的墙肢和连梁。最后，合理控制剪力墙结构的数量，在建筑结构平面布置和设计时不能使剪力墙结构过于密集，需要平衡抗侧力刚度，如果抗侧力刚度过大，剪力墙结构重力加大，无形中对建筑抗震能力造成威胁。由于处在平面外的刚度和承载力相对较小，在建筑设计剪力墙结构时应尽量避免平面外的梁体与剪力墙连结，影响剪力墙弯矩发生突变导致施工质量问题，实在无法避免的情况下，应当按照相关施工标准加固剪力墙结构(见图2)，确保剪力墙平面内外安全。
2.1.3调整超限
1)剪力墙结构应遵循建筑楼层之间最小剪力数的原则，例如在建筑结构设计初期，考虑到提高建筑抗震性时需要适当降低建筑结构自身重量，剪力结构设计应在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩40%以内的前提下，尽量控制剪力墙的数量［1］。2)有必要对楼层之间最大位移与楼层高之间的比例进行调整的原则，为满足地震作用等对建筑造成扭转或剪切变形导致的建筑楼层之间发生位移的需要，剪力墙结构设计不能只依靠控制竖向构件数量来对建筑变形进行处理，调整楼层之间最大位移和楼层高比例可以尽量减少楼层之间的扭转、剪切变形。3)超限的具体内容是依据相关规定，剪力墙结构中连梁剪力和弯矩的跨高比须＞2.5，反之，如果跨高比＜2.5，则视为超过规定限度，但是跨高比大于2.5并不等于越大越好。例如当剪力墙结构连梁跨高比在5～6时，并不会导致连梁刚度发生变化，但是剪力墙出现超限现象，剪力墙结构发生突变概率增大，不利于整体建筑结构施工，这种情况应该采取框架结构的方式设计剪力墙。所以，剪力墙结构设计时，超限调整也是必不可少的内容之一，既保证剪力墙结构质量，又能有效控制建筑结构整体质量。
2.2剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
2.2.1平面布置
明确定位剪力墙设计要点，平面布置应尽量均匀、对称，同一平面内外的剪力墙结构的质量中心和刚度中心完全重合，减少扭曲，增加稳固性。建筑结构设计过程中较长的剪力墙结构要设计开洞口，并均匀分配成长度相等的几段墙面，为避免剪力墙发生剪切破坏，相关施工指标规定:每段独立墙面总高度与截面高度之间的比例必须≥2。剪力墙结构洞口一定要保证上下对齐，成列布置，避免墙洞交错叠合导致剪力墙受力刚度减小，否则剪力墙结构容易变形，发生施工事故。在建筑结构抗震功能设计时，进行双向或多向设置对剪力墙结构的功能性有一定的保障，形成一定的空间工作结构，当剪力墙结构洞口与墙边或洞口与洞口之间形成墙肢截面高度与厚度比例＜4的小墙肢时，应该采取框架柱箍筋设计对剪力墙结构进行全高加密。对较长的墙肢要分为两个墙肢施工，超过8m长的墙肢都应设置施工洞使其划分为小墙肢。同时剪力墙结构的抗侧力刚度不宜过大，否则会导致墙体自身重力增大，违背了抗震性能设计的初衷。剪力墙结构的抗侧力刚度值可以通过公式:T=n(0.05～0.06)来计算，式中，n为建筑结构的楼层数，建筑施工建模时计算得出精确数据，防止抗侧力刚度过大影响建筑施工。
2.2.2墙肢截面厚度
剪力墙结构设计应用在建筑结构设计中，对墙体厚度施工有明确规范条例，例如短肢剪力墙，条例规定其底部加强部位不能＜0.2m，其他部位必须＞0.18m。剪力墙的厚度应按阶段变化，为防止剪力墙结构发生刚度突变，剪力墙阶段变化范围应控制为50～100mm，且要均匀连续变化，当混凝土等级和强度改变同时发生时，建筑结构设计必须将两者错开楼层。剪力墙结构墙体厚度的规范性施工能有效保证墙体的稳定性和刚度，直接决定了建筑结构的稳固性和安全性。
