时间：2022-07-02 02:52:22
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇结构设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1管架
(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
从本工程建设实践总结出来的认识和经验有以下几点。（1）由于热机系统设计往往稍晚于结构设计，结构工程师大都按常规经验值进行荷载预留，因此屋面设备、管道及烟道竖井荷载提资应在相应的建筑物结构设计前提出，避免出现结构局部大荷载超标。（2）屋面散热设备条基可以优化条基高度，以减轻屋面荷载，条基布置形式应采用单向布置，不让基础形成封闭的凹槽，防止屋面积水。（3）屋面管架可以采用全钢结构形式，降低屋面荷载。（4）屋面散热设备的废水应采用屋面管道有组织排水，而不是利用屋面自身的散水方式排水。
作者：蒙雪俏 单位：华电分布式能源工程技术有限公司
根据场地岩土工程勘察报告，本场地在5层地下室开挖后，基底已落在强风化层或中风化层，强风化层顶面标高为－21.88～－9.91m。因此本工程基础主要采用人工挖孔灌注桩，桩端以中风化花岗岩作为持力层，局部微风化层较浅处以微风化层为持力层，部分位置采用天然基础，仍以中风化花岗岩为持力层。副楼地下5层墙柱在大震下仍然有拉力，故在基础设计时，综合考虑抗浮，设置了抗拔桩及抗浮锚杆，锚杆嵌入中风化或微风化层。场地不存在液化土层，地下水对混凝土具有弱腐蚀性，对钢筋具腐蚀性。
2抗震性能目标及抗震构造加强措施
主楼超限内容［3］为:1)超过B级适用高度15%;2)2层局部挖空楼板，形成跃层柱。根据超限情况，确定主楼抗震性能目标为C级，多遇地震下满足第1水准，设防地震下满足第3水准，罕遇地震下满足第4水准，具体构件抗震性能目标如表2所示，并要求结构在罕遇地震作用下最大层间位移角不超过1/100。本工程2012年6月已通过广东省超限委员会的超限高层建筑专项审查。
3计算分析
3.1小震弹性反应谱分析小震弹性反应谱分析采用SATWE及MIDASBuilding软件。沿X，Y向输入地震波，安评谱计算的基底剪力大于规范谱的计算结果，故采用安评谱进行分析。考虑偶然偏心，采用刚性楼板假定，主楼周期折减系数为0.9，连梁刚度折减系数取0.7，嵌固端取地下室顶板，分析模型包含3层屋顶架构，共46层。主要分析结果见表3，从表3可以看出，两种软件计算结果比较吻合，各项指标均符合高规［4］和广东省高规［5］(层间位移角限值为1/565)的要求。SATWE软件计算的层间位移角曲线见图4，楼层抗剪承载力比值曲线见图5。
3.2小震弹性时程分析小震弹性时程分析仍采用SATWE软件，采用2条天然波(Oakwh波、Sanfern波)及1条安评波。分析结果见表4。由表4可知，X，Y向单条地震波计算所得基底剪力最小值占CQC法计算结果的百分比分别为84%，78%，X，Y向3条地震波计算所得基底剪力平均值占CQC法计算结果的百分比分别为85%，86%，符合高规［4］的相关规定。
3.3中震分析中震分析采用SATWE软件，连梁刚度折减系数仍取0.7，不考虑构件承载力抗震调整系数及与抗震等级相关的内力调整系数，材料强度中震弹性取设计值，中震不屈服取标准值，其余输入参数(考虑偶然偏心、周期折减系数、双向输入地震力)同小震分析。配筋较大的第10层墙、柱、梁的配筋见表5，其中各构件编号见图3(b)。由表5可知，墙柱配筋取小震分析结果即可满足中震分析要求，梁的配筋取小震和中震分析的较大值。首层典型剪力墙抗剪承载力见表6。由表6可知，剪力墙抗剪承载力有很大富余。由表5，6可知，各构件均符合抗震性能目标的要求。
3.4大震动力弹塑性时程分析
3.4.1基底剪力和层间位移角采用MIDASBuilding进行大震动力弹塑性时程分析，梁柱铰特性值均采用武田三折线模型(考虑刚度退化修正)，剪力墙采用纤维单元模拟，并采用施工图的实配钢筋。采用小震弹性时程分析的3条地震波，峰值加速度均为220cm/s2，持续时间均为30s，地震波的时间间距为0.02s。主要分析结果见表7，层间位移角响应见图6。由表7可知，大震动力弹塑性时程分析的基底剪力与小震弹性时程分析的基底剪力的比值的平均值为3.53(X向)、3.78(Y向)，满足高规［4］要求，同时也说明结构耗能良好。Sanfern波作用下结构响应最大，X，Y向的最大层间位移角分别为1/195，1/189，均小于高规［4］限值1/100的要求。由图6可知，X向层间位移角呈弯剪型，Y向层间位移角呈剪切型，主楼X向采用弱连梁连接的双筒，比Y向有较好的耗能机制和耗能次序。
3.4.2结构抗侧力体系损伤情况取结构响应最大的1条天然波(Sanfern波)X向地震作用下的结果进行分析。由图7，8可知，在罕遇地震作用下，塔楼结构主要抗侧力构件没有发生严重破坏，大部分连梁和框架梁屈服耗能，框架柱未屈服，底部加强区墙体少量进入抗弯屈服状态，墙体未出现剪切屈服，这说明结构是“梁铰破坏”机制。计算结果还表明，结构的耗能机制和耗能次序为:弱连梁耗能屈服强连梁及框架梁耗能屈服核心筒部分抗弯耗能屈服框架柱部分开裂。这说明结构是通过弱连梁和框架梁的屈服作为第1道耗能防线，双核心筒作为第2道耗能防线，框架柱作为第3道耗能防线，实现了良好的耗能机制，有效保护了竖向构件，延缓了主体结构的损伤。由图9可知，弱连梁延性系数大部分在0.5～3.5之间，极少部分在3.5～5之间，弱连梁仍具有较大变形能力，可以承受竖向荷载作用，结构整体和各类构件还有较大的弹塑性变形能力储备。
3.5无梁楼盖的屈曲分析本工程设5层地下室，为满足在相同净空要求的前提下能有效减小建筑层高，同时也能够减少土方开挖量，地下3层～地下1层地下室楼盖采用无梁楼盖体系，板厚270mm，柱帽厚550mm。由于埋深较深，土的侧压力和水压力较大，故采用SAP2000软件(V15.2.1版)对地下3层无梁楼盖(图10)进行屈曲分析。取恒载G+活载L作为初始荷载，屈曲荷载工况为:(Kaγh1+γwh1)h。其中Ka为静止土压力系数;γ为土的浮容重;γw为水容重;h1为计算点深度;h为地下室层高。屈曲模态见图11。计算结果表明，第1阶屈曲模态特征值为54.1，第2阶屈曲模态特征值为62.5，第3阶屈曲模态特征值为72.3。由此可见屈曲模态特征值远大于10，无梁楼盖稳定性有足够的安全储备。
