结构设计论文例1

关键词建筑表达结构设计安全建筑情感争议结构设计实践

■前言

一段时间以来，由法国巴黎戴高乐机场2E侯机厅通道部分倒塌事故引起的对结构安全问题的讨论成为业界甚至各种传媒的热门话题，由之引起的对国家大剧院以及各奥运在建项目进行结构安全再认识的声音也不时传起。特别是对正在设计施工中的奥运项目，按照政府决策部门的意见，建设单位组织结构有关专家逐个项目地进行了更为严格的结构设计安全评估。

结构设计安全是我们所有从事结构设计与研究工作者必须面对和回答的问题，巴黎戴高乐机场事故是结构在其设计使用寿命初期（投入运营一年），在常规荷载作用（没有恐怖袭击、没有恶劣的区域突发自然灾害）的情况下发生的，就是说，一定是在结构设计或施工的某个环节给结构留下了致命的内部缺陷才造成的，这一缺陷既可能是结构设计理论方面的，也可能是结构设计构造方面的，既可能是结构材料使用方面的，还可能是建造过程中的施工质量控制方面的，等等。无论什么原因，这种结构破坏形态都是结构设计原则所不允许的，引起我们的警觉也是应该的。

另一方面，我们也还是应该理性地、科学地、全面地分析和把握结构设计的安全问题。其实，追溯人类改造自然、改造世界的历史足迹，我们还是有理由对当代结构设计理论和建造技术的发展水平感到自豪的。虽然我们现在感觉是越来越累，越来越难，但是在力学和材料科学发展的有力支撑下，我们所从事的结构设计与建造技术的发展还是基本上满足了那些满脑子求新求奇，求高求广的所谓当代建筑师的表达欲望与需求的。

■世界上没有自由的结构设计师，但假如没有我们，也就没有建筑表达的自由

建筑师设计东西，无非表达两种需求，一种是传统意义上的功能需求，另外一种就是表达建筑情感，或者说是通过建筑表达情感。这种情感表达方面的需求可能是来自公众的，也可能是来自政府或领导意志的，还可能就是直接来自建筑师的美学修为的。建筑师可以利用建筑特有的元素，比如建筑材料的材质、装饰材料的色彩等进行其建筑情感的表达，但是这种表达的效果和能力是有限的，建筑师更重要的手段则是借助结构的能力完成这一表达需求，从这个意义上说，建筑师丰富的想象力既给结构设计提出了课题、带来了挑战，同时也就给结构工程师带来了风险。

国家大剧院超大超深的地下结构体量，椭球抛物面壳体屋顶和围绕壳体的环形水池都是安得鲁实现其剧院功能需求与其情感表达需求的手法和元素。为了在不超越人民大会堂的限定高度内，完成剧场功能对竖向尺度的需求，“深入地下”是其自然的（也许是无奈的）选择；椭球抛物面壳体屋顶罩住其下的三个功能剧场是建筑师进行区域空间整和的一种手段，在这块区域上的建筑物进行这样的整和处理我认为是必要的；建筑师设置环形水池的目的在于其制造区域宁静气氛的需要，这种建筑情感表达上的需求也是必要的。

国家大剧院总平面图

同样的，在建的国家体育场（简称“鸟巢”）以及国家游泳中心（简称“水立方”）等标志性建筑，她们不单单是承载着满足举办奥运会各单项体育功能方面的需求，也还要承载着通过其“别样”的建筑形象来表达全国人民百年奥运梦想成真的情感需求，承载着要为最出色的一届奥运会留下最出色的“建筑遗产”的使命。

自然的，建筑师是无法单独承担这样的使命的，必须依靠结构工程师的支持来实现其“特别”的表达需求。或者说，结构工程师在这个时侯是没有选择的自由的，只有绞尽脑汁为建筑师的这种需求寻找“解决方案”，于是，百年之前的理论物理学命题“泡沫理论”被结构师拿来经过有趣的数学变换，最终成了表达建筑师“看似无序的水分子结构”的最好载体。

国家游泳中心总平面图

■建筑结构形式的争议多半不是“好与不好”的问题，而是“值与不值”的问题

为了满足建筑师们的“浪漫”需求，在传统的结构构成方式无能为力的时候，结构设计师就必须探索新的、非传统的结构构成方式。结构系统的基本形式，可以说已经被我们认识的差不多了，但是，这种说法只是限于基本体系，并不意味着创造新的结构形态可能性的减少，在拥有无限多样的物种的丰富多彩的世界里，限定结构形态的类型显然是不恰当的。

结构工程师的任务就是在既要保证结构安全同时又要满足建筑美学需求的杠杆上寻找一个平衡点。只是，世界上终究没有免费的午餐，当各种或是张扬的、或是陌生的结构形态出现的时候，在结构材料科学还没有长足的发展的时候，在我们还不得不用传统的结构材料去实现这样一个个“浪漫”的需求的时候，对结构安全的关注也就从来没有象现在这样引起一端又一端的“争议”。

从一个结构设计与研究工作者的角度看待这些“争议”，我认为很多时候我们是可以在力学或规范的原则内寻找到这个“平衡点”的，随后的问题是，这会要我们付出多大的“代价”，或者说要我们支付多大的“结构成本”？我认为对这个我们要支付的成本“值与不值”的不同看法是对建筑结构形式“争议”的焦点问题。

其实，作为一个结构工程师，常常是不能判断建筑的形象与情感“效益”与结构实现的“成本”之间到底谁高谁底的，因为前者是很难量化的。我们所能做的就是在保证建筑功能与美学需求的诸种可选择的结构实现方式中找到成本较低的解决方案。

国家游泳中心南北剖面图

国家大剧院南北剖面图

例如，在国家大剧院工程结构的第一轮初步设计时，法国ADP公司确定的结构底板的顶面标高为-26.0米，这个标高受到了中国建筑与结构工程师的质疑，如此深的基槽，且不说开挖与降水的成本会很高，结构寿命期内的抗浮设计成本更是一项很大的投入，为此，我们建议在保证其建筑功能需要的前提下，尽可能提高建筑底面标高，法方在修改后的初步设计中将这一标高提高到了-22.0米。

与上述情形相反，国家游泳中心工程的建筑设计由于采用了ETFE双层充气膜，这种膜材的造价很高，所以，在相对深挖（增加基础开挖与结构抗浮成本）和抬升建筑总高度（增加围护膜材的用量）的比较选择中建筑师完全依赖的就是综合成本最小化的原则。

■结构工程师要给浪漫的建筑师和建筑师的浪漫设定一条底线

作为一名结构工程师，我们还应该清醒地认识到，结构科学和材料科学的发展远没有达到可以令建筑师们的“浪漫思维”无约无束的境地。在实际结构的建造过程中影响结构安全的因素众多，一方面，建筑结构理论归根结底是一门实验科学，理论与实际的偏差不可避免，另一方面，建造技术的发展水平和区域差异以及施工质量控制等等方面的诸多因素，都会给实际建造完成的建筑结构安全性能带来某种程度的不确定性。

所以，建筑师们在通过建筑表达其美学或情感需求的时候，结构工程师们还是要给他们设定一条底线。这条底线不仅依赖于当代人类对自然界的认识水平，而且还依赖于现代结构技术与材料科学的发展水平，依赖于结构分析技术的发展水平。在某种程度上，我们可以允许他们突破某些“规范”条文的底线，但是不能允许他们突破“基本力学准则”的底线。尤其是当我们面对国外建筑师的时候，这一点做起来很难，譬如在和安德鲁的法国ADP团队合作设计国家大剧院的过程中，我们就经历了多次的“争执与说服”的过程。

国家游泳中心的设计过程也给了我们很多启示，在建筑师浪漫的创意和结构的可实现之间还是有较长的一段路要走的，因此，我们投入很多精力进行了这种新型多面体空间钢框架结构的试验研究，最终才可以保证这种结构的安全、可靠。

