结构设计方案

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结构设计方案范文第1篇

关键词：建筑工程；转换层结构；设计方案

中图分类号：TU97 文献标识码：A

在建筑设计领域中，转换结构的应用越来越广泛，特别是在有不同功能划分的建筑中。而转换层受力复杂，又承担上部结构的荷载，因此，转换层的结构方案布置对结构整体的安全性尤为重要。

一、建筑转换层结构设计原则以及相关技术标准

进行建筑转换层结构设计时，应当注重结构计算的合理性，从全局角度出发，提高最终结果的准确性。实践期间，通常是根据受力变形情况建立求解模型，全面研究三维空间架构特征，完成计算工作。转换结构属于综合结构不可或缺的环节之一，考虑到结果的精确度，我们可以选择有限元法分级求解。具体实施阶段，不但要重视模型中的结构层数量（两层及以上），而且需要确保其边界条件和真实情况完全匹配。计算综合结构的过程中，需要通过两种或以上的力学模型确认抗震性能，而针对弹性时程的求解，应当选择弹塑性时程进行处理。高位转换期间，必须根据重力荷载环境完成结构的计算。

转换层属于高层建筑结构的重要组成，所以有关其内力分析，必须从全局出发对结构进行研究与探讨。而在综合内力以及位移求解方面，可以选择两种不同的算法进行处理，即三维空间与空间关系协作分析法，以上算法的优势如下：综合计算过程中，将转换构件理解成其中的一个环节进行计算。然而，由于转换层结构竖向刚度并非均衡状态，竖向部署容易发生明显改变，因此在结构部署上，必须遵循概念设计与力学概念进行处理，同时依靠过去的经验与实践成功案例，全面分析后为结构部署冗余杆件与加强点。一般来讲，高层建筑含有转换层的情况中，我们可以借助三维分析、平面有限元等程序完成计算工作。此处需要强调一点，转换大梁在其中尤为关键，必须成为设计的重点关注对象。对于工程设计而言，我们需要借助建研院提供的TBSA，TAT等软件进行大梁的分析设计，而计算上则可以将其理解成杆件，完成结构整体分析，根据上层结构作用至转换层的荷载，基于有限元法进行转换层与邻面的研究，最终确定配筋状况。

二、建筑转换层结构设计方案实例分析

某高层建筑工程，裙楼为商业用房，塔楼为住宅。由于根据其用途特性实现空间搭配，主要表现在主体中间环节，也就是电梯间、楼道等公用环节，可采用落地剪力墙核心筒进行处理，而其他环节应当选择合适的结构模式。遵照以上设计理念，二层顶应当选择结构转换模式，最终得到我们需要的结构类型。转换层上下楼层的结构布置如图1、图2。

3.1 结构类型选择

结构转换层方面，工程设计期间应当基于需求选择相匹配的类型，而本工程中，若是选择厚板转换层，因本项目处于7度设防区，转换层又位于地上三层，根据《高规》10.2.4条之规定，7度设防时，厚板转换仅在转换层位于地下室时方可采用。且转换厚板造r高，施工困难，受力状态较为复杂，传力途径不明确，使得建筑物在转换层处出现刚度的突变，使得转换层产生的内应力较大，不适用于多震地区。但是选择箱形转换时，便可以消除以上不足，这种转换方式可以保证结构的完整性，上、下竖向构件与上层结构部署没有直接关联。但是其内力分析过程烦琐，转换层施工有一定难度，施工较为困难且造价过高。因此选择梁式转换层结构设计方案更为合理。

3.2 转换层结构布置

在本项目中竖向转换构件的布置有以下特点：（1）在建筑四周转换柱两侧布置短肢剪力墙，中部设置与上部结构剪力墙贯通的核心筒作为主抗侧力构件。建筑四周转换柱两侧布置剪力墙的目的有两个：一是提高剪力墙承担的地震剪力的比例；二是提高结构整体抗扭转的能力。并且有利于减小框支柱的轴力，控制框支柱轴压比≤0.6。（2）落地墙厚度设为600，控制转换层上部与下部结构的等效刚度比不大于1.3，并尽量接近1.0。

转换梁的布置应该传力直接明确，尽量避免采用二次转换，但在此工程中，上部空间划分为住宅空间，因此为满足设计要求，就需要设置置转换主梁和次梁，并且为满足建筑功能要求，加设了部分短肢剪力墙。转换梁的布置需特别注意以下两点：

