時間：2022-07-02 02:52:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇結構設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1管架
(1)能源站的主要熱力設備是內燃機、溴化鋰余熱機、直燃機。通過散熱設備完成冷卻系統的循環。散熱設備需要布置于室外，而室外地坪主要用于綠化，因此散熱設備只能放置于相鄰的樓宇C、D座屋面。C、D座高約50米，冷卻水管從地下負三層側墻穿出，通過C、D座豎井直通屋面小間，管路出小間后分配到各個散熱設備。管道豎井為框架結構，管道支撐點通過H型鋼梁簡支在豎井框架梁上，豎井總高約65m，管道支撐點分別設在0、5、9.2、13.2、17.2、21.2、25.2、29.2、33.2、37.2、41.2、45.2m等地方，單根鋼梁最大總荷載為36t。通過計算H型鋼梁的強度和穩定，截面定為HM550X300。(2)冷卻水管出了屋面小間，通過屋面管架輸送到各個散熱設備。管架之間的距離是由管道的最小支撐點距離所決定的。管架選用門型支架，管道支撐點直接設在支架梁上。門架兩柱基礎相連做成一個整體性、剛度較好的整體條形基礎，在柱頂用通長鋼梁連接，加強了管架上部結構的整體剛度。型鋼選用軋制H型鋼，因為軋制H型鋼質量向翼緣分布，在同等用鋼量的情況下，比工字鋼具有更大的抗彎模量。(3)管架宜采用1-2層的低層支架，主要原因為：①散熱設備回水靠重力自流，管路標高直接決定散熱設備的基礎設計高度，過高的管架會造成散熱設備的基礎加高，不僅增加基礎土建工程量，且加大了屋面荷載，勢必造成結構設計的浪費。②相同數量、相同管徑的管路，低層管架相對高層管架，受風荷載與地震荷載的影響小，按2層布置管架，與按5層布置管架傳到屋面板最大荷載對比如表1所示。
2屋面設備基礎
屋面散熱設備及管道總荷載達到約650t，屋面梁采用井字梁結構，梁間距3m，屋面板厚為200mm?？紤]冷塔等散熱設備屬于帶轉動振動設備，為提高樓頂住戶的舒適度，設計時增加了散熱設備基礎的剛度和配重，采用條形基礎，若設備設計安裝標高大于條基高度，采用鋼筋混凝土短柱支撐設備地腳。
3結語
從本工程建設實踐總結出來的認識和經驗有以下幾點。（1）由于熱機系統設計往往稍晚于結構設計，結構工程師大都按常規經驗值進行荷載預留，因此屋面設備、管道及煙道豎井荷載提資應在相應的建筑物結構設計前提出，避免出現結構局部大荷載超標。（2）屋面散熱設備條基可以優化條基高度，以減輕屋面荷載，條基布置形式應采用單向布置，不讓基礎形成封閉的凹槽，防止屋面積水。（3）屋面管架可以采用全鋼結構形式，降低屋面荷載。（4）屋面散熱設備的廢水應采用屋面管道有組織排水，而不是利用屋面自身的散水方式排水。
作者：蒙雪俏 單位：華電分布式能源工程技術有限公司
根據場地巖土工程勘察報告，本場地在5層地下室開挖后，基底已落在強風化層或中風化層，強風化層頂面標高為－21.88～－9.91m。因此本工程基礎主要采用人工挖孔灌注樁，樁端以中風化花崗巖作為持力層，局部微風化層較淺處以微風化層為持力層，部分位置采用天然基礎，仍以中風化花崗巖為持力層。副樓地下5層墻柱在大震下仍然有拉力，故在基礎設計時，綜合考慮抗浮，設置了抗拔樁及抗浮錨桿，錨桿嵌入中風化或微風化層。場地不存在液化土層，地下水對混凝土具有弱腐蝕性，對鋼筋具腐蝕性。
2抗震性能目標及抗震構造加強措施
主樓超限內容［3］為:1)超過B級適用高度15%;2)2層局部挖空樓板，形成躍層柱。根據超限情況，確定主樓抗震性能目標為C級，多遇地震下滿足第1水準，設防地震下滿足第3水準，罕遇地震下滿足第4水準，具體構件抗震性能目標如表2所示，并要求結構在罕遇地震作用下最大層間位移角不超過1/100。本工程2012年6月已通過廣東省超限委員會的超限高層建筑專項審查。
3計算分析
3.1小震彈性反應譜分析小震彈性反應譜分析采用SATWE及MIDASBuilding軟件。沿X，Y向輸入地震波，安評譜計算的基底剪力大于規范譜的計算結果，故采用安評譜進行分析?？紤]偶然偏心，采用剛性樓板假定，主樓周期折減系數為0.9，連梁剛度折減系數取0.7，嵌固端取地下室頂板，分析模型包含3層屋頂架構，共46層。主要分析結果見表3，從表3可以看出，兩種軟件計算結果比較吻合，各項指標均符合高規［4］和廣東省高規［5］(層間位移角限值為1/565)的要求。SATWE軟件計算的層間位移角曲線見圖4，樓層抗剪承載力比值曲線見圖5。
3.2小震彈性時程分析小震彈性時程分析仍采用SATWE軟件，采用2條天然波(Oakwh波、Sanfern波)及1條安評波。分析結果見表4。由表4可知，X，Y向單條地震波計算所得基底剪力最小值占CQC法計算結果的百分比分別為84%，78%，X，Y向3條地震波計算所得基底剪力平均值占CQC法計算結果的百分比分別為85%，86%，符合高規［4］的相關規定。
3.3中震分析中震分析采用SATWE軟件，連梁剛度折減系數仍取0.7，不考慮構件承載力抗震調整系數及與抗震等級相關的內力調整系數，材料強度中震彈性取設計值，中震不屈服取標準值，其余輸入參數(考慮偶然偏心、周期折減系數、雙向輸入地震力)同小震分析。配筋較大的第10層墻、柱、梁的配筋見表5，其中各構件編號見圖3(b)。由表5可知，墻柱配筋取小震分析結果即可滿足中震分析要求，梁的配筋取小震和中震分析的較大值。首層典型剪力墻抗剪承載力見表6。由表6可知，剪力墻抗剪承載力有很大富余。由表5，6可知，各構件均符合抗震性能目標的要求。
3.4大震動力彈塑性時程分析
3.4.1基底剪力和層間位移角采用MIDASBuilding進行大震動力彈塑性時程分析，梁柱鉸特性值均采用武田三折線模型(考慮剛度退化修正)，剪力墻采用纖維單元模擬，并采用施工圖的實配鋼筋。采用小震彈性時程分析的3條地震波，峰值加速度均為220cm/s2，持續時間均為30s，地震波的時間間距為0.02s。主要分析結果見表7，層間位移角響應見圖6。由表7可知，大震動力彈塑性時程分析的基底剪力與小震彈性時程分析的基底剪力的比值的平均值為3.53(X向)、3.78(Y向)，滿足高規［4］要求，同時也說明結構耗能良好。Sanfern波作用下結構響應最大，X，Y向的最大層間位移角分別為1/195，1/189，均小于高規［4］限值1/100的要求。由圖6可知，X向層間位移角呈彎剪型，Y向層間位移角呈剪切型，主樓X向采用弱連梁連接的雙筒，比Y向有較好的耗能機制和耗能次序。