钢骨架结构效果

ETFE充气枕结构

■不能认为结构设计安全与结构设计的创造性是永远的矛盾

实际上，对结构设计安全性的忧虑往往会束缚住我们结构设计创造性探索的步伐，虽然这种忧虑不是多余的。发生巴黎机场结构倒塌事故后，我们听到的几乎都是对安德鲁主持设计的建筑的一片怀疑之声，结构设计工程师们，尤其是从事重要公共建筑结构设计的工程师们更是增添了更多的谨慎与小心。

我认为，结构设计的任务始终是：按照建筑的功能与美学需求确定安全、合理的结构体系；进而依据建筑结构可靠度设计有关标准所确定的原则对结构作用效应与结构抗力进行符合结构实际工作条件（性能）的分析；最终应做到在规定的结构设计使用年限内，在现行规范规定的各种荷载作用下，所设计的结构是安全可靠、经济合理、技术先进的。

为了实现这样的使命，对结构设计安全的自始至终的关切无疑是必要的，另一方面，结构设计的创造性不但是当今建筑设计发展的必然要求，同时也是结构设计技术自身发展的要求。国家大剧院、国家体育场、国家游泳中心以及新中央电视台等建筑在结构设计方面的创造性探索可以为我们跟踪当今世界先进的结构设计理念提供一些线索，也可以让我们检视一下很多经验的、传统的结构设计思维是否还适应现代结构设计发展的要求。

结构设计论文例2

作为建筑工程项目开展中的一个重要环节，建筑结构设计不但会关系到建筑工程项目的顺利开展，而且还会影响到整个建筑工程质量。所以，相关单位要充分重视建筑结构设计工作，并且采取科学有效的方法有效提高建筑结构设计水平。在其中合理地运用概念设计方法，可以有效地优化建筑结构设计方案，提高建筑结构设计水平。因此，设计人员要在建筑结构设计中要积极、合理地运用概念设计方法。

1概念设计概述

所谓的概念设计即为在尚未经过数值计算，特别是在一些很难通过相关的规范制度做出明确规定或者是很难进行精确理性分析的问题当中，根据整体结构体系以及分体系彼此之间存在的力学关系、试验现象等总结获得的设计思想与设计原则，以此来从整体上来完成对建筑结构的总体规划与布置，有效管理与控制抗震细部方法等［1］。在建筑设计方案制定的时期，这一设计方法可以更加科学、合理地完成对结构体系的构思、建立以及选择等，进而能够获得更加准确以及概念清晰的方案，从而为后期的设计奠定坚实的基础，进而提升其经济性以及安全、可靠性。

2概念设计在结构设计中的重要作用

2．1有效弥补计算机设计中存在的缺陷

在采用计算机完成建筑结构设计方案的时候是会存在许多缺陷的，其无法正常完成方案初步设计工作。这是由于计算机设计往往会为设计师造成一定的错觉，会使得设计人员觉得计算机程序的运用简单易行，因此就会对计算机软件产生过度依赖的心理，于是就不会去专心地研究与学习结构概念的相关知识，进而影响到其设计能力的提升。另外，一些设计人员会存在一种习惯，即会在设计过程中应用分析程序。然而其却没有充分意识到假如采用正确的软件会使得设计效率与设计水平得到有效提升，而假如选择的软件是错误的，那么就会造成结构设计发生问题，会留下潜在的隐患。因此，为了能够有效弥补计算机设计存在的缺陷，那么就应该合理运用概念设计，要鼓励与引导设计人员积极地学习结构概念的相关知识，进而充分利用概念设计的基本原则制定出最为理想化的结构方案。

2．2有效优化结构设计

对于每位建筑设计人员而言，其都需要充分地了解与掌握结构概念。因为利用结构概念可以帮助其创造出新的灵感以及更加准确、清晰的思路，可以帮助设计人员在充分遵循正确设计基本原则的基础上，有效地防止概念混乱以及定性不正确等诸多问题的出现［2］。除此以外，工作人员在面对一些技术问题的时候，假如其可以充分了解概念设计，那么就能够准确地找到问题的原因所在，然后再采取科学、有效的方法解决问题。在当前实行的《建筑结构设计统一标准》当中就涉及到概念理论，而且标准中明确提出了一个围绕概念理论而制定的结构极限状态设计准则，这一种设计方法会更加科学、严谨，进而可以有效提高结构设计的完善性与可靠性，有效地实现结构设计方案的优化。

3概念设计在建筑结构设计中的应用策略

3．1在建筑场地选择中的应用

为了可以有效地提升建筑结构设计的有效性与科学性，那么就必须要做好建筑场地的选择工作，因为只有充分保证建筑场地的科学、合理性，那么才可以也使得后续建筑设计工作更加顺利地开展，有效地确保其工作价值的实现。因此，在选择建筑场地的过程中要合理应用概念设计。具体而言，必须充分注意以下要素:(1)地形因素。因为不同的地形也会对建筑结构产生不尽相同的影响，而且在大多数的情况下还会对其产生极大的制约，所以在开展建筑结构设计的过程中，必须要充分考虑到建筑结构设计的要求，考虑到建筑的实际情况，进而综合考虑选择出最为合适的地形。(2)地质因素。由于地质因素也会在很大程度上影响的建筑结构设计税票，特别是对基础结构设计具有较大的影响。因此，在选择建筑场地的过程中，需要积极地开展全面、科学合理的评估以及分析，进而充分确保施工场地的地质能够有效地满足建筑施工的要求［3］。(3)抗震性因素。由于抗震性也会在很大程度上影响到建筑结构设计水平，因为只有在充分确保建筑结构有着良好的抗震能力以后，那么才能够有效地确保建筑的使用安全。因此，在选择建筑场地的时候，也要合理地应用概念设计，进而尽量防止在在那些极易发生震动的地方开展建筑操作。

3．2在基础设计中的应用

建筑结构的设计人员根据建筑物的具体结构形式以及所处的地理位置，然后再充分遵循概念设计的基本原则，对基础设计类型进行选择。例如筏型基础以及箱型基础等等［4］。在具体采用箱型基础的过程中，需要充分确保建筑物的负载能力，可以及时、均匀地传递给地基，这样就能够对地基不均匀沉降现象产生有效地抵御作用，而且使其可以有效地完成对周围土体的协作互助，进而有效地提升建筑物的抗风以及抗震能力。在选择使用筏型基础的时候，就会使得建筑物上部结构存在着非常大的荷载。对于建筑而言，其具有非常小的承载能力，这一结构类型能够使得建筑物上部得到有效的分散，而且使得地基获得更大的承载能力，在此状况下就会使得极不均匀沉降现象得到了有效的避免。

3．3在高层结构设计中的应用

在受到水平负荷作用时候，会造成高层建筑结构侧移现象的发生，这是高层建筑设计的一个重点与难点问题，每位建筑设计工作人员都必须要给予充分重视。在具体开展结构设计工作的过程中，设计人员要充分遵循概念设计基本原则，不但要充分考虑相关的要求与标准，与此同时还必须要选择更加科学、合理的抗侧力体系，不但要对建筑物四周存在的其他建筑物的位置、结构等进行综合、全面的分析与考量，而且还要对这些建筑物对所要建设建筑物的风压布局所、造成的影响进行综合的考量［5］，进而要在具体开展结构设计的时候，采取有效的措施努力提升建筑物的竖向荷载及其抵抗力，要合理地运用概念设计基本原则，努力加强建筑结构的抗震力，使其能够保证平面结构的简单性以及规范性。总之，在当前科学技术快速发展的时代背景下，也使得我国建筑行业获得了跨越式的发展。然而，其在建筑结构设计方面还存在着诸多问题，那么为了能够有效地提升建筑结构设计水平，就应该合理地应用概念设计方法，以此来有效地提升结构设计的完善性与可靠性，有效弥补在结构设计中存在的问题，优化结构设计方案，有效促进建筑结构设计水平的不断提升。

结构设计论文例3

2结构设计的阶段

结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

结构计算阶段的内容为:2.1荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。2.2构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。2.3内力的计算。根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。2.4构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(比如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。