在上部墙肢或者转换次梁靠近转换柱较近时，转换梁端部会产生较大剪力；

上部剪力墙不能居转换梁中线布置时，转换梁也会产生很大扭矩；

问题（1）可通过梁加腋（包括水平或竖向加腋），或局部加大梁截面的方式处理；问题（2）可通过增加次梁、增加转换梁宽度、水平加腋等方式解决。

3.3 计算分析结构

在对建筑结构计算分析时，其计算选择的合理性直接影响到计算结果准确性及可靠性。在此工程中选用的就是以墙元模型模拟剪力墙的SATWE空间有限元软件。根据经验初步选定转换梁截面，用SATWE进行结构整体计算，得到转换梁所受设计剪力后，按照该值不大于0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。对转换梁不仅有强度要求，也有刚度要求。本工程转换层的层高为5.8m，转换梁的最大净跨度为7.5m，大梁截面尺寸为800mm×1800mm，1000mm×2000mm，1200mm×2200mm。梁宽度不小于上部墙体厚度（200mm），梁高度大于梁跨度的1/6，均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸：1000mm×1000mm，1200mm×1200mm。

根据SATWE的计算结果，并采用FEQ进行有限元对转换构件进行分析复核。

结语

总而言之，建筑工程设计行业是推动我国现代化建设至关重要的产业类型，在建筑工程中，结构设计方案的分析与优化对建筑结构整体的结构性能与建设成本的控制有着重要的意义。转换层是上下不同结构体系的衔接部位，刚度突变、应力集中，因此在结构设计时首先对转换层结构方案进行深入分析与研究对结构安全有着重要作用。

参考文献

结构设计方案范文第2篇

目前，化学发光免疫分析仪以分立式结构最为典型。分立式结构的工作原理[1]与手工操作相似，样品与试剂按特定比例被添加到彼此分立的反应杯或试管中完成混合、孵育和检测等过程。各个样品在分析过程中是互不掺杂的，因此交叉污染率相对较低。本文提出一种新型的化学发光免疫分析仪的结构设计方案，重点介绍了存储模块、加样模块、传送模块等结构，在传统分析仪结构设计的基础上进行了一些改进设计，有效地提高了工作效率和空间利用率。

1分析仪工作流程分析

在本文的结构方案设计中，全自动化学发光免疫分析仪的工作流程（如图1所示）为：加样模块中的加样针先后吸取待测样品与配套的两种试剂并将其加入到反应杯中混合，然后反应杯进入孵育区进行免疫反应。免疫反应完成后，去除反应杯内的干扰物并加入发光底物，随后对发光强度进行检测。将所得数据与标准品测出的标准曲线进行对照，计算分析得出待测物的浓度。

2分析仪各模块结构与功能

2.1存储模块

样品、试剂存储模块主要用于存放待测样品及各种相关试剂，同时可以将样品和试剂传送到加样位置上。如图3所示为化学发光免疫分析仪存储模块结构图。存储模块由两个样品转盘和一个试剂转盘组成。样品转盘和试剂转盘均设计为圆环形盘状结构，其圆周上均匀布置用于放置样品、试剂容器的收容腔。样品转盘用于放置盛放待测样品的试管，并通过转动将待测样品依次传送到加样位置，等待加样模块进行加样操作。试剂转盘同圆心地布置于样品转盘的内侧，可通过转动将所用试剂传送到加样位置。用于实验检测的两种配套的试剂分别放置于试剂转盘的内、外圈收容腔内。当待测样品较多时，备用样品转盘可用于放置样品。此时，加载模块可将样品转盘已检测完毕的样品卸载到备用样品转盘上的废弃位置，并将待测样品加载到样品转盘上的收容腔内。分析仪的存储模块采用转盘式结构，可使分析仪整体布局更加紧凑，也可以简化该部分的传动结构。同时，存储模块还可以直接完成将样品和试剂传送到加样位置的动作，无需增加其他传动结构。相比于同类分析仪样品、试剂分块式布局的方式[6]，本文中的存储模块结构实现了样品和试剂的传送操作，减小了加样模块进行加样操作的行程，进而有效地提高了分析仪的加样效率。另外，采用转盘式结构无需额外增加机械结构，即可在转动过程中，完成有磁珠标记抗体的混匀。

