2014 年 2 月
第 2 期 总第 488 期
水运工程
Port & Waterway Engineering
Feb. 2014
No. 2 Serial No. 488
收稿日期：2013-11-12
作者简介：廖源（1981—），男，硕士，工程师，主要从事道路与堆场工程、机场场道工程等方面工作。
中美英港口重型铺面结构设计差异分析
廖 源，袁静波
（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）
摘要：根据英标、美标在荷载系数选取、基层材料要求及计算方法上与我国规范的不同，分析中美英3种不同标准在港口重型铺面结构的设计差异，并通过计算实例加以说明。
关键词：重型铺面；设计差异；中国标准；美国标准；英国标准 中图分类号：U 653.7
文献标志码：A 文章编号：1002-4972(2014)02-0020-07
Analysis of design difference for heavy-duty pavement at port of China, America and Britain
LIAO Yuan , YUAN Jing-bo
（CCCC-FHDI Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510230, China ）
Abstract: Based on the difference between British Standard & American Standard and Chinese Standard
in selection of loading coefficient, requirement of base material and calculation method, this paper analyzes the difference on the design of heavy-duty pavement at port of based on the three different standards, and gives the
calculation example to illustrate.Key words: heavy-duty pavement; design difference; Chinese Standard; American Standard; British
Standard
全球港口的重型铺面设计，常用的规范有英标、美标、欧标等，应用最为广泛的当属英标和美标，但其计算参数的选取和计算方法与我国规范存在差异。本文主要就中、美、英3种设计标准在港口重型铺面结构的设计差异进行分析。1 中国、美国及英国的重型铺面结构设计1.1 规范应用
英国港口铺面设计执行The Structural Design of Pavements for Ports and other Industries [1]（简称《重型铺面》）。在美国，港口铺面设计执行由美国联锁块协会（ICPI ）出版的Port and Industrial Pavement Design with Concrete Pavers, A Comprehensive Guide [2]（简称《联锁块铺面设计》）。而我国现行规范为JTJ 296—1996《港口道路、堆场铺面设计与施工规范》[3]（简称《道堆规范》）。
1.2 设计原理及计算方法
无论是中国标准，还是英国或美国标准，其
设计原理都是以弹性层状体系理论为基础，以基层层底拉应变作为有效控制约束条件。在计算方法上，英、美标准与我国标准不同之处在于计算荷载时还需要考虑轮胎靠近系数及动力系数的综合影响。
荷载集度大、荷载作用图式复杂是港口铺面受力的特点。因此，如何保证重型铺面结构不失效，是工程师需要重点考虑的问题。下面针对中、美、英3种规范在重型铺面的设计原理、计算方法及不同的材料要求进行介绍。1.2.1 中国
我国现行所使用的《道堆规范》于1996年发布，其明确了港口铺面的设计要求，给出了在重型荷载作用下各种铺面的设计与施工方法。随着港口装卸机械日趋大型化，《道堆规范》的一些
?21 ?第 2 期廖 源，袁静波：中美英港口重型铺面结构设计差异分析
条款及要求已渐渐不能满足现代化大型港口的使用要求，需重新修编，目前正由中交第四航务工程勘察设计院负责新规范的修编工作。
1）联锁块铺面设计原理。
《道堆规范》规定联锁块铺面的设计采用面层有缝的半空间轴对称模型进行计算，其力学模型见图1
。
图1 联锁块铺面结构力学模型
其中，面层的弹性模量E c取35 GPa，泊松比νc 取0.15，接缝剪切刚度X k取20 MPa，垫砂系数X c取30 MPa。基层稳定类材料的回弹模量可取2 GPa，抗弯拉强度可取1 MPa，土基回弹模量E0和其它材料回填模量E i及抗弯拉强度σs按现行《公路沥青路面设计规范》[4]规定的试验方法测定或按《道堆规范》附录A和附录B的建议值确定。
2）计算方法。
针对流动机械轮载作用的设计，基层为主要承重层，面层为功能层，联锁块铺面设计主要是计算承重层（基层）的厚度。计算步骤如下：①根据项目所在地区的地基条件确定土基回弹模量。②根据流动机械荷载大小选取设计标准荷载等级，确定标准荷载计算参数。③计算流动机械的年运行次数N i，并将N i换算成标准荷载作用次数N m。④根据土基回弹模量计算基层以下的当量回弹模量E t。⑤根据N m和E t查基层厚度设计图（流动机械荷载作用），得到基层的厚度。
对于集装箱荷载，其计算步骤更为简单，直接计算基层以下的当量回弹模量E t，根据堆高层数和E t查基层厚度设计图（集装箱荷载作用），得到所需的基层厚度。例如某重箱堆场，堆高5层，40 ft单箱满载为305 kN，土基回弹模量E0=30 MPa，泊松比v c=0.35。根据上述步骤计算得到E t=79.8 MPa，查参考文献[1]图5.4.3-5得出所需基层厚度h=460 mm。
3）联锁块面层材料要求。
我国《道堆规范》认为联锁块厚度与作用荷载相适应，荷载作用次数越多，应选用厚度越大的块体，常用的联锁块厚度为8,10,12 cm，最小厚度不宜低于8 cm。垫层材料采用干砂，厚度为30～50 mm。
4）基层材料要求。
基层材料包括水泥稳定类、石灰稳定类、贫混凝土以及级配碎（砾）石等。其中，最常用的为水泥稳定类材料，其7d浸水抗压强度为2.5～5 MPa。
5）其它类型面层结构的设计原理及计算方法。
对于沥青铺面，我国《道堆规范》规定以双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状体系理论为基础，采用表面容许弯沉值为控制指标的半经验半理论方法进行铺面厚度计算。沥青面层一般采用双层式，最小厚度粗粒式不小于60 mm，中粒式不小于40 mm，细粒式不小于25 mm。
对于水泥混凝土铺面，我国《道堆规范》规定采用文克尔（Winkler）地基上中厚板理论计算。以28 d龄期弯拉强度作为控制标准，弯拉强度不小于4.5 MPa。板厚计算通过最不利临界荷位，并综合考虑疲劳折减系数K1、温度应力折减系数K2、铺面等级系数K3、混凝土强度增长系数K4的影响，当计算荷载应力σc与容许荷载应力σa 满足0.95σa<σc<1.03σa时，初估板厚可作为设计板厚。否则应改选初估板厚，重新计算，直至满足上述要求。
1.2.2 英国
英国《重型铺面》专门用于港口及其他工业的铺面结构设计。现行的第4版于2007年由Interpave出版，它是在1996年出版的第3版的基础上进行的更新。
第4版不仅采用了更多更详细的有限元模型对铺面进行分析，而且还延续了将铺面分成3个设计
? 22 ?