3.6抗震构造加强措施根据主楼超限内容及计算分析的结果，采取如下的抗震构造加强措施:1)全楼抗震等级按一级采用，适当提高核心筒剪力墙分布筋的配筋率。2)对于连接双核心筒的弱连梁，其承载力为抗弯控制，抗剪承载力富余较大，同时配置加强箍筋及横向拉筋，提高该处连梁的变形能力。3)底部第2层由于建筑双层柱廊要求，结构楼板缩进，形成边框柱跨两层高。柱计算长度l为14m，l/b(b为柱宽)为8.5＞4，为中长柱，其稳定系数接近于1，具有很好的延性。为了提高1～2层结构的侧向刚度及水平承载力，采取了加大底部两层墙体厚度和加大边框柱截面的措施。4)工程无竖向不规则，无抗剪承载力突变，无楼层质量不均匀，除顶部局部平面不规则外无平面不规则;无扭转不规则，除个别楼层外，其余楼层的扭转位移比均在1.2以内;通过改变柱尺寸、剪力墙厚度、采用剪力墙开洞口等方式逐步缩短剪力墙长度，使结构刚度由下至上逐渐均匀减小，不出现刚度突变。5)工程双筒的连梁配筋取小震作用下两端刚接和两端铰接的较大值。
4结语
1首根线缆的布置，提纲挈领
常选取路径最长的线缆作为布线设计中的第一根线来实施。优点是后续布线时以此线缆为参照做沿缆布线设计，其他线缆可借用整个走线路径，或者借用其中一部分走线路径，快捷方便。在使用沿缆布线时，需要指定具体参照的那根线，并且指定选取参照线缆中使用的初始位置和终止位置供参照创建。当第一根线缆生成以后，由于与连接器相连接的初始段和末段线缆路径连接是系统自动产生的，与所期望不相符时，可事先在连接器中创建合适的空间位置点，给通过与连接器相接的那段线缆插入合适的空间位置点，修改其走线路径，调整其位置，达到预期效果。
2参照首根线缆设计后续线缆
后续线缆可参照先前创建的线缆布线。当布线需用另外一个布线网络中的一部分，而这两个布线网络又不连接时，需先将借用的那个布线网络设置共享后，对原本两个不相连接的布线网络创建连接，再从一个布线网络到另外一个布线网络借用参考布线，实现线缆跨网络布线；当两个或多个布线网络交叉时，布线时系统不知道哪个布线网络是优先走线路径参考，可将优先考虑的那个布线网络与其他布线网络交叉点后方紧接着的那个位置点属性设置为“必须”，并配合将另外一个布线网络交叉点后方紧接着的那个位置点属性设置为“不允许”，以此来设置布线网络的优先级层次。
3后期线缆规范调整，美化走线设计
当一个布线网络被多条线缆参照使用时，常出现线缆扭曲交叉干涉的情况。可通过设置线缆扭曲交叉干涉较严重的位置点及其前后位置点的属性，改变角度值，调整理顺线缆；对多股线可修改设置位置点的“最大直径”，增大其间隙，消除干涉。如果线缆很多，常通过增加走线槽加以规整，使其规范。在虚拟布线中，线缆扭曲交叉干涉现象不影响实际布线，可酌情放宽要求。
4提高布线美观性,优化结构设计完整性,验证布线工艺可行性
增加线号、扎带、走线槽及护套元件，美化和规整线缆，使其更加逼真，与实际工艺相一致。与此同时，它也能反馈虚拟布线的位置是否满足结构设计要求，布线工具是否适用，操作和后期维护是否方便，是否需要对产品增加布线结构工艺件，满足布线工艺可行性，或对某些零部件增加辅助工艺，如扎线孔、引线支架和引线桥等。在总装中，审阅当前布线的工艺和结构，通过对需要增加辅助工艺特征的零部件进行激活，增加辅助工艺开孔特征或引线支架和引线桥等元件。由于CREO统一数据库具有全相关性，对零部件的修改会实时反映到总装上，从而使总装效果的审阅非常方便。当确认所有的工作完成后，可把线缆装配下的骨架模型隐藏，消除总装配中复制几何模型和原来零部件模型干涉造成的显示重影问题，完整的布线仿真三维模型全部生成。布完线的骨架模型和完整布线三维模型如图2所示。
5结语
基于CREO／Cabling虚拟技术，对电气设备布线结构进行仿真设计，能够优化产品结构设计，适时反馈产品结构布线设计工艺可行性，逼真模拟产品最终效果。利用CREO统一数据库的全相关性，快速修改虚拟制造中反馈的实际布线结构的不合理处，同时反映到总装配中，解决了以往需要实际生产才能验证的结构设计合理性和工艺可行性问题，改变了需生产出样机才能做出产品推广的各种宣传图片的现状，可显著缩短产品开发周期，降低产品试制加工费用。利用CREO提前做好产品的企业宣传资料，还能为产品的快速投入市场赢得宝贵时间，提升企业的市场竞争力。
作者：袁平定 张娜 王杨阳 单位：许继电气股份有限公司
1.1计算机辅助结构设计的含义
计算机辅助结构设计就是结构CAD，它是结构设计工作人员的一种得力工具。计算机辅助结构设计的应用水平是衡量一个结构设计单位技术高低的重要内容。计算机辅助结构设计包括利用计算机绘制工程图纸和对结构进行相关力学分析计算的两个内容。在进行结构设计过程中，确定初始结构设计内容之后，最重要的工作就是通过绘制工程图纸来表达自己的结构设计理念，因为工人是通过工程图纸来制造实物的。有时候为了绘制表达一个结构设计的思想理念，结构设计人员需要画出几千张甚至上万张的工程图纸。随着计算机的应用越来越广泛，各种各样的计算机绘图软件也如雨后春笋一样飞速的发展起来，出现了计算机图形结构设计这个新的内容，很大程度上解放了手工绘图的体力劳动，同时，也提高了绘图的工作效率。以前需要几个月甚至几年来完成的结构设计力学分析，现在运用计算机绘图软件只要几十天就可以做完，而且绘制的图纸准确度比手工绘制要高很多。
1.2计算机辅助结构设计的应用
计算机辅助结构设计的应用过程中，程序设计和计算模型的假定是最核心的内容，因为这直接影响到结构设计分析的表达效果。比如高层结构设计分析软件，现在我国的工程应用中比较常见的主要有如下几类：基于薄壁理论的三维结构设计分析软件，薄壁理论的优势在于结构设计的自由度小，能够把复杂的多层结构设计分析进行简单化。但是，薄壁理论的三维结构设计分析软件也存在一定的缺陷，在实际的工程操作过程中剪力墙很难满足薄壁理论的假设，计算结果与实际相比差异较大，计算结果精度比较低；基于薄板理论的结构设计分析软件是把没有洞口或者洞口比较小的剪力墙模型进行简化，看做一个板单元，把洞口比较大的剪力墙模型也进行简化，看做板梁连接体系。基于薄板理论的结构设计分析软件对剪力墙模型的简化结果不够具体；基于壳元理论的二维结构设计分析软件，壳元不但有平面的里刚度，还有平面的外刚度，壳元理论下的二维结构设计是模拟剪力墙和楼板能够较理想的反映真实的受力情况，从理论上来讲比较科学，分析结果的准确度也比较高。
1.3计算机辅助结构设计及其应用的意义