2.2加样模块

加样模块的主要功能是根据预先规划的运动轨迹控制加样单元准确运动，按照特定的顺序将酶标记抗原、待测样品、磁珠标记抗体加入到反应杯中，完成加样操作。化学发光免疫分析仪加样模块结构如图4所示。加样模块由直线导轨、加样单元（包含加样针）、清洗槽等部分组成。直线导轨将加样单元限定在一直线轨迹上运动，可分别控制三个加样单元到达不同的加样位置。加样模块采用三个加样单元分别携带加样针，可同时吸取存储模块中的样品和试剂，依次加入到反应杯中进行反应，有效避免交叉污染；并且在清洗操作时，能够同时对三根加样针进行清洗。加样模块的操作方式可大幅节省样品、试剂吸取和加样针清洗时的操作时间，有效地提高加样操作的效率。同时，分析仪可通过控制存储模块中的样品转盘、试剂转盘和传送模块的反应盘，使得待测样品、配套试剂、反应杯的加样位置位于直线导轨正下方，因此加样单元只需进行直线移动，相比较常见的三自由度直线式加样臂[7]和平面关节式加样臂[2,3]，加样模块对加样单元的移动行程减小，定位精度的控制也更加简便。

2.3传送模块

分析仪的传送模块的主要功能是将反应杯传送到加样位置上，同时能够控制反应杯在发光检测分析过程中的位置。传送模块起到了串联整体仪器的作用，在实验检测过程中实现反应杯位置的改变——反应杯经过加样位置、孵育位置、清洗位置、加底物位置和检测位置，并最终被回收——使分析仪的各个工作流程能够连续进行。如图5所示为化学发光免疫分析仪传送模块结构图。图5(a)为传动模块俯视图。传动模块主要由底盘和四个反应盘组成。每个反应盘上有若干均布于圆周上的反应杯位，反应杯可放置于反应杯位中。四个反应盘均匀地布置于底盘圆周上。当反应杯需要加样时，反应盘转动一定角度到达加样位置，即进行“自转”。当加样操作完成后，反应盘再次转动一定角度，使下一个位置的反应杯到达加样位置，等待下一次加样操作的进行，依此类推。当分析仪对一个反应盘上所有的反应杯均完成加样操作后，传送模块进行“公转”：转盘带动四个反应盘转动90°，“公转”过程中反应盘保持静止。传动模块的“自转”与“公转”的相互转换，可通过布置于转盘下方的传动系统来实现。该传动模块设计的特点在于：1）在反应杯数目满足实验的孵育时长和高通量的条件下，将反应杯平均布置于四个反应盘上，可有效减小传动模块的占用面积，并且结构简单；2）在“自转”过程中，四个反应盘同步转动，同时可以保证每个反应盘的操作相互独立，互不干扰；3）反应盘模块化设计，当一个反应盘完成发光检测后，可更换新的反应盘到转盘相应位置，保证实验检测的连续性。

2.4加载模块

分析仪的加载模块由一个机械臂构成，其结构如图6所示。机械臂由移动关节、大臂、小臂和末端夹取装置组成，其自由度数为3。末端夹取装置的开合可以通过电磁铁通断电情况来控制：当电磁铁通电时，夹取装置张开；当电磁铁断电时，夹取装置闭合。加载模块主要有两个功能：更换反应盘；更换样品试管。在反应盘中心位置开有一个夹取用孔。当一个反应盘上所有位置的反应杯均完成发光检测操作后，将机械臂夹持装置的末端伸入该反应盘的夹取用孔中，电磁铁通电后，夹取装置张开，撑住孔内壁，将使用过的反应盘移动到回收位置。之后，将备用的反应盘移动到相应的反应盘位置上，完成反应盘的更换。此操作示意如图7(a)所示。同理，将机械臂夹持装置的末端伸入已完成加样的样品试管中，夹取装置张开，末端撑住样品试管内壁，可以完成样品试管的更换操作。此操作示意如图7(b)所示。利用分析仪加载模块，可以完成备用实验用品的更换操作，使得实验测试能够连续不断地进行，进而增加实验的测试通量和仪器工作效率。同时，采用机械臂进行相关操作，提高了分析仪的自动化程度，减少了实验人员的人工干预。另外，末端夹取装置通过电磁铁进行控制，减少了电机的数目，利于控制操作过程。