水运工程2014 年
要点的设计原则，即选择面层、成比例的基层和提供合适相匹配的基础，这样的设计原则不但没有失去准确性而且还大大简化了设计过程，方便设计者更好地使用。
第4版的另一个优势在于凭借过去25年积累的丰富经验，已获得了大量的Material Conversion Factors(MCFs ，材料转换系数)[1]和Material Equivalence Factors(MEFs ，材料等值系数) [1]。因此，在设计过程中，这些系数可以用于将一种材料等效换算成为另外一种材料，也可以用于加铺层的路面设计，这意味着设计者使用这套手册进行设计时可以根据不同
的材料有着许多不同的设计解决方案。
1）设计原理。
英国《重型铺面》以弹性层状理论体系为基础，采用轴对称理想化的模型进行分析，该模型为圆柱体层状体系，直径为12 m ，深度6 m ，包括480个三维轴对称有限元单元，通过有限元计算得到设计图表。
图2 英国《重型铺面》采用的有限元模型
如图2所示，重型铺面模型由24个同心的有限元单元形成每一层直径12 m 的铺面层。面层（联锁块+垫层材料）为单层的由24个轴对称有限元单元构成模型。基层包含8层，每层由24个轴对称有限元单元构成模型，底基层包含2层，每层由24个轴对称有限元单元构成模型，地基模型为7层，每层由24个轴对称有限元单元构成模型，深度为6 m 。
每个模型周边节点受水平方向约束，每个模型在最低层的节点同时受水平和垂直方向约束。一个局部荷载施加于模型顶部的中心，通过在最里面的两个有限元单元施加压力，并调整其几何尺寸以确保第2个有限元单元的外半径与轮胎的接触面或假定的集装箱箱角接触面相一致。
2）计算方法。
重型铺面分为基础、结构层和面层3个设计要
点，结构层（即基层）厚度应能承受所施加的荷载，基础在考虑地基条件时应能提供给基层和面层足够的支撑。
① 基础厚度的确定及材料要求。
重型铺面产生的应力影响深度（路基工作区）[5]远比公路深，软弱地基是导致重型铺面失效的最常见原因，因此，提供相匹配的基础支撑是保证重型铺面设计成功的首要因素。
基础设计包括底基层和覆盖层设计，其厚度根据地基CBR 值（表1）确定。当地基CBR <5%时，需设置250～900 mm 厚度不等的覆盖层，覆盖层可选用CBR 为15%或更易压实，并能形成一个工作层的低成本材料，如废弃的混凝土或其它硬质材料。当CBR ≥5%时，无需设置覆盖层，可直接设置底基层，厚度为150 mm 。
表1 不同地基CBR 值的粒料类底基层和覆盖层厚度
地基CBR %
覆盖层厚度/mm
底基层厚度/mm
1900150260015034001504250150≥5
不需要
150
② 结构层厚度的确定及材料要求。
结构层（基层）厚度应能承受所施加的荷载。根据规定，重型铺面设计必须考虑车辆的荷载系数影响，包括车轮靠近系数、动力荷载系数。车轮靠近系数根据车辆的车轮间距及有效深度（表2）采用内插法求得：有效深度 30010
35000CBR #
#=3
（1）表2 车轮靠近系数
轮距/mm 不同基层有效深度/mm
1 000
2 000
3 000300 1.82 1.95 1.98600 1.47 1.82 1.91900
1.19 1.65 1.821 200 1.02 1.47 1.711 800 1.00 1.19 1.472 400 1.00 1.02 1.273 600 1.00 1.00 1.024 800 1.00
1.00
1.00
? 23 ?