随着经济的高速发展，人们的生活水平也在不断提高，对于居住环境的要求也越来越高，这就需要结构设计人员和建筑人员深入了解复杂的建筑结构体系。结构设计人员应用计算机辅助设计软件不但能够简便快捷的计算各种比较复杂的空间结构的静力和动力关系，还能够对不同的结构设计方案进行相互比较，进而选择最优最佳的方案。以前因为计算方法相对落后，虽然结构设计人员想在出结构设计方案时进行多方案相互比较，但是人工计算的难度和工作量都很大，计算的工程图也不是足够的科学合理，很难做到对复杂的三维结构精确的进行分析，工作时间过长，多方案比较很难实现。现在计算机的计算速度加快，内存增加，这使得那些复杂的空间结构设计分析难度下降，计算时间大大减少，计算精度也大大提高，可以在很短的时间里进行多方案比较，进而找到技术先进、经济合理的结构设计方案。在结构设计的工程试验中，随着计算机辅助软件的应用，人们开始逐渐研究利用计算机模拟工程的应用。计算机辅助软件模拟工程的优势是它可以完全不受空间尺寸的约束，提供完整清楚的结构数据和图形，节省人力、物力和财力，利用计算机辅助软件，能够快速检验到出桩的承载力和结构合理性。
2计算机辅助结构设计及其应用中的注意事项
计算机辅助结构设计的重点在于对计算模型的假定，当应用计算机辅助结构进行结构设计时，应该坚持人机结合，但应该发挥结构设计人员的主观性，保持清醒的头脑，对计算机的辅助结构设计不能太依赖，所有的设计还应该以实际的受力情况为根本。在进行结构设计前，应该进行多方相互比较，进而确定合理的受力结构。计算完成后应该对计算结果仔细检查：保证工程项目的安全顺利进行。虽然计算机辅助结构设计的应用已经非常广泛，但其中还是存在很多不足，我们应该充分认识到目前计算机辅助结构设计软件还不是很完善，应用过程中具体需要注意以下几个方面：在结构计算前应该选择准确的结构受力方案，如果没有准确合理的结构受力方案去运用计算机辅助结构设计软件进行分析，就一定不会得到准确的结果，比如现在的很多中小型建筑，连选择什么样的结构都不确定，就开始应用计算软件，分析的结果数据也当然就不会准确合理了；结构设计人员在进行计算机辅助结构设计之前，必须对软件进行相关的检查，而且检测工作一般都应该是具有结构设计经验的工程师来做的，检查的内容有软件的适宜运行的内部和外部环境、软件的计算准确度以及软件运行过程中可能出现的问题，比如某院所有的计算机辅助结构设计应用软件，应用之前都会由几个经验丰富的结构工程师进行检查，确定该软件能够正常运用于工程项目之后才将其投人使用；结构设计人员在进行计算机辅助设计的过程中，应该根据具体工程的相应的特征运用科学合理的方法来选择计算的参数。计算参数是计算结构受力体系的基础，如果基础不科学甚至出现错误，那计算的结果也不会合理甚至出现错误，进而加大工程事故发生的几率，比如某框架的结构设计由于计算参数不科学，计算结果出现了很大的错误；当结构计算完成后，结构设计人员必需对所得到的计算结果进行认真仔细的校核，确认没有错误之后，才能够开始施工，计算机辅助结构设计绘图软件的开发商通常会在软件的买卖合同中写明：“本软件应用于工程设计时请相关结构设计人员核准结果后使用”的字样，这从侧面反映出计算机辅助软件还处在发展阶段，有些功能有待完善，需要不断的进行升级改进；此外，严格对计算机进行管理和维护，避免计算机被病毒入侵，如果选择局域网络版的软件应用，应该要求所有的外来软件必须进行杀毒才可以复制到系统里，防止病毒破坏计算机软件的数据，对计算机系统定期检查，及时发现病毒，及时进行杀毒处理。
3结束语
车内按功能划分为驾驶室、休息娱乐区、厨房区、卫浴区。功能区分布如图2所示。
1.1休息娱乐区休息娱乐区位于旅居车前部，由一个可翻转三人座椅、可拆卸桌子、2部沙发及沙发靠垫组成。车辆行驶状态时，可翻转座椅座椅处于前向状态，作为乘员座椅使用。车辆处于停泊状态时，可翻转三人座椅使用方式一为向右侧和前方滑动拉出一定距离，靠背旋转90°与2部沙发以及沙发靠垫一起组合成床铺，供临时休息使用。使用方式二为调整可翻转三人座椅的靠背与垫底，使之处于后向状态，提供乘员进餐与娱乐。
1.2厨房区厨房区位于车厢的右侧后部，由箱体、车载冰箱、清水水箱、污水水箱、水龙头、洗菜盆等专业设备组成。箱体缝隙采用防水密封胶进行密封防水渗漏。厨房用水使用12V的水泵将水送往水龙头，而污水直接储存在污水水箱，方便集中清理。
1.3卫浴区卫浴区在车厢左侧后部，主要安装一台车载便携式座便器。座便器本身自带污水存储盒，可以集中处理污水。
2供电系统
为保证旅居车的强弱电的供给，加装了一台12V转220V1500W正弦波转换器和12V辅助免维护铅酸蓄电池。为节省用电，旅居车的各种灯均采用发热量小、安全、节能的LED灯作为光源。为保证用电安全，对电缆采用绝缘护套防护且将其牢固的固定在车体上，所有用电设备均进行接地保护并设有电路断电器。
3温度控制系统
因其车内空间没有想应变大，采用原车自带的暖风机可以保证车内温度，为监测车内温度在车内加装温度传感器并通过显示屏显示。
4结束语
根据建筑物投入使用中的需求进行设计，这种理念称为概念设计。先对场地进行考察，得出一个宏观的设计方案，再将方案中的各结构进行探讨，得出优化方案，这种设计方法具有科学合理、节省时间的优点，在现代建筑中得到了广泛使用。高层建筑结构特殊，对抗震性能的要求高于其他建筑，概念设计通过对设计结构中的承载力进行分析计算，对不符合规范的主要承重部位进行加固。混凝土结构在高强度的压力作用下很容易出现裂缝，内部钢筋材料也会出现弯曲情况，促成这种质量问题的因素一方面是材料选取不合理，更重要的是设计方案不够科学，高层结构概念设计中容易出现的问题主要分为以下几方面：
1.1结构不合理、性能缺少验证。在高层建筑设计中同时要考虑多种因素，保证结构承载力的前提下尽量减少造价成本，需要将建筑结构从总体至细节进行优化。优化工作多数是将设计图纸中的一些参数进行计算分析，适当的加固墙体厚度，常出现缺少对地基承载力的实际考察情况。高层建筑的抗震能力规定在中等强度地震时建筑物不会产生高危裂缝，并可通过修补达到预期效果，在发生高强度的地震时建筑物保证结构不出现坍塌。地震发生的几率很小，一旦发生具有极大的毁灭性，高层建筑抗震性能只停留在设计层面，从数据上分析已经达到了国家要求，但各施工地点基层土壤矿物质组成存在差异，松软程度也就不同，缺少验证，真正发生危险时其稳定性很难保证。
1.2结构设计缺少创新。高层建筑结构复杂，设计过程中受多种因素限制，为同时满足多种需求，工程设计师都施行保守方案，缺少创新精神。钢筋混凝土材质的墙体承载能力与结构有很大联系，在剪力墙设计方案中，应充分借鉴国外先进技术，基于传统结构进行创新，解决承载力不足的问题，同时使高层建筑整体结构更符合大众审美，减少造价支出。概念设计在结构优化上的运用还受很多施工技术以及设备使用方面的限制，阻碍建筑工程行业进步。
