结构设计论文

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结构设计论文范文第1篇

(1)能源站的主要热力设备是内燃机、溴化锂余热机、直燃机。通过散热设备完成冷却系统的循环。散热设备需要布置于室外，而室外地坪主要用于绿化，因此散热设备只能放置于相邻的楼宇C、D座屋面。C、D座高约50米，冷却水管从地下负三层侧墙穿出，通过C、D座竖井直通屋面小间，管路出小间后分配到各个散热设备。管道竖井为框架结构，管道支撑点通过H型钢梁简支在竖井框架梁上，竖井总高约65m，管道支撑点分别设在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，单根钢梁最大总荷载为36t。通过计算H型钢梁的强度和稳定，截面定为HM550X300。(2)冷却水管出了屋面小间，通过屋面管架输送到各个散热设备。管架之间的距离是由管道的最小支撑点距离所决定的。管架选用门型支架，管道支撑点直接设在支架梁上。门架两柱基础相连做成一个整体性、刚度较好的整体条形基础，在柱顶用通长钢梁连接，加强了管架上部结构的整体刚度。型钢选用轧制H型钢，因为轧制H型钢质量向翼缘分布，在同等用钢量的情况下，比工字钢具有更大的抗弯模量。(3)管架宜采用1-2层的低层支架，主要原因为：①散热设备回水靠重力自流，管路标高直接决定散热设备的基础设计高度，过高的管架会造成散热设备的基础加高，不仅增加基础土建工程量，且加大了屋面荷载，势必造成结构设计的浪费。②相同数量、相同管径的管路，低层管架相对高层管架，受风荷载与地震荷载的影响小，按2层布置管架，与按5层布置管架传到屋面板最大荷载对比如表1所示。

2屋面设备基础

屋面散热设备及管道总荷载达到约650t，屋面梁采用井字梁结构，梁间距3m，屋面板厚为200mm。考虑冷塔等散热设备属于带转动振动设备，为提高楼顶住户的舒适度，设计时增加了散热设备基础的刚度和配重，采用条形基础，若设备设计安装标高大于条基高度，采用钢筋混凝土短柱支撑设备地脚。

3结语

结构设计论文范文第2篇

单孔箱涵在数轴对称荷载作用下，其内力计算方法主要有力矩分配法、转角位移法和查表法三种[2]，由于查表法简单直观，并且便于程序化，因此本文采用查表法进行箱涵内力计算。用查表法计算箱涵内力的步骤如下：a.选取计算简图，采用重心轴线作为计算简图的尺寸；b.计算刚度比K；c.按箱涵计算内力表计算箱涵在各种单独荷载作用下的杆端内力，箱涵内力计算表可参见有关手册；d.将各种单独荷载作用下的杆端内力进行叠加。根据以上步骤计算各种荷载作用下的杆端内力，将计算结果按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)第4.1.6条进行承载能力极限状态效应组合，其结果如表1。表中跨中截面内力根据杆端内力计算结果由受力分析得到。

2强度及配筋计算

箱涵的各部分构件受弯矩、剪力和轴力三种内力作用，在进行配筋计算时根据不同部位所受上述三种内力的大小采用不同的公式进行配筋计算。根据受力分析，本文箱涵各构件按偏心受压构件计算。偏心受压构件计算方法参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)及参考文献[2]。本文根据内力计算结果，分别对箱涵各构件跨中及端点进行强度及配筋计算，经计算箱涵顶板、底板和侧壁受力钢筋采用16@150均可满足要求，其余钢筋按构造配置即可。

3基底应力计算

地基反力的分布与箱涵的跨径及地基等条件有关，本涵洞尺寸较小，为简化计算，假定地基反力按均匀分布。式中，N为短期效应组合在基底产生的竖向力，M为作用短期效应组合产生的水平力和竖向力对基底重心轴的弯距，W为基础底面偏心方向面积抵抗矩，A为1m箱带基底面积。由计算结果可知箱涵的地基承载力满足要求。