第 2 期廖 源，袁静波：中美英港口重型铺面结构设计差异分析
动力荷载系数又分为制动、转弯、加速、不平整度4类，根据表3综合确定。
表3 动力荷载系数
条件
设备类型f d /%
制动
正面吊/前置叉车跨运车侧叉车拖挂车
轮胎龙门吊 (RTG)±30±50±20±10±10转弯
正面吊/前置叉车跨运车侧叉车拖挂车
轮胎龙门吊 (RTG)406030300加速
正面吊/前置叉车跨运车侧叉车
拖挂车
轮胎龙门吊 (RTG)101010
10±5不平整度
正面吊/前置叉车跨运车侧叉车拖挂车
轮胎龙门吊 (RTG)
20202020±10
根据车轮靠近系数及动力荷载系数进行修正之后得到Single Equivalent Wheel Load （SEWL ），然后将其它车轮荷载等效为SEWL 并累加，计算不同车轮经过同一点的当量作用次数。根据当量作用次数总和及SEWL 查设计图表（图3），确定所需的基层厚度。
设计图表采用弯拉强度为2 N/mm 2的Cement Bound Granular Mixture C 8/10（CBGM ）作为标准基层材料，其它合适的材料可通过表4所列的材料等值系数（MEF ）进行换算，其相对的基层厚度与允许应力的关系为：
d new =d stand ·（σstand /σnew ）1/2 （2）
式中：d new 为其它可替代材料的基层厚度； d stand 为标准材料CBGM C 8/10的设计厚度；σstand 为CBGM C 8/10的抗拉强度；σnew 为其它可替代材料的抗拉强度。
假设设计图表中显示所需要的CBGM C 8/10厚度为200 mm ，如果建议采用CBGM C 5/6进行替代，那么它的正确厚度应为200 mm ×1.16=232 mm 。
③ 联锁块面层材料要求。
第4
版指出在整个铺面结构体系中，面层的刚
a
）集装箱荷载作用基层厚度设计图表
b ）流动机械荷载作用基层厚度设计图表
图3 英国《重型铺面》设计图
度对铺面整体强度和结构性能影响不大，其主要功能是保持面层下的各层结构的稳定。因此，面层厚度在选择上主要考虑正常工作条件的要求和避免面层失效，而非考虑铺面结构的强度要求，也就是说选择100 mm ，甚至120 mm 厚的联锁块，其工作效能与80 mm 厚的没有实质性的区别，而且还会增加工程投资，这与我国《道堆规范》的规定有所不同。因此，从经济性上考虑，英国《重型铺面》推荐常用的联锁块面层组合为80 mm 厚联锁块+30 mm 垫层材料。
?24 ?水运工程2014 年
表4 其它材料相对于CBGM C8/10的材料等值系数（MEF）
材料分组
优先选择的铺面基层施工材料
材料等值系数MEF 材料强度相关标准
水稳混合料C1.5/2.0遵循 BS EN 14227-1 1.74 C3/4遵循 BS EN 14227-1 1.38 C5/6遵循 BS EN 14227-1 1.16 C8/10遵循 BS EN 14227-1 1.00 C12/15遵循 BS EN 14227-10.87 C16/20遵循 BS EN 14227-10.79 C20/25遵循 BS EN 14227-10.74 C1.5/2.0遵循 BS EN 14227-2&3 1.74 C3/4遵循 BS EN 14227-2&3 1.38 C6/8遵循 BS EN 14227-2&3 1.10 C9/12遵循 BS EN 14227-2&30.95 C12/16遵循 BS EN 14227-2&30.85 C15/20遵循 BS EN 14227-2&30.79 C18/24遵循 BS EN 14227-2&30.76 C21/28遵循 BS EN 14227-2&30.72 C24/32遵循 BS EN 14227-2&30.68 C27/36遵循 BS EN 14227-2&30.63
混凝土C8/10遵循 BS 8500-1 1.00 C12/15遵循 BS 8500-10.87 C16/20遵循 BS 8500-10.79 C20/25遵循 BS 8500-10.74 C25/30遵循 BS 8500-10.65 C25/30遵循 BS 8500-1包括20 kg/m3钢纤维0.60 C25/30遵循 BS 8500-1包括30 kg/m3钢纤维0.55 C25/30遵循 BS 8500-1包括40 kg/m3钢纤维0.50 C28/35遵循 BS 8500-10.62 C32/40遵循 BS 8500-10.60 C32/40遵循 BS 8500-1包括20 kg/m3钢纤维0.55 C32/40遵循 BS 8500-1包括30 kg/m3钢纤维0.50 C32/40遵循 BS 8500-1包括40 kg/m3钢纤维0.45 C35/45遵循 BS 8500-10.58
传统水泥稳定材料CBM1（4.5 N/mm2最小7 d立方体抗压强度） 1.60 CBM2（7.0 N/mm2最小7 d立方体抗压强度） 1.20 CBM3（10.0 N/mm2最小7 d立方体抗压强度） 1.00 CBM4（15.0 N/mm2最小7 d立方体抗压强度）0.80 CBM5（20.0 N/mm2最小7 d立方体抗压强度）0.70无细颗粒贫混凝土透水铺面 1.00
沥青稳定材料英国公路工程施工规范定的重型碎石（HDM）
英国公路工程施工规范定的密集配沥青碎石（DBM）
英国公路工程施工规范定的热轧沥青（HRA）
0.82
1.00
1.25
粒料类材料级配碎石底基层材料（CBR≥80%） 3.00混凝土块铺面混凝土块面层（80 mm厚混凝土块和30 mm厚垫层） 1.00
?25 ?第 2 期廖 源，袁静波：中美英港口重型铺面结构设计差异分析
3）其他类型面层结构厚度的确定。