1.3受力分布不均匀。高层建筑上下层的结构是不同的，为保证自身重力不会对建筑物造成破坏，基层修筑中会应用到大量的钢筋混凝土材料，加固底层的同时削弱上层，可减轻对地基的压力，同时建筑物承受风力和地震破坏的能力更强。进行概念设计过程中，没有充分考虑转换层占据的空间和对受力平衡的影响，承重柱满足了承载上层压力的要求，但墙体产生的剪力不能与内部的应力平衡，作用在水平方向时形成了破坏力。概念设计中缺少优化环节导致这一现象的产生，很难保障整体结构的稳定性。
1.4概念设计中常见问题的解决方案。设计过程中不可脱离实际情况，在前期准备工作中对建筑场地进行详细的测量，将地区可能出现的自然灾害进行模拟实验，根据测试结果对设计结构进行优化。充分考虑建筑物的自重，满足对抗震性能的要求，同时在结构上进行改进，应用力学知识，节省建筑过程中的原材料使用。合理修筑剪力墙，结构在成体建筑中起到承重作用，但不能破坏空间整体性，注重格局的设计，将各单元的楼梯间进行分别设计，根据不同区域的需求，可将方案进行更改，保证整体结构统一又各有特点。在楼体外观的设计中加入符合当地人文特色的元素，使建筑物更具有中国特色。应用概念设计法时加强后期的优化工作，注重从宏观到细致的过渡，设计方案要具有灵动性，应对施工进展过程中的突况工程师要及时进行探讨，对原有结构做出更改，保障施工连续进展。设计测量工作中会涉及到很多变量，对这些数据进行反复测量，确定合理的浮动范围，作为施工开展的有力依据。
2结构选型的问题
2.1结构的超高。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚至超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
2.2控制柱的轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。
3结构计算与分析
3.1计算模型的选取。对于常规结构，可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构，可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚，并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。在使用中可根据工程经验和工程实际情况灵活应用，以最少的计算工作量达到预期的分析精度要求，既不能不分情况一概采用刚性楼板模型，造成小墙肢计算值偏小，不安全；也没必要都采用弹性楼板模型，无谓地增大计算工作量。
3.2抗震等级的确定。对常规高层建筑，可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002，J186-2002）第4.8节规定确定抗震等级，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于复杂高层建筑还应符合第10章的规定；对于地下室部分，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。
3.3非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑地震作用和风荷载较大，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计。
4结论
关键词：结构概念应用
引言
随着结构设计辅助程序的普及，在某些工程师设计过程中产生有一种现象—重应用而轻概念、重计算而轻构造。如何正确的把握概念、合理的应用概念，一定程度上决定着一个工程设计的成败。下面针对几个常遇的概念应用问题进行具体分析。
一、抗震设计中“强剪弱弯、强柱弱梁”不是刚柱柔梁
不能片面的理解为：大截面、多配筋，一味地加大截面和配筋，容易把框架结构最重要的抗震原则—延性破坏，变成脆性破坏，反而更不利。正确的概念是：结构在中震下允许某些构件先屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低、塑性变形加大，当塑性铰达到一定数量时，由于结构自震周期延长，虽然结构承受的地震作用不再增加或增幅较小，但结构变形却迅速增加。为了使抗震结构能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力，设计时应遵循“强剪弱弯、强柱弱梁”，保证主要耗能部位具有延性的设计原则。通过控制受压区高度、最小配筋率、梁上部和下部纵筋的比例关系以及梁端箍筋配置要求来保证梁端塑性铰区有足够的转动能力；通过各种内力调整系数，来保证“强剪弱弯、强柱弱梁”，具体涵义是调整梁端负筋、箍筋、梁底纵筋与柱纵筋、箍筋的相对比例关系，使结构在地震作用下梁端塑性铰较普遍、较早出现，柱端塑性铰较少、较晚出现。通过塑性耗能，避免在较强地震作用下的结构严重损伤和更强地震作用下发生危及人身安全的局部或整体失效。在这里，梁端负筋、箍筋、梁底纵筋与柱纵筋、箍筋的之间的合理比例关系，成了决定结构在较强或更强地震作用下破坏模型的关键因素。
二、工业建筑的楼面设计的活荷载合理取值
据《建筑结构荷载规范（2006年版）》，民用建筑的楼面活荷载及相关参数取值遵照4.1节规定，工业建筑的楼面活荷载及相关参数取值遵照4.2节规定执行。工业建筑的楼面活荷载，它的特点是没有像民用建筑的楼面活荷载那样的荷载折减系数。活荷载在传递过程中的折减，是以楼面均布活荷载在。也就是说——合理的计算步骤根据“附录C”，按照板、次梁、主梁（柱和基础）各构件来取三次相应的标准值分别计算，同时注意组合值系数和准永久值系数与民用建筑要求的区别。
三、楼梯的荷载输入和计算模型
框架结构建筑中，当局部有电梯间、占总面积比例较小时，不宜做混凝土井筒，更不能用砌体承重，避免体系上的混淆。目前，一般整体设计时采用两种方式输入楼梯荷载。一种是楼梯间楼板厚度输入0，恒荷载折算后取7.0kN/m2左右，活荷载视具体使用功能而定；第二种是在半层平台梁下立小柱，此处按集中力输入荷载，比较真实地模拟了实际受力。第一种方式的问题是：楼梯间周边框架梁由三边受集中力变成四边受均布力（一边框架梁为半层平台处不受力）；因总荷载大致相等，造成了三边框架梁上荷载偏小，计算挠度和裂缝偏小；当集中荷载对梁起控制作用时，梁的斜截面抗剪计算与均布荷载下的公式不同，箍筋配置值和范围均有区别。第二种方式应注意，平台小立柱截面一般小于300mm，强度设计值应乘以强度折减系数0.8，立柱及平台梁端部应配足够的负筋，以抵抗实际存在的弯矩。立柱下主框架梁也因为小立柱的存在，使其在沿梁长方向产生弯矩、在垂直方向产生扭矩，计算中没考虑，构造应加强配筋。
四、地下连梁（地框梁）的设置