3结束语

结构设计方案范文第3篇

关键词：建筑结构设计；基本原则；合理设计方案

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

引言

随着经济与时代的发展，人们对于建筑的要求逐渐提升。与此同时建筑工程项目的投资力度、规模、技术复杂度也都相应的提高，为此如何在保证建筑使用安全成为重要问题。对于建筑质量问题，首选的解决方案是规范结构设计。但是在具体的设计中，设计方案的选择受到很多原因的影响，从而最终造成设计方案不能实现，不但造成了各种资源的浪费，也影响了建筑事业的发展，所以可见规范建筑结构设计的原则，选择合适的设计方案是很重要的。

一、建筑结构设计的基本原则

通常来讲，在某种有序的活动中，都需要遵循一定的原则才能保证活动的顺利进行，建筑结构设计也不例外。由于建筑结构设计需要将建筑工程中的方方面面都考虑到，是一项庞大复杂而又系统有序的工作，必须遵循一定的基本原则，以保证结构设计方案的合理性。

1、抓大放小原则

抓大放小原则是指在建筑结构的设计中，要分清建筑中不同结构的主次关系，重点确保主要建筑构件的结构设计要合理稳固，但这并不是说要忽视次要建筑构件的设计优良性，而是指当建筑物突然发生某种危险时，要保证主要建筑构件能够发挥职能，即使次要建筑结构被毁坏，也不至于使整座建筑倒塌或使建筑核心受到严重损害。

2、刚柔相济原则

设计人员在建筑结构设计的过程中，刚柔相济是最科学、最合理的设计体系。建筑结构太刚则缺乏一定的变形能力，在面对强大的破坏力时，所要承受的力也会很大，容易造成大面积坍塌或全部破坏。而建筑结构设计的太柔虽然能够消除一定的破坏力，由于建筑缺乏一定的强度容易变形过大，很容易造成整个建筑物全体倾覆。由此就需要设计人员在建筑结构设计的过程中，能够准备把握工程的设计力度，确保建筑结构设计的合理性。

3、多重设防原则

多重设防原则主要是为了提高建筑物在遭遇危险或灾害时的自身抵抗能力而设定的。近年来，常有建筑物因结构设计不合理，在遭受一些外界灾害时，表现出很弱的稳定性，甚至会导致建筑物坍塌的现象。这就是在对建筑结构进行设计时没能遵循多重设防的原则。

4、打通关节原则

关节在建筑中无处不在，并且从历次的灾害中发现关节的破坏所引发的建筑损坏占据较大比例。理想中的建筑结构应该是浑然一体的，没有任何关节，从而使得所受到的外力迅速地传播及消减。在这一思路的指引下，设计中要尽量的将建筑的各个关节联系起来，也就是打通关节，从而不阻碍力的传播。在设计概念中要保证关节打通的关键是保证力量在构件中的分配是按照构件刚度的大小进行的，不能出现受力的不合理集中，从而达到静态平衡。一旦关节打通就可以保证关节的平衡，从而使得关节永远处于原始状态。而设计者所要做作的工作就是将静态的构建有机的组合在一起，同时依然保持整体的静态或者相对静态。

5、以人为本原则

建筑设计以及建筑施工的最终目的是为人类服务，为此建筑物必须要能满足人们的各项需求方能实现其最终价值，这就要求在对建筑结构进行设计时，要依照以人为本的原则进行方案设计。

6、绿色环保原则

这项原则是在全球生态环境急剧恶化的情况下成为现代建筑结构设计中需要注重的基本原则。如今我国的城市现代化不断发展，城镇人口日益增加，建筑面积的扩大致使绿化面积逐年减少，生态环境遭到很大破坏，严重威胁着人们的健康。