4排水设计

结构设计论文范文第3篇

工程中结构基础的投资约占结构整体造价的30％左右，而且基础属于隐蔽工程，一旦施工结束后将进行掩埋，在设计阶段如若考虑不周将会给整体结构留下很大的隐患，使用阶段进行修复或改造很困难，会增加很大的费用和成本。现以应用较为普遍的桩基为例，桩基础的设计主要优化环节在于桩型和桩长的选择上：1.现阶段常用桩型主要有：人工挖孔灌注桩、预制桩、沉管灌注桩和钻孔灌注桩等，设计人员设计时要综合考虑荷载、土层、环境及工期等因素，任何一个环节除了问题都将导致后期成本较大变动。2.桩长的选择除了考虑桩自身的承载力外，设计初期就应从概念设计的角度上把握后期使用效果，桩基础要能起到减小差异变形、降低承台内力和上部结构次内力，提高建筑物使用寿命的作用，如目前中高层建筑由于设计有电梯，多数采用框架-核心筒结构，针对此种结构采用变刚度调平原则，不同部位采用不同桩长、不同桩距布置，即将桩相对集中布置于核心筒和柱下，对于框架区应适当弱化，最终能节省投资约30％左右。在桩长选择上概念设计也非常重要。

二、设计软件缺陷修正与参数选取

目前设计院结构设计软件以PKPM为主，由于软件的使用，导致多数设计人员的基本设计理论知识淡化，过度依赖于软件设计，而对软件设计的基本原理关注较少，所设计图纸中多以软件结果为主，很少进行较为深入的修正。

1.软件固有的不足与缺陷

在绘制施工图时，多数设计人员会直接把梁端下部钢筋全部锚固于节点处或全部贯通节点，没有进行必要的截断修正处理，这种做法一会导致结构的配筋量增多费用加大，二会使结构在地震时处于危险的状态，主要是因为在结构设计时要用“强柱弱梁”的理念来引导设计，规范也有相关规定，但是在设计时，软件的处理方式却跟我们想要的结果有一定的差异，设计软件会选取柱中心点的弯矩作为梁端弯矩的计算值，而实际梁端弯矩为柱内侧弯矩值，软件选择裂缝控制配筋会对计算值进行一次放大，软件系统自动配筋时又会对计算值进行一次放大(1.1倍)，根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)11.4.1-11.4.5条规定柱端弯矩设计值为梁端弯矩乘大于1的倍数，而此处的梁端弯矩为计算值，并非实际的配筋值，软件给出的结果是梁端部的配筋偏大，这样就导致了实际配筋时无法达到“强柱弱梁”的设计效果，抗震结构早就引入了“强柱弱梁”的延性理念，但是实际效果却差强人意，如汶川地震框架结构破坏，该破坏模式很大一部分原因就是设计缺陷——梁端部配筋上没有处理好。设计人员应该利用自己的专业理论知识去弥补软件的不足和缺陷。

2.计算参数的选取

PKPM结构分析需补充的SATWE参数有10项：总信息、风荷载信息、地震信息、活荷载信息、调整信息、设计信息、配筋信息、荷载组合、地下室信息和砌体结构，每一项都对应一些参数的设置，这些参数都会在一定程度上影响结构的造价和安全储备，设计时应该综合在安全储备和经济性上做一些对比分析，才能取得较好的综合效益。结构截面配筋图绘制前也有参数设置，这些参数的选取对结构造价也不可忽略，如：楼层梁、柱归并系数等。

三、结语

结构设计论文范文第4篇

关键词：轻型门式刚架结构设计计算

轻型门式刚架房屋结构在我国的应用大约始于20世纪80年代初期。近十多年来得到迅速的发展，目前国内每年有上千万平方米的轻钢建筑工程，主要用于轻型的厂房、仓库、体育馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。

单层轻型门式刚架结构是指以轻型焊接H形钢（等截面或变截面）、热轧H形钢（等截面）或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式门式刚架或格构式门式刚架作为主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢（槽形、Z形等）做檩条、墙梁；以压型金属板（压型钢板、压型铝板）做屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔热材料并适当设置支撑的一种轻型房屋结构体系。

在目前的工程实践中，门式刚架的梁、柱多采用焊接H形变截面构件，单跨刚架的梁柱节点采用刚接，多跨者大多刚接和铰接并用；柱脚可与基础刚接或铰接；围护结构多采用压型钢板；保温隔热材料多采用玻璃棉。