基础埋深较大时，常设地下连梁承底层墙的自重和减小结构层高度。为了简化计算，常在结构计算模型中按多一层框架梁设计，此时较易出现短柱，有几种处理方法：①形成短柱后，严格按抗震规范计算其强度配筋等，并应同时建立两个计算模型：一个是有地框梁模型，考虑地下土体实际的约束作用，模型中的二层柱之计算长度系数应为1.25～1.0之间；二是取消地框梁层计算一次，实际建筑一层柱配筋取二者包络值，并短柱箍筋全高加密，建筑一层以上楼层梁、柱配筋取有地框梁模型实配。②地下连梁下移至基础顶面，此时是基础设计中常见的基础拉梁，作用是平衡柱底弯矩。承受墙体自重，仅为了计算出图的方便而仍按多一层的框架模型考虑。此时应改变计算模型中的二层柱计算长度系数，由1.25改为1.0左右，基础连梁考虑弯矩和轴向拉力后一般构造配筋；不必理会软件提示的底层柱抗剪不足问题。③参照《建筑地基基础设计规范》第8.2.6条的高杯口基础做成高颈现浇基础，高颈至地下连梁顶处，高颈刚度大于柱刚度4倍以上（非线刚度）。此时宜按正常模型计算，一层柱底至高颈处，注意按地基规范复核高颈配筋。
五、轻钢人字梁混凝土排架结构的计算模型
当钢梁采用人字梁时，钢梁在竖向作用下，对柱产生水平推力，在竖向力和水平力综合作用下，人字钢架弯曲变形不可忽略，已不能有效传递水平作用力，此时排架柱的联系构件实质上是铰接弹簧。排架柱的计算模型为下端固接、上端弹性连接，较水平为刚性杆的排架模型变形较大，受力较难量化分析。笔者建议，尽量少采用这种结构体系；当采用时，柱宜短、梁跨宜小，每侧柱的内力计算及配筋可采用较保守的悬臂模型单独进行。
六、地基基础设计的作用组合
按照《建筑抗震设计规范（2008年版）》第4.2节要求，一般多层建筑是不需要地基及基础的抗震承载力验算的。当地基进行抗震承载力验算时，且地基持力层或下卧层为软土层时：因为确定基底面积时采用了地震作用组合，可能基底面积受其控制，在沉降计算中又不含地震作用组合，此时应复核准永久组合下的基础的沉降差值是否满足规范要求，避免在常态下基础沉降不均。:
在制造业已经高度发达的今天，塑料制品依靠它时尚的造型和靓丽的外表以及良好的强度而进入了千家万户，大到神州六号宇宙飞船、各种汽车、船舶、家用电器，小到一个儿童玩具、螺母、电子手表、塑料凳、矿泉水瓶等等，塑料制品给我们的生活带来了诸多的便利和美感。制作精美、毫无暇疵的塑料制品确实能装点我们的居室，丰富我们的生活。而带有缺陷的塑料制品不仅影响它的外观，也会影响它的使用功能。一个精美的塑料制品往往离不开一个优化的注塑模具、一个合理的成型工艺和性能优良的原材料，另外还有一个前提条件，那就是一个不断优化的结构设计。
壁厚的设计
壁厚的合理设计对一个塑料制品来说是至关重要的，制品的壁厚一般在1～6mm范围内，而最常用的壁厚数值为2～3mm。过薄的壁厚不能保证制品的强度，过厚的壁厚要消耗大量材料、增加制品成型后的冷却硬化时间，此外还容易产生气泡、凹陷、夹心和收缩不均匀，从而造成应力集中。壁厚的设计一般来说应遵循如下原则：制品的设计应尽量保证壁厚均匀，避免壁厚突然变厚或变薄;对于壁厚过厚的地方，采用增加工艺孔等方式去掉多余的壁厚，消除该处产生的内应力。
脱模斜度的设计
为了使塑料制品顺利地从模具型腔中取出，须在制品内外壁设计足够的脱模斜度。脱模斜度的大小取决于塑料的性质、收缩率的大小、制品的壁厚和形状，设计时一般考虑以下几种情况：制品形状复杂，深度较深，不易脱模的，应选用较大的脱模斜度；塑料的收缩率大的，应选用较大的斜度值；制品尺寸精度要求高的，应选用较小的脱模斜度；制品较高、较大的，也应选用较小的脱模斜度。
加强筋的设计
通常对于尺寸较大而壁厚较小的制品，我们可以通过在制品的适当位置设置加强筋的的方法，来改善制品的强度和刚性，但是加强筋的设置也有很多讲究，如：加强筋不应设计得过厚，否则容易在其对应的壁上产生凹陷；加强筋应有足够的斜度，底部应呈圆弧过渡；加强筋的布局要合理、均匀，应减少因收缩不匀而引起的变形和开裂；对于大面积的制品，加强筋应设计得多一些、矮一些为好。
孔的设计
塑料制品上的孔通常有两种，一种是制品本身有各种用途的装配孔，另一种是为了改善制品的性能而设置的工艺孔，不管是哪一种孔，设计合理，就会有一个好的质量并且便于制品的成型。具体应用主要分三种情况：当制品需有侧孔时，往往会使模具增加侧抽芯机构，使模具的制造复杂化，因此应尽量改进设计，简化模具结构，确保顺利脱模；制品上孔的位置，应尽可能设置在不易削弱制品强度的位置上；对于脆性制品，相邻孔之间以及孔到制品边缘之间，要留有适当的距离，以防止在连接和固定制品时发生破裂。
圆角的设计
圆角在塑料制品的设计中既能使塑料制品的外形更加流畅、美观，又能避免应力集中，提高制品强度，也能改善物料流动情况和便于脱模。应在制品的各面及内部连接处，均应采用圆弧过渡，制品中内圆角设计的大小可遵循如下公式：0.25
嵌件的设计
为了满足连接、安装要求，制品常采用各种嵌件。多数嵌件由金属制成，由于金属嵌件冷却时尺寸变化与塑料的热收缩值相差很大，致使嵌件周围产生较大的内应力，容易造成制品的开裂，为防止这种现象，嵌件的设计应注意：嵌件与制品的线膨胀系数应尽可能接近;嵌件各尖角部位应倒圆角，以减少内应力;嵌件应尽可能采用圆形或对称的形状，以保证收缩均匀。
支承面的设计
塑料制品较容易变形，因此当塑料制品的支撑面为一个大平面时，大平面的变形，往往造成支撑面不平稳，因此塑料制品的支撑面一般由几个小的平面组成。应注意：当制品需要由一个面作为支撑面时，设计时不宜用整个面作为支撑面，而应采用凸边或支脚的形状来代替;当制品采用凸耳作为紧固用的支撑面时，为使凸耳有足够的强度以承受紧固力，可采用设计有加强筋的支撑面。
螺纹的设计
1.1本项目的基本情况
本工程位于湛江市开发区的某小区。总用地面积17062.13m2，总建筑面积82351.57m2（其中地下建筑面积为12829.25m2，地上建筑面积为69522.32m2）。另外本工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类。
1.2场地自然条件
（1）风荷载：基本风压按50年重现期取0.8kN/m2，地面粗糙度B类。（2）本工程设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值0.1g，地类别为Ⅲ类，属于中软场地土。
2结构设计
2.1地基基础
由于业主未提供详细地质资料，基础设计待业主提供详细地质资料后确定。本院根据当地工程经验，本工程拟采用桩基础。
2.2上部结构设计
根据建筑使用功能的要求并结合本工程的特点，本工程结构形式为：1~3栋采用框架-剪力墙结构；4栋采用剪力墙结构，其中剪力墙及框架抗震等级均为二级。本工程混凝土强度等级为C50～C30，钢筋采用HRB400级钢筋。