二、合理设计方案

1、从结构计算和构造上进行合理设计

在计算结构角度过程中要注意以下问题：（1）底框砌体结构验算注意问题。明确底部剪力法一般适用于刚度均匀的多层结构，如果使用在薄弱的底层框架混合结构要考虑到塑性变形集中带来的影响；底框砌体结构验算中要考虑到底层框架柱中地震作用所产生的倾覆力矩所引发的附加轴力；由于底框架结构中只有底层框架抗震墙，为此底层框架混合结构的剪力不能简单的按照框架抗震墙方法。刚度计算中，框架不折减，抗震墙折减到弹性刚度的20%～30%。（2）避免荷载计算错误。经常出现的荷载计算错误如活荷载折减不当、漏算或者少算荷载、建筑用料与实际不符等。（3）避免楼板计算错误。双向板查表时不能忽略材料泊松比带来的影响，否则结果偏小；连续板计算中不能简单的用单向板计算方法代替。（4）电算结果正确性的合理评价。得到的计算结果要根据施工设计经验进行判断、分析，最终决定是否可以最为施工设计的依据。

在构造角度中应该注意的问题：（1）严格的按照规范要求施工，确保钢筋在每一个位置所需要的延伸及搭接长度、锚固以及选材等符合要求；（2）注重构件规定的最大及最小配筋率。尤其是针对于具有抗震要求的建筑，既要保证建筑的延伸性，同时又要满足最小配筋率要求。（3）通过采取相应的通风融热措施来有效避免屋面温度应力引发的墙体开裂现象。（4）为满足抗震性能设置的构造柱要保证在建筑内部上下对准贯通。

2、从抗震要求出发，进行合理的结构设计

基于最新的抗震规定及要求，在抗震等级要求较高的地区，无论住宅使用的框架剪力墙结构还是多层砖混结构都要服从抗震的性能，即采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。对于一般的多层砌体住宅建筑要首选横墙承重或者纵横墙共同承重的结构体系，在设计过程中要保证纵横墙均匀布置，在平面内对其并且在竖向上下连续；楼梯间尽量避免设置在房屋的转角或者尽端，并且避免使用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。对于多层或者高层的钢筋混凝土住宅要做到：首先抗震墙与框架等抗侧力结构要双向布置，从而有效地承担平行于该抗侧力结构平面的地震力；结构布置要力求规则，对于复杂结构要设置防震缝；为了促使框架体系的抗侧力结构构成协同工作状态要控制抗震墙之间楼及屋盖的长宽比及整体性，同时要抗震墙的刚度及与框架的连接性。

3、根据地基进行建筑结构设计

由于建筑地基的沉降会导致构件的开裂或者破坏，为此在建筑结构设计中要参考建筑的地基沉降。尤其是对于高层建筑，地基需要一定的埋置深度，为此一般使用桩筏或者桩箱的结合形式。在此过程中要充分的保证箱体的整体刚度，尤其是保证下部群桩的形心要和上部结构重心吻合。对于多层建筑，特别是地基的软土层覆盖厚度大的建筑要对地基进行相应的处理来降低建筑沉降。地基处理方法要基于建筑上部结构及地基的具体情况，同时也要参考施工要求，从而确定处理后地基所需要达到的指标，最终考虑经济性、适用性等方面得出最优方案。

结束语

建筑结构设计在建筑工程建设中是一项非常重要的工作内容，是关系着建筑施工质量的关键因素，对于建筑物的使用性能和使用寿命的影响都有着不可忽视的重要作用。因此，在对建筑结构进行方案设计时，一定要以结构设计的基本原则为指导，采用科学合理的方法进行设计，在此过程中，要求设计人员一定要具备扎实全面的建筑专业知识，严谨负责的工作态度以及灵活创新的头脑，保证建筑结构的合理性、科学性、可行性与经济性。

参考文献：

[1]魏然.建筑结构设计基本原则及合理设计方案[J].民营科技，2011 (05).

[2]苏成江.浅议建筑结构设计过程中的几点问题[J].民营科技，2011 (04).