施工图设计阶段的内容为:根据上述计算结果,来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。

3各设计阶段的基本方法

根据方案阶段的主要内容,其基本方法就是根据各种结构形式的适用范围和特点来确定结构应该使用的最佳结构形式,这要看规范中对于各种结构形式的界定和工程的具体情况而定,关键是清楚各种结构形式的极限适用范围。还要考虑合理性和经济性。

在结构计算阶段,就是根据方案阶段确定的结构形式和体系,依据规范上规定的具体的计算方法来进行详细的结构计算,规范上的方法有多种,关键是结合工程的实际情况来选择合适的计算方法,以楼板为例,就有弹性计算法,塑性计算法及弹塑性计算法。所以选择符合工程实际的计算方法是合理的结构设计的前提,是十分重要的。

在施工图设计阶段,就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求,同时还要符合规范中的构造要求,最后还要考虑施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要很好的理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构,才会是合理的结构。

4规范、手册及标准图集和计算机在具体工作中的应用

结构设计的准则和依据就是各种规范和标准图集。在进行不同结构形式的设计时必须要紧扣不同的规范,但这些规范又都是相互联系密不可分的。在不同的工程中往往会使用多种规范,在一个工程确定了结构形式后,首先要根据《建筑结构可靠度设计统一标准》来确定建筑的可靠度和重要性;然后再根据《中国地震动参数区划图》,《建筑抗震设防分类标准》《建筑抗震设计规范》确定建筑在抗震设防方面的规定和要求,在荷载的取值时要按照《建筑结构荷载规范》来确定,这是建筑总体需要运用的规范。在工程的具体设计方面,涉及到砌体部分的要遵循《砌体结构设计规范》的规定;涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土结构设计规范》的规定;涉及到钢筋部分的要遵循《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》的规定;在基础部分的设计时需要遵循的是《建筑地基基础设计规范》的规定。最后在结构绘图时则要符合《建筑结构制图标准》的要求。

在各种结构设计手册中,给出了该结构形式设计的原理,方法,一般规定和计算的算例以及用来直接选用的各种表格。这对于深刻理解和具体设计各种结构形式具有良好的指导作用。推荐最好能参照设计手册来手算典型的结构形式。

标准图集是依据规范来制定的国家和省市地方统一的设计标准和施工做法构造。不同的结构形式有不同的标准图集。设计中常用的有,结构绘图时采用:平法制图(03G101-1),砌体中的钢筋混凝土过梁采用:过梁(L03G303),砖混结构抗震构造详图采用:L03G313,钢筋混凝土结构抗震构造详图采用:L03G323,地沟及盖板采用:02J331。需要说明的是,在选用标准图集时一定要根据具体工程的实际情况来酌情选用,必要时应说明选用的页号和图集号,不可盲目采用。

计算机在结构设计设计中起着极其重要的作用,现在工程中已经很少用手来绘制施工图,绝大部分的图纸是靠计算机来完成的。这就需要设计者要精通设计软件和软件的计算原理。现在结构设计中用到的软件种类很多,其中以中国建筑科学研究院的PKPM最为普及,当然还有很多应用CAD,天正,广夏结构等等。

结构设计论文例4

1前言

预应力结构设计技术的发展，为现代高层建筑向更高、体型更复杂，结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上，上部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作为办公用房，下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。

2工程概况

本工程位于益阳市赫山区，建筑面积31000m2，地上21层，地下一层，总高度为83m。其中一层为大型商场，二层为餐厅，三层为娱乐场所，四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构，裙楼为超长结构，结构平面布置随建筑变化而逐层变化，图1为四层的结构平面图，楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。

3结构方案设计

混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力，当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时，构件即开裂。对此，现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为45~55m。本结构纵向长度近159.6m，远超过上述规定，而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝，必须采用从基础到顶层增加双梁双柱来实现，这除了增加施工难度和成本之外，还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题，通过对结构施加预应力，在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。

预应力除了可有效控制裂缝的作用之外，其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm，次梁梁高可由600mm降为450mm，16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm~

1100mm。这样在保持净层高不变的情况下，每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案，使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层，从而取得显著的经济效果。

为此，在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点，确定了以下主要设计原则：

3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高，结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋；考虑到规范要求，采取有粘结预应力，跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。

3.2根据文献[2]，混凝土中有效预应力大于0.7Mpa，则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力，已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。

3.3后浇带位置要合理，避免布置在侧向刚度很大的构件周围，以免影响两侧板带的自由收缩。

3.4由于结构复杂，预应力筋数量和形式多样，设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。

4预应力计算

4.1设计重点

a)4~6轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构，其中六楼为空中花园，七、八楼中空，到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋，并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高，而且后浇带的设置使地下一层至六层的A~C轴和E~F轴以及九、十层A~F轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。

b)如图1所示，十层和十一层17~20/C~G轴之间是一个悬挑大网架，面积为25.2m×33.6m，矢高为一个楼层高度，通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力，十一层G点支座向外拉力最大，为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力，在预埋件上钻直径20mm的孔，采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干，基本走梁中直线，张拉控制应力为0.6fptk。

c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂，特别是广告牌支座在风荷载作用下，每个支座最不利弯矩为250kN·m，支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m，对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置，荷载值很大。

针对以上所述的设计重点难点，预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合，均采取了相应有效合理的设计措施。

4.2预应力计算标准

材料强度等级:混凝土C40，局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线，张拉控制应力均为0.75fptk。

本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准（见表1）。

所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋，其受压区高度均小于0.35h0，纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3％，符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算，均未开裂。

5构造设计

5.1后浇带设置

如图1所示，三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段，有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长，初期发展较快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2，三个月完成60％～80％。在后浇带浇筑之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌，考虑竖向结构（柱和墙）的约束影响，可认为此时收缩变形已完成50％。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100％强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能，采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。

预应力对于E～F轴段结构从第三层就到17轴为止，则该区段15～16轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度，从第六层开始把该后浇带取消，预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带，以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带，以防止4～6轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。

5.2锚具设计

由于荷载和结构形式复杂，预应力梁内的预应力数量种类很多，根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。

5.3张拉槽、后浇带构造设计

由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术，而要实现变角张拉的操作，梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑，必将带来如截筋而无法补强等施工问题，最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理，以保证施工质量。

在梁后浇带处或梁面张拉槽处，先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋，对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面张拉槽处张拉端的详细构造设计（见图2和图3）。

5.4张拉顺序设计

根据本工程的结构设计特点，张拉各个区域分开进行，先张拉次梁，后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁（特别是与次梁垂直的主梁），有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁，而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下：

a）先沿着一个方向张拉纵向次梁，再返回张拉纵向主梁；

b）沿一个方向张拉横向主、次梁；

c）横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多，必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋，在两边短跨梁内建立起预压力，再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。

6结语

经各方共同努力，本工程施工进展顺利，经观察没有发现结构裂缝，质量优良。工程实践表明：

6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。

6.2在高层中，施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下，采用预应力方案可以增加建筑物层数，从而取得显著的经济效益。

6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定，对同一幢建筑中的不同构件，同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。

6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.

[2]美国混凝土协会规范.AC1318.