通过有限元模型分析，发现联锁块和沥青稳定材料的性能接近等同，即联锁块面层组合、沥青稳定材料与标准材料CBGM C8/10的MEF接近1.0。因此，对于通过设计图表得到的联锁块面层，也可采用等厚的沥青面层（如50 mm磨耗层+60 mm下面层）的形式进行等值替换。
对于水泥混凝土路面，与我国《道堆规范》采用抗弯拉强度作为控制标准不同的是，英国《重型铺面》混凝土面层采用的是抗压强度，其厚度同样可通过MEF换算得到。另外，为控制不规则裂缝，通常加设钢筋网，钢筋网根据BS 4483设置。
1.2.3 美国
与联锁块铺面在英国和欧洲得到广泛的应用相比，自20世纪80年代开始，联锁块铺面才在美国的港口和其它工业开始大面积运用。《联锁块铺面设计》综合指南由美国联锁块协会（ICPI）出版，现行的第2版于2012年5月份进行了修订和更新。
1）设计原理。
第2版的设计原理及计算过程与英国《重型铺面》基本相同，同样以弹性层状体系理论为基础，以基层层底拉应变作为有效控制约束条件。采用轴对称理想化有限元进行模拟分析，借助有限元进行铺面设计分析的精华在于只需要通过一个设计图表（图4）就可以快速准确地得到所需的
基层厚度。
注：C10基层最小厚度为200 mm。
图4 美国《联锁块铺面设计》设计图
2）计算方法。
美国《联锁块铺面设计》认为，重型铺面失效包括结构失效和面层或功能失效，通常失效原因是地基承受了过多的垂直应力或者基层承受了过多的水平应力。因此，铺面结构设计同样分为基础和基层两大设计要点。
①基础厚度的确定及材料要求。
基础设计包括底基层和覆盖层设计。与英标相似，厚度根据地基CBR值按表5确定。
表5 不同地基CBR值的粒料类底基层和覆盖层厚度
地基CBR/%覆盖层厚度/mm底基层厚度/mm
1600150
2350150
3250150
5～7不需要225
>7不需要150
②基层厚度的确定及材料要求。
基层的计算过程与英国《重型铺面》基本相同，其设计图采用抗压强度为10 MPa的Cement-treated base（CTB）作为标准材料。其它合适的材料可通过表6换算。需注意的是，其标准材料类型、材料转换系数及设计图与英国《重型铺面》略有不同。
表6 不同基层、底基层及覆盖层材料相对于
CTB（10 MPa）的转换系数
铺面层
模量/
MPa抗压强度/
MPa相对于CTB 10 MPa
的转换系数
高等级混凝土面层
高等级混凝土面层
29
38.6
0.80
0.70
沥青处置基层
沥青处置基层
沥青处置基层
2 414
1 172
621
0.93
1.40
2.80
水泥处置基层
水泥处置基层
水泥处置基层
水泥处置基层
7 586
5 655
4 276
3 241
10
5.5
2.9
1
1.00
1.27
1.75
2.80
粒料类底基层
粒料类底基层
粒料类底基层
粒料类底基层
145
94
83
48
100%CBR
22%CBR
15%CBR
6%CBR
2.00
2.80
3.00
4.67注：高等级混凝土面层的强度采用28 d龄期强度；水泥处置基层的强度采用7 d龄期强度。
英国《重型铺面》有2个设计图，分别为集
?26 ?水运工程2014 年
装箱荷载作用和流动机械轮载作用，需根据不同的荷载类型选择相应的设计图。而美国《联锁块铺面设计》则将两种作用荷载合并在一个图中。例如，某堆场堆高5层重箱，假定堆放方式为多列成组箱，集装箱荷载为914 kN，地基CBR为5%，查设计图，所需的基层厚度均为580 mm；对于流动机械轮载作用，如集装箱牵引半挂车，假设计算得到当量作用次数总和为400万次，最大当量轮压（SEWL）为250 kN、查设计图，所需的基层厚度分别为410 mm（美标）和370 mm（英标）。3）联锁块面层材料要求。
美国《联锁块铺面设计》推荐常用的联锁块面层组合为80 mm厚联锁块+30 mm垫层材料，并通常还在垫层砂底部铺设一层土工布防止垫层砂的流失。
4）其它类型面层结构的设计。
美国《联锁块铺面设计》主要用于联锁块铺面的设计，而对于水泥混凝土刚性路面或沥青路面，手册并未做过多介绍。因此，在采用美标进行上述铺面结构设计时，建议分别参考文献[6-7]。
2 中、美、英重型铺面设计的差异对比
通过上述分析比较得出，中、美、英3种标准在重型铺面的荷载系数选取、基层材料要求以及计算结果等方面存在一些差异（表7）。
表7 中美英重型铺面设计差异对比
规范名称
荷载系数
常用的基
层材料
强度/MPa
计算结果/mm
联锁
块面层
推荐厚度/mm 车轮靠近
系数
动力系数
集装箱荷载
（堆高5层重箱）
流动机械轮载
（集装箱拖挂车）
中国规范不考虑不考虑
水泥
稳定类
2.5～5460300联锁块+
垫层材料
130
英国规范考虑考虑CBGM10580370
联锁块+
垫层材料
110
美国规范考虑考虑CTB10580410
联锁块+
垫层材料
110
3 结语
中、美、英3种标准虽然在港口重型铺面设计上原理相同，但在荷载系数选取、计算结果及基层材料要求等方面存在差异。对于荷载系数，国标未单独考虑其影响，而英美标准考虑了车轮靠近系数和动力系数的影响，但其车轮靠近系数未考虑铺面结构层强度的影响，动力系数由于研究得不够细致亦过于保守，使得英、美标准的计算结果要比国标厚；对于基层材料及强度要求，英、美标准较国标更高且更严格。这些差异导致了3种标准的工程造价存在较大差距。对于从事海外港口码头建设工作，特别是EPC项目的工程师，建议要充分了解合同要求或雇主需求，弄清项目执行何种规范标准，避免由于规范标准的差异给项目带来经济风险。参考文献：
[1] John Knapton. The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and Other Industries[M]. 4th ed. UK: Interpave, 2007.