3.4.2結構抗側力體系損傷情況取結構響應最大的1條天然波(Sanfern波)X向地震作用下的結果進行分析。由圖7，8可知，在罕遇地震作用下，塔樓結構主要抗側力構件沒有發生嚴重破壞，大部分連梁和框架梁屈服耗能，框架柱未屈服，底部加強區墻體少量進入抗彎屈服狀態，墻體未出現剪切屈服，這說明結構是“梁鉸破壞”機制。計算結果還表明，結構的耗能機制和耗能次序為:弱連梁耗能屈服強連梁及框架梁耗能屈服核心筒部分抗彎耗能屈服框架柱部分開裂。這說明結構是通過弱連梁和框架梁的屈服作為第1道耗能防線，雙核心筒作為第2道耗能防線，框架柱作為第3道耗能防線，實現了良好的耗能機制，有效保護了豎向構件，延緩了主體結構的損傷。由圖9可知，弱連梁延性系數大部分在0.5～3.5之間，極少部分在3.5～5之間，弱連梁仍具有較大變形能力，可以承受豎向荷載作用，結構整體和各類構件還有較大的彈塑性變形能力儲備。
3.5無梁樓蓋的屈曲分析本工程設5層地下室，為滿足在相同凈空要求的前提下能有效減小建筑層高，同時也能夠減少土方開挖量，地下3層～地下1層地下室樓蓋采用無梁樓蓋體系，板厚270mm，柱帽厚550mm。由于埋深較深，土的側壓力和水壓力較大，故采用SAP2000軟件(V15.2.1版)對地下3層無梁樓蓋(圖10)進行屈曲分析。取恒載G+活載L作為初始荷載，屈曲荷載工況為:(Kaγh1+γwh1)h。其中Ka為靜止土壓力系數;γ為土的浮容重;γw為水容重;h1為計算點深度;h為地下室層高。屈曲模態見圖11。計算結果表明，第1階屈曲模態特征值為54.1，第2階屈曲模態特征值為62.5，第3階屈曲模態特征值為72.3。由此可見屈曲模態特征值遠大于10，無梁樓蓋穩定性有足夠的安全儲備。
3.6抗震構造加強措施根據主樓超限內容及計算分析的結果，采取如下的抗震構造加強措施:1)全樓抗震等級按一級采用，適當提高核心筒剪力墻分布筋的配筋率。2)對于連接雙核心筒的弱連梁，其承載力為抗彎控制，抗剪承載力富余較大，同時配置加強箍筋及橫向拉筋，提高該處連梁的變形能力。3)底部第2層由于建筑雙層柱廊要求，結構樓板縮進，形成邊框柱跨兩層高。柱計算長度l為14m，l/b(b為柱寬)為8.5＞4，為中長柱，其穩定系數接近于1，具有很好的延性。為了提高1～2層結構的側向剛度及水平承載力，采取了加大底部兩層墻體厚度和加大邊框柱截面的措施。4)工程無豎向不規則，無抗剪承載力突變，無樓層質量不均勻，除頂部局部平面不規則外無平面不規則;無扭轉不規則，除個別樓層外，其余樓層的扭轉位移比均在1.2以內;通過改變柱尺寸、剪力墻厚度、采用剪力墻開洞口等方式逐步縮短剪力墻長度，使結構剛度由下至上逐漸均勻減小，不出現剛度突變。5)工程雙筒的連梁配筋取小震作用下兩端剛接和兩端鉸接的較大值。
4結語
1首根線纜的布置，提綱挈領
常選取路徑最長的線纜作為布線設計中的第一根線來實施。優點是后續布線時以此線纜為參照做沿纜布線設計，其他線纜可借用整個走線路徑，或者借用其中一部分走線路徑，快捷方便。在使用沿纜布線時，需要指定具體參照的那根線，并且指定選取參照線纜中使用的初始位置和終止位置供參照創建。當第一根線纜生成以后，由于與連接器相連接的初始段和末段線纜路徑連接是系統自動產生的，與所期望不相符時，可事先在連接器中創建合適的空間位置點，給通過與連接器相接的那段線纜插入合適的空間位置點，修改其走線路徑，調整其位置，達到預期效果。
2參照首根線纜設計后續線纜
后續線纜可參照先前創建的線纜布線。當布線需用另外一個布線網絡中的一部分，而這兩個布線網絡又不連接時，需先將借用的那個布線網絡設置共享后，對原本兩個不相連接的布線網絡創建連接，再從一個布線網絡到另外一個布線網絡借用參考布線，實現線纜跨網絡布線；當兩個或多個布線網絡交叉時，布線時系統不知道哪個布線網絡是優先走線路徑參考，可將優先考慮的那個布線網絡與其他布線網絡交叉點后方緊接著的那個位置點屬性設置為“必須”，并配合將另外一個布線網絡交叉點后方緊接著的那個位置點屬性設置為“不允許”，以此來設置布線網絡的優先級層次。
3后期線纜規范調整，美化走線設計
當一個布線網絡被多條線纜參照使用時，常出現線纜扭曲交叉干涉的情況?？赏ㄟ^設置線纜扭曲交叉干涉較嚴重的位置點及其前后位置點的屬性，改變角度值，調整理順線纜；對多股線可修改設置位置點的“最大直徑”，增大其間隙，消除干涉。如果線纜很多，常通過增加走線槽加以規整，使其規范。在虛擬布線中，線纜扭曲交叉干涉現象不影響實際布線，可酌情放寬要求。
4提高布線美觀性,優化結構設計完整性,驗證布線工藝可行性
增加線號、扎帶、走線槽及護套元件，美化和規整線纜，使其更加逼真，與實際工藝相一致。與此同時，它也能反饋虛擬布線的位置是否滿足結構設計要求，布線工具是否適用，操作和后期維護是否方便，是否需要對產品增加布線結構工藝件，滿足布線工藝可行性，或對某些零部件增加輔助工藝，如扎線孔、引線支架和引線橋等。在總裝中，審閱當前布線的工藝和結構，通過對需要增加輔助工藝特征的零部件進行激活，增加輔助工藝開孔特征或引線支架和引線橋等元件。由于CREO統一數據庫具有全相關性，對零部件的修改會實時反映到總裝上，從而使總裝效果的審閱非常方便。當確認所有的工作完成后，可把線纜裝配下的骨架模型隱藏，消除總裝配中復制幾何模型和原來零部件模型干涉造成的顯示重影問題，完整的布線仿真三維模型全部生成。布完線的骨架模型和完整布線三維模型如圖2所示。
5結語
基于CREO／Cabling虛擬技術，對電氣設備布線結構進行仿真設計，能夠優化產品結構設計，適時反饋產品結構布線設計工藝可行性，逼真模擬產品最終效果。利用CREO統一數據庫的全相關性，快速修改虛擬制造中反饋的實際布線結構的不合理處，同時反映到總裝配中，解決了以往需要實際生產才能驗證的結構設計合理性和工藝可行性問題，改變了需生產出樣機才能做出產品推廣的各種宣傳圖片的現狀，可顯著縮短產品開發周期，降低產品試制加工費用。利用CREO提前做好產品的企業宣傳資料，還能為產品的快速投入市場贏得寶貴時間，提升企業的市場競爭力。
作者：袁平定 張娜 王楊陽 單位：許繼電氣股份有限公司
1.1計算機輔助結構設計的含義
計算機輔助結構設計就是結構CAD，它是結構設計工作人員的一種得力工具。計算機輔助結構設計的應用水平是衡量一個結構設計單位技術高低的重要內容。計算機輔助結構設計包括利用計算機繪制工程圖紙和對結構進行相關力學分析計算的兩個內容。在進行結構設計過程中，確定初始結構設計內容之后，最重要的工作就是通過繪制工程圖紙來表達自己的結構設計理念，因為工人是通過工程圖紙來制造實物的。有時候為了繪制表達一個結構設計的思想理念，結構設計人員需要畫出幾千張甚至上萬張的工程圖紙。隨著計算機的應用越來越廣泛，各種各樣的計算機繪圖軟件也如雨后春筍一樣飛速的發展起來，出現了計算機圖形結構設計這個新的內容，很大程度上解放了手工繪圖的體力勞動，同時，也提高了繪圖的工作效率。以前需要幾個月甚至幾年來完成的結構設計力學分析，現在運用計算機繪圖軟件只要幾十天就可以做完，而且繪制的圖紙準確度比手工繪制要高很多。
1.2計算機輔助結構設計的應用