结构设计方案范文第4篇

关键词：建筑；结构设计；离差最大化；优选；方案；影响因素；分析

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

在建筑结构设计中，进行设计方案的优选是建筑结构设计中的重要内容，对于建筑工程施工造价控制以及建筑施工质量保障有着积极的作用和意义。通常情况下，进行建筑结构设计方案优选的目的，是为了通过竞争或者是通过技术、经济等指标的评价方法，最终选择出建筑结构设计中技术先进、结构功能完善、经济成本合理并且安全可靠的建筑结构设计方案，以提高建筑工程施工建设的综合效益，促进建筑工程施工建设的发展与进步。文章通过对于价值工程优选设计方案方法中存在的问题进行分析，从离差最大化设计方案优选评价原理与模型的建立、具体计算评价等方面，结合建筑结构设计方案的影响因素，进行基于离差最大化的建筑结构设计方案优选分析与探讨。

1、价值工程建筑结构设计方案优选评价局限性分析

价值工程设计方优选方法，主要就是通过运用价值工程优化设计方案的方法，通过对于设计方案进行技术、经济等指标属性的评价，实现经济与技术统一的工程前期的造价控制实现。在我国，价值工程设计方案优选方法还是具有一定的应用范围，通常情况下，在进行工程设计方案的优选实现过程中，就是通过设计招投标或者是设计方案优选、限额设计等方式，通过使用价值工程优化设计方案，在对于设计方案进行技术和经济上的评价后，实现工程设计方案在技术与经济的统一，并对于工程前期的造价成本进行控制。

总之，价值工程设计方案优选方法是一种通过应用集体智慧结晶成果和有组织的活动，以设计方案中的设计产品的功能的分析评价为主，是产品设计方案保持在以及较低的成本费用满足安全可靠的产品必要功能的设计实现。因此，根据价值工程设计方案优选方法的具体方法步骤可知，应用价值工程设计方案优选方法进行建筑结构等设计方案的优选评价中，主要就是对于建筑结构设计方案中的建筑结构设计功能以及设计成本之间的相互关系进行研究，并且根据这种相互关系的研究结果，来进行设计方案的评价优选。

结合价值工程设计方案优选评价方法的具体优选评价方式与原理，在实际应用中，该方法主要具有以下的局限性与应用问题。首先，价值工程优选方法在进行设计方案中指标权重系数的确定中，具有较大的主观性；其次，价值工程优选方法的设计方案评价标准不够完善；最后，价值工程优选方法在进行设计方案中成本系数指标因素的确定中，只是在方案之间进行对比确定，准确性与合理性不足。

2、基于离差最大化的建筑结构设计方案优选

离差最大化进行建筑结构设计方案的优选评价，能够根据不同类型的指标属性，比如效益型或者是成本型、区间型等，通过对于这些指标偏离程度的计算，并根部不同属性指标偏离程度的衡量标准不同规律，对于设计方案进行优选评价实现。应用离差最大化进行设计方案的优选评价，其优选评价实质就是通过设计方案中主要评价指标的对比，应用最大离差实现设计方案的优选评价，它对于价值工程优选方法中，功能系数与成本系数相比的设计方案优选评价局限和不足有很好的弥补改善。

2.1 基于离差最大化的设计方案模型建立

根据上述离差最大化设计方案的优选评价原理方式，应用离差最大化进行设计方案的优选评价实现中，首先需要进行评价矩阵的建立。

假设集合D为要进行优选评价的设计方案集合，而D1、D2、D3……Dn为不同的设计方案，对于这些设计方案进行设立的评价指标结合为G，而G1、G2、G3……Gn为不同的评价指标因素。如果存在Di的指标因素Gj属性值为Yij，那么，就可以用下式（1）所示矩阵，进行设计方案D所对应的的评价指标因素集合D的属性矩阵表示。

（1）

通常情况下，在进行设计方案优选评价中评价矩阵建立时，对于评价矩阵中的评价指标因素多进行效益型以及成本型、固定型三个属性类型的划分，其中效益型的评价指标因素中，指标属性值通常越大越好；而成本型的指标属性中，指标的属性值则是越小越好；固定型指标属性类型中，其属性值既不能太大，也不能太小，通常以稳定在某个固定值范围标准为最佳。

通常情况下，离差最大化设计方案优选评价时，由于不同属性类型的评价指标之间存在有不同的衡量评价标准和衡量评价单位等，因此，为了避免这种不同衡量标准评价过程中不能统一衡量问题，进行优选评价设计方案的选择前，应做好相关的规范化处理。如下公式（2）中的a、b和c所示，分别为效益型、成本型和固定型三种不同属性类型指标的规范化处理表示公式。