[2] John Knapton.Port and Industrial Pavement Design with Concrete Pavers, A Comprehensive Guide[M]. 2nd https://www.doczj.com/doc/c416651398.html,A: ICPI, 2012.
[3] JTJ 296—1996 港口道路、堆场铺面设计与施工规
范[S].
[4] JTG D50—2006 公路沥青路面设计规范[S].
[5] 邓学均. 路基路面工程[M]. 2版. 北京: 人民交通出版社, 2006.
[6] AASHTO. Supplement to the AASHTO Guide For Design of Pavement Structures[M]. USA: AASHTO, 1998. [7] Asphalt Institute . Thickness Design - Asphalt Pavements for Heavy Wheel Loads[M]. 2nd ed. USA: Asphalt Institute, 2006.
（本文编辑 武亚庆）
高层建筑结构设计分析王方成 发表时间：2016-07-28T15:02:06.787Z 来源：《基层建设》2016年10期作者：王方成 [导读] 本文结合工程实际，对高层建筑结构设计分析。 深圳市建筑设计研究总院有限公司 摘要：随着我国科学技术的不断进步和经济的快速发展，城市中高楼耸立，高层建筑物已成为人们共同的追求。本文结合工程实际，对高层建筑结构设计分析。 关键词：高层建筑；结构设计 1 工程概况 该建筑总长46.10m，总宽35.90m，总高 111.563m，大屋面层高96.90m。地上共23层，地下 2 层。地下室层高 4.7m 与 3.75m。1～22 层层高 4.2m，23 层层高4.5m。上部均为办公室，地下部分为车库和设备用房。总建筑面积53065.79 m2，其中地上37307.59 m2，地下 15758.20 m2，建筑占地面积 10636m2。 2 自然地质情况 本工程场地地震基本烈度 7 度，设计地震分组第三组，设计基本地震加速度 0.1g，属于抗震不利地段，建筑场地类别Ⅱ类，设计特征周期取 0.45s。50 年遇基本风压 0.80kN/m2，场地地基土自上而下可划分为 7 层，从上至下依次为①层填石，层厚 2.7～19m；②层中砂，层厚 0.90～22.9m；②-A 层淤泥，层厚 1.70～1.90m；③层（含砾砂）粉质粘土，层厚 1.3～3.2m；④层残积砂质粘性土，层厚 2.6～8.0m；⑤层全风化花岗岩，层厚1.1～7.3m；⑥层强风化花岗岩：灰白、灰黄、灰褐色，饱和。⑥-1层砂土状强风化花岗岩，层厚 1.1～11.1m；⑥-2 层碎块状强风化花岗岩，层厚 0.8～11.5m；⑦层中风化花岗岩：灰、灰黄、灰白色，岩芯多呈短柱状和长柱状，局部呈块状，中粗粒花岗结构，块状构造，岩芯裂隙较发育，多呈闭合，岩芯采取率 67%～87%，RQD=38～71，岩石饱和单轴抗压试验为 64.60～70.10MPa，标准值为 66.03MPa，岩石坚硬程度为坚硬岩，岩体完整程度为破碎～较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ～Ⅳ级。本次勘察所有钻孔均有揭示至该层，均未揭穿，揭露厚度为2.20～10.76m。 3 基础形式 由于办公楼及其周边纯地下室在基坑开挖后存在一定厚度的①层填石（厚度为 3.46～11.54m），采用预应力管桩时难以穿越填石层，另可供预应力管桩选择的桩端持力层④层残积砂质粘性土、⑤层全风化花岗岩和⑥-1 层砂土状强风化花岗岩分布不均匀，考虑到⑥-2层碎块状强风化花岗岩和⑦层中风化花岗岩分布较均匀，根据拟建场地岩土层特性、拟建物结构特点及荷载情况，采用冲（钻）孔灌注桩基础。 4 主体结构设计 4.1 结构选型 本建筑抗震设防类别为标准设防类（丙类）。由于建筑功能布局多为开敞办公区、大会议室等大空间，中间部分以及建筑外形要求美观、大方等方面因素，故本建筑主体部分采用钢筋混凝土框架———核心筒结构形式。框架———核心筒结构的周边框架与核心筒之间形成的可用空间较大，能使房屋空间布局灵活，又能使高层建筑结构满足较大刚度的要求，因此广泛用于写字楼、多功能建筑。具体做法是在建筑中部的电梯井筒及楼梯间四周布置抗震墙框筒，加大外框筒的柱距，减小梁的高度，周边形成稀柱框架。参照规范抗震设防烈度为7 度，确定抗震等级框架为二级，核心筒为二级。 4.2 主要荷载取值 高压配电房、电梯机房、通风机房活荷载为 7.0 kN/ m2，储藏间活荷载为 5.0 kN/m2，备餐间、车库活荷载为 4.0 kN/m2，商场、消防疏散楼梯活荷载为3.5 kN/ m2，办公室、卫生间、走廊、门厅、屋面花园、多功能厅大会议室活荷载为 3.0 kN/ m2，食堂活荷载为 2.5 kN/m2，上人屋面活荷载为 2.0 kN/m2，不上人屋面活荷载为 0.5 kN/m2。