計算機輔助結構設計的應用過程中，程序設計和計算模型的假定是最核心的內容，因為這直接影響到結構設計分析的表達效果。比如高層結構設計分析軟件，現在我國的工程應用中比較常見的主要有如下幾類：基于薄壁理論的三維結構設計分析軟件，薄壁理論的優勢在于結構設計的自由度小，能夠把復雜的多層結構設計分析進行簡單化。但是，薄壁理論的三維結構設計分析軟件也存在一定的缺陷，在實際的工程操作過程中剪力墻很難滿足薄壁理論的假設，計算結果與實際相比差異較大，計算結果精度比較低；基于薄板理論的結構設計分析軟件是把沒有洞口或者洞口比較小的剪力墻模型進行簡化，看做一個板單元，把洞口比較大的剪力墻模型也進行簡化，看做板梁連接體系。基于薄板理論的結構設計分析軟件對剪力墻模型的簡化結果不夠具體；基于殼元理論的二維結構設計分析軟件，殼元不但有平面的里剛度，還有平面的外剛度，殼元理論下的二維結構設計是模擬剪力墻和樓板能夠較理想的反映真實的受力情況，從理論上來講比較科學，分析結果的準確度也比較高。
1.3計算機輔助結構設計及其應用的意義
隨著經濟的高速發展，人們的生活水平也在不斷提高，對于居住環境的要求也越來越高，這就需要結構設計人員和建筑人員深入了解復雜的建筑結構體系。結構設計人員應用計算機輔助設計軟件不但能夠簡便快捷的計算各種比較復雜的空間結構的靜力和動力關系，還能夠對不同的結構設計方案進行相互比較，進而選擇最優最佳的方案。以前因為計算方法相對落后，雖然結構設計人員想在出結構設計方案時進行多方案相互比較，但是人工計算的難度和工作量都很大，計算的工程圖也不是足夠的科學合理，很難做到對復雜的三維結構精確的進行分析，工作時間過長，多方案比較很難實現?，F在計算機的計算速度加快，內存增加，這使得那些復雜的空間結構設計分析難度下降，計算時間大大減少，計算精度也大大提高，可以在很短的時間里進行多方案比較，進而找到技術先進、經濟合理的結構設計方案。在結構設計的工程試驗中，隨著計算機輔助軟件的應用，人們開始逐漸研究利用計算機模擬工程的應用。計算機輔助軟件模擬工程的優勢是它可以完全不受空間尺寸的約束，提供完整清楚的結構數據和圖形，節省人力、物力和財力，利用計算機輔助軟件，能夠快速檢驗到出樁的承載力和結構合理性。
2計算機輔助結構設計及其應用中的注意事項
計算機輔助結構設計的重點在于對計算模型的假定，當應用計算機輔助結構進行結構設計時，應該堅持人機結合，但應該發揮結構設計人員的主觀性，保持清醒的頭腦，對計算機的輔助結構設計不能太依賴，所有的設計還應該以實際的受力情況為根本。在進行結構設計前，應該進行多方相互比較，進而確定合理的受力結構。計算完成后應該對計算結果仔細檢查：保證工程項目的安全順利進行。雖然計算機輔助結構設計的應用已經非常廣泛，但其中還是存在很多不足，我們應該充分認識到目前計算機輔助結構設計軟件還不是很完善，應用過程中具體需要注意以下幾個方面：在結構計算前應該選擇準確的結構受力方案，如果沒有準確合理的結構受力方案去運用計算機輔助結構設計軟件進行分析，就一定不會得到準確的結果，比如現在的很多中小型建筑，連選擇什么樣的結構都不確定，就開始應用計算軟件，分析的結果數據也當然就不會準確合理了；結構設計人員在進行計算機輔助結構設計之前，必須對軟件進行相關的檢查，而且檢測工作一般都應該是具有結構設計經驗的工程師來做的，檢查的內容有軟件的適宜運行的內部和外部環境、軟件的計算準確度以及軟件運行過程中可能出現的問題，比如某院所有的計算機輔助結構設計應用軟件，應用之前都會由幾個經驗豐富的結構工程師進行檢查，確定該軟件能夠正常運用于工程項目之后才將其投人使用；結構設計人員在進行計算機輔助設計的過程中，應該根據具體工程的相應的特征運用科學合理的方法來選擇計算的參數。計算參數是計算結構受力體系的基礎，如果基礎不科學甚至出現錯誤，那計算的結果也不會合理甚至出現錯誤，進而加大工程事故發生的幾率，比如某框架的結構設計由于計算參數不科學，計算結果出現了很大的錯誤；當結構計算完成后，結構設計人員必需對所得到的計算結果進行認真仔細的校核，確認沒有錯誤之后，才能夠開始施工，計算機輔助結構設計繪圖軟件的開發商通常會在軟件的買賣合同中寫明：“本軟件應用于工程設計時請相關結構設計人員核準結果后使用”的字樣，這從側面反映出計算機輔助軟件還處在發展階段，有些功能有待完善，需要不斷的進行升級改進；此外，嚴格對計算機進行管理和維護，避免計算機被病毒入侵，如果選擇局域網絡版的軟件應用，應該要求所有的外來軟件必須進行殺毒才可以復制到系統里，防止病毒破壞計算機軟件的數據，對計算機系統定期檢查，及時發現病毒，及時進行殺毒處理。
3結束語
車內按功能劃分為駕駛室、休息娛樂區、廚房區、衛浴區。功能區分布如圖2所示。
1.1休息娛樂區休息娛樂區位于旅居車前部，由一個可翻轉三人座椅、可拆卸桌子、2部沙發及沙發靠墊組成。車輛行駛狀態時，可翻轉座椅座椅處于前向狀態，作為乘員座椅使用。車輛處于停泊狀態時，可翻轉三人座椅使用方式一為向右側和前方滑動拉出一定距離，靠背旋轉90°與2部沙發以及沙發靠墊一起組合成床鋪，供臨時休息使用。使用方式二為調整可翻轉三人座椅的靠背與墊底，使之處于后向狀態，提供乘員進餐與娛樂。
1.2廚房區廚房區位于車廂的右側后部，由箱體、車載冰箱、清水水箱、污水水箱、水龍頭、洗菜盆等專業設備組成。箱體縫隙采用防水密封膠進行密封防水滲漏。廚房用水使用12V的水泵將水送往水龍頭，而污水直接儲存在污水水箱，方便集中清理。
1.3衛浴區衛浴區在車廂左側后部，主要安裝一臺車載便攜式座便器。座便器本身自帶污水存儲盒，可以集中處理污水。
2供電系統
為保證旅居車的強弱電的供給，加裝了一臺12V轉220V1500W正弦波轉換器和12V輔助免維護鉛酸蓄電池。為節省用電，旅居車的各種燈均采用發熱量小、安全、節能的LED燈作為光源。為保證用電安全，對電纜采用絕緣護套防護且將其牢固的固定在車體上，所有用電設備均進行接地保護并設有電路斷電器。
3溫度控制系統
因其車內空間沒有想應變大，采用原車自帶的暖風機可以保證車內溫度，為監測車內溫度在車內加裝溫度傳感器并通過顯示屏顯示。
4結束語
根據建筑物投入使用中的需求進行設計，這種理念稱為概念設計。先對場地進行考察，得出一個宏觀的設計方案，再將方案中的各結構進行探討，得出優化方案，這種設計方法具有科學合理、節省時間的優點，在現代建筑中得到了廣泛使用。高層建筑結構特殊，對抗震性能的要求高于其他建筑，概念設計通過對設計結構中的承載力進行分析計算，對不符合規范的主要承重部位進行加固?；炷两Y構在高強度的壓力作用下很容易出現裂縫，內部鋼筋材料也會出現彎曲情況，促成這種質量問題的因素一方面是材料選取不合理，更重要的是設計方案不夠科學，高層結構概念設計中容易出現的問題主要分為以下幾方面：
1.1結構不合理、性能缺少驗證。在高層建筑設計中同時要考慮多種因素，保證結構承載力的前提下盡量減少造價成本，需要將建筑結構從總體至細節進行優化。優化工作多數是將設計圖紙中的一些參數進行計算分析，適當的加固墻體厚度，常出現缺少對地基承載力的實際考察情況。高層建筑的抗震能力規定在中等強度地震時建筑物不會產生高危裂縫，并可通過修補達到預期效果，在發生高強度的地震時建筑物保證結構不出現坍塌。地震發生的幾率很小，一旦發生具有極大的毀滅性，高層建筑抗震性能只停留在設計層面，從數據上分析已經達到了國家要求，但各施工地點基層土壤礦物質組成存在差異，松軟程度也就不同，缺少驗證，真正發生危險時其穩定性很難保證。