1单层轻型门式刚架结构的特点和设计中的注意事项

1.1单层轻型门式刚架结构相对于钢筋混凝土结构具有以下特点：

(1)质量轻

围护结构采用压型金属板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻。根据国内工程实例统计，单层轻型门式刚架房屋承重结构的用钢量一般为10~30kg/m2，在相同跨度和荷载情况下自重仅约为钢筋混凝土结构的1/20~1/30。由于结构质量轻，相应地基础可以做得较小，地基处理费用也较低。同时在相同地震烈度下结构的地震反应小。但当风荷载较大或房屋较高时，风荷载可能成为单层轻型门式刚架结构的控制荷载。

(2)工业化程度高，施工周期短

门式刚架结构的主要构件和配件多为工厂制作，质量易于保证，工地安装方便；除基础施工外，基本没有湿作业；构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速。

(3)综合经济效益高

门式刚架结构通常采用计算机辅助设计，设计周期短；原材料种类单一；构件采用先进自动化设备制造；运输方便等。所以门式刚架结构的工程周期短，资金回报快，投资效益相对较高。

(4)柱网布置比较灵活

传统钢筋混凝土结构形式由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6米，当采用12米柱距时，需设置托架及墙架柱。而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网布置不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定。

1.2设计中的注意事项

(1)由于门式刚架结构构件的抗弯刚度、抗扭刚度较小，结构的整体刚度较弱，因此设计时应考虑运输和安装过程中要采取的必要措施，防止构件发生弯曲和扭转变形。

(2)要重视支撑体系和隅撑的布置，重视屋面板、墙面板与构件的连接构造，使其能参与结构的整体工作。

(3)组成构件的杆件较薄，设计中应考虑对制作、安装、运输的要求。

(4)设计中应充分考虑锈蚀对结构构件截面削弱的影响。

(5)门式刚架的梁柱多采用变截面杆件，梁柱腹板在设计时考虑利用屈曲后的强度，所以塑性设计不再适用。

(6)设计中对轻型化带来的后果必须注意和正确处理，比如风力可使轻型屋面的荷载反向等。

2结构形式和结构布置

2.1结构形式

门式刚架的结构形式按跨度可分为单跨、双跨和多跨，按屋面坡脊数可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。屋面坡度宜取1/20~1/8。单脊双坡多跨刚架，用于无桥式吊车的房屋时，当刚架柱不是特别高且风荷载也不是很大时，依据“材料集中使用的原则”，中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。门式刚架的柱脚多按铰接设计，当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。门式刚架上可设置起重量不大于3t的悬挂吊车和起重量不大于20t的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式吊车。

2.2结构布置

2.2.1刚架的建筑尺寸和布置。

门式刚架的跨度宜为9~36m，当柱宽度不等时，其外侧应对齐。高度应根据使用要求的室内净高确定，宜取4.5~9m。门式刚架的合理间距应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，一般宜取6m、7.5m、9m。纵向温度区段小于300m，横向温度区段小于150m（当有计算依据时，温度区段可适当放大）。

2.2.2檩条和墙梁的布置

檩条间距的确定应综合考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、檩条规格等因素按计算确定，一般应等间距布置，但在屋脊处应沿屋脊两侧各布置一道，在天沟附近布置一道。侧墙墙梁的布置应考虑门窗、挑檐、雨蓬等构件的设置和围护材料的要求确定。

2.2.3支撑和刚性系杆的布置

(1)在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。

(2)在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。

(3)端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。柱间支撑的间距应根据房屋纵向受力情况及安装条件确定，一般取30~45m，有吊车时不宜大于60m。

(4)当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；当房屋宽度大于60m时，内柱列宜适当设置支撑。

(5)当端部支撑设在端部第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。

(6)在刚架的转折处（边柱柱顶、屋脊及多跨刚架的中柱柱顶）应沿房屋全长设置刚性系杆。

(7)由支撑斜杆等组成的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。

(8)刚性系杆可由檩条兼做，此时檩条应满足压弯构件的承载力和刚度要求，当不满足时可在刚架斜梁间设置钢管、H型钢或其他截面形式的杆件。

(9)当房屋内设有不小于5t的吊车时，柱间支撑宜用型钢；当房屋中不允许设置柱间支撑时，应设置纵向刚架。

3刚架设计

3.1荷载及荷载组合

3.1.1永久荷载

永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

3.1.2可变荷载

可变荷载包括屋面活荷载（设计屋面板和檩条时应考虑施工和检修集中荷载，其标准值为1KN）、屋面雪荷载和积灰荷载、吊车荷载、地震作用、风荷载等。

3.1.3荷载组合

荷载组合一般应遵从《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2002的规定，针对门式刚架的特点，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:98给出下列组合原则：