结构设计论文例5

1.1材料的开发与创新

材料的开发与创新主要分为两类，一类是将发明创造出的新型材料应用到设计产品中去，使产品的外观与功能受益于材料性能的独特性，从而解决产品研发中的难点问题，完成设计革命。另一类是在传统材料的基础上，进行不同材料组合搭配上的探索和创新，以获得全新的产品体验与视觉享受。作为创新的源泉之一的视觉体验是情感化体验变革的核心。通过打破人们对固有材料的情感上的认知，逆向推动材料的定向研发和改良，提高新技术在产品研发中的利用率[3]。材料演变曾在家具工业中对家具结构产生了巨大影响，传统材料演变对家具结构的影响。

1.2工艺的改良与革新

新工艺的改良与革新是建立在新材料的加工需求和制造技术的提升的基础上。针对新型材料的成型加工和表面装饰工艺的提升，不光是被动地去适应材料的设计学特性，更是从工艺美和细节设计的角度对产品设计进行诠释。先进的制造技术降低了生产成本，提高了产品的生产效率和附加值，从细节上提升了产品的品质。

1.3设计的开放与进步

新技术在推动设计对象，包括材料、结构、工艺等方面发展的同时，也在改变设计企业的运行和管理模式，使得设计过程更加虚拟化、信息化和数字化，为设计理念的革新提供了源源不断的动力。随着互联网技术的飞速发展，人们消费观念和生活习惯也发生了质的飞跃。现代设计过程中，设计师凭借信息技术，对设计进行科学、准确地分析变得更加容易。消费者与设计师之间的网络互动平台技术，也在循序渐进地改变着传统设计的研发模式和思维。设计不再是精英们的游戏，而成为普遍的社会化活动，设计服务也不再是单线从设计师到消费者，而成为设计师—消费者—设计师的一个反馈循环。

2技术美与家具结构创新设计

2.1技术美学概念

技术美包括生产中的美学问题和生产中与美学相关的设计问题，比方说结构美、工艺美和功能美等。就现代的工业产品而言，技术美存在于人们的日常生活和劳动环境之中，也强调产品设计中科技进步与社会及自然环境的协调统一，其技术美的表现形式可以归纳为产品功能与形态结构、材料成型工艺、表面装饰以及舒适性等多个方面[4]。

2.2家具结构创新设计

家具结构创新设计包括新结构形式的发明，新结构节点连接技术的应用，以及结构设计流程和方法的创新。新结构形式的发明，是为了获得全新的结构美的体验。所谓家具结构美，属于在结构形式影响下的各部件的构成艺术，属于造型美学的细节延伸。新结构节点连接技术适应材料设计学特性，以获得最佳的结构质量，同时完成一些特殊功能的需求。结构设计流程和方法的创新是在传统结构设计的基础上，吸收新材料技术、计算机应用技术、环境保护技术、现代管理技术等现代技术的科学知识，转化成新的家具结构设计理念和方法。

2.3意义与影响

创新性设计能够满足求新和多变的市场需求，有效地提高产品的市场份额。创新性已经成为当前评价产品开发成功与否、是否具有市场前景的一个基本尺度[5]。家具结构创新设计是家具设计的重要一环。推动家具结构设计整体创新，将新材料、新技术灵活应用到家具设计中，不光解决了家具产品结构美观和强度等实际问题，也为家具创新理论在实践中的推广与应用提供了平台。

3材料开发对家具结构创新设计的影响

3.1材料设计学特性与家具结构创新

材料设计学特性是指材料在产品设计、生产、使用和回收过程中所体现出的应用价值属性，如理化特性、力学性质、加工特性、装饰性、环保性、经济性、寿命以及感性属性等[6]。家具新材料越来越向复合化、多功能、多元化的方向发展，其不光关注产品制造的本身，也关注与涉及使用、回收再利用的整个材料生命周期。材料的绿色化发展也为家具结构设计创新提供了新机遇，便于运输和回收利用的平板家具、DIY待装家具日益流行；减少胶黏剂用量的可拆装化家具成为实木家具结构的新的形式。

3.2新型材料对家具结构创新设计的影响

新型材料的诞生，为家具设计提供了新的表达方式，其全新的材料设计学特性决定了家具新产品在造型与空间、结构与功能以及工艺与装配等多个角度上和传统家具材料的差异。例如纤维类（碳纤维、玄武岩纤维）复合材料，具有质轻、比强度和比模量大、耐腐蚀性好、高温性能好、抗蠕变性能强、抗疲劳性能好等优点，可用来制造强而轻，刚而薄的构件。碳纤维复合材料家具见图1（图1-2均摘自中国设计之窗网）。纤维复合材料的拉伸强度和弯曲强度都远高于普通家具材料，因此其家具的部件在一定空间内可以大尺度延伸而不弯折，可以给家具带来丰富的变化，亦可以作为室内空间分隔的装饰件。纤维复合材料通常是树脂型复合材料，既可以一次注塑成型，也可以具备特殊的柔韧性和可编织性，将其织成碳纤维布，覆盖在其他材料的表面起到装饰作用。纤维复合材料打破了传统家具结构的节点概念，使家具成为了有机整体，减少了装配环节。有时为了增加一些折叠移动的功能，其也可以安装金属五金件，实现结构的特殊功能。

3.3材料组合创新对家具结构创新设计的影响

传统材料的重新组合搭配也会给设计带来全新的视觉体验。由于不同材料的设计学特性不同，不同材料搭配时除了要在感性层面如质感、肌理、色彩上达到协调统一之外，还要保证结构的连贯性和稳定性。家具结构接合方式的选择应适应不同材料的特性，避免长时间使用后，产生不同材料之间相互分离或者破坏的结构问题。

4基于现代新技术的家具结构创新设计

4.1基于快速成型技术的家具结构创新设计

基于快速成型技术的3D打印机可以实现平面图纸的立体化构建，能够以小批量甚至单件设计、生产而不增加产品的成本。3D打印的家具产品和模型实现了结构一体化，通过材料的堆积，连续无缝隙搭建起的三维模型，其材料本身就是结构。由于目前成熟的3D打印技术都是用单一材料快速成型，因此产品模型打样的环节不存在异种材料连接过渡的问题。通过3D打印技术对模型进行初步打印，将抽象图纸转化成现实模型，为设计师提供直观的感受，同时也能发现结构设计中较为薄弱的环节。对结构问题进行针对性分析，或者改变造型样式，或者进行材料替换，或者研发新型连接方式。往往这些修改和创新都是基于计算机辅助设计完成，大大降低了成本，提高了设计的效率，同时也为设计普及作出了贡献[7]。除了利用3D打印技术进行家具概念阶段的模型制作之外，很多设计师探索利用强度较高的成型材料来制作家具。聚丙烯材料3D打印家具见图2，木质材料3D打印家具见图3（图片摘自碳纤维复合材料网），这些家具具备有机的整体造型，无关节，无连接。很多细微的局部被“打印”放大以后，成为瑕疵或者是意想不到的细节美。这种微妙的平衡处理给设计师带来了全新的设计享受，也为消费者带来了不一样的产品体验。

4.2基于虚拟现实技术的家具结构创新设计

虚拟现实是利用计算机建模和仿真技术提供一个沉浸式交互环境。用户可通过各项传感设备实现与虚拟环境的交互，进而产生相互影响和身临其境的作用。家具产品虚拟设计是在虚拟现实技术上，为设计师提供虚拟的感官世界，在仿真运行集成的数字化环境中进行虚拟加工装配及虚拟产品的设计和体验。这种数字化环境中的加工与制造消耗了更小的资源，压缩了开发周期[8]。基于虚拟现实技术的家具结构设计主要包括家具外观结构设计以及家具结构强度模拟仿真设计。首先可通过3D扫描技术，将大量实体家具转化为数字模型，最终形成家具产品的外观结构形式系统数据库，见表2。从大量家具产品外观结构形式数据库中调取所需的外观匹配结构形式，并结合研发需求对外观结构的外形以及连接方式进行重组、修改和评测，通过模拟仿真系统形成数字模型。其次建立家具结构工程数据库，见表3，从结构工程技术上归纳已有家具结构连接的具体节点解决方案，从而进一步指导造型、结构形式方案的二次修订。最后通过有限元模拟分析软件，对家具数字模型进行局部和整体的模拟静力学与动力学分析，发现家具结构最易破损的地方，通过调整结构连接匹配参数，优化结构零部件的尺寸规格和外观形式，针对性地对家具结构的形式和装配方式进行创新和优化设计[9]。结合有限元软件的模拟分析结构以及结构工艺性能的评价模型，对已有的结构方案进行初步的细节尺寸优化，得到最终模型。通过模型的制作与实体模型的打样，完成实体结构方案的评价，补充和修正概念设计阶段和细节设计阶段的方案问题，从而完成设计的修改，最终形成确定的结构方案，完成整个家具结构设计的流程。