大型设备按实际情况考虑。 4.3 主要受力构件尺寸取值 地下室～1 层墙厚度为 400mm，2～23 层墙厚度为300mm。框架柱截面尺寸：地下室为 1200mm×1200mm，1～3层为1100mm×1100mm，4～6 层为 1000mm×1100mm，7～9 层为 1000mm×1000mm，10～12 层为 900mm×1000mm，13～15层为 800mm×900mm，16～18 层为 800mm×800mm，19～21 为700mm×700mm，22～23 层为 600mm×600mm。地下室负一层顶板的厚度为 200mm，地下室顶板除核心筒内板厚 180mm之外，其余部位板厚为 300mm，屋面层的板厚为 120mm，其它各楼层的板厚为 100mm。 4.4 主要结构材料选取 梁板混凝土强度等级为 C30，柱墙混凝土强度等级：-2～4层为C50，5～9层为C45，10～14 层为 C40，15～19 层为C35，20构架层为 C30。此外，圈梁、构造柱、挑檐、雨篷及楼梯均采用 C30 混凝土。主要用于基础梁、板，墙和柱以及楼面梁的纵筋选用 HRB400级钢筋。 4.5 计算软件及计算依据 本工程计算使用程序为中国建筑科学研究院开发的建筑结构三维设计与分析软件 SATWE。计算依据为建筑条件图以及《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010等国家相关规范。 4.6 计算结果分析 （1）位移比。基于刚性楼板假定，考虑偶然偏心的条件下，X 方向最大层间位移与平均层间位移的比值：1.19 （第26层第1塔），Y 方向最大层间位移与平均层间位移的比值：1.28（第 26 层第 1 塔），属于平面不规则中的扭转不规则。位移比超过 1.2，需要考虑双向地震作用。 （2）层间位移。计算时不扣除整体弯曲变形，不考虑偶然偏心的影响，X 方向地震力作用下的楼层最大位移：1/1055＜1/800；Y 方
建筑结构设计不规则性问题的分析董良 发表时间：2018-06-15T09:59:12.437Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第1期作者：董良[导读] 建筑结构不规则性就是指在建筑工程之中，由于受到平面布局、水平或者垂直受力影响。 山东文孚建筑设计有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着我国现代化建筑行业的不断发展,同时其结构空间也得到不断进步,然而在对建筑结构进行设计过程中,不仅只是简单的进行对称的设计,已经开始进行不规则结构设计,针对不规则设计而言,在很多方法依然存在一些问题,并且对建筑结构也存在不良影响。对此在本文中笔者将从建筑结构设计不规则性分类出发，从而提出以下解决建筑结构设计不规则性问题措施，希望能够满足建筑结构稳定性要 求。 关键词：建筑结构设计；不规则性；问题 建筑结构不规则性就是指在建筑工程之中，由于受到平面布局、水平或者垂直受力影响，从而导致建筑结构不规则，这对于建筑结构质量或者稳定性造成了严重的影响，因此在今后的建筑结构设计过程中，必须要加强建筑结构设计不规则性问题研究，从而为建筑企业创造更高的经济效益，推动我国建筑行业稳固发展。 1 建筑结构设计不规则性分类 在建筑结构设计中,对于建筑结构的不规则性问题必须采取合理的计算方法以及计算参数,不断优化设计方案,同时加大对于建筑结构的重点部位以及薄弱部位的分析,从而保证不规则结构设计具有合理性,最大程度的提高不规则建筑的安全性以及稳定性。 在进行建筑结构设计时，所表现出的不规则性主要分为两种，即平面结构不规则与竖向结构不规则，首先平面结合不规则是最常见的一种建筑结构设计不规则表现，具体而言主要体现在以下三个方面，①不规则扭转，在对不规则扭转进行判断时，设计者可以从建筑物的弹性水平位移进行判断。②不规则凹凸，在进行建筑结构设计时，设计者可以从建筑物的投影方向以及投影尺寸去进行对凹凸值进行判断，并且在这个过程中要求建筑结构中凹进去的一侧不能小于30％，这样可以防止建筑出现变形。③局部楼板不连续性，关于不连续判断可以从建筑物结构的平面刚度变化或者楼面面积出发。其次是竖向结构不规则，体现在以下四个方面，①不规则倾向刚度，在设计过程中要求不规则设计刚度值要小于70％，并且建筑物本身与周边建筑物的平均刚度值控制在80％以内。②竖向抗侧力构建不连续性，建筑物的竖向结构，抗侧力构建应该注重从水平方向到垂直方向的传递。③楼层承载能力不均匀，这要求设计人员楼层受力程度应该低于80％。④楼层质量不均匀性，也就是和下一层相比，应该高出上一层的1.5倍。 