1.2結構設計缺少創新。高層建筑結構復雜，設計過程中受多種因素限制，為同時滿足多種需求，工程設計師都施行保守方案，缺少創新精神。鋼筋混凝土材質的墻體承載能力與結構有很大聯系，在剪力墻設計方案中，應充分借鑒國外先進技術，基于傳統結構進行創新，解決承載力不足的問題，同時使高層建筑整體結構更符合大眾審美，減少造價支出。概念設計在結構優化上的運用還受很多施工技術以及設備使用方面的限制，阻礙建筑工程行業進步。
1.3受力分布不均勻。高層建筑上下層的結構是不同的，為保證自身重力不會對建筑物造成破壞，基層修筑中會應用到大量的鋼筋混凝土材料，加固底層的同時削弱上層，可減輕對地基的壓力，同時建筑物承受風力和地震破壞的能力更強。進行概念設計過程中，沒有充分考慮轉換層占據的空間和對受力平衡的影響，承重柱滿足了承載上層壓力的要求，但墻體產生的剪力不能與內部的應力平衡，作用在水平方向時形成了破壞力。概念設計中缺少優化環節導致這一現象的產生，很難保障整體結構的穩定性。
1.4概念設計中常見問題的解決方案。設計過程中不可脫離實際情況，在前期準備工作中對建筑場地進行詳細的測量，將地區可能出現的自然災害進行模擬實驗，根據測試結果對設計結構進行優化。充分考慮建筑物的自重，滿足對抗震性能的要求，同時在結構上進行改進，應用力學知識，節省建筑過程中的原材料使用。合理修筑剪力墻，結構在成體建筑中起到承重作用，但不能破壞空間整體性，注重格局的設計，將各單元的樓梯間進行分別設計，根據不同區域的需求，可將方案進行更改，保證整體結構統一又各有特點。在樓體外觀的設計中加入符合當地人文特色的元素，使建筑物更具有中國特色。應用概念設計法時加強后期的優化工作，注重從宏觀到細致的過渡，設計方案要具有靈動性，應對施工進展過程中的突況工程師要及時進行探討，對原有結構做出更改，保障施工連續進展。設計測量工作中會涉及到很多變量，對這些數據進行反復測量，確定合理的浮動范圍，作為施工開展的有力依據。
2結構選型的問題
2.1結構的超高。在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚至超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。
2.2控制柱的軸壓比與短柱問題。在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態，防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結構延性就差，當遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。但是在結構中若能保證強柱弱梁設計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。
3結構計算與分析
3.1計算模型的選取。對于常規結構，可采用樓板整體平面內無限剛假定模型；對于多塔或錯層結構，可采用樓板分塊平面內無限剛模型；對于樓板局部開大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結構等可采用樓板分塊平面內無限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對于樓板開大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結構或要求分析精度高的高層結構則可采用彈性樓板模型。在使用中可根據工程經驗和工程實際情況靈活應用，以最少的計算工作量達到預期的分析精度要求，既不能不分情況一概采用剛性樓板模型，造成小墻肢計算值偏小，不安全；也沒必要都采用彈性樓板模型，無謂地增大計算工作量。
3.2抗震等級的確定。對常規高層建筑，可按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002，J186-2002）第4.8節規定確定抗震等級，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；對于復雜高層建筑還應符合第10章的規定；對于地下室部分，當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的抗震等級可根據具體情況采用三級或更低等級。
3.3非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑地震作用和風荷載較大，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的處理措施進行設計。
4結論
關鍵詞：結構概念應用
引言
隨著結構設計輔助程序的普及，在某些工程師設計過程中產生有一種現象—重應用而輕概念、重計算而輕構造。如何正確的把握概念、合理的應用概念，一定程度上決定著一個工程設計的成敗。下面針對幾個常遇的概念應用問題進行具體分析。
一、抗震設計中“強剪弱彎、強柱弱梁”不是剛柱柔梁
不能片面的理解為：大截面、多配筋，一味地加大截面和配筋，容易把框架結構最重要的抗震原則—延性破壞，變成脆性破壞，反而更不利。正確的概念是：結構在中震下允許某些構件先屈服，出現塑性鉸，使結構剛度降低、塑性變形加大，當塑性鉸達到一定數量時，由于結構自震周期延長，雖然結構承受的地震作用不再增加或增幅較小，但結構變形卻迅速增加。為了使抗震結構能維持承載能力而又具有較大的塑性變形能力，設計時應遵循“強剪弱彎、強柱弱梁”，保證主要耗能部位具有延性的設計原則。通過控制受壓區高度、最小配筋率、梁上部和下部縱筋的比例關系以及梁端箍筋配置要求來保證梁端塑性鉸區有足夠的轉動能力；通過各種內力調整系數，來保證“強剪弱彎、強柱弱梁”，具體涵義是調整梁端負筋、箍筋、梁底縱筋與柱縱筋、箍筋的相對比例關系，使結構在地震作用下梁端塑性鉸較普遍、較早出現，柱端塑性鉸較少、較晚出現。通過塑性耗能，避免在較強地震作用下的結構嚴重損傷和更強地震作用下發生危及人身安全的局部或整體失效。在這里，梁端負筋、箍筋、梁底縱筋與柱縱筋、箍筋的之間的合理比例關系，成了決定結構在較強或更強地震作用下破壞模型的關鍵因素。
二、工業建筑的樓面設計的活荷載合理取值
據《建筑結構荷載規范（2006年版）》，民用建筑的樓面活荷載及相關參數取值遵照4.1節規定，工業建筑的樓面活荷載及相關參數取值遵照4.2節規定執行。工業建筑的樓面活荷載，它的特點是沒有像民用建筑的樓面活荷載那樣的荷載折減系數。活荷載在傳遞過程中的折減，是以樓面均布活荷載在。也就是說——合理的計算步驟根據“附錄C”，按照板、次梁、主梁（柱和基礎）各構件來取三次相應的標準值分別計算，同時注意組合值系數和準永久值系數與民用建筑要求的區別。