4.3基于互联网技术的家具结构创新设计

人类社会已经进入一个网络和数字技术为代表的大数据时代。产品设计模式也由传统的设计师与企业主导、消费者体验的这种自上而下的方式，向设计师和用户共同设计的互动体验民主化设计转变。互联网技术为这种社会化的设计提供了一个开放的信息互动平台。设计师的角色由原来的设计参与者、推广者，转变为社会化设计的组织者和开放设计信息平台的维护者。Quirky是美国的一个创意产品社区与电子商务网站，利用众包方式，让社区参与产品开发的整个过程，包括提交创意、评审团审核、估值、开发、预售、生产、销售等多个流程。创意人变成发明人最后成为受益者。整个产品研发过程中，传统结构设计的一些问题在Quirky网站上被分解为几个阶段完成。创意提交阶段：创意提供者将概念图、草绘图（非专业人士）、效果图、结构装配图、生产工艺图（专业人士）等所有图纸上传至社区开放平台，社区用户可以通过客户端，下载PDF格式或者CAD原图进行修改，或者直接提出修改意见和建议。修改后的图纸方案亦可重新上传，反复修改、润色。专家评审阶段：Quirky产品专家团队涉及产品设计、材料、心理学、工业制造、广告等多个产品研发领域，因此专家对结构设计的合理性可以从结构外观评价、结构质量控制、结构成本控制、结构稳定性、结构强度、结构工艺性等多重角度综合考虑，最后通过和社区25万会员中的参与者的头脑风暴和民主协商的方式，确定合理的家具结构形式与家具结构节点技术。创意实现阶段：结构设计从概念设计阶段到最终的方案确定，需要经过模型试制和检测环节。通过3D打印技术结合实际打样的1∶1模型，对家具结构连接的实现性进行检验，对家具结构的强度和稳定性进行测试与实验，发现问题及时反馈到专家团队，进行方案的修改。

结构设计论文例6

采用行星针轮摆线啮合付的一齿差原理和结构的液压马达，又称它为外行星传动机构，它的产生对开拓液压技术应用范围将是一次重大的突破。它的技术优势明显，具体可分为：优化的液压机械技术、优化的结构创新设计和具有领先的应用技术和较大的拓展性技术。对此可进行不断的开拓和创新。

可以预见，此结构在不久的将来，应用范围一定会越来越广，对解决中国能源的紧迫感有重大作用。应用此技术对国民经济发展中节能、节省资源和降低制造成本也会产生一定的影响，对扩大液压机械的应用开拓是一项重大的贡献。本课题研究内容和任务，就是以一种新型结构的液压泵和马达液力转换能量方式，取而代之是一种大功率，高效率，小体积，低价格的马达。

关键词：摆线马达液力转换机构配油机构孔销机构

TheStructureDesignOfExtrasolarplanetscycloidMotor

Abstract

Rapiddevelopmentofscienceandtechnologyoftoday,machineshavelargelyreplacedhumanlabor,liberatingthepeopleoftheclassmanualforfurtherindustrialdevelopmentintostreamsofmomentummoretotheprogressofmankindmadeanindeliblerole.However,whilethemachineryintheindustrialdevelopmentofmankindhaveapivotalrole,wehaveanewprobleminfrontofus,howdopowersource,Howcanwemakebetteruseofthenaturalresourcesaroundus?Wanghumanprogressinthefaceoftheladderisajointseriesofemergingissues--howtogenerateaconstantsupplyofpower?Tosolveaseriesinvolvingthesourceofpower,motors,motor,theinternalcombustionengine,aseriesofpumppowergeneratoronthebreedandhealth.Hydraulicmotorsisliketheheart,asteadysupplyofenergyconversionandenergy.ForthedevelopmentofITindustrieshasmadeindeliblecontributions.Usingneedlesroundcycloidplanetarymeshingpayatoothdifferenceprincipleandstructureofhydraulicmotors,alsocalledextrasolarplanetsdrive,Itsappearanceonthepioneeringapplicationofhydraulictechnologywillbeamajorbreakthrough.Itstechnicaladvantagesareobvious,concretecanbedividedinto:optimizationofhydraulicmachinerytechnology,theoptimumstructurewithinnovativedesignandtheapplicationofleadingtechnologyandthedevelopmentofmoretechnology.Thiscanbecarriedoutcontinuouslyandinnovation.Itcanbeforeseenthatthisstructureinthenearfuture,theapplicationwillbecomewider.Chinatosolvetheenergyofurgencyamajorrole.Applicationofthistechnologytothedevelopmentofthenationaleconomyenergy,saveresourcesandreducethecostofmanufacturingwillhaveadefiniteimpactHydraulicmachinerytoexpandtheapplicationdevelopmentisamajorcontribution.Theresearchcontentandthetaskistoanewstructureofthehydraulicpumpmotorsandhydraulicenergyconversion,Insteadofahighpower,highefficiency,smallsize,lowpriceofmotors.

Keyword：cycloidmotorHydraulicConverterDistributionoilsectorKongmarketingagencies

液压马达

20世纪，由于电力工业的飞发展，工业领域中满目所见、充耳所闻皆是电马达的旋转和轰鸣，因此，人们大大忽视了液压马达的存在。

其实，电马达由于受磁饱和的限制，在每平方厘米上只能产生数十牛顿的电磁力，其数量级仅为0.1MPa；而液压马达的工作压力通常为10MPa数量级，两者相差几十甚至数百倍。因此，电此，电马达扭矩很小而转速很高，一般都要通过减速机构方能驱动负载。

液压马达，尤其是低速大扭矩马达，均可直接驱动负载。液压马达力密度大，在同等功率输出情况下，其重量、尺寸仅为直流电马达的5%~20%，相对质量很轻，所以转动惯小，启动、制动、反向运转快速性及低速稳定性好，并可方便地实施无级调速，这些令电马达无法相比的优点，使得近20年来液压马达和液压技术在全世界都得以迅速地推广应用和深入普及，人们在实践中也越来越感到液压马达的重要性。

世界上经济技术发达国家，一贯重视液压马达的研究、开发、制造和应用，并不断进步和获得新的成果，而且论著颇丰。相比之下，我国由于技术基础较为薄弱，人们的认识水平也远远不及先进国家，国人对于液压马达的论述专著极为罕见，对于液压马达实用技术方面专著更可谓“蹋破铁鞋无觅处”。

到目前为止，液压马达的种类已是层出不穷，有高速液压马达，低速液压马达，摆动液压马达，还有如定量液压马达，变量液压马达，单作用液压马达，多作用液压马达等，而摆线马达则是属于低速液压马达中的子种类——多作用液压马达中的一种，而单单摆线液压马达也分为好多种：双定子叠加式盘配流摆线液压马达，集成式摆线液压马达，BMR（2）轴配油摆线液压马达，BM式摆线液压马达，外形星针轮式摆线液压马达。

摆线齿轮马达BM是我国机械部重点企业、江苏省液压气动密封件协会大批量制造的行星转子式摆线齿轮液压马达。它是一种利用行星减速机械原理的内啮合摆线齿轮马达。这种马达自1955年发明以来，随即传入我国，以其独特的优点获得迅的发展。这种优点表现为：结构简单、体积小、质量轻、转矩大，单位质量功率远比其他类型的液压马达。另外，这种马达的转速范围宽、使用可靠、低速稳定性好、价格低廉。目前全世界的年产量已超过百万台，被广泛应用于塑料机械、工程机械、农业机械、煤矿机械、起重运输机械、渔业机械及专用机床等设备中。而且，采用传统机械能量转换方式，不但要储备一定功率，变速时对主机部击很大，影响其寿命，又多耗约7%油料。本课题研究内容和任务，就是以一生中新型结构的液压泵和马达液力转换有量方式，取而代之。这种新型结构的液压马达，为一齿差“外行星针轮摆线的传动原理机构，能满足船舶大范围性能的工况要求，其特点：可选各主参数值范围大，比功率值大。总效率，体积小，重量轻和价格低。”

此摆线马达是一个小体积，大功率的摆线马达

液压马达习惯上是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置.