2.3PKPM系列结构软件分析
在本次湛江市开发区的某小区的结构设计中采用PKPM系列结构软件进行结构分析。具体来讲本设计所采用的计算机程序为中国建筑科学研究院PKPM-SATWE，版本型号是2010版，这也是在目前设计院住宅结构设计中较为常用的一款软件，并且该转件的结构计算结果较为可靠。本次住宅的结构采取较为常用的框架加剪力墙结构，目前这种结构在现有的高层住宅设计中被广泛的应用，这种形式结合了框架和剪力墙两种结构的优点，具有受力稳定，造价相对经济的特点。同样的为了保证整个结构的稳定性，在住宅建筑的-1~3层对结构进行了加强。整体结构的嵌固位置为地下室的顶板。每个建筑的结构在计算的过程中都会对灾害进行预估，提前计算其所受的荷载，并在设计过程中采取相应的措施。在本次住宅小区的结构设计中，对于五十年一遇的大风，预估的基本风压值为Wo=0.8kN/m2，建筑物地面的粗糙程度按照B类设计，以一号住宅楼为例，其承载风荷载效应时的放大系数为1.1，最终建筑物的体型系数采取1.4来进行计算。其次，对于地震灾害中的受力，在建筑结构的整体设计中也是应当考虑的，本项目的所处的地质环境要求建筑物按照Ⅶ度抗震烈度进行设防，所以在结构设计中按照其相应的抗震烈度设防地震分组为第一组，场地的类别为三类，建筑物的抗震设防类别为丙类，并且需要考虑在地震作用下构的偏心问题，以及双向地震作用力的问题。在地震作用下：计算振型个数为15，重力荷载代表值的活载组合值系数为0.5，周期折减系数为0.75，结构的阻尼比为5％，特征周期Tg为0.45，地震影响系数最大值为0.08。具体来讲混凝土框架的抗震等级为二级，剪力墙的抗震等级为二级，综合来讲其抗震结构措施为二级设计。最后在计算的过程中还需要对一些系数进行调整和修改：梁端负弯矩调幅系数为0.85；梁活荷载内力放大系数为1；梁扭矩折减系数为0.4；托墙梁刚度增大系数为1；实配钢筋超筋系数为1.15；连梁刚度折减系数为1.0（注：风荷载控制），0.6（地震荷载控制）；梁刚度放大系数按2010规范取值；并且柱配筋的计算按照双偏压来进行设计。
3本工程的结构计算
本工程位于湛江市开发区的某小区，在进行结构计算的过程中采用的活载标准值按照《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012），取值见表1。
4展望
对于实际的居住区工程来说，好的结构设计往往是整个项目成功的关键所在，合理的结构设计不仅可以使形体优美的建筑得以成为现实，更是为建设的设计者提供新的构思机会，因为合理的结构设计通常与美学的要求不谋而合。所以本文通过对实际项目结构计算过程中的地基基础、上部结构设计、PKPM系列结构软件分析等重要步骤的解析，探讨住宅小区在结构设计的过程中应当注意的关键点，对居住小区结构设计的方法进行了验证，希望可以对实际的居住区的建筑的结构设计提供一些灵感。
作者:潘伟朝 单位:广东省建科建筑设计院有限公司
参考文献
[1]梅丽娜.浅谈结构设计的几项基本原则[J].黑龙江科技信息，2010（15）.
[2]梁兴泉.结构设计的体会[J].山西建筑，2009（27）.
1．1塔架攀爬机器人整体设计方案
攀爬机器人攀爬的重要性能主要体现在与攀爬物体之间的接触方式，目前多数攀爬机器人采用吸盘式、负压式。这两种方式适用于平面攀爬，不适合塔架攀爬，受尺蠖爬行启发设计并且制作了采用抓卡式攀爬机构的攀爬机器人。攀爬机器人结构模块主要分为头部抓卡机构、前行臂和尾部抓卡机构。头部、尾部抓卡机构由抓卡拉杆、压紧块、抓卡动力底盘、卡爪、红外检测传感器、头部抓卡体、高清摄像头、动力杆等部件组成。前行臂由前行臂转动电机、前行臂1、前行臂2、前行臂3、推杆电机等部件组成。铁塔攀爬机器人工作过程如下：初始，机器人前后抓卡机构同时夹紧高压塔架，前行臂处于收缩状态。当机器人接收到来自地面控制台的执行命令后开始动作。首先头部抓卡机构松开，直到压紧块接触到高压塔架结构型材，机器人前行动作由前行机械臂实现。当前行臂伸展到达极限，头部抓卡机构开始卡紧高压塔架结构型材。接着尾部抓卡机构开始松开，前行臂此时动作为收缩，尾部抓卡机构会随着向上移动。当伸缩机构收缩到极限位置，尾部抓卡机构会再次卡紧高压塔架角钢，这样往复动作实现高压塔架攀爬机器人攀爬动作。整个过程，攀爬机器人执行来自地面控制台的命令，动作可随时中断。步进电机驱动丝杠副带动抓卡机构将机器人主体紧固在高压塔架上。利用直线推杆电机带动连杆机构往复收缩，实现机器人的前行动作，机器人整体在高压塔架上攀爬过程。A位置为机器人的初始位置，头部抓卡机构和尾部抓卡机构都处于卡紧状态。B位置，尾部抓卡机构松开，为收缩做准备。C位置，当收缩机构达到极限，尾部抓卡机构卡紧。D位置，头部抓卡机构松开，为下一伸缩动作做准备。E位置，伸缩机构再次到达极限位置。下一状态会重复进入A状态所示位置。
1．2塔架攀爬机器人抓卡机构
攀爬机器人抓卡机构的动力由步进电机的转动，带动丝杆副丝杆转动，将动力传递至卡紧托，利用卡紧托移动实现抓卡高压塔型材结构架，从而将机器人整机附着于高压塔架上。高压塔架结构错综复杂，机器人攀爬过程需要躲避障碍物，其抓卡机构结构设计如图5所示，这种特殊结构的抓卡机构可以很好地转向，在攀爬高压塔架的过程中可灵活躲避障碍物，其中铰接座4固定在头部、尾部抓卡体机体实现整个抓卡机构的固定从塔架型材不同方向抓起示意。塔架攀爬机器人4个抓卡机构的动力模块均采用步进电机，步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移信号来控制，步进电机通过信号控制来实现准确定位，并且可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速而达到调解转速的目的。
1．3塔架攀爬机器人前行机构
早期攀爬机器人在高压塔架上前行时，其机构采用直线前行机构如直线导轨、丝杠传动直线轴承与直线光轴，但这些机构都有一个缺点，即长距离的传动必须配套较长的导轨、丝杠。仿尺蠖前行机构和传统机构的相比，行程大，动作更加灵巧，其前行臂结构模型，这样的抓卡机构抓紧与松开的动作频率就会大大降低，行进速度就会大大提升。
2机器人抓卡机构静力学分析以及前行机构运动分析
2．1基于ANSYSWorkbench13抓卡机构的静力学分析