2.2.3剪力墙结构连梁钢筋配置
连梁是高层建筑的重要承重构件，按照国家四级地震抗震指标来说，剪力墙结构的配筋率不得低于0.2%，前三级抗震则要求不能低于0.25%。因此，在剪力墙结构设计过程中，连梁配筋率必须严格按照相关指标进行，结合实际对建筑结构连梁进行精确的承压计算，可适当增加剪力墙的配筋率，有效防止扭曲、剪切力对建筑结构的破坏，同时也不可盲目增加，避免剪力墙结构自身重力过大影响其抗震性。
2.2.4边缘构件设计
在建筑结构设计中设计剪力墙时，剪力墙的边缘构件也是一个比较重要的部分。剪力墙结构的边缘构件主要有端柱、暗柱等，增加边缘构件的延展性，结合实际设计需求约束边缘构件设计能防止剪力墙结构产生水平位移等问题。
3结语
在充分保证建筑结构的稳定性及安全质量的前提下，有效降低建设成本，优化建筑结构设计有助于建筑实现效益最大化。建筑结构设计中，剪力墙结构设计应用的重要性和广泛性在国内建筑业已经占据了很大的比例，设计人员在设计剪力墙结构时，应经多番论证结合建筑实际情况和设计要求，以剪力墙种类的多样性和灵活性为基础，遵循设计原则，把握剪力墙的设计要点，促进剪力墙结构设计技术的发展，推动建筑事业取得更大的成就。
参考文献:
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［2］王小引．剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析［J］．门窗，2015，9(3):123，125．
［3］许晓东．建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析［J］．黑龙江信息科技，2014，18(23):277．
第四篇：混凝土的结构设计研究论文
高层建筑中结构设计的安全性原则，亦是以设计使用年限为依据，使该建筑的结构设计在预定年限范围内，始终可以达到对内部与外部各项荷载力的有效承受，即使遭遇某些偶然的破坏性事故，也要能够使自身结构控制在整体稳定的状态中，避免出现大范围的结构性损害。高层建筑的耐久性设计原则，是指建筑的结构设计必须在规定的使用年限内，维持足够的结构耐久性，比如，混凝土结构出现的裂缝宽度不得超出允许的范围，且钢筋保护层的厚度不能够变得过于单薄，以免钢筋在遭受外部潮湿空气的状况下出现锈蚀问题。可靠性的设计原则，是指高层建筑的结构设计，必须在设计的基准期与建筑的使用年限范围内，充分达到耐久性、安全性、稳定性、刚度、动力性能等各方面的性能要求，即使超出年限的基准期范围，也能够在各项性能出现不同程度降低的基础上，维持正常的使用。
高层建筑的结构柔性比低层的楼房要高，一旦遭遇地震等问题，会发生更大幅度的作用变形，若要避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题，就必须在进行混凝土结构的设计时，使其结构具备足够的延展性能。目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。高层建筑面临着众多的水平作用力影响，容易出现较大幅度的侧向位移，设计人员在进行混凝土结构设计时，必须在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。
一、高层建筑混凝土结构的具体设计方法
1完善单元结构的布局设计