三、樓梯的荷載輸入和計算模型
框架結構建筑中，當局部有電梯間、占總面積比例較小時，不宜做混凝土井筒，更不能用砌體承重，避免體系上的混淆。目前，一般整體設計時采用兩種方式輸入樓梯荷載。一種是樓梯間樓板厚度輸入0，恒荷載折算后取7.0kN/m2左右，活荷載視具體使用功能而定；第二種是在半層平臺梁下立小柱，此處按集中力輸入荷載，比較真實地模擬了實際受力。第一種方式的問題是：樓梯間周邊框架梁由三邊受集中力變成四邊受均布力（一邊框架梁為半層平臺處不受力）；因總荷載大致相等，造成了三邊框架梁上荷載偏小，計算撓度和裂縫偏小；當集中荷載對梁起控制作用時，梁的斜截面抗剪計算與均布荷載下的公式不同，箍筋配置值和范圍均有區別。第二種方式應注意，平臺小立柱截面一般小于300mm，強度設計值應乘以強度折減系數0.8，立柱及平臺梁端部應配足夠的負筋，以抵抗實際存在的彎矩。立柱下主框架梁也因為小立柱的存在，使其在沿梁長方向產生彎矩、在垂直方向產生扭矩，計算中沒考慮，構造應加強配筋。
四、地下連梁（地框梁）的設置
基礎埋深較大時，常設地下連梁承底層墻的自重和減小結構層高度。為了簡化計算，常在結構計算模型中按多一層框架梁設計，此時較易出現短柱，有幾種處理方法：①形成短柱后，嚴格按抗震規范計算其強度配筋等，并應同時建立兩個計算模型：一個是有地框梁模型，考慮地下土體實際的約束作用，模型中的二層柱之計算長度系數應為1.25～1.0之間；二是取消地框梁層計算一次，實際建筑一層柱配筋取二者包絡值，并短柱箍筋全高加密，建筑一層以上樓層梁、柱配筋取有地框梁模型實配。②地下連梁下移至基礎頂面，此時是基礎設計中常見的基礎拉梁，作用是平衡柱底彎矩。承受墻體自重，僅為了計算出圖的方便而仍按多一層的框架模型考慮。此時應改變計算模型中的二層柱計算長度系數，由1.25改為1.0左右，基礎連梁考慮彎矩和軸向拉力后一般構造配筋；不必理會軟件提示的底層柱抗剪不足問題。③參照《建筑地基基礎設計規范》第8.2.6條的高杯口基礎做成高頸現澆基礎，高頸至地下連梁頂處，高頸剛度大于柱剛度4倍以上（非線剛度）。此時宜按正常模型計算，一層柱底至高頸處，注意按地基規范復核高頸配筋。
五、輕鋼人字梁混凝土排架結構的計算模型
當鋼梁采用人字梁時，鋼梁在豎向作用下，對柱產生水平推力，在豎向力和水平力綜合作用下，人字鋼架彎曲變形不可忽略，已不能有效傳遞水平作用力，此時排架柱的聯系構件實質上是鉸接彈簧。排架柱的計算模型為下端固接、上端彈性連接，較水平為剛性桿的排架模型變形較大，受力較難量化分析。筆者建議，盡量少采用這種結構體系；當采用時，柱宜短、梁跨宜小，每側柱的內力計算及配筋可采用較保守的懸臂模型單獨進行。
六、地基基礎設計的作用組合
按照《建筑抗震設計規范（2008年版）》第4.2節要求，一般多層建筑是不需要地基及基礎的抗震承載力驗算的。當地基進行抗震承載力驗算時，且地基持力層或下臥層為軟土層時：因為確定基底面積時采用了地震作用組合，可能基底面積受其控制，在沉降計算中又不含地震作用組合，此時應復核準永久組合下的基礎的沉降差值是否滿足規范要求，避免在常態下基礎沉降不均。:
在制造業已經高度發達的今天，塑料制品依靠它時尚的造型和靚麗的外表以及良好的強度而進入了千家萬戶，大到神州六號宇宙飛船、各種汽車、船舶、家用電器，小到一個兒童玩具、螺母、電子手表、塑料凳、礦泉水瓶等等，塑料制品給我們的生活帶來了諸多的便利和美感。制作精美、毫無暇疵的塑料制品確實能裝點我們的居室，豐富我們的生活。而帶有缺陷的塑料制品不僅影響它的外觀，也會影響它的使用功能。一個精美的塑料制品往往離不開一個優化的注塑模具、一個合理的成型工藝和性能優良的原材料，另外還有一個前提條件，那就是一個不斷優化的結構設計。
壁厚的設計
壁厚的合理設計對一個塑料制品來說是至關重要的，制品的壁厚一般在1～6mm范圍內，而最常用的壁厚數值為2～3mm。過薄的壁厚不能保證制品的強度，過厚的壁厚要消耗大量材料、增加制品成型后的冷卻硬化時間，此外還容易產生氣泡、凹陷、夾心和收縮不均勻，從而造成應力集中。壁厚的設計一般來說應遵循如下原則：制品的設計應盡量保證壁厚均勻，避免壁厚突然變厚或變薄;對于壁厚過厚的地方，采用增加工藝孔等方式去掉多余的壁厚，消除該處產生的內應力。
脫模斜度的設計
為了使塑料制品順利地從模具型腔中取出，須在制品內外壁設計足夠的脫模斜度。脫模斜度的大小取決于塑料的性質、收縮率的大小、制品的壁厚和形狀，設計時一般考慮以下幾種情況：制品形狀復雜，深度較深，不易脫模的，應選用較大的脫模斜度；塑料的收縮率大的，應選用較大的斜度值；制品尺寸精度要求高的，應選用較小的脫模斜度；制品較高、較大的，也應選用較小的脫模斜度。
加強筋的設計
通常對于尺寸較大而壁厚較小的制品，我們可以通過在制品的適當位置設置加強筋的的方法，來改善制品的強度和剛性，但是加強筋的設置也有很多講究，如：加強筋不應設計得過厚，否則容易在其對應的壁上產生凹陷；加強筋應有足夠的斜度，底部應呈圓弧過渡；加強筋的布局要合理、均勻，應減少因收縮不勻而引起的變形和開裂；對于大面積的制品，加強筋應設計得多一些、矮一些為好。
孔的設計
塑料制品上的孔通常有兩種，一種是制品本身有各種用途的裝配孔，另一種是為了改善制品的性能而設置的工藝孔，不管是哪一種孔，設計合理，就會有一個好的質量并且便于制品的成型。具體應用主要分三種情況：當制品需有側孔時，往往會使模具增加側抽芯機構，使模具的制造復雜化，因此應盡量改進設計，簡化模具結構，確保順利脫模；制品上孔的位置，應盡可能設置在不易削弱制品強度的位置上；對于脆性制品，相鄰孔之間以及孔到制品邊緣之間，要留有適當的距離，以防止在連接和固定制品時發生破裂。
圓角的設計
圓角在塑料制品的設計中既能使塑料制品的外形更加流暢、美觀，又能避免應力集中，提高制品強度，也能改善物料流動情況和便于脫模。應在制品的各面及內部連接處，均應采用圓弧過渡，制品中內圓角設計的大小可遵循如下公式：0.25
嵌件的設計
為了滿足連接、安裝要求，制品常采用各種嵌件。多數嵌件由金屬制成，由于金屬嵌件冷卻時尺寸變化與塑料的熱收縮值相差很大，致使嵌件周圍產生較大的內應力，容易造成制品的開裂，為防止這種現象，嵌件的設計應注意：嵌件與制品的線膨脹系數應盡可能接近;嵌件各尖角部位應倒圓角，以減少內應力;嵌件應盡可能采用圓形或對稱的形狀，以保證收縮均勻。
支承面的設計
塑料制品較容易變形，因此當塑料制品的支撐面為一個大平面時，大平面的變形，往往造成支撐面不平穩，因此塑料制品的支撐面一般由幾個小的平面組成。應注意：當制品需要由一個面作為支撐面時，設計時不宜用整個面作為支撐面，而應采用凸邊或支腳的形狀來代替;當制品采用凸耳作為緊固用的支撐面時，為使凸耳有足夠的強度以承受緊固力，可采用設計有加強筋的支撐面。
螺紋的設計
1.1本項目的基本情況
