船体结构设计及建造研究论文[五篇范例]

第一篇：船体结构设计及建造研究论文

【摘要】本文论述了船体结构设计和建造中应注意的多个细节，并指出处理好这些细节的措施，这对于提高船舶的建造质量、缩短建造周期有着重要的意义。

【关键词】船体;结构设计;建造细节;处理研究

1船体分段接口的优化处理工作

1．1有利于船体的装配工作

图1Ｒ型分段传统，我公司建造的散货船，在货舱区域分段作业的时候，一般会选择分离顶边舱、底边舱的处理办法，使其各自成为独立的分段。传统的“P”型的分段方法会导致船体重心分布的不均匀。在后续的船台装配作业中，就需要额外的辅助设备加以支持，才能确保分段作业时船体的稳定性。现在，我们把对底边舱框架的设计加以优化调整，重新设计船体框架的断开界节点，并加设面板。这样的分段方法能够使得部分底边舱规划到顶边舱所在的段上，这样船体就由“P”型分段转变成了“Ｒ”型的分段，如图1所示。这样的处理方式大大简化了底边舱框架的分段合拢作业，只需施以填角焊即可。这样的细节处理方式既提升了船体分段接缝的焊接速度，同时也保障了船台装配的安全稳定性。

1．2有利于船体的舾装作业

以前本公司在分段划分作业时，往往把机舱划分为双层底、下平台、上平台等。船体机舱双层底分段的外板、前端壁往往会选择高出双层底100mm到150mm的设计。这样的结构设计，对双层底的舾装设备的安装作业带来了很大影响。为了提高预舾装的量，本公司把散货船的机舱底分段进行了优化，转变成了双底盆形分段，这种结构设计在机舱前端壁的接口上增加了一个板列，大约高出机舱内底1000mm。这样结构设计方法大大减少了舾装的船台工作量。

2改进通焊孔减少补板

以散货船为例，其货舱区域内双层底的内底板与底边舱斜坡板的相接处是应力危险区域。而在传统的船体设计中，会在该处肋板以及肘板上开设半径为50mm的通焊孔。这种通焊孔的具体工艺以及加工方法如图2a所示。该通焊孔处的肋板以及肘板较多，所有档肋部位均要加设补板，大量的补板需要，不但增加了现场的工作量，还增加了船舶建造的成本。这对这种状况，将Ｒ50的通焊孔变为10×10切角，如图2b所示，焊后堵死，这样的细节设计在满足规范要求的同时，减少了大量补板的作业，节约了船舶建造的材料成本以及人工成本。

3舱口围板角隅处散货防堆积板的细节处理

以散货船为例，其舱口围板的角隅处，往往是只有散货落货板，以防止散货堆积的现象。货舱舱口的角隅处属于应力危险区域，所以此处主甲板的施工一定要做到光顺圆滑。散货落货板在设计中，设计者要注意在甲板板口和落货板间留下10mm到15mm的缝隙，如图3a、图3b所示。如果前期的船体结构设计中没有留下间隙，如图3a，图3c所示，主甲板舱口角隅处就极易出现应力集中现象。

4舱口围板纵向肘板端部的细节处理

在舱口围板中，围板侧壁端部纵向肘板的设计往往会使用如图4a所示的过渡形式。这种结构形式的过渡肘板非常容易会给开舱机的轴承底座结构产生冲突，从而导致此处填角焊缝产生裂缝。针对这种状况，我们将围板侧壁端部纵向肘板的设计使用如图4b所示的过渡形式。这样既能够避免其与开舱机的轴承底座出现冲突，又具备施工简单、工艺性的特点。

5测深管底部冲击板的设置

船舶验收方非常在意测深管底部舱底板的测深垫板问题。传统的船体设计中，本公司的测深垫板通常会使用如图5a的形式。在这种类型设计下，测深垫板的安装工序必须处在舱底板安装工序之后，对于舱底板充当外底板的情形，必须在测深管就位后测深垫板具备定位的条件，因此具体的施工非常得困难。为改变上述难题，本厂将测深垫板提前定位在测深管的底部，见图5b所示。这样的结构设计下，仅需在测深管底部开一长孔就可满足测深的需要。测深管可以事先地位组装，不需要为了安装测深垫板特意进舱，减轻了施工个队伍的工作量。

6结语

上述5个问题，均是我公司在建造船体中所遇到的。要建造世界领先的船舶，就要在船体结构的设计和建造中，加强对船体结构细节问题重视程度，尽可能的把细节问题处理到最优。

参考文献:

［1］竺一峰，胡嘉骏，张凡，丁军，祁恩荣．船体结构典型节点疲劳模型试验［J］．舰船科学技术，202_(09):24～30．

第二篇：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:

［1］付艳强．论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用［J］．科技风，202_，27(1):146－147．

［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，202_，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，202_，18(23):277．

第三篇：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。

第四篇：异形柱结构设计研究论文论文

摘要：本文详细阐述了异形柱框架的受力特点，对设计实际工程中异形柱结构的分析计算、构造措施等方面进行了探讨，并给出成功的工程设计实例。

关键词：异形柱；框架

1前言

近年来，异形柱框架或异形柱框架一剪力墙结构作为一种全新的结构形式广泛用于小高层住宅建筑中，相对于传统的短肢剪力墙或框架结构，能更好的满足建筑需求且造价略有降低，因此具有更好的经济效益和社会效益。该结构形式一般指同层内异形柱数量超过柱总数量10％的框架或框架剪力墙结构，适用抗震设防烈度为6度或7度的地区。

2受力特点

异形柱是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱，而采用多个小墙肢的组合截面柱子，由剪力墙演变而来。柱肢截面中各肢高厚比不大于4，常用的有L形、T形和十形，亦有采用Z形。柱肢宽度一般使用与墙体相同的厚度，一般为200～250mm，不大于300mm。肢长较大，《规程》规定不小于500mm，一般为600～800。除此之外，不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6，各肢截面厚度不能相差过大。

虽然异形柱由剪力墙演变而来，但由于柱截面本身的特殊性，异形柱结构的受力特点既不同于剪力墙结构，也与普通框架相差很大，具有自己的独特性，在荷载作用的结构反应更加复杂。国内外大量的试验资料和理论分析证明，异形柱的破坏形态有：弯曲破坏、小偏压破坏、剪压破坏等，影响破坏形态的因素主要有：荷载角、轴压比、剪跨比、配箍率等。

2．1整体计算分析

异形柱的存在和不同的布置对结构整个抗侧力刚度影响很大，总体来讲相对于同样布置的同截面矩形柱结构，异形柱结构的整体性要好，刚度略由增强；而单结构形式来讲，异形柱结构的刚度介于普通框架和框架剪力墙之间。文献[2]对8度区－6层住宅分别采用矩形柱和异形柱框架进行设计，然后分别采用SATWE和CRSC程序对比分析，结果表明在地震作用下异形柱结构的底部剪力要比矩形柱框架结构大16％～26％左右，各层柱的平均剪力和节点剪力也比矩形柱框架大很多。异形柱结构的受力特点介于普通框架柱和剪力墙之间，结构的抗震性能比较差，在内力分析计算时，既不能完全按普通框架柱，也不能完全照搬短肢剪力墙。

根据规范要求，对于矩形柱结构，当无斜向抗侧力构件时，结构设计的地震作用方向一般取工程纵横轴方向，即0°和90°以此来求得地震作用下的结构内力，正截面承载力两个方向分别按单偏压计算配筋，其承载力基本上可以包络地震作用沿其他方向的情况。但对于异形柱，由于截面惯性矩沿不同方向差别很大，地震作用下柱受力的最不利方向不一定0°或90°，也就是说仅沿该两个方向计算的正截面配筋并不能完全包络地震作用沿其他方向时的情况，尤其在高烈度地区体现得更显著。对此，《规程》强制规定，7度及以上时地震作用尚应对与主轴成45°方向进行补充验算。

考虑到受力后异形柱结构反应复杂，抗震性能不好，为符合“三水准两阶段”的抗震设计思路，地震作用计算后梁柱的内力调整都相对要求更严格些。对此，目前国内通用的结构设计软件PKPM并没有体现出来，虽然可以建立异形柱的模型，但尚未增加异形柱这种结构形式。其内部的内力调整和截面配筋计算仍然按照矩形柱或者短肢剪力墙的模式进行的，这难免会带来误差，有时可能相差甚远。天津大学开发的异形柱设计软件CRSC尚未普及。

目前很多设计都是把异形柱作为短肢剪力墙，按短肢剪力墙结构利用PKPM等空间软件进行分析设计，误差大在所难免。相对精确的设计方法是：假设梁柱节点与普通框架梁柱节点相同，按等主轴刚度及等截面面积两个条件把异形柱截面转化成等效矩形柱截面，利用空间有限元分析程序进行内力分析，求出柱的内力重新按照有关异形柱截面的配筋计算公式进行截面配筋验算。但这种等效转化后的计算模型仍与实际结构有较大出入，由于异形柱肢长比较大，与梁相交时梁柱重叠部分较大，形成类似与壁式框架的梁柱刚域，梁的计算长度大大减小，实际结构的侧向刚度比计算模型大，导致地震力计算偏于不安全，文献[3]对柱内力在程序计算结果的基础上乘以约1.1的放大系数或者加大周期折减度以适当考虑其影响。但这也是权宜之计，且对于普通设计人员来讲过于费时费力，不利于提高效率。