2 解决建筑结构设计不规则性问题措施 2.1 减少偏心距 有数据显示建筑结构之所以会出现扭转与建筑物偏心距有着绝对的关系，并且两种之间呈线性函数关系，因此在进行建筑结构设计时，为了防止出现扭转现象，提升建筑物结构设计规则性，在进行建筑结构设计时，就必须要不断的减少偏心距，这样才能通过线性函数调节，从而使整体的建筑结构更加的平均分布，而减少偏心距的方法有很多种，如通过详细的数据计算，从而对主体结构以及平面空间分布进行调整，并且在设计图纸之中，将建筑结构的重量核心与刚度中心位置进行标注，除此之外，在进行偏心距调节时，还可以采用数据分析的方式，从而对建筑结构刚度进行重新分布，这样可以对核心较远的抗侧力进行调整。 2.2 提高建筑结构抗扭承载力 在进行建筑结构设计时，会受到很多的因素影响，这些因素造成了建筑结构的不规则性转变，因此在进行建筑结构设计时提高建筑结构抗扭承载力就显得越发重要[2]。对此美国IBC规范曾经做出一个这样的调查，其发现在进行建筑结构设计时，每增加一个计算扭矩，地震扭矩也就是质心与刚心不重合时，就会与附加扭矩等比例放大，并且当位移小于等于1.2时，放大系数就会等于1，而当位移大于1.2时，位移系数也会大于1，由此可以看出，在附加扭矩不断增大的过程中，抗承载能力也会不断增加，而这会增加偏心距，而通过上述文章介绍也可以发现，偏心距是导致建筑结构设计不规则的主要原因，因此提高建筑结构抗扭承载力，是可以解决建筑结构设计不规则性问题的有效措施。 2.3 提高建筑物抗震性能 在进行建筑物结构设计时，可以分为主体设计与基础设计两个部分，其中主体设计是建筑结构设计的重点内容，而在进行建筑物主体设计时，绝对不能忽视建筑物边缘构件的设计内容，因此从某个角度分析，建筑结构边缘设计对于建筑结构物的整体质量具有绝对的影响，而通过以往的相关研究中发现，建筑结构抗剪性设计有利于提升建筑边缘结构性能，尤其是当建筑物长期处于非弹性阶段时，当受到地震或者外力作用时，易出现一些偏心问题，从而导致建筑结构出现不规则性，因此在进行建筑结构设计时，能够提升抗震性能，强化建筑物边缘结构设计的抗剪强度，这可以从本质上提升建筑物的抗外力作用，从而发挥出建筑物的弹性作用，满足建筑物规则性要求[3]。 2.4 提高建筑抗侧刚度 在进行建筑结构设计时，提高建筑物的抗侧刚度是有助于解决建筑物结构设计不规则性问题的，并且通过以往的数据调查研究发现，当建筑物主体结构出现扭转效应时，会与自我震动周期出现一个平方值函数关系，利用这种比例关系进行建筑结构设计可以减低建筑结构自我诊断周期，并且消除主体结构的扭转效应，为此在进行建筑结构设计时，应该采用科学的计算调整方法，从而对墙体长度与墙体厚度进行调节，进而使建筑结构刚度远离中心墙体，并且采取边缘装置柱梁的方式，从而对主体结构震动周期进行调整，这样有利于建筑结构刚度值的提升，从而实现改善扭转刚度的目的。 3 总结 在经济建设迅速发展的过程中，建筑行业迅速崛起，在这个过程中对于建筑结构设计要求也在不断的提升，而在进行建筑结构设计过程中，不可避免的会出现一些不规则设计现象，这也为建筑结构设计增添了难度，因此为了能够更好的满足建筑结构合理设计要求，设计人员必须要加大建筑结构设计不规则性问题分析研究，从而不断的提高建筑结构设计的质量，满足建筑结构设计的需求，从而实现建筑结构设计工作的顺利完成，促进建筑行业长远发展。
浅析高层建筑结构设计的中震设计概念 发表时间：2016-06-27T14:51:54.553Z 来源：《基层建设》2016年5期作者：隆凡梅 [导读] 本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作，并提出一些个人见解以供参考。 摘要：对于普通建筑物的结构抗震设计，目前我国是以小震为设计基础，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的。但是对于较重要的、超高的、超限的建筑物则需要进行中震和大震的抗震计算。本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作，并提出一些个人见解以供参考。 关键词：中震设计概念；地震影响系数；荷载 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008年版)(下简称《抗规》)中对中震设计仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的设计要求和判断标准。 首先我们了解一下现行《抗规》存在几个问题： 1规范未对结构存在的薄弱构件进行分析并作出专门的设计规定，仅对框架类剪切型结构适用的薄弱层作了一些规定； 2在中震作用下，规范仅提出“中震可修”的概念设计要求，没有具体的抗震设计方法； 3“中震可修”的技术经济问题：可修的标准决定工程????造价、破坏损失、震后修复费用。 随着时代的进步，现在的建筑物体型复杂，结构新颖，超高超限越来越多，因此要求对结构进行中震的设计也越来越多。 2 中震设计 2.1 为何要进行中震设计呢？ 《抗规》条文说明1.0.1条指出，对大多数结构，可只进行第一阶段设计（即小震下的弹性计算），而通过概念设计和抗震构造措施来实现“中震可修和大震不倒”的设计要求，但前提是建筑物的体型常规、合理，经验上一般能满足大中震的抗震要求。