本工程位于湛江市開發區的某小區?？傆玫孛娣e17062.13m2，總建筑面積82351.57m2（其中地下建筑面積為12829.25m2，地上建筑面積為69522.32m2）。另外本工程設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，抗震設防類別為丙類。
1.2場地自然條件
（1）風荷載：基本風壓按50年重現期取0.8kN/m2，地面粗糙度B類。（2）本工程設計地震分組為第一組，抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度值0.1g，地類別為Ⅲ類，屬于中軟場地土。
2結構設計
2.1地基基礎
由于業主未提供詳細地質資料，基礎設計待業主提供詳細地質資料后確定。本院根據當地工程經驗，本工程擬采用樁基礎。
2.2上部結構設計
根據建筑使用功能的要求并結合本工程的特點，本工程結構形式為：1~3棟采用框架-剪力墻結構；4棟采用剪力墻結構，其中剪力墻及框架抗震等級均為二級。本工程混凝土強度等級為C50～C30，鋼筋采用HRB400級鋼筋。
2.3PKPM系列結構軟件分析
在本次湛江市開發區的某小區的結構設計中采用PKPM系列結構軟件進行結構分析。具體來講本設計所采用的計算機程序為中國建筑科學研究院PKPM-SATWE，版本型號是2010版，這也是在目前設計院住宅結構設計中較為常用的一款軟件，并且該轉件的結構計算結果較為可靠。本次住宅的結構采取較為常用的框架加剪力墻結構，目前這種結構在現有的高層住宅設計中被廣泛的應用，這種形式結合了框架和剪力墻兩種結構的優點，具有受力穩定，造價相對經濟的特點。同樣的為了保證整個結構的穩定性，在住宅建筑的-1~3層對結構進行了加強。整體結構的嵌固位置為地下室的頂板。每個建筑的結構在計算的過程中都會對災害進行預估，提前計算其所受的荷載，并在設計過程中采取相應的措施。在本次住宅小區的結構設計中，對于五十年一遇的大風，預估的基本風壓值為Wo=0.8kN/m2，建筑物地面的粗糙程度按照B類設計，以一號住宅樓為例，其承載風荷載效應時的放大系數為1.1，最終建筑物的體型系數采取1.4來進行計算。其次，對于地震災害中的受力，在建筑結構的整體設計中也是應當考慮的，本項目的所處的地質環境要求建筑物按照Ⅶ度抗震烈度進行設防，所以在結構設計中按照其相應的抗震烈度設防地震分組為第一組，場地的類別為三類，建筑物的抗震設防類別為丙類，并且需要考慮在地震作用下構的偏心問題，以及雙向地震作用力的問題。在地震作用下：計算振型個數為15，重力荷載代表值的活載組合值系數為0.5，周期折減系數為0.75，結構的阻尼比為5％，特征周期Tg為0.45，地震影響系數最大值為0.08。具體來講混凝土框架的抗震等級為二級，剪力墻的抗震等級為二級，綜合來講其抗震結構措施為二級設計。最后在計算的過程中還需要對一些系數進行調整和修改：梁端負彎矩調幅系數為0.85；梁活荷載內力放大系數為1；梁扭矩折減系數為0.4；托墻梁剛度增大系數為1；實配鋼筋超筋系數為1.15；連梁剛度折減系數為1.0（注：風荷載控制），0.6（地震荷載控制）；梁剛度放大系數按2010規范取值；并且柱配筋的計算按照雙偏壓來進行設計。
3本工程的結構計算
本工程位于湛江市開發區的某小區，在進行結構計算的過程中采用的活載標準值按照《建筑結構荷載規范》（GB5009-2012），取值見表1。
4展望
對于實際的居住區工程來說，好的結構設計往往是整個項目成功的關鍵所在，合理的結構設計不僅可以使形體優美的建筑得以成為現實，更是為建設的設計者提供新的構思機會，因為合理的結構設計通常與美學的要求不謀而合。所以本文通過對實際項目結構計算過程中的地基基礎、上部結構設計、PKPM系列結構軟件分析等重要步驟的解析，探討住宅小區在結構設計的過程中應當注意的關鍵點，對居住小區結構設計的方法進行了驗證，希望可以對實際的居住區的建筑的結構設計提供一些靈感。
作者:潘偉朝 單位:廣東省建科建筑設計院有限公司
參考文獻
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[2]梁興泉.結構設計的體會[J].山西建筑，2009（27）.
1．1塔架攀爬機器人整體設計方案
攀爬機器人攀爬的重要性能主要體現在與攀爬物體之間的接觸方式，目前多數攀爬機器人采用吸盤式、負壓式。這兩種方式適用于平面攀爬，不適合塔架攀爬，受尺蠖爬行啟發設計并且制作了采用抓卡式攀爬機構的攀爬機器人。攀爬機器人結構模塊主要分為頭部抓卡機構、前行臂和尾部抓卡機構。頭部、尾部抓卡機構由抓卡拉桿、壓緊塊、抓卡動力底盤、卡爪、紅外檢測傳感器、頭部抓卡體、高清攝像頭、動力桿等部件組成。前行臂由前行臂轉動電機、前行臂1、前行臂2、前行臂3、推桿電機等部件組成。鐵塔攀爬機器人工作過程如下：初始，機器人前后抓卡機構同時夾緊高壓塔架，前行臂處于收縮狀態。當機器人接收到來自地面控制臺的執行命令后開始動作。首先頭部抓卡機構松開，直到壓緊塊接觸到高壓塔架結構型材，機器人前行動作由前行機械臂實現。當前行臂伸展到達極限，頭部抓卡機構開始卡緊高壓塔架結構型材。接著尾部抓卡機構開始松開，前行臂此時動作為收縮，尾部抓卡機構會隨著向上移動。當伸縮機構收縮到極限位置，尾部抓卡機構會再次卡緊高壓塔架角鋼，這樣往復動作實現高壓塔架攀爬機器人攀爬動作。整個過程，攀爬機器人執行來自地面控制臺的命令，動作可隨時中斷。步進電機驅動絲杠副帶動抓卡機構將機器人主體緊固在高壓塔架上。利用直線推桿電機帶動連桿機構往復收縮，實現機器人的前行動作，機器人整體在高壓塔架上攀爬過程。A位置為機器人的初始位置，頭部抓卡機構和尾部抓卡機構都處于卡緊狀態。B位置，尾部抓卡機構松開，為收縮做準備。C位置，當收縮機構達到極限，尾部抓卡機構卡緊。D位置，頭部抓卡機構松開，為下一伸縮動作做準備。E位置，伸縮機構再次到達極限位置。下一狀態會重復進入A狀態所示位置。
1．2塔架攀爬機器人抓卡機構
攀爬機器人抓卡機構的動力由步進電機的轉動，帶動絲桿副絲桿轉動，將動力傳遞至卡緊托，利用卡緊托移動實現抓卡高壓塔型材結構架，從而將機器人整機附著于高壓塔架上。高壓塔架結構錯綜復雜，機器人攀爬過程需要躲避障礙物，其抓卡機構結構設計如圖5所示，這種特殊結構的抓卡機構可以很好地轉向，在攀爬高壓塔架的過程中可靈活躲避障礙物，其中鉸接座4固定在頭部、尾部抓卡體機體實現整個抓卡機構的固定從塔架型材不同方向抓起示意。塔架攀爬機器人4個抓卡機構的動力模塊均采用步進電機，步進電機將電脈沖信號轉變為角位移或線位移信號來控制，步進電機通過信號控制來實現準確定位，并且可通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速而達到調解轉速的目的。
1．3塔架攀爬機器人前行機構