2．2正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力

柱肢截面的差异，导致柱肢平面内外两个方向的截面特性相差较大，异形柱截面在轴压力及弯矩剪力共同作用下，正截面承载力的计算是一个十分复杂的问题，因为柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直，也不与截面边缘平行，其位置随截面尺寸、混凝土强度、配筋率及荷载角等诸多因素的变化而变化。进而导致柱肢平面内外两个方向的惯性矩差异明显，进而侧向刚度相差较大，对不等肢的截面表现尤甚。因此普通柱正截面抗弯验算的计算公式并不适用于异形柱，《规程》将异形柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元，仍然采用平截面假定给出了双向偏压的正截面承载力验算公式。

由于多肢的存在，其截面的剪力中心往往在截面外，受力后主要依靠柱肢交点处的核心混凝土协调变形和传递内力，导致各柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力，柱肢易首先出现裂缝，核心混凝土处于三向受剪状态，变形能力降低，脆性破坏特征明显。

异形柱的斜截面受剪承载力也随荷载作用方向而变化，但对同一方向的地震作用由于翼缘的有利作用，通常比等面积矩形柱高，文献[4]表明，T形截面柱的受剪承载力至少为同截面面积矩形柱的1.15倍，L形柱则基本相同。

2．3节点强度

普通框架只要梁柱截面满足规范构造要求，节点核心区面积大，除二级或更高抗震等级的节点外，一般不需要特别进行节点抗剪验算。但异形柱框架的肢厚不大，节点核心区有效水平截面积小。另外，异形柱由于轴压比的要求，通常肢长较大，相对同截面面积的矩形柱来讲，刚度大，地震作用大，相应的节点剪力比相同布置下(柱面积相等)的矩形柱结构大很多。因此异形柱框架节点一般都需要验算节点抗剪强度。同时，异形柱肢厚度偏薄，节点斜压机制引起的核心区斜压力相对较大，钢筋握裹性能差，施工质量的可靠性也难以满足。

异形柱截面形式的不同，其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位，翼缘的作用得以充分发挥，节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形相差最大，受剪承载力下降最大。文献[5]研究表明：L形、T形、十形柱节点的受剪承载力比具有相同有效截面的矩形柱节点分别低33％、17.5％、8％左右，且用于矩形柱框架节点抗剪验算的公式已不适用于异形柱节点。在高烈度地区控制异形柱结构适用高度的参数已不单单是柱轴压比，而是节点区的强度。

3构造措施

异形柱的受力情况复杂，结构延性相对较差，单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求，因此必须加强构造措施，从概念出发，保证结构具有足够的安全度。

3．1结构平面布置

异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系，根据结构平面布置和受力特点，可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式，特别注意在受力复杂部分采用矩形柱。平面布置宜使结构平面刚度均匀对称，尽量控制或减小扭转效应：竖向布置注意体型力求简单规则，避免过大的外挑内收，避免楼层刚度沿竖向突变；柱网尺寸不易过大，一般不超过6m，柱矩大梁高也大，一方面建筑净空难以满足要求，另一方面柱承受的轴力也大，轴压比高，于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束，宜采用现浇楼盖。

3．2轴压比及柱配筋

对于柱而言，控制其延性的因素很多，不管对矩形柱还是异形柱，轴压比无疑是最重要的控制条件之一，其侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降，对异形柱更应从严控制。这可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载，局部压应力大，可设置暗柱。曹万林等《钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析》表明：带暗柱异形柱与普通异形柱相比，承载力及延性和耗能能力有显著提高。

异形柱截面的剪力中心与截面形心不重合，剪应力的存在使柱肢先于普通矩形柱的剪压构件出现裂缝，产生腹剪破坏，导致柱脆性显著，延性普遍低于矩形柱。而且柱截面可能出现单纯翼缘受压，此时柱的延性最差，因此需要进一步提高异形柱的抗剪能力。除此之外，尽量避免短柱的出现，对剪跨比小的短柱要采取相应的加强措施，以免形成薄弱环节。

3．3节点构造

节点已经成为异形柱结构的薄弱环节，考虑到节点处钢筋的锚固以及保证节点区混凝土浇筑的质量，柱钢筋数量不宜过多且直径不宜过大。

4工程实例

长沙市某住宅楼长24.7m，宽14.5m,建筑面积3575m2左右，地上架空层一层，层高4.5m，住宅十一层，层高3.0m，最大建筑高度为39.0m，平面图见图1。该工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类。采用异形柱框架——剪力墙结构，剪力墙抗震等级为三级，异形柱框架抗震等级为三级。采用SAIWE程序分析，各层间位移角见图2，满足规范对层间位移的规定；同时重视抗震概念设计，加强构造措施。目前已竣工验收交付使用，经观察结构整体状况良好。