ANSYS程序中的结构静力学分析是用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外在引起的系统或部件的位移、应力、应变和力。ANSYSWorkbench13中静力学分析是由Me－chanical模块求解的，Mechanical中有两种求解器，直接求解器和迭代求解器可供选取。直接求解器对包含薄面和细长体的模型是比较有用的。迭代求解器在处理大体积模型时比较有效。攀爬机器人抓卡机构以及前行机构使用迭代求解器进行求解。在SolidWorks环境下给机器人整机各个零件分别附材料，通过质量特征可计算出整机质量。机器人质量特性实际制作的攀爬机器人整体样机可以控制在20kg以内。
2．2SolidWorks环境下高压输电线路塔架攀爬机器人运动仿真
前行机构受尺蠖爬行启发。这种爬行最大优点是与爬行表面的接触面积小，尺蠖的头尾长有吸盘和触脚，通过吸盘和触脚的抓力，一曲一直运动，将身体与接触面的滑动摩擦力转化为静摩擦力，提高了爬行效率。同时，弓背－延伸的爬行方式，也更加适用于复杂的地形。攀爬机器人仿尺蠖步态前行机构的动作同样也是一曲一直运动，并且通过特有的抓卡机构以及导向轮实现抓卡动作。
3总结
静电场数值计算方法主要有有限差分法、有限元法和模拟电荷法。这三种方法在处理简单模型时的效果相差不多，但当模型较为复杂时，有限差分法已基本不适用。模拟电荷法与有限元法在实际使用中各有利弊，模拟电荷法有准确度高、三维模型计算中占用计算机内存少等优点，但其适用范围比较小，对于介质种类多、具有较多过小曲率半径的边界的系统等，用模拟电荷法来计算就比较麻烦，甚至不可能。有限元法虽然在电场强度计算上与实际值有一定偏差，但可以通过细化网格达到减小误差目的。本文研究的10kV母线内部电场分布，存在3种以上的介质、结构复杂，故选用有限元法。
2、10kV母线静电场仿真计算
2.1母线内部结构
基于已有的10kV母线端部结构图，并对其做出初步的改进。由于铝金属薄膜的截面是一个矩形，有四个直角，在电场中容易造成尖端效应，使电场产生畸变分布不均匀。因此，对铝金属薄膜的截面进行倒角操作，减少尖端效应。画出母线端部结构及尺寸二维视图如图1所示。为了能够更好地展示母线内部结构，利用ANSYS生成母线端部结构的三维视图。母线由绝缘护套层、接地铜带、主绝缘层、铜导体、铝金属薄膜构成，是一个轴对称模型，可采用PLANE121这一单元进行建模，PLANE121是一个二维八节点静电单元，适用于轴对称模型，适用于静电场计算。
2.2母线材料
铜导线电阻率小，传导过程中发热少，电能损耗低，不易生锈，质软而且可以制成多股软线，大大提高了屈折次数。铝金属薄膜重量较轻。
2.3母线电气性能要求
母线采用铜导体，其电流密度大，电阻小，集肤效应不明显，无须降容使用。电压降小也就意味着能量损耗小，最终节约用户的投资。工频耐压及雷电冲击耐压数值，符合国家标准。其负载性能要求如下，在额定电流下，外壳的温升符合GB/T11022–1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》标准要求。其短路性能要求如下，动热稳定试验符合GB2706–89《交流高压电器动热稳定试验方法》标准要求。
2.4母线模型及其仿真
本文将通过ANSYS软件建立二维电场的模型，来研究母线的电位和电场分布。ANSYS分析电磁场问题时，需要从以下3个方面进行考虑。第一由于此处只考虑单项母线，单根母线属于轴对称结构，因此使用二维模型即可反应母线电位和电场分布，从而得到符合实际的数据。第二目前电气设备电极间电压随时间的变化是比较缓慢的，所以母线在任一瞬间的电场都可以近似地认为是稳定的，可以按静电场来分析。第三采用基于节点法的传统的有限元法，其直观性较好。
2.5母线电场计算结果及分析
做完母线模型的仿真之后，利用ANSYS软件进行计算，提取电场强度及电位图，结合材料的击穿场强分析其是否满足要求，并作出优化，尽量减少尖端效应，使电场分布的更加均匀。母线端部采用的多层铝金属膜逐渐降低电位，此处也是电场分布最不均匀的地方。在三层铝金属薄膜端部，其电场畸变较为强烈，但在靠近接地层的端部电场畸变最为剧烈，此处的绝缘中电场最为集中，即此处的绝缘最易发生击穿损坏。而且可以看出，电场的不均匀也会延伸到母线的外皮处，当外皮出现污秽及水滴时，在外皮也会出现电场集中，从而导致表面放电的发生。为了进一步探讨屏蔽层对母线电位的影响，在母线端部无铝金属薄膜处、铝金属薄膜处和接地铜带处沿径向取了三条路径。由曲线走势可知，母线端部无接地层、金属薄膜处电位较高，金属薄膜处电位较低，接地层处电位最低，起点都是5774V。母线端部无铝金属薄膜、接地层处的电位变化平缓，铝金属薄膜处电位在第三层后基本无变化。由此可知，铝金属薄膜、接地层都起到了降低母线内部电位的作用，使母线内部电位变化均匀。由分析可知静电场中某点电场强度等于该点电位梯度的负值，母线内部电位降低，电场强度也相应降低，从而减少母线击穿的可能性。
3、10kV母线内部结构优化
母线端部易绝缘老化，容易发生击穿，缩短使用寿命，造成母线故障、发电厂和变电站停电，甚至对电力系统的安全运行带来严重危害。利用基于有限元法ANSYS软件研究母线的电压和电场分布，了解母线端部绝缘老化及击穿的原因并就此提出优化方案。影响母线绝缘的因素有很多，本文着重对绝缘护套层中的铝金属薄膜部分设计优化方案。由于母线绝缘护套端部电场比较集中，在其中加入多层铝金属薄膜可以强迫控制其内部和表面的电场均匀化。本次设计采用了不同层数铝金属薄膜、不同布置形式的铝金属薄膜、直角和倒圆角之后的铝金属薄膜三种不同的方案，计算母线内部电场分布并分析比较，确定最优方案。
3.1直角和圆角截面时母线电场的计算分析
本次设计将分别对母线以直角截面和圆角截面的铝金属薄膜方式进行建模，其他几何参数、载荷参数不变。铝金属薄膜的截面为圆角，截面为直角母线与之相比有较为明显的尖端效应，可能会导致护套层击穿，威胁到母线正常运行，故选择截面为圆角的铝金属薄膜较为合理。
3.2不同层数铝金属薄膜下母线电场的计算分析
本次设计分别采用2层、3层、4层铝金属薄膜对母线进行建模，其他几何参数和荷载参数不变。当采用三层铝金属薄膜时，母线绝缘护套层的最大场强值最小，为359.463kV/m。虽然采用四层铝金属薄膜时母线绝缘护套的电场分布比3层的稍微均匀些，但是不明显，而且绝缘化套层采用的是硅橡胶材料，其击穿场强为25000kV/m，比最大场强高2个数量级，在正常情况下是不会发生击穿的，处于经济性的考虑，采用三层铝金属薄膜最佳。
3.3两端对齐、阶梯式布置时母线电场的计算分析
本次设计采用两端对齐布置的铝金属薄膜对母线进行建模，计算母线电场分布，将其与铝金属薄膜阶梯式布置时母线电场分布进行对比。其他几何参数、载荷参数不变。得到的绝缘护套层端部电场强度为499.552kV/m，比阶梯式布置方案下的最大电场强度大100kV/m，而且两端对齐布置的铝金属薄膜端部的电场较为集中，不如阶梯式布置的均匀。阶梯式布置的铝金属薄膜，第一、二层铝金属薄膜的端部分别处在第二、三层铝金属薄膜的中间位置处，使得电场不那么集中，过度平滑且分布更加均匀。故母线中铝金属薄膜的阶梯式布置更为合理有效。