(1)屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中较大值。

(2)积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。

(3)施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑。

(4)多台吊车的组合应符合《建筑结构荷载设计规范》的规定。

(5)当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。

3.2刚架内力和侧移计算

3.2.1内力计算

对于变截面门式刚架，应采用弹性分析方法确定各种内力，只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法（直接刚度法）编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。

根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：

(1)最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。

(2)最大弯矩Mmax和同时出现的N及V的较大值。

(3)最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。

3.2.2侧移计算

变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求，需采用下列措施之一进行调整：放大柱或（和）梁的截面尺寸，改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的个别摇摆柱改为上端和梁刚接。

3.3刚架柱和梁的设计

(1)梁柱板件的宽厚比限值和腹板屈曲后的强度利用。（主要包括梁柱板件的宽厚比限值验算、腹板屈曲后强度利用验算、腹板的有效宽度验算等内容）

(2)刚架梁柱构件的强度验算。

(3)梁腹板加劲肋的配置。（梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋）

(4)变截面柱在刚架平面内的计算长度确定。

(5)变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算。

(6)变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算。

(7)斜梁和隅撑的强度和稳定性计算。

(8)节点设计。（包括斜梁与柱的连接及斜梁拼接、柱脚设计、牛腿设计、摇摆柱与斜梁的连接构造等内容）

4辅属结构构件设计

4.1压型钢板设计

(1)压型钢板材料的选择可根据建筑功能、使用条件、使用年限和结构形式等因素考虑，钢板基板的材料有Q215钢和Q235钢，工程中多用Q235-A钢。

(2)压型钢板的截面形式较多，根据波高的不同，一般分为低波板、中波板和高波板。波高越高，截面的抗弯刚度就越大，承受的荷载也就越大。

(3)压型钢板的强度和挠度可取单槽口的有效截面按受弯构件计算。计算内容包括压型钢板腹板的剪应力计算、支座处腹板的局部受压承载力计算、挠度限值验算等。

(4)压型钢板尚应满足其他相关构造规定。

4.2檩条设计

(1)檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不大于9m时，应优先选用实腹式檩条。

(2)檩条属于双向受弯构件，在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。

(3)檩条应进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。

(4)檩条尚应满足其他相关构造规定。

4.3墙梁、支撑设计

(1)墙梁一般采用冷弯卷边槽钢，有时也可采用卷边Z形钢。

(2)墙梁在其自重、墙体材料和水平风荷载作用下，也是双向受弯构件。

(3)墙梁应尽量等间距设置，在墙面的上沿、下沿及窗框的上沿、下沿处应设置一道墙梁。为减少竖向荷载作用下墙梁的竖向挠度，可在墙梁上设置拉条，并在最上层墙梁处设斜拉条将拉力传至刚架柱。

(4)墙梁可根据柱距的大小做成跨越一个柱距的简支梁或两个柱距的连续梁。

(5)门式刚架结构中的交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑中的受压杆件及刚性系杆按压杆设计。

(6)刚架斜梁上横向水平支撑的内力，根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算，并计入支撑对斜梁起减少计算长度作用而承受的力，对于交叉支撑可不计入压杆的受力。

(7)刚架柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向风荷载按支承于柱脚的竖向悬臂桁架计算，并计入支撑对柱起减少计算长度而应承受的力，对于交叉支撑可不计压杆的受力。当同一柱列设有多道柱间支撑时，纵向力在支撑间可平均分配。

5小结

综上所述，轻型门式刚架结构设计应遵守以下原则：

(1)保证结构的整体性。门式刚架属于平面结构，它们在纵向构件、支撑和围护结构的联系下形成空间的稳定体系，结构只有组成空间稳定整体，才能承担各种荷载和其他外在效应。