（a）

（b）（2）

（c）

将不同属性类型的设计方案评价指标在经过上示公式的规范化计算处理后，就可以得到一个决策矩阵，在决策矩阵关系中，设计方案评价指标的属性值，则是越大越好。

2.2 指标权重系数的确定

结合上述优选评价设计方案模型的建立情况，假设每个设计方案的评价指标权向量为W，则W满足下列关系公式（3）所示计算关系。

（3）

并且对于第i中设计方案的综合评价值，可以通过下列计算公式（4）进行计算得出。

（4）

需要注意的是，应用离差最大化进行设计方案的优选评价过程中，结合实际优选评价应用情况，为了方便进行设计方案的优选评价实现，通常hia需要对于离差最大化优选评价计算结果，采用熵值法进行修正处理。

假设设计方案Di的评价指标Gj和其他设计方案之间的离差值，可以用下列公式（5）进行表示，那么对于设计方案中的评价指标Gj来讲，所有设计方案和其它方案之间的总离差值，就可以用下列公式（6）进行计算表示。

（5）

（6）

通过上述计算公式就可以实现对于设计方案中总离差的最大化情况进行计算求得，从而实现对于设计方案的优选评价，但是，为了避免设计方案评价指标权重确定中的主观性与随意性对于优选评价结果的影响，就可以对于上述计算公式，进行熵值法修正，得到如下（7）所示权重最优解计算公式，并以此进行设计方案的优选评价。

（7）

3、结束语

总之，基于离差最大化的建筑结构设计方案优选评价方法，是一种相对比较合理，并且适应性较强的设计方案优选方法，进行该方法理论基础下的建筑结构设计方案优选分析，有利于提高建筑结构设计方案评价水平。

参考文献

[1]项勇，李海凌，卢永琴.设计方案优选中的离差最大化及熵值法[J].西华大学学报.2006（1）.

[2]容芷君，陶芳，陈奎生，应保胜.基于偏好的产品设计方案决策模型[J].武汉科技大学学报.2012（3）.

[3]陈自力，李尊卫.离差最大化法在商业银行内部控制评价中的应用[J].重庆大学学报.2005（10）.

[4]曲在滨，李全龙，徐晓飞.战场目标打击顺序的多属性决策方法[J].计算机工程与设计.2007（13）.

结构设计方案范文第5篇

关键词：倒虹吸；结构设计；白马门河渠道倒虹吸

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

当渠道与道路或河沟高程接近，处于平面交叉时，需要修一建筑物，使水从路面或河沟下穿过，此建筑物通常叫做倒虹吸。倒虹吸主要有竖井式。这种形式施工简便而且便于清除泥沙。倒虹吸有箱形和圆形两种。物理上水往高处走的现象是一种水利工程的技巧。倒虹吸，它是在渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物。早在2000多年前，中国已有成功的运用。与虹吸管一样，它在立面上也呈弓形；不同的是，其弓弯向上。而且，虽然倒虹吸管和虹吸管的输水原理相同，即都借助于上下游的水位差，但倒虹吸在开始工作时不需人为地制造管中的真空，因而更为普及。

本文主要针对南水北调中线工程白马门河水渠倒虹吸结构计算分别运用结构力学自由变形框架算法、Sap84弹性地基梁法和Supsap三维有限儿分析法三种方法，并且进行比较。

1结构计算方法

1.1结构力学自由变形框架算法

结构力学自由变形框架算法是将倒虹吸管视为坐落在地基上的自由变形框架结构进行计算的。地基反力简化为线性分布，用材料力学方法求得。

选用迭代计算法，计算时将倒虹吸结构简化为平面框架，沿倒虹吸管的纵向取lm长单宽，按平面问题计算内力，然后进行配筋和抗裂验算。

1.2Sap84弹性地基梁法

Sap84是专门为微型计算机开发的通用结构分析程序，其输入数据文件采用了自由格式。程序提供的图形显示输出功能、数据检查以及报错功能，以及在计算机上就可以实现的二维分析、平面分析、振动分析和动力分析等功能。结构计算时，沿倒虹吸管纵向取lm单宽，按平面问题进行计算。底板弹性链杆的刚度用地基的变形模量乘以每根弹簧支撑的面积来计算。

如果只进行内力计算而不进行配筋计算，则坐标轴的方向可以随意设置。在进行配筋计算时，程序会默认Z轴铅直向上，故必须在建立坐标系时将z轴建在竖轴上(X，Y，Z三轴按照右手法则进行排列)，否则配筋结果全错。