独立的结构单元设计，是高层建筑中的主要结构设计内容，此结构设计工作适合采用简单、规则的平面形式，但平面的整体长度与突出部分的长度应当控制于适宜的范围，且具备均匀分布的承载力与刚度，同时，竖向结构适合采取均匀、规则的形式，以保证建筑的外挑与内收问题得到有效的控制。要达到这一目标，混凝土结构的设计者，应当在制定结构设计方案的阶段，便努力地将概念设计的理念与知识作为参考，使建筑的适用性与美观度等要求在得到满足的基础上，通过进行优化设计，使其结构的平面与竖向布局尽可能地实现简单、均匀与规则性，保证其结构刚度与承载力的合理分布，避免建筑独立结构单元出现过于集中的塑性变形或应力。
2优化高强的混凝土与钢筋使用
高层建筑建设需要耗费较多的混凝土、钢等材料，若混凝土和钢的强度过大，势必会造成建筑材料总造价的超限，同时加大其他构件的造价，从而降低建筑建设的经济效益。因此，混凝土的结构设计人员应当对高强度的混凝土与钢筋的使用进行合理的优化控制。以软土地基上的高层建筑设计为例，该结构地基受到的荷载较高，设计人员可以通过优化高强度的混凝土以及钢筋的使用，使建筑中各构件的截面尺寸得到合理优化，从而减轻建筑的结构自重，使建筑的基础工程建设难度得到大幅度的削减，降低工程的地基处理工作造价。再以位于震区的高层建筑的结构设计为例，建筑的自重与地震作用程度成正比例关系，设计人员通过将高强度的混凝土与钢筋的使用量减少，可以在减轻其梁、板、墙、柱等构件自重的基础上，降低地震的作用力，进而保证建筑结构的安全程度，使建筑的整体安全度得以提升。
3合理设计剪力墙平面结构
高层建筑的结构设计人员对混凝土结构进行设计，还需要充分地重视剪力墙结构的平面布局问题，以保证建筑整体结构受力的均匀性，并使建筑在侧向力的影响下出现的位移控制于允许状态。具体来讲，剪力墙平面结构的优化设计主要为以下几个方面:
1)以建筑的各项基本结构功能为依据，在满足这些功能的前提下，尽可能地使剪力墙的布置实现相对的集中化与均匀化，对具有较高的恒载或者平面形式变化较大的部位设计剪力墙，应当尽量缩小其间距。
2)以建筑的主轴方向或者是其他方向为基准，对剪力墙进行双向的布置，且墙肢截面适合为具备较小的侧向刚度的简单规则的形式，在设计中还要尽量地减少对短肢剪力墙的使用。
二、高层建筑的混凝土结构具体设计优化措施
1结构安全性
高层建筑人群密度高，且不易逃避、实施救治，一旦发生灾害，造成的危害要比普通建筑高出许多。因此，结构设计人员必须加强对于混凝土结构的安全性设计，以尽可能降低灾害造成的伤害程度。具体来讲，设计人员可以从以下几个方面开展结构的安全性设计:1)设计人员应当在保证建筑各项功能的同时，通过考虑结构自身的抗震性能及外部人为因素可能造成的结构破坏，有目的地将高层建筑的抗震等级提升。同时，还要从整体上，加强结构设计的稳定性与牢固度，避免将砖砌体承重或者装配式的混凝土结构应用于高层的公用属性较高的建筑中，而要优先选取现浇的钢筋混凝土的结构。2)设计人员要从建筑建设过程中及投入应用后的各个方面入手，综合考虑其荷载变化的状况，尽可能地将建筑结构的荷载标准值与构件承载力设置出较大的弹性裕度，并且为楼面等部位进行额外的增加荷载的设计，以保证建筑在各级的地震与火灾等灾害中，都可以实现对于自身结构安全的维护。
2抗震概念