早期攀爬機器人在高壓塔架上前行時，其機構采用直線前行機構如直線導軌、絲杠傳動直線軸承與直線光軸，但這些機構都有一個缺點，即長距離的傳動必須配套較長的導軌、絲杠。仿尺蠖前行機構和傳統機構的相比，行程大，動作更加靈巧，其前行臂結構模型，這樣的抓卡機構抓緊與松開的動作頻率就會大大降低，行進速度就會大大提升。
2機器人抓卡機構靜力學分析以及前行機構運動分析
2．1基于ANSYSWorkbench13抓卡機構的靜力學分析
ANSYS程序中的結構靜力學分析是用來計算在固定不變的載荷作用下結構的響應，即由于穩態外在引起的系統或部件的位移、應力、應變和力。ANSYSWorkbench13中靜力學分析是由Me－chanical模塊求解的，Mechanical中有兩種求解器，直接求解器和迭代求解器可供選取。直接求解器對包含薄面和細長體的模型是比較有用的。迭代求解器在處理大體積模型時比較有效。攀爬機器人抓卡機構以及前行機構使用迭代求解器進行求解。在SolidWorks環境下給機器人整機各個零件分別附材料，通過質量特征可計算出整機質量。機器人質量特性實際制作的攀爬機器人整體樣機可以控制在20kg以內。
2．2SolidWorks環境下高壓輸電線路塔架攀爬機器人運動仿真
前行機構受尺蠖爬行啟發。這種爬行最大優點是與爬行表面的接觸面積小，尺蠖的頭尾長有吸盤和觸腳，通過吸盤和觸腳的抓力，一曲一直運動，將身體與接觸面的滑動摩擦力轉化為靜摩擦力，提高了爬行效率。同時，弓背－延伸的爬行方式，也更加適用于復雜的地形。攀爬機器人仿尺蠖步態前行機構的動作同樣也是一曲一直運動，并且通過特有的抓卡機構以及導向輪實現抓卡動作。
3總結
靜電場數值計算方法主要有有限差分法、有限元法和模擬電荷法。這三種方法在處理簡單模型時的效果相差不多，但當模型較為復雜時，有限差分法已基本不適用。模擬電荷法與有限元法在實際使用中各有利弊，模擬電荷法有準確度高、三維模型計算中占用計算機內存少等優點，但其適用范圍比較小，對于介質種類多、具有較多過小曲率半徑的邊界的系統等，用模擬電荷法來計算就比較麻煩，甚至不可能。有限元法雖然在電場強度計算上與實際值有一定偏差，但可以通過細化網格達到減小誤差目的。本文研究的10kV母線內部電場分布，存在3種以上的介質、結構復雜，故選用有限元法。
2、10kV母線靜電場仿真計算
2.1母線內部結構
基于已有的10kV母線端部結構圖，并對其做出初步的改進。由于鋁金屬薄膜的截面是一個矩形，有四個直角，在電場中容易造成尖端效應，使電場產生畸變分布不均勻。因此，對鋁金屬薄膜的截面進行倒角操作，減少尖端效應。畫出母線端部結構及尺寸二維視圖如圖1所示。為了能夠更好地展示母線內部結構，利用ANSYS生成母線端部結構的三維視圖。母線由絕緣護套層、接地銅帶、主絕緣層、銅導體、鋁金屬薄膜構成，是一個軸對稱模型，可采用PLANE121這一單元進行建模，PLANE121是一個二維八節點靜電單元，適用于軸對稱模型，適用于靜電場計算。
2.2母線材料
銅導線電阻率小，傳導過程中發熱少，電能損耗低，不易生銹，質軟而且可以制成多股軟線，大大提高了屈折次數。鋁金屬薄膜重量較輕。
2.3母線電氣性能要求
母線采用銅導體，其電流密度大，電阻小，集膚效應不明顯，無須降容使用。電壓降小也就意味著能量損耗小，最終節約用戶的投資。工頻耐壓及雷電沖擊耐壓數值，符合國家標準。其負載性能要求如下，在額定電流下，外殼的溫升符合GB/T11022–1999《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》標準要求。其短路性能要求如下，動熱穩定試驗符合GB2706–89《交流高壓電器動熱穩定試驗方法》標準要求。
2.4母線模型及其仿真
本文將通過ANSYS軟件建立二維電場的模型，來研究母線的電位和電場分布。ANSYS分析電磁場問題時，需要從以下3個方面進行考慮。第一由于此處只考慮單項母線，單根母線屬于軸對稱結構，因此使用二維模型即可反應母線電位和電場分布，從而得到符合實際的數據。第二目前電氣設備電極間電壓隨時間的變化是比較緩慢的，所以母線在任一瞬間的電場都可以近似地認為是穩定的，可以按靜電場來分析。第三采用基于節點法的傳統的有限元法，其直觀性較好。
2.5母線電場計算結果及分析
做完母線模型的仿真之后，利用ANSYS軟件進行計算，提取電場強度及電位圖，結合材料的擊穿場強分析其是否滿足要求，并作出優化，盡量減少尖端效應，使電場分布的更加均勻。母線端部采用的多層鋁金屬膜逐漸降低電位，此處也是電場分布最不均勻的地方。在三層鋁金屬薄膜端部，其電場畸變較為強烈，但在靠近接地層的端部電場畸變最為劇烈，此處的絕緣中電場最為集中，即此處的絕緣最易發生擊穿損壞。而且可以看出，電場的不均勻也會延伸到母線的外皮處，當外皮出現污穢及水滴時，在外皮也會出現電場集中，從而導致表面放電的發生。為了進一步探討屏蔽層對母線電位的影響，在母線端部無鋁金屬薄膜處、鋁金屬薄膜處和接地銅帶處沿徑向取了三條路徑。由曲線走勢可知，母線端部無接地層、金屬薄膜處電位較高，金屬薄膜處電位較低，接地層處電位最低，起點都是5774V。母線端部無鋁金屬薄膜、接地層處的電位變化平緩，鋁金屬薄膜處電位在第三層后基本無變化。由此可知，鋁金屬薄膜、接地層都起到了降低母線內部電位的作用，使母線內部電位變化均勻。由分析可知靜電場中某點電場強度等于該點電位梯度的負值，母線內部電位降低，電場強度也相應降低，從而減少母線擊穿的可能性。
3、10kV母線內部結構優化
母線端部易絕緣老化，容易發生擊穿，縮短使用壽命，造成母線故障、發電廠和變電站停電，甚至對電力系統的安全運行帶來嚴重危害。利用基于有限元法ANSYS軟件研究母線的電壓和電場分布，了解母線端部絕緣老化及擊穿的原因并就此提出優化方案。影響母線絕緣的因素有很多，本文著重對絕緣護套層中的鋁金屬薄膜部分設計優化方案。由于母線絕緣護套端部電場比較集中，在其中加入多層鋁金屬薄膜可以強迫控制其內部和表面的電場均勻化。本次設計采用了不同層數鋁金屬薄膜、不同布置形式的鋁金屬薄膜、直角和倒圓角之后的鋁金屬薄膜三種不同的方案，計算母線內部電場分布并分析比較，確定最優方案。
3.1直角和圓角截面時母線電場的計算分析
本次設計將分別對母線以直角截面和圓角截面的鋁金屬薄膜方式進行建模，其他幾何參數、載荷參數不變。鋁金屬薄膜的截面為圓角，截面為直角母線與之相比有較為明顯的尖端效應，可能會導致護套層擊穿，威脅到母線正常運行，故選擇截面為圓角的鋁金屬薄膜較為合理。
3.2不同層數鋁金屬薄膜下母線電場的計算分析
本次設計分別采用2層、3層、4層鋁金屬薄膜對母線進行建模，其他幾何參數和荷載參數不變。當采用三層鋁金屬薄膜時，母線絕緣護套層的最大場強值最小，為359.463kV/m。雖然采用四層鋁金屬薄膜時母線絕緣護套的電場分布比3層的稍微均勻些，但是不明顯，而且絕緣化套層采用的是硅橡膠材料，其擊穿場強為25000kV/m，比最大場強高2個數量級，在正常情況下是不會發生擊穿的，處于經濟性的考慮，采用三層鋁金屬薄膜最佳。
3.3兩端對齊、階梯式布置時母線電場的計算分析