1.3Supsap三维有限儿分析法

Supsap是美国Algor软件公司研制的微机上使用的大型通用有限儿软件。

结构设计时首先是前处理部分，即画出计算模型和施加荷载及约束信息。基本数据取值如下：泊松比1/6，混凝土C25，剪切模量取1. 14*l06t/m2。约束信息中，地基仍然按弹性地基考虑，按地基和底板一起作用计算。将弹性链杆的刚度施加到底板和地基接触的各节点上，刚度计算方法同Sap84弹性地基梁法。

2工程概况

白马门河渠道倒虹吸位于焦作市中站区西南，北距焦（作）-博（爱）公路约1km，东临焦武路，进口渐变段起点桩号为总干渠Ⅳ31+399，出口渐变段终点桩号为总干渠Ⅳ31+735，建筑物总长336m，其中管身水平投影长200m。白马门河渠道倒虹吸由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口控制闸和出口渐变段组成。白马门河倒虹吸实行分期施工，一期工程主要进行管身段的开挖、混凝土浇筑和土石方回填施工；二期主要进行倒虹吸进口渐变段、进口闸室、出口闸室和出口渐变段的开挖、混凝土浇筑和土石方回填施工。

白马门河倒虹吸管身段:水平投影长200m。由进口斜管段、水平段和出口斜管段共13个仓组成，混凝土3.2万方，钢筋制安2391t。管身横向为4 孔箱形钢筋混凝土结构，每2 孔为一联，左右对称布置的箱型钢筋混凝土结构，单孔过水断面6.5m×6.7m（宽×高）。

3计算结果

3.1结构力学自由变形框架算法和Sap84弹性地基梁法比较

表1 结构力学自由变形框架算法和Sap84弹性地基梁法比较

3.2结构力学自由变形框架算法、Sap84弹性地基梁法和Supsap三维有限儿分析法比较

表2结构力学自由变形框架算法、Sap84弹性地基梁法和Supsap三维有限儿分析法比较

单位：kpa

3. 3成果分析

（1）由表1中的数据可以看出，两种计算方法的结果接近，最后的配筋成果都一样。对于底板来讲，弹性地基梁法考虑了底板与地基土的相互变形的影响，而迭代法将地基的反力简化成地基反力施加在底板上，对于结构的简化程度较大；对于整个结构而言，弹性地基梁法考虑了位移变形的影响，是利用有限单儿法计算的，与实际受力情沉更相符合。由于弹性地基梁法对结构本身进行了一定的优化，所以计算结果偏小，但是不影响最后的配筋成果。

（2）由表2可以看出，各杆的最大拉应力均小于抗裂允许的强度(C25号棍凝土为1900KN /m2)，应力分布规律也符合实际情沉。

三维分析中是按三维实体单儿建立的模型，综合考虑了各种力互相传递的影响，进行了优化组合，它的应力图形面积最小。但是按应力图形配筋的方法尚不成熟，规范中仅提供了几点参考性的建议，考虑到设计的安全性及需要模型试验对三维结构进行验证，工作量巨大，此阶段不予考虑。所以不采用此法。

传统的内力计算方法(结构力学自由变形框架算法Sap84弹性地基梁法）是取单宽按结构力学或杆系有限儿法进行的平面计算，没有充分考虑接点刚度和结构空间工作性能的影响，不能完全反映实际受力状沉，误差较大。但是对于深埋于地下的倒虹吸结构，简化成平面问题处理，计算误差也相对较小。从应力图形分析，Sap84弹性地基梁法拉应力图形面积介于迭代法与二维分析法之间，从计算难度来讲，迭代法要比弹性地基梁法复杂得多。

4结论

通过计算分析可见，利用Sap84弹性地基梁有限儿法对倒虹吸进行结构计算是可行的，计算成果的精度满足设计要求；且此法比其它方法计算起来方便得多，原始数据输入简单，不易出错，对于不同的计算方案可以任意进行组合计算。修改断面尺寸也比较方便，只修改数据文件即可。所以推荐Sap84弹性地基梁法作为倒虹吸结构设计的计算方法。根据此计算方法，对南沙河倒虹吸2孔、4孔、6孔方案进行了计算，推荐4孔方案作为最后的优选方案。

参考文献：