高层建筑的混凝土结构在应用过程中，最容易受到的破坏，便是来自于地震威胁，在进行设计的过程中，设计人员要以抗震概念设计为依据，通过进行抗震试验得出该建筑结构的抗震等级，或者借鉴相似建筑的抗震设计经验等，对高层建筑的结构体系、平立面设计、结构构件延展性等进行优化设计，以使建筑的抗震能力得到有效的提升。具体来讲，在结构体系设计方面，设计人员要尽可能地选择空间结构以及平面布局简单规则的形式，作为建筑的整体结构形式。以平面布局为例，可以将矩形、圆形、方形、扇形的结构作为抗震结构的体系形式，并减少对于不对称的侧翼或过长的伸展翼的使用。同时，设计人员还要通过进行合理的布局，使建筑的质量与刚度实现均匀平衡的分布。而在平立面设计方面，设计人员可以将墙体设置为均匀对称的形式，并提升楼梯或电梯的井筒等具备较高刚度的结构布置的集中性，同时，将抗震墙设计为符合建筑结构整体抗震需求的形式，以提升建筑平面结构的抗震性能。而且，还要保持各转换层结构在竖向刚度方面分布的接近，并使剪力墙的设计可以将墙面竖向持续地贯通到建筑底部。在结构构件的延展性方面，可以将梁、柱端的组合剪力加大，或者提高柱体抗弯性能，并配合将梁端的钢筋实际弯矩提升，以使建筑梁端早于柱端发挥塑性，使二者在外部荷载下，保持结构变形的稳定协调。
3耐久性
高层建筑的结构设计人员对混凝土结构进行设计，还要努力提升其耐久性，以延长建筑的有效使用寿命，并且使建筑在遭遇各种灾害之后，依旧能够维持其应用的各项结构性能。下面就从几个方面谈论一下混凝土的结构耐久性设计的策略:1)选择良好的混凝土材料。设计人员应当在保证混凝土材料的质量与基本性能的基础上，重点从结构的稳定性能、抗侵入性能、抗裂性能等几个方面入手，选择坚固、耐久、洁净的骨料，含碱量与水化热反应较低的水泥，减少对于硅酸盐水泥与用水量的应用，并适当地将矿物掺合料加入到材料中。2)优化结构使用设计工作。高层建筑中的混凝土结构物普遍包括多个构件，每一个构件所处的环境存在显著的差别，这就决定了不同构件具备的耐久性寿命存在差异，因此，设计人员要根据实际的使用环境，明确建筑中不同结构构件的使用界限与注意事项。以屋面、阳台及女儿墙的设计为例，这些部位的梁柱构件，耐久性寿命普遍低于室内，必须合理设定这些部件维修或更换的时间。3)合理设计结构构造形式。设计人员根据建筑的具体侵蚀环境与设计使用年限，设计厚度在20mm～70mm之间的混凝土保护层，并通过协调构件的截面积与表面积，避免侵蚀性物质集中停留区域的形成，同时注意高侵蚀度的环境中，混凝土墙板的通风效果，并注意配筋间距的合理设计，以减少钢筋锈蚀、保护层剥离等问题的出现。
三、结语
高层建筑中混凝土是影响建设质量的关键决定性因素之一，因此，建筑设计人员必须加强对于其设计原则的分析与掌握，立足于具体的设计原则及要求，从整体的设计工作及具体的设计内容等方面入手，采取有效的策略，以推动混凝土结构设计的优化完善。
第五篇：液压机滑块结构设计与计算研究论文
1液压机滑块的概况
液压机根据不同标准可以划分为以下类型：以机架结构为依据，可以分为组合、整体框架式以及单臂式；以用途与功能为标准，可以划分为冲压、专用、锻造及打包液压机；根据工作介质可以分为水压机与油压机。液压机对工件的压力加工主要是借助滑块实现的，常为油缸驱动滑块或者固定于滑块上的模具。对于框架式液压机而言，其滑块基本均与主缸活塞杆刚性连接，设计其四角过程中安装了可调节滑块导轨，从运动学视角来看，滑块与活塞杆受油缸、导轨面影响，仅可沿着导轨长度进行活动。一般情况下，油缸固定在上横梁上，活塞、油缸孔因精准配合，因此难以调节。实践中，导轨调整范围应满足补偿累积误差对精度的影响，在此情况下，滑块下平面对工作态度的不平行度级滑块运动方向上对工作台的不垂直度等精度，均要符合主机精度规定。从导轨受力视角而言，在机架受力变形后，导轨面可承受相应的水平力，同时因偏心载荷影响下出现的水平位移，其也应承受随之出现的附加水平力。为了满足上述要求，滑块导轨面应拥有一定的长度与宽度，以此确保导轨面上的比压值处于合理范围。