从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素--密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。

但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。

液压马达按其结梅类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r／min的属于高速液压马达，额定转速低于500r／min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。

参考文献

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目录

前言5

1．概述7

1．1液压马达7

1．3摆线马达的相关问题8

2．摆线及其相关的问题14

2．1问题的提出14

2．2摆线的定义与研究历史14

2．4摆线的两个重要性质16

2．5摆线的其他有关方面17

3．摆线轮的结构与工作原理及其分析计算19

3．1概述19

3．2啮合原理20

3．3摆线轮的啮合特性22

3．4摆线针轮作用力的理论分析27

3．5摆线针轮的齿面接触强度的理论分析30

4.摆线轮机构及其相关部分机构的方案设计及其计算33

4．1参数方案选择设计33

4．2实际参数设计计算37

5．其它部分设计分析42

5．1参数选择分析与计算42

5．2柱销与孔的作用力分析44

5．3螺栓分析与计算46

5．4轴承的设计计算49

5．5壳壁主要部分的设计计算52

5．6封密装置的设计分析53

结束语55

结构设计论文例7

1.1材料变元

现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。

1.2数量变元

在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。

1.3位置变元

在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。

1.4尺寸变元

零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。

1.5形状变元

机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。

1.6分析连接变元

一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。

1.7分析工艺变元

零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。

2机械结构创新的尝试及优化测评

2.1机械结构设计的创新尝试

防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。

2.2对机械结构变元创新设计的优化评测

机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。

结构设计论文例8

2结构选型，高宽比、水平荷载分析

2.1结构选型

从结构造价、施工便捷性角度出发，选用现浇钢筋砼结构;因为项目均为住宅，从建筑使用空间角度考虑，不希望出现突出室内的柱、跨房间梁等，因此结构体系选择剪力墙结构体系。砼强度等级竖向构件C50～C30，水平构件C35～C30。

2.2结构优劣性分析

规则点式因其平面规则、高宽比最小，为结构最优;板式因进深小，且屋顶构架高(如图6)为结构最差;不规则点式则介于二者之间。

2.3建筑结构的高宽比

规则点式平面的宽度容易得到，但板式和不规则点式的平面较为复杂，在此参照广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)补充规定3.2.2条:“…当建筑平面非矩形时，可取平面的等效宽度B=3.5r，r为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径。”［1］。的宏观控制，如果高宽比过大，就会对结构体系、结构构件断面的设计和结构经济性的控制带来不小的挑战。

2.4水平荷载作用下结构基底剪力分析

3个项目地震基底剪力有无安评相差6%～34%(不规则点式超高层对地震力敏感)，因此结构计算均采用安评值;Y向风工况基底剪力比地震工况基底剪力部分大22%～85%，由此可见，该场地水平荷载尤其是风荷载较大。

3结构体系的变形分析及布置原则

3.1通过结构试算，变形控制工况，结构弱轴方向的荷载控制工况全部为风荷载工况;风荷载与建筑体型密切相关而与结构主体关联性较小(仅风振相关)，而地震荷载与结构刚度、周期、自重等息息相关，因此应把握水平荷载的类型在结构体系布置时采取不同的措施。

3.2剪切变形与弯曲变形抗侧力刚度较弱的结构体系(比如框架结构)，其水平力作用下的变形以剪切变形为主，抗侧力刚度较强的结构体系(比如剪力墙结构)，其水平力作用下的变形以弯曲变形为主，框－剪体系则介于二者之间，整体弯曲变形主要体现在竖向构件在倾覆弯矩作用下的拉压变形，因此对于剪力墙结构，要加强关键位置(离刚心较远且整体性较好的位置)的竖向构件轴向刚度，就可提高整体抗弯刚度，减小弯曲变形，控制楼层最大层间位移角。

3.3剪力滞后效应“剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象，具体表现是:在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀”［3］。剪力滞后效应会降低整体抗弯刚度;如果要减少剪力滞后效应，应加强结构体系整体性特别是加强关键竖向构件(或筒体)之间的连接。

3.4结构抗侧力体系布置原则经过4.1～4.3的分析，结构布置原则如下:①找出关键位置的竖向构件并予以加强(提高整体抗弯刚度，原理类似于加强工字钢的翼板)。②尽量对齐纵、横向墙置，加强整体性，减小剪力滞后效应(原理类似于设计工字钢的腹板)③对抗侧力刚度帮助不大的构件以承受竖向荷载为主来设计，以合理低限设计结构断面，减轻结构自重。通过加强关键位置的竖向构件和减小剪力滞后效应形成高效抗侧力体系，从而实现以较小代价达到结构需求的抗侧刚度的设计目的。另外，从建筑使用功能的角度出发，剪力墙布置做如下建议:①优先考虑楼、电梯井，分户墙位置，可减少被转换的概率。②布置在楼、电梯井尽量形成筒体，筒体内墙从底部开始就采用最小断面至顶，降低建筑公摊。

4结构体系的布置要点与结构计算模型、参数的处理

4.1布置要点

4.1.1板式住宅

X向:利用周圈凸窗设计高连梁、提高整体刚度。Y向:南北向离刚心较远位置设置厚墙、大断面柱(如图7中涂黑部分的竖向构件)，利用楼电梯井形成筒体;加强南北向连接;尽量对齐剪力墙。

4.1.2规则点式住宅

建筑外周圈剪力墙体通过凸窗位置高连梁围成筒体，内部楼电梯间围成筒体;加强内外筒体连接。

4.1.3不规则点式住宅

建筑外周圈剪力墙体尽量满布，周圈凸窗位置均设计为高连梁;离刚心较远位置设置筒体并适当加厚墙体(如图9中涂黑部分的竖向构件)。

4.2结构计算模型中部分构件、参数的处理。

4.2.1连梁:计算模型处理方式分两种，墙上开洞方式和按普通梁方式，按墙上开洞方式输入计算则软件一般按壳单元处理，按普通梁方式输入则软件一般按杆单元处理，前者的力学模型更贴切实际情况，整体性比后者大甚至大很多，因此在结构计算模型中连梁尽量按墙上开洞方式输入。

4.2.2连梁刚度折减系数:风荷载工况下取1.0，地震工况取0.5～0.7。

4.2.3带边框柱剪力墙:传统软件将剪力墙作壳单元处理(不考虑面外刚度)，边框柱作杆单元处理，在承受垂直于剪力墙方向弯矩时未考虑剪力墙的有利作用而全部由边框柱承担，会造成边框柱设计不合理，解决办法是读出内力手算复核或采用能考虑剪力墙的有利作用的软件。

4.2.4位移比对层间位移角的影响:当楼层层间位移角不满足规范要求时，不要盲目去做加法，应该分析是由于整体刚度不足造成还是扭转造成，如果是扭转造成则调整刚心位置去解决，如果是整体刚度不足(位移比已很小)则应再加强整体刚度。

5竖向构件的设计与优化

在主体结构的砼用量中，板式超高层住宅剪力墙所占的砼体积比例一般在2/3左右，点式超高层一般也占到50%以上，同时剪力墙中边缘构件的用钢量又占到整个剪力墙用钢量的2/3左右，因此整个结构体系设计是否经济重点在于剪力墙以及其边缘构件的设计是否合理;剪力墙在设计中注意问题如下:

(1)多布长墙少布短肢墙，在优化墙体时先考虑优化墙厚，后考虑优化墙长;设置的厚墙、端柱在通过了层间位移角最大楼层后应及时收断面。

(2)在结构电算模型初步定案后，应在图中画出边缘构件范围并推敲其合理性，修改完成后再反馈到电算模型中。

(6)端柱的含钢率较剪力墙高，如结构经济指标要求较高，则要把端柱断面设计至合理低限。

(4)组合墙、边框柱、端柱应按照合并的组合墙截面进行配筋。

(5)在约束边缘构件区域，计算体积配箍率时考虑墙身水平筋伸入边缘构件作箍筋，优化配筋同时提高墙体的整体性;在构造边缘构件区域，暗柱箍筋除采用封闭箍外，内部采用拉钩隔一拉一，在优化配筋的同时使其与约束边缘构件区域承载力有所差别，形成多道防线。

6结构经济指标、结构的建筑适用性评估

在结构初步设计阶段，结构体系定案后应及时评估结构的经济性和适用性，避免后面返工:

6.1结构经济性评估在地震烈度7.5度，风荷载较大地区，建筑物高宽比以及结构的规则性对结构经济指标的影响较大，以上三栋建筑的砼单方指标比值为1:0.72:0.89;钢筋单方指标比值为1:0.78:0.92;三个项目的经济指标均在可以接受的范围内。

6.2结构对建筑空间的适用性评估

(1)板式住宅:除少数北面外墙较厚外(500～600mm)，其余墙体厚度在第3层以上均不大于200mm，除凸窗外，梁高不大于450，梁宽不大于200，在高宽比超规范很多、水平荷载很大的地区达到了结构与建筑在使用空间上的基本和谐统一。

(2)规则点式住宅:除底层墙厚300～400外，标准层以250，200厚度为主，除凸窗位置外，其余主梁高不大于570;满足建筑要求。

(3)不规则点式住宅:除底层及三个控制弯曲变形的角部墙厚为300～400外，标准层以250，200厚度为主，除凸窗位置外，其余主梁高不大于570;满足建筑要求。

7结论

本文以三栋具体的超高层住宅建筑为例，总结出厦门杏林湾这一水平荷载较大地区超高层住宅结构设计的流程：

(1)在水平荷载大、高宽比大情况下，通过加强关键位置竖向构件和减小剪力滞后效应形成高效抗侧力体系，实现以较小代价达到结构需求抗侧刚度的目的。

(2)通过第(1)点布置出合理的结构体系后，还应在结构计算模型、电算参数的处理方面抓住重点，使其符合实际情况;最后落实到具体的每个结构构件的设计上来。

结构设计论文例9

一、USB接口背景

在早期的计算机系统上常用串口或并口连接设备。每个接口都需要占用计算机的系统资源(如中断，I/O地址，DMA通道等)。无论是串口还是并口都是点对点的连接，一个接口仅支持一个设备。因此每添加一个新的设备，就需要添加一个ISA/EISA或PCI卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。

USB总线是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于PC机与设备的互联。USB总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，已被广泛地用在PC机及嵌入式系统上。

二、USB总线优缺点

1.优点

（1）使用简单

所用USB系统的接口一致，连线简单。系统可对设备进行自动检测和配置，支持热插拔。新添加设备系统不需要重新启动。

（2）应用范围广

USB系统数据报文附加信息少，带宽利用率高，可同时支持同步传输和异步传输两种传输方式。一个USB系统最多可支持127个物理设备。USB设备的带宽可从几Kbps到几Mbps(在USB2.0版本，最高可达几百Mbps)。一个USB系统可同时支持不同速率的设备，如低速的键盘、鼠标，全速的ISDN、语音，高速的磁盘、图像等(仅USB2.0版本支持高速设备)。

（3）较强的纠错能力

USB系统可实时地管理设备插拔。在USB协议中包含了传输错误管理、错误恢复等功能，同时根据不同的传输类型来处理传输错误。

（4）总线供电

USB总线可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电，最大可提供500mA的电流。USB设备也可采用自供电方式。

（5）低成本

USB接口电路简单，易于实现，特别是低速设备。USB系统接口/电缆也比较简单，成本比串口/并口低。

2.缺点

USB技术还不是很成熟，特别是高速设备。市场上现有的USB设备价格都比较昂贵，但随着USB技术的日益成熟，设备的不断增加和广泛应用，其价格将会有所降低。

三、USB系统拓扑结构

一个USB系统包含三类硬件设备:USB主机(USBHOST)、USB设备(USBDEVICE)、USB集线器(USBHUB)，如图1所示。

（1）USBHOST

在一个USB系统中，当且仅当有一个USBHOST时，USBHOST有以下功能:

管理USB系统；

每毫秒产生一帧数据；

发送配置请求对USB设备进行配置操作；

对总线上的错误进行管理和恢复。

（2）USBDEVICE

在一个USB系统中，USBDEVICE和USBHUB总数不能超过127个。USBDEVICE接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应USBHOST的数据包与USBHOST进行数据传输。

（3）USBHUB

USBHUB用于设备扩展连接，所有USBDEVICE都连接在USBHUB的端口上。一个USBHOST总与一个根HUB(USBROOTHUB)相连。USBHUB为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，USBHUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应USBHOST的数据包把端口状态汇报给USBHOST。一般来说，USB设备与USBHUB间的连线长度不超过5m，USB系统的级联不能超过5级（包括ROOTHUB）。

四、USB总线数据传输

USB总线上数据传输的结构如图2所示。

从物理结构上，USB系统是一个星形结构；但在逻辑结构上，每个USB逻辑设备都是直接与USBHOST相连进行数据传输的。在USB总线上，每ms传输1帧数据。每帧数据可由多个数据包的传输过程组成。USB设备可根据数据包中的地址信息来判断是否响应该数据传输。在USB标准1.1版本中，规定了4种传输方式以适应不同的传输需求：

（1）控制传输（controltransfer）

控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息及设备状态、设置设备地址，设置设备属性、发送控制命令等功能。全速设备每次控制传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次控制传输的最大有效负荷仅为8个字节。

（2）同步传输（isochronoustransfer）

同步传输仅适用于全速/高速设备。同步传输每ms进行一次传输，有较大的带宽，常用于语音设备。同步传输每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。

（3）中断传输（interrupttransfer）

中断传输用于支持数据量少的周期性传输需求。全速设备的中断传输周期可为1~255ms，而低速设备的中断传输周期为10~255ms。全速设备每次中断传输的最大有效负荷可为64个字节，而低速设备每次中断传输的最大有效负荷仅为8个字节。（4）块数据传输（bulktransfer）

块数据传输是非周期性的数据传输，仅全速/高速设备支持块数据传输，同时，当且仅当总线带宽有效时才进行块数据传输。块数据传输每次数据传输的最大有效负荷可为64个字节。

五、典型应用

USB系统的典型应用如图3所示。

在图3所示系统中，显示器、Audio、Modem皆为全速设备，键盘、鼠标为低速设备。其数据传输为：

USBHOST通过控制传输更改显示器属性。

USBHOST通过块数据传输将要显示的数据送给显示器。

USBHOST通过控制传输更改键盘、鼠标属性。

USBHOST通过中断传输要求键盘、鼠标输入读入系统。

USBHOST通过控制传输更改Audio属性。

USBHOST通过同步传输与Audio设备传输数据。

USBHOST通过控制传输更改Modem属性。

USBHOST通过块数据传输与Modem设备传输数据

六、一个USBHOST接口的软硬件设计

市场上现已有很多公司提供的USB接口器件，如PHILIPS的PDIUSBD11/PDIUSBD12，OKI的MSM60581，NATIONAL的USBN9602，LUCENT的USS-820/USS-620，SCANLOGIC的SL11，等等。

同时也有很多带USB接口的处理器，如CYPRESS的EZ-USB，AMD的AM186CC，ATMEL的AT43320，MOTOROLA的PPC823/PPC850，等等。下面给出用SCANLOGIC的USB接口器件SL11HT实现嵌入式USBHOST的例子。

1.SL11HT特点

遵从USB1.1标准；

支持全速/低速传输；

支持主机/设备端两种模式；

3.3/5.0V供电；

片内包含256个字节的SRAM；

48MHz晶振输入。

当SL11HT被用作USBHOST接口时，对系统有以下要求:

由系统维护SOF帧数目；

由系统生成CRC5效验码；

要求系统中断潜伏期小于1.5μs。

2.SL11HT接口硬件框图

图4简单地给出了使用SL11HT扩展USB接口的框图，更详细的硬件连线图请见参考文献2,3。

3.USBHOST端软件结构

USBHOST端软件结构如图5所示。

（1）USB接口驱动程序

USB接口驱动程序需实现以下功能:

USB接口器件的初始化；

计算上层数据包的效验和，发送上层的数据包；

发送SOF帧；

接收从USB接口传送来的数据，并检查数据的有效性；

将接收到的数据送往上层。

（2）USB协议栈驱动程序

USB协议栈驱动程序需实现以下功能:

提供与设备驱动程序的接口；

读取并解析USB设备描述符，配置描述符；

为USB设备分配唯一的地址；

使用默认的配置来配置设备；

支持基本的USB命令请求；

连接设备与相应的驱动程序；

转发设备驱动程序的数据包。

（3）设备驱动程序

设备驱动程序需实现以下功能:

提供与应用程序的接口；

读取并解析USB设备特有的描述符，获得设备提供的传输通道；

结构设计论文例10

1水池结构的设计

1.1结构设计应符合的规定

各种结构类别、形式的水池均应进行强度验算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件,决定是否验算结构的稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度的验算。在荷载作用下,构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时,应进行抗裂度验算,在使用阶段荷载作用下,构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时,应进行裂缝宽度的验算。预应力混凝土水池还应进行抗裂度验算。

1.2荷载及荷载组合

（1）各种荷载。

水压。这里指池内水压,是水池的主要荷载之一。现在习惯上将水池按满水来计算水压。这是因为:一方面很可能存在误操作而造成满池;另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位。

土压力。池外有填土的水池,土对池壁的侧压力通常用朗肯理论计算土的主动压力。但土的侧压力变化因素很多,如回填土的密实度、粘结力、内摩擦角等。实践证明,用朗肯理论计算主动土压力偏于安全。

地下水压力。地下水压对水池底板的托浮力是威胁水池底板安全的一种主要荷载,设计时应予以重视。为了抵消地下水对底板的影响,在用无梁板作为底板时,其最经济有效的办法是以池底浮土来平衡,而采用增加结构自重的方法是不经济的。当地下水位低于池底而不考虑地下水压时,需采取措施排除地表滞水。

温、湿度荷载。由于环境的影响,造成结构物产生温度或湿度的变化,从而引起结构物体积变化,当这种体积变化受到约束时,就会产生应力。通常将温度差及湿度差称之为温、湿度荷载。

（2）荷载组合。

①水压+自重。这是水池结构设计的基本组合。

②水压+自重+冬季温差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当壁面冬季温差的绝对值大于夏季壁面湿差(化为等效温差)的绝对值时,这种情况是最不利的组合。

③水压+自重+湿差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当夏季壁面湿差(化为等效温差)的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时,这种情况是最不利的组合。

④土压+自重。这是指池外有覆土的水池,当有地下水时还应包括地下水压,这种组合是水池荷载的基本组合之一,当水池建成后运营前以及水池放空期间均属此种荷载组合情况。根据上述几种情况,可归纳为如下两类:a.无覆土的水池,池壁的荷载应取上述四种组合的最不利情况求得内力。b.有覆土的水池,可不考虑2)和3)两种组合。

1.3截面设计的关键性问题

（1）强度设计的安全系数。

①水池顶盖强度设计的附加安全系数。顶盖所承受的荷载是自重、覆土重、活载等,其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重随密度和含水量而变,其变异性较大,因此,附加安全系数取1.0是合适的。

②池壁强度设计的附加安全系数。池壁主要承受土压和水压,水深一般取满池计算,水的容重差别极小。土压强度一般用朗肯主动土压力理论,是略偏大的。从而说明池壁荷载的取值一般是高限,且变异性很小,因此,附加安全系数取0.9，即能满足结构设计要求。

③底板强度设计的附加系数。池底实际上是与地基共同工作的,一般情况下计算水压及均布荷载均偏大。底板强度设计的附加安全系数取0.9，即能满足结构设计要求。

（2）关于裂缝问题的探讨。根据对已建成水池所作的调查。

水池裂缝一般为竖向裂缝。这些裂缝有两种:一是贯穿性裂缝,由混凝土收缩引起的;二是出现于池壁外侧的表面裂缝,其逐步扩伸至全截面。另外在工程实践中发现,所有的外挑现浇走道板都产生严重裂缝,并随之扩展到池壁,因此,有必要考虑到预制装配式走道板,或作现浇走道板,每隔3m～4m设伸缩缝一道。

（3）构造配筋。水池池壁的构造配筋,宜按矩形和圆形水池加以区分。对于地面式矩形水池池壁,因对湿差和温差的影响甚为敏感,为避免产生贯穿裂缝,池壁水平向的最小构造配筋率每侧不小于0.15%为宜。对于无顶盖的水池往往在池壁顶部先开裂,宜在顶部每侧放置不小于2根Φ16的水平向钢筋。对于圆形水池池壁的环向最小构造配筋率,其外侧的最小构造配筋率不宜小于0.35%，内侧不宜小于0.15%，对于外池有覆土的水池池壁,其内、外侧宜对称配置,但全截面总配筋率不宜小于0.3%。水池底板最小构造配筋率,对于无顶盖的敞口水池,其底板上层钢筋的最小构造配筋率不宜小于0.15%，其下层配筋率及有顶盖的水池底板配筋率不小于0.1%。

（4）经济配筋率。对于矩形水池,当上端自由,下端固定的竖向截面池壁时,其最大配筋率在0.8%左右尚属经济。其他矩形水池的池壁,某一界面的最大配筋率可达到1.0%左右亦属经济范围。

2水池结构的施工

2.1水池底板施工要点

(1)混凝土垫层(基础)浇筑前,应检查地基土质是否与设计资料相符合,如有不同,则应该针对不同情况加以处理,然后再浇筑混凝土垫层。(2)混凝土垫层在浇筑完毕后的1d～2d(视施工时的温度而定)，在垫层面测定底板中心,然后根据设计尺寸进行放线,定出柱基及底板的边线,画出钢筋分布线,依线铺放绑扎钢筋,接着安装柱基和底板外模板。(3)钢筋绑扎时,应详细检查钢筋直径、间距、位置、搭接长度、上下层钢筋的间距、保护层及预埋件的位置和数量,均应符合设计要求。上下层的钢筋要用铁撑(马凳)加以固定,防止在浇筑混凝土时发生变位。(4)柱基模板是悬空架设,下面用临时小方木撑在垫层上,边浇混凝土边取出小方木。(5)底板应一次连续浇筑完,不留施工缝。施工间歇时间不得超过混凝土的初凝时间。平板厚度在20cm以内可用平板振动器,厚度较厚时,则采用插入式振动器。(6)池壁为现浇混凝土时,底板与池壁连接处的施工缝可留在基础上口20cm处,如设计要求有止水钢板,在浇捣混凝土前,应将止水钢板安放固定。(7)混凝土浇筑完毕后,其强度尚未达到1.2MPa时,禁止振动,不得在底板上搭设脚手架,安放模板或搬运工具,并注意对混凝土的养护。(8)遇特殊情况需留施工缝时,应做成垂直的结合面,并注意结合面附近混凝土的密实。

2.2混凝土浇筑

水池混凝土一般可采用分节浇筑和连续浇筑。池壁分节浇筑的顺序:基础底板池壁环梁顶盖。池壁连续浇筑的顺序:基础底板池壁环梁及顶盖。

2.3防水层施工

水池内防水层施工按水塔内防水层施工进行。水池外壁一般喷涂沥青防水层。用作防水层的沥青必须符合规定标准,施工前应检查是否合格。施工前应将池外壁洗刷干净,先涂冷底子油,然后涂热沥青两道。