4、结束语
关键词：高层建筑；预应力；混凝土板式；转换层结构；设计
现代社会经济不断发展进步，社会群体对高层建筑工程的设计效果以及建设质量也提出了更高的要求，预应力混凝土板式转换层结构作为高层建筑中的重要组成部分，受到社会的高度重视。为进一步满足用户的多元需求，促进高层建筑实际功能的有效发挥，应当充分做好预应力混凝土板式转换层结构设计工作，以保证建筑的整体性，进一步改善高层建筑整体设计效果。
1预应力混凝土板式转换层结构的优点
一是预应力混凝土板式转换层结构能够在一定程度上改善建筑整体结构抗裂性能，提高高层建筑整体质量。通过研究可知，在采用预应力混凝土板式转换层结构后，高层建筑转换层结构的抗裂性得到明显改善，裂缝发生的几率明显降低，为高层建筑质量控制打下良好的基础。二是预应力混凝土板式转换层结构能有效改善转换层结构的抗冲切能力，且便于施工操作，一定程度上降低了施工难度。三是预应力混凝土板式转换层结构能够促进混凝土板中内部压力均匀分布，便于高层建筑建设过程中对不同体积的混凝土内部收缩拉力进行科学化控制，减少混凝土内部裂缝发生几率，切实提高了混凝土浇筑质量，提高转换层抗震性能，确保高层建筑的使用功能得到最大程度的发挥。
2预应力混凝土板式转换层结构的设计原则与设计方法
2.1设计原则
在高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计过程中，应当充分考虑高层建筑功能需求，对混凝土板式转换层结构进行灵活布置，调整好上下剪切刚度，确保其满足设计要求，对转换层结构设计质量进行科学化控制。在基础上应当依照建筑物高度方向设置转换层结构，将其分为三种布置形式，分别是分段布置、间隔布置以及在建筑物顶部设置。在预应力混凝土板式转换层结构设计过程中，应当结合工程项目的实际情况在上述布置方式中加以合理选取，依据实际情况进行合理选择，最大程度上避免高层建筑物出现整体刚度不足而影响转换层结构稳定性的情况。在设计中应当遵循一定设计原则，确保转换层与加强层和设备层共同设置，从而全面提高预应力混凝土板式转换层结构设计水平。
2.2设计方法
2.2.1设计计算。首先对预应力混凝土板式转换层结构参数进行计算分析，根据计算结果，适宜将其设置在转换层的下面，同时可以采用等效交叉梁系方法计算实体厚板，一般情况下等效交叉梁单侧宽度小于板厚，一般为两个支承距离的一半。其次应对厚板的具体荷载进行计算，按照实际柱、墙，将支座的各项参数输入即可。再次由于三维单元计算方法精度较高，时间相对较短，所以采用此种方式对厚板的局部参数进行计算，在计算过程中，其主要形式为直角合格，所以还需要绘制网格，绘制过程中，应保证网格的长、宽、高的量级相同，并对尺寸相近的单元进行模式划分。
2.2.2结构平面布置。转换层结构形式有很多种，包括板式转换层、梁式转换层、箱式转换层以及桁架式转换层等等，在结构平面布置过程中，应根据建筑工程的实际情况，合理选择转换层结构形式。在所有转换层结构中，板式结构层具有结构布置简单、灵活等，缺点在于板的自重较大、材料消耗大；梁式转换层有点在于施工简单、传力明显，缺点在于空间受力复杂、高度受到限制等；箱式转换层的优点在于刚度大、整体工作效果好，缺点在于施工较为复杂、施工成本较高；桁架式转换层弯矩、剪力相对较小，缺点在于施工复杂。因此通过对不同转换层结构形式的分析，结合工程实际情况，采取板式转换层结构形式。
2.2.3结构竖向布置。对于结构竖向布置，关键在于控制好建筑的侧向刚度，应遵循下大上小的原则，并严格控制转换层上下等效侧向刚度比。在设计过程中，应对转换层的上部和下部分别进行强化和弱化，为达到这一目的，其具体做法如下：对于转换层下部结构，如剪力墙、核心筒部分，应增加其厚度，同时在条件允许的情况下，应使其底部剪力墙不开洞；采取有效措施，提高底部柱的强度等级，与此同时剪力墙的强度也应有所提高。
3高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计的要点
3.1转换层下部区域结构的刚度分布。在预应力混凝土板式转换层结构设计过程中，下部区域结构的刚度分布是转换层结构设计中的重点内容，一旦设计刚度较大，会导致地震反应发生，结构竖向刚度急速膨胀，使得转换层上下受力不均衡，严重影响转换层结构稳定性与经济性。一旦刚度过小，在沉降差作用下会产生次应力，导致配筋增加。此种情况下，为切实提高高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计要点，应当充分做好转换层下部区域结构的刚度分布，充分考虑竖向刚度变化情况，并全面衡量抗震设计相关内容，确保转换层主体结构剪切刚度满足高层建筑相关技术标准，通过提高混凝土强度或增加剪力墙等方式来保证刚度分布的均匀性。应当注意的是，在转换层下部区域结构刚度分布中，应当高度重视筒体安全设计等相关工作，切实提高高层建筑的抗震性能。尤其是剪力墙的运用应当保证刚度均衡，最大程度上避免建筑物变形而影响高层建筑结构稳定性。3.2剪力墙作用于结构上下部分的刚度传输。在预应力混凝土板式转换层结构设计中，为促进不同结构之间内力的有序传递，应当在结构上部对刚度分布进行科学化控制，通过减少剪力墙的方式缩短墙肢，从而促进刚度顺利传输。与此同时，应当适度增大下部刚度，在确定剪力墙数量后对其进行优化布置，保证对称分布，从而促进刚度传输的均匀性和有效性。3.3合理确定转换层结构的刚度值。在进行转换层结构设计的时候，一个重要的值就是转换层结构的刚度值。一旦出现刚度超标的现象，地震反应就会出现，竖向刚度会急剧增大，使得上下层不利于受力和均衡性，另外，材料的需要增加，经济上比较不合理。如果转换层的刚度较小，那么竖向构件之间会出现沉降差，在结构与构件之间形成次应力。此时，就要选择合适的次梁截面尺寸，保证其刚度达标。
总而言之，预应力混凝土板式转换层结构在高层建筑设计中的合理应用，能够在一定程度上改善结构性能，从整体上提高高层建筑设计效果。为保证预应力混凝土板式转换层结构设计的合理性，应当结合高层建筑工程项目的实际特点开展综合分析，掌握好设计要点，对转换层相关参数进行合理计算，全面提高高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计水平，推动高层建筑行业的稳定健康发展。
作者:张晓妍 单位:大庆市规划建筑设计研究院
参考文献