经调查发现，液压机处于精冲、冷挤压或大台面薄板冲压情况下，为了确保导向精度，提高抗偏载能力，需要采取相应的措施，具体如下：第一，滑块导向尺寸加长，普通滑块导向的长度及跨度比例范围在0.3～0.6之间，实践中大多数液压机保持着1.2～2.0的比值，因导向面明显加长，提高了导向精度，减少了偏心载荷情况下的导轨面挤压应力，随之延长了液压机滑块使用时间，此方法可用于大吨位、小台面液压机，效果显著；第二，滑块导向尺寸加宽，上述方法的适应范围小，如果液压机为大台面，因其跨度过大，如果仅依赖滑块导向尺寸增加，则难以满足实际需求，并且要使其更为笨重。为了解决此问题，经学者研究，提出了加宽方法，以此保证了导向及偏心载荷情况下的精度。在对导轨进行结构设计过程中，应关注两个问题：第一，导轨材料选取是否合理；第二，润滑问题。此外，为了进一步增强导轨耐磨性能，使其维修更加简便，可在滑块导轨上设计黄铜垫板或者胶木板，同时导轨应使用45钢进行制造，并且在设计时要关注工艺中热变形所造成的影响，观察导轨间隙。导轨结构图具体分为以下五种：第一种为四角八面推拉式，其优势显著，如简单的结构、便捷的调整、较小的机型等，但也存在不足，分别为较差的滑块精度保持性、偏低的抗偏心载荷能力；第二种为四角八面斜楔式，其优势为便于调整，具有良好的精度保持性以及较高的抗偏心轴载荷能力，但缺点为结构过于复杂，并且整机外形偏大，此形式进可用于大台面、大吨位的液压机，并且其应对抗偏心载荷能力有着较高的要求；第三种为四角八面推拉式结合四角八面斜楔式，它综合了两种形式的优点，对各自的不足有所弥补；第四种为四角八面单面可调式，其优势为紧凑的结构、便捷的调整及较小的机型，但缺点为对加工精度有着较高的要求，特别是立柱；第五种为X型，其主要适用于压制工件需要加热的液压机，因实践中滑块受多重因素的影响，如模具热传导、辐射热等，其会在辐射方向发生膨胀变形，而利用X型导轨后，避免了热变形，防止了导轨间隙，并会产生内应力，但此形式抗偏细载荷能力不足，同时从加工工艺角度来看也不够理性。
2液压机滑块的结构设计及其计算
2.1结构优化设计
结构优化设计主要是根据既有的设计参数，利用适合的优化方法求解出符合全部约束条件的设计变量，并使目标函数取最小或最大值。常见的优化方法有三种，分别为：第一，拓扑优化，主要是在已知的设计区域内，给定边界、外载荷等条件，以此了解结构的最优材料分布；第二，尺寸优化，主要是在已知的结构类型前提下，调整设计区域结构构件的尺寸，以便于获得最适合的尺寸；第三，性状优化，主要是在已知的结构类型条件下，调整设计区域的边界及性状，从而了解最佳的边界及性状。近些年，结构优化问题得到了学者的高度关注，但关于液压机滑块的结构设计及计算研究较少，本研究以YQK-1250框架式液压机为例，展开了深入探讨。现阶段，我国的框架式液压机主要为拉杆预紧式，因此有关研究中均以此类液压机为研究对象，本文选取的液压机选用了楔块作为预紧方式，与其他液压机相比，其优势显著，如机装简便、受力科学等。具体的工作流程如下：工作压力来自于三个工作缸，通过液压缸传递压力，并运动至滑块；压边力源于压边缸，通常压边缸固定在工作台上。在此情况下，上模与下模经合拢，在上下压边力的双重支持下，实现了单向拉伸。在使用液压机时，应充分认识其机身动态性能，还应了解其滑块的动态性能，主要是因滑块直接连接着液压缸及机身，二者连接刚度不牢固。液压机的成型精度及效率等均受滑块影响，如滑块既有的振动频率及振型等，因此对液压机滑块展开结构优化设计及计算是必要的。