本次設計采用兩端對齊布置的鋁金屬薄膜對母線進行建模，計算母線電場分布，將其與鋁金屬薄膜階梯式布置時母線電場分布進行對比。其他幾何參數、載荷參數不變。得到的絕緣護套層端部電場強度為499.552kV/m，比階梯式布置方案下的最大電場強度大100kV/m，而且兩端對齊布置的鋁金屬薄膜端部的電場較為集中，不如階梯式布置的均勻。階梯式布置的鋁金屬薄膜，第一、二層鋁金屬薄膜的端部分別處在第二、三層鋁金屬薄膜的中間位置處，使得電場不那么集中，過度平滑且分布更加均勻。故母線中鋁金屬薄膜的階梯式布置更為合理有效。
4、結束語
關鍵詞：高層建筑；預應力；混凝土板式；轉換層結構；設計
現代社會經濟不斷發展進步，社會群體對高層建筑工程的設計效果以及建設質量也提出了更高的要求，預應力混凝土板式轉換層結構作為高層建筑中的重要組成部分，受到社會的高度重視。為進一步滿足用戶的多元需求，促進高層建筑實際功能的有效發揮，應當充分做好預應力混凝土板式轉換層結構設計工作，以保證建筑的整體性，進一步改善高層建筑整體設計效果。
1預應力混凝土板式轉換層結構的優點
一是預應力混凝土板式轉換層結構能夠在一定程度上改善建筑整體結構抗裂性能，提高高層建筑整體質量。通過研究可知，在采用預應力混凝土板式轉換層結構后，高層建筑轉換層結構的抗裂性得到明顯改善，裂縫發生的幾率明顯降低，為高層建筑質量控制打下良好的基礎。二是預應力混凝土板式轉換層結構能有效改善轉換層結構的抗沖切能力，且便于施工操作，一定程度上降低了施工難度。三是預應力混凝土板式轉換層結構能夠促進混凝土板中內部壓力均勻分布，便于高層建筑建設過程中對不同體積的混凝土內部收縮拉力進行科學化控制，減少混凝土內部裂縫發生幾率，切實提高了混凝土澆筑質量，提高轉換層抗震性能，確保高層建筑的使用功能得到最大程度的發揮。
2預應力混凝土板式轉換層結構的設計原則與設計方法
2.1設計原則
在高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計過程中，應當充分考慮高層建筑功能需求，對混凝土板式轉換層結構進行靈活布置，調整好上下剪切剛度，確保其滿足設計要求，對轉換層結構設計質量進行科學化控制。在基礎上應當依照建筑物高度方向設置轉換層結構，將其分為三種布置形式，分別是分段布置、間隔布置以及在建筑物頂部設置。在預應力混凝土板式轉換層結構設計過程中，應當結合工程項目的實際情況在上述布置方式中加以合理選取，依據實際情況進行合理選擇，最大程度上避免高層建筑物出現整體剛度不足而影響轉換層結構穩定性的情況。在設計中應當遵循一定設計原則，確保轉換層與加強層和設備層共同設置，從而全面提高預應力混凝土板式轉換層結構設計水平。
2.2設計方法
2.2.1設計計算。首先對預應力混凝土板式轉換層結構參數進行計算分析，根據計算結果，適宜將其設置在轉換層的下面，同時可以采用等效交叉梁系方法計算實體厚板，一般情況下等效交叉梁單側寬度小于板厚，一般為兩個支承距離的一半。其次應對厚板的具體荷載進行計算，按照實際柱、墻，將支座的各項參數輸入即可。再次由于三維單元計算方法精度較高，時間相對較短，所以采用此種方式對厚板的局部參數進行計算，在計算過程中，其主要形式為直角合格，所以還需要繪制網格，繪制過程中，應保證網格的長、寬、高的量級相同，并對尺寸相近的單元進行模式劃分。
2.2.2結構平面布置。轉換層結構形式有很多種，包括板式轉換層、梁式轉換層、箱式轉換層以及桁架式轉換層等等，在結構平面布置過程中，應根據建筑工程的實際情況，合理選擇轉換層結構形式。在所有轉換層結構中，板式結構層具有結構布置簡單、靈活等，缺點在于板的自重較大、材料消耗大；梁式轉換層有點在于施工簡單、傳力明顯，缺點在于空間受力復雜、高度受到限制等；箱式轉換層的優點在于剛度大、整體工作效果好，缺點在于施工較為復雜、施工成本較高；桁架式轉換層彎矩、剪力相對較小，缺點在于施工復雜。因此通過對不同轉換層結構形式的分析，結合工程實際情況，采取板式轉換層結構形式。
2.2.3結構豎向布置。對于結構豎向布置，關鍵在于控制好建筑的側向剛度，應遵循下大上小的原則，并嚴格控制轉換層上下等效側向剛度比。在設計過程中，應對轉換層的上部和下部分別進行強化和弱化，為達到這一目的，其具體做法如下：對于轉換層下部結構，如剪力墻、核心筒部分，應增加其厚度，同時在條件允許的情況下，應使其底部剪力墻不開洞；采取有效措施，提高底部柱的強度等級，與此同時剪力墻的強度也應有所提高。
3高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計的要點
3.1轉換層下部區域結構的剛度分布。在預應力混凝土板式轉換層結構設計過程中，下部區域結構的剛度分布是轉換層結構設計中的重點內容，一旦設計剛度較大，會導致地震反應發生，結構豎向剛度急速膨脹，使得轉換層上下受力不均衡，嚴重影響轉換層結構穩定性與經濟性。一旦剛度過小，在沉降差作用下會產生次應力，導致配筋增加。此種情況下，為切實提高高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計要點，應當充分做好轉換層下部區域結構的剛度分布，充分考慮豎向剛度變化情況，并全面衡量抗震設計相關內容，確保轉換層主體結構剪切剛度滿足高層建筑相關技術標準，通過提高混凝土強度或增加剪力墻等方式來保證剛度分布的均勻性。應當注意的是，在轉換層下部區域結構剛度分布中，應當高度重視筒體安全設計等相關工作，切實提高高層建筑的抗震性能。尤其是剪力墻的運用應當保證剛度均衡，最大程度上避免建筑物變形而影響高層建筑結構穩定性。3.2剪力墻作用于結構上下部分的剛度傳輸。在預應力混凝土板式轉換層結構設計中，為促進不同結構之間內力的有序傳遞，應當在結構上部對剛度分布進行科學化控制，通過減少剪力墻的方式縮短墻肢，從而促進剛度順利傳輸。與此同時，應當適度增大下部剛度，在確定剪力墻數量后對其進行優化布置，保證對稱分布，從而促進剛度傳輸的均勻性和有效性。3.3合理確定轉換層結構的剛度值。在進行轉換層結構設計的時候，一個重要的值就是轉換層結構的剛度值。一旦出現剛度超標的現象，地震反應就會出現，豎向剛度會急劇增大，使得上下層不利于受力和均衡性，另外，材料的需要增加，經濟上比較不合理。如果轉換層的剛度較小，那么豎向構件之間會出現沉降差，在結構與構件之間形成次應力。此時，就要選擇合適的次梁截面尺寸，保證其剛度達標。
總而言之，預應力混凝土板式轉換層結構在高層建筑設計中的合理應用，能夠在一定程度上改善結構性能，從整體上提高高層建筑設計效果。為保證預應力混凝土板式轉換層結構設計的合理性，應當結合高層建筑工程項目的實際特點開展綜合分析，掌握好設計要點，對轉換層相關參數進行合理計算，全面提高高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計水平，推動高層建筑行業的穩定健康發展。
作者:張曉妍 單位:大慶市規劃建筑設計研究院
參考文獻