5结语

异形柱结构具有广阔的应用前景，但其受力性能具有自己的独特性，目前仍需要进一步研究以完善设计理论，开发更适用的设计软件，提高工程设计效率，便于推广运用。

参考文献：

[1]JGJ149-200，混凝土异形柱结构技术规程。

[2]黄锐，抗震设防高烈度区异形柱结构设计应注意的两个问题，建筑结构，202_(5)。

[3]沈伟，汪杰南京虎啸小区09栋住宅异形框架设计，建筑结构，202_(11)

[4]李建辉，论述异形柱轻型框架的设计，福建建筑高等专科学校学报，202_(2)。

[5]曹祖同，霞等，钢筋混凝土异形柱框架节点强度的研究建筑结构，1999(1)

第五篇：饲草打捆机结构设计研究论文

上料单元主要由六部分组成，即：料斗、输送装置、支腿、电机、行走轮和传感器。切碎的饲草存放在料斗中，通过输送装置喂入到打捆单元，支腿的作用就是将输送装置支撑到指定高度后固定，便于输送装置将饲草喂入打捆单元，电机则是为传动链轮提供动力。为了便于行进，料斗安装在行走轮上。传感器的作用则是接收饲草捆成型信号，控制上料单元工作的启动和暂停。

1料斗

料斗由中翼、前翼、后翼和底板等组成，如图1所示。为了在打捆机到达工作地点之前的行进过程中或者闲置时能减小料斗占用空间，料斗应做成可折叠式，即料斗的各个侧板和前后翼都折叠放置在底板上，如图2所示。考虑到料斗的稳定性，同时考虑在后翼扣放在底板上时能存放工具箱等物品，需要将料斗后翼做成整体。料斗的前翼、中翼和底板之间采用合页连接固定，后翼则通过螺栓连接紧固在底板上，前翼和中翼、中翼和后翼之间则是用挂钩连接。在闲置时，将料斗折叠放着在底板上，先将前翼和中翼连接的挂钩打开，折放前翼，然后将中翼和后翼之间的挂钩打开，折放中翼，最后将后翼连接螺栓松开，把整个后翼扣在底板上。在使用时，需先将后翼安装牢固，然后展开中翼，用挂钩连接在后翼上，然后展开前翼，同样用挂钩与中翼连接。

2输送装置

输送装置分为水平输送和倾斜输送两部分，由饲草输送板、传动链轮、传动链条、倾斜侧板、刮匀器等组成。电机为传动链轮提供动力，传动链轮通过传动链条带动饲草输送板绕轨道运行，完成饲草输送工作。刮匀器的作用是防止底板上的碎饲草成堆状前进，输送不均匀。电机启动后，链轮传动带动饲草输送板工作。绕料斗底板安装的饲草输送板将碎饲草由料斗后方向打捆单元方向输送，饲草到达倾斜输送装置时，由绕倾斜底板安装的饲草输送板将其向斜上方输送喂入到打捆单元中，完成输送任务的饲草输送板绕底板下方经过空行程回到工作行程中，如此循环，直至打捆单元饲草捆成型，在饲草捆捆扎过程中，输送装置暂停运行。打捆单元饲草捆释放之后，输送装置重新开始工作。

3支腿

料斗支腿采用可调节直立支架形式，可根据实际情况调节支架高度，达到支撑的目的。为了便于收起和使用，支腿安装在倾斜底板下方，与支腿支架铰接。行进时，可以收起紧贴倾斜底板悬挂；使用时，放开挂钩，使支腿与地面垂直。支腿主要由支腿固定板、支腿盖板、大小齿轮、支腿丝杠、大螺母、内外壁、底盘、小齿轮轴等组成，如图4所示。安装支腿时，用销轴把支腿固定板和倾斜底板下方的支腿支架铰接。使用时，支腿垂直于地面，根据所需高度对支腿进行调节。调节高度时，顺时针转动小齿轮轴，小齿轮随之顺时针转动，与之配合的大齿轮则逆时针转动，支腿丝杠在大齿轮的带动下逆时针转动，则丝杠旋入大螺母的长度减小，支腿高度增加。反之，支腿高度减小。

本文所述饲草打捆机上料单元由电机为其提供动力，它不仅为牵引式碎饲草打捆包膜机提供打捆原料，而且可以根据饲草捆的成型与否自动启动和暂停，能方便地折叠安装料斗，并且便于更换工作场地，是牵引式碎饲草打捆包膜机正常工作的前提条件。