2.2滑块有限元分析
多于众多问题而言，如果采用传统的解析法求解，因假设过多而影响结果精度。在现今技术支持下，特别是计算机技术，随之出现了有限元法，其应用日渐广泛与普遍，将其用于各类问题中，获得了近似解，其思想为化整为零、积零为整，对连续求解区域进行离散，使其成为有限个单元的组合体，再构建各单元有关的关系式，经组合以便于处理相应的场问题。有限元分析法常用于非线性分析以及较为复杂问题的求解，其具备丰富的功能，如动态、位移、热传导及准静态等分析，在机械、航空、汽车、化工等领域均扮演着重要的角色，得到了广大学者及科研工作者的认可与青睐。实际应用中主要是使用专门的三维造型软件，对结构展开三维建模，通过有限元软件及三维造型软件间的接口，在有限元软件中导入三维实体，同时划分网格、添加载荷及边界条件等，此后将获得结构应变力变位移云图，结合模拟结构，可对研究对象进行结构优化。关于滑块的有限元分析：第一步便是构建滑块有限元模型，研究中可采用不同的方法进行构造，如：三维CAD软件，建立滑块三维模型，将其导入到ANSYS，建立数值模型，在建模过程中应尽可能地满足滑块的力学特征。有限元分析中最为关键的环节便是网格划分，其中网格的类型、数量等均对计算成本、精度等有着直接的影响，在对滑块结构进行网格划分过程中，结合有限元的特点，可随意选取大小、粗细的网格，但实践中应充分关注两个因素，分别为计算成本与计算精度，以此保证网格划分的合理性与有效性。此外在划分时应遵循以下原则：第一，对结构特征进行简化时要确保其符合基本的运算精度；第二，建立的数学模型应具备针对性，不仅要具有较高的精度，还应拥有较低的成本；第三，选用的网格单元类型应合理，避免出现结构受力处于失真状态。滑块的网格类型可以选用四面体单元C3D4，对网络尺寸进行细化处理，为了提高网格质量，应对其进行全面检查与进一步优化。边界条件的施加情况如下：密度为7.88E3（kg/m3）、弹性模量为208GPa，屈服极限为236MPa，强度极限为426MPa，泊松比为0.29。对于滑块而言，其运动时受液压缸影响，同时其固定点处于滑块和液压缸相连处，因此在分析时需要利用6个自由度对滑块与液压缸进行约束。如图1所示：第二步，分析模态结果，在分析滑块模态过程中采用兰索斯法，经分析后，提取前八阶的既有频率与振型，具体的指标如下：第一阶到第八阶的固有频率分别为35.43Hz、36.43Hz、64.35Hz、114.32Hz、124.34Hz、130.42Hz、158.64Hz、312.45Hz，通过对振型的读取可知，前三阶振型可有效呈现滑块的动态特征，因此对三者给予了重点研究。经模态分析证实，第一阶振型围绕Z中心轴进行旋转，该振型直接决定了滑块的导向性，增加了滑块与导柱间的接触力，随之影响了滑块导向机构的使用时间；第二阶振型围绕Y中心轴进行扭转，此振型直接影响着主缸及侧缸活塞杆，当其水平一致性变化后，三个液压缸便会出现歪斜问题；第三阶振型围绕X中心轴进行扭转，此振型直接影响着工作台上的平面及滑块下的平面，使其平行度发生了改变，同时也对滑块和立柱间的垂直度造成了一定影响。在此情况下，如果未能给予合理优化与改进，加工精度将降低、模具使用时间缩短。
2.3优化算法