结构设计论文范文第5篇

工程项目的建设，施工过程中为了节约建材或者抱有侥幸心理的建设单位常常会忽视抗震烈度设计要求。比方说，在某些抗震烈度要求为7的地区，普通的气体结构建筑从地下室开始算的话第一层可以设为车库，地面以上的部分为5层为居住房，当上部居住建筑的承重墙与地下室的承重墙不在一条直线上的时候，并且地面的居住建筑可以看作是没有基础。集中荷载作用在地下室的称重墙上，荷载不能有效的传递给基础。还有一个例子,某7层气体结构商品楼,一楼因为要保证商业门面的整体性以及流动性，是不设纵向承重墙的，这样就使得一层建筑只有水平承重墙，这样的结构抗震效果显然会比较低下。上面的两个例子在层数以及高度上都满足了设计规范的要求，但是没有能够联系到实际的结构特性，在建筑的选型方面就出现了较大的失误，因此最终的产品抗震性能很差。建筑物抗震设计主要由概念设计、构造设计和结构计算三个方面的设计。地震是无法预测的，出现之后往往会具有较大的破坏性，而抗争计算只能算作是保证建筑物抗震性能做有效的方式。

2使用PKPM软件在设计准确性中应注意的问题

2.1结构平面辅助设计软件PMCAD的应用1)交互式结构模型的建立。结构模型中的全部数据都可以参数的形式输入到软件中，并且还可以在三维模式中显示其构件的尺寸以及构件所承受的荷载。在输入过程中一定要保证每一项数据的正确性，满足结构力学、材料力学的模型，确保数据的合理性。值得重视的是:不同的作用荷载以及材料的尺寸应设置在不同的层面，荷载偏心的形式应当尤为注意要在软件上显示，重视在偏心距出现后对于承重墙以及圈梁等梁式结构连续性的影响。在操作过程中，若是已经出现了两个以上的层面，此时在对某一层面的编辑过程中就要注意禁止对任何一个层面进行整体上的移动，因为所有的偏心设置坐标都是以原点为基础，某一层面的移动会是图纸上反映的层面出现整体偏差。在软件上进行建筑结构的组装时必须是要按照自下而上的顺序进行。填充墙在输的过程中要注意只能按照梁的输入形式进行，并且该填充墙的输入只能以梁上荷载形式来进行。并且输入的数据必须是标准值。2)PK文件的生成。就气体结构而言,需要由梁的数据输入之后形成墙梁的连续PK数据文件,气体结构墙体在没有进行抗震验算时梁上是不需要输入荷载的。而底框砖房与气体结构存在很大的差异，不能利用框架梁生成连梁的PK数据文件,不然框架上荷载的生成过程中会出现遗漏的问题。此时软件中出现的pk数据文件还需要在一定的程度上尽心操作，并经调整系数换算，不然文件打开后会使得梁上荷载会与标准值出现较大的偏差，导致在结构配筋的过程中出现支座钢筋偏大而跨中钢筋偏小的问题。

2.2平面框排架计算及绘图软件PK的应用1)框架绘图。在计算的过程中往往会出现结果表明梁柱属于超筋，在这个时候可以选择绘图，但是要注意在这样的数据下做出的图纸是不正确的，此时图纸显示的配筋可能与计算的结果存在较大的差异，原本的超筋在此时说不定就是适筋甚至少筋。此时文件数据都需要做出相应的调整才能绘出正确的图纸。2)柱的轴心压力荷载是输入柱的信息时一个十分重要的部分，PK软件是以柱的最大配筋率来确定柱是否超筋，因此软件显示的数据并不能确保所选柱的截面一定就是适合的。

2.3独立基础及条形基础设计软件JCCAD的应用在利用软件进行地基计算的过程中，相关的设计工作者不能忽视两个方面的问题:1)基础的反作用力分布和基础徐变的改善方式；2)基础以上结构刚度的确保问题。有关的建筑法规以及建筑章程明确指出，基础反作用理想化为直线分布时，计算的过程中应当乘以一定的调整系数。若将地基看作是弹性介质并理想化为弹性模型时，此时上部结构的刚度就是计算过程中应当首要考虑的因素。1)对于气体结构:砖混荷载是经过PMCAD按照设计规范计算出来的荷载值为主要依据。2)对于框架结构:一般以PK荷载为基础,并与经TAT、SATWE计算后的组合荷载作为分析依据进行确定。

3结语