优化的对象主要有三个，分别为：第一，设计变量，其具有一定的独立性，又称自变量，通常每个自变量均有着上限值与下限值，并对值的变化范围进行了定义，最多情况下，自变量可有60个，其可同时处在ANSYS程序中，经优化后被设定，状态变量，其为设计变量的函数，具有约束作用，通常其最多可达到100个，经程序优化后被设定；第二，目标函数，其为设计变量的函数，如果设计变量值发生改变，则目标函数值也会随之改变，通常在程序优化中仅有一个目标函数被设定；第三，分析文件，其为命令流出文件，其处于整个分析过程中，体现在前处理、求解及后处理等各个方面。优化算法，在ANSYS中创建不同的优化算法：一种为零阶逼近法，又称为零阶法；另一种为一阶法。第一种方法中涉及两个关键涵义：其为目标函数与状态变量的逼近方法；其使约束问题转变成了非约束问题。第二种方法与上述方法一致，二者均是向目标函数增加惩罚函数后，实现了约束与否问题的转换。该方法可使用因变量对设计变量的偏导数，在重复过程中，梯度计算搜索方向受最大斜度法及梯度计算法影响，此外非约束问题可借助直线搜索法使其达到最小化，利用一系列的子迭代，构成了每次迭代过程，同时其中也涵盖了搜索方向以及梯度计算。与第一种方法相比，后者的缺点明显，即计算量多大，但经严格计算后可获得精准的结果，少数情况下，精准的结果未必表示获得了最佳解。具体的优化流程如下：在ANSYS中展开优化设计，优化计算时，对设计变量与状态变量等设置约束条件，同时设置相应的目标函数、循环控制模型以及最优化方法等，此后结合假设条件构造目标函数，在此情况下便实现了问题的转换，即：由约束优化问题转变为非约束优化问题，再给予迭代计算。在搜索时以约束空间内的某一方向实施，随之会出现一系列的解；根据某一法则，提出新的设计变量，此后再进行新一轮迭代计算。当条件未能符合预先设定的值，则要继续迭代计算，而如果条件符合设定值，则结束计算，并输出结果。
2.4滑块质量优化
液压机滑块作为重要的组成部分，因频繁使用，其受损频率较高，同时其作为滑动部件及受力部分，应对其质量进行积极的优化与改进。由于设计初期便确定了液压机整体数据，因此设计过程中将已知的滑块数据视为变量。经分析证实，滑块质量改变主要受板位置及其厚度的影响，而其也受滑块力学性能及动态性能影响。关于滑块的数学模型，第一，目标函数，其作为滑块质量的最小值minM（x1，x2......xn），因质量受体积、密度决定，即)......,(min)......,(min2121nnxMx×=ρxxxVx，因此在体积处于最小值的情况下，目标质量为最小值，在此情况下，优化时仅关注最小体积即可；第二，设计变量，因滑块质量最小值与其厚度、长度、密度等有关，因此在设计数学模型的过程中，设计变量应选取滑块内部各筋板的厚度，将各号筋板的厚度视为设计变量，初始值均为30、下限值均为20、上限值均为65；第三，状态变量，其为设计变量函数，又称因变量，对于任何液压机而言，其构造确定均应满足结构设计基本要求，即复合材料强度、刚度等需求，状态变量应选取滑块的最大应变及最大应力，结合常规横梁刚度可知，单位跨度挠度应低于0.2mm，滑块宽度经液压机既有参数可知，其为4.5m，在此基础上，滑块挠度应是0.9mm。经优化结果对比可知，滑块质量明显降低，下降幅度在1.5%左右，最大等效应力有所增加，与优化前对比，增长了约15.0%，同时整体应力分布较为均匀，此外Z方向的位移约5.0%。总之，经优化处理，液压机质量减少，侧面体现其应力与挠度增大。
3结语
综上所述，液压机滑块作为重要的部件，其结构设计情况直接影响着液压机的使用效果。本文介绍了液压机滑块的概况，重点探讨了其优化设计及计算，通过有限元分析法及ANSYS软件，构建了相应的模型，待优化后获得了最小质量，同时其位移、应力等分布也更加规律与均匀。
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