反之对于一些体型很不好的甚至超限的建筑物，在大震下的结构反应和小震完全不同，不进行相应的中震和大震计算是没法保证结构安全的。 为达到各阶段抗震要求，须对于上述体型异常、刚度变化大、超高超限等类型建筑物进行中震抗震设计，其余类型建筑物建议可按中震抗震进行验算。 2.2 中震设计的基本概念 抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时，要求建筑物具有不同的抵抗能力。中震设计就是为了使建筑物满足该地区的基本设防烈度，即能够抵抗50年限期内可能遭遇超越概率为10％的地震烈度。 中震设计和大震设计都可称为性能设计。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，它的特点是使抗震设计从宏观性、规范指定的目标向具体量化的多重目标过渡，业主（设计者）可选择所需的性能目标，而不仅仅是按现行规范通过分项系数、内力调整系数、抗震构造措施等粗略、定性的手段来满足中震和大震的设防要求。针对本工程的结构特点，设定本结构的抗震性能目标。对超限结构而言，利用这些指标能更合理地判断整体结构在中震、大震作用下的性能表现，给超限设计提供可靠的判断依据。 2.3 中震设计的分类 中震设计就是结构在地震影响系数按小震的2.875倍（αmax=0.23）取值下进行验算。目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计。 首先明确一点，中震弹性和中震不屈服是两个完全不同的概念，两者所采用的设计方法与设防目的均不相同。中震弹性设计，设计中取消《抗规》要求的各项地震组合内力调整系数，保留材料、荷载等分项系数，对应地保留了结构的安全度和可靠度，结构仍属于弹性阶段，属正常设计。中震不屈服设计，设计中除了地震内力不作调整，同时也取消了材料、荷载等分项系数，对应地不考虑结构的安全度和可靠度，结构已经处于弹塑性阶段，属承载力极限状态设计，是一种基于性能的设计方法。由此可见，中震弹性设计接近于平常的小震弹性设计，而中震不屈服设计则与大震设计同属于基于性能的设计。 3 基本方法及应用 根据中震设计的分类，以下分别阐述中震弹性及中震不屈服的具体设计方法，介绍如何在satwe、etabs、midas等软件中实现中震设计。 3.1 中震不屈服设计 3.3.1 不同抗震烈度下的各级屈服控制 若场地安评报告提供实际的地震影响系数，则应取用所提供的多遇地震、设防烈度地震下相应的地震影响系数，屈服判别地震作用1、2 的地震影响系数可相应插值求得。 3.3.2 SAWTE计算：地震信息中抗震等级均为四级；αmax按表3取值；总信息中风荷载不参加计算；勾选地震信息中的按中震（或大震）不屈服做结构设计选项；其它设计参数的定义均同小震设计。 3.3.3 MIDAS/Gen计算：主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→定义抗震等级：四级；主菜单→荷载→反应谱分析数据→反应谱函数：定义中震反应谱，在相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可，β值按表3计算所得；总信息中风荷载不参加计算；主菜单→结果→荷载组合：将各项荷载组合中的地震作用分项系数取为1.0；主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→材料分项系数：将材料分项系数取为1.0；其它同小震。 3.3.4 ETABS计算：选项→首选项→混凝土框架设计→定义抗震设计等级：四级；定义→反应谱函数→Add Chinese 2002 Spectrum→定义中震反应谱，地震影响系数最大值αmax取值，其余参数按《抗规》；静荷载工况中不定义风荷载作用；定义→荷载组合→各项荷载比例系数均取为荷载分项系数1.0x荷载组合系数φ；定义→材料属性→填写各材料的强度标准值其它同小震。 4 工程算例 4.1 示范算例 4.1.1 基本参数：二十二层框支剪力墙结构，三层楼面转换，无地下室，首、二层4.5米，标准层3.5米，总高79m。结构平面布置如图一所示。结构高宽比3.76，长宽比1.22；抗震参数，7 度，第一组，0.10g；场地II类；风荷载100年一遇为0.9kN/㎡。
浅析建筑结构设计中基础设计王宇雷 发表时间：2018-08-14T11:14:06.167Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第8期作者：王宇雷1 田冉2 [导读] 不仅为有效提高房屋质量打下了坚实的基础，也为房屋建筑经济适用性的挑战提出了核心的观念和思路。 1山东滨北建筑设计院有限公司；2山东省滨州市建筑设计研究院 摘要：基础设计作为房屋建筑结构设计的主要内容，加强房屋建筑结构设计中基础设计的探讨，不仅为有效提高房屋质量打下了坚实的基础，也为房屋建筑经济适用性的挑战提出了核心的观念和思路。 关键词：建筑结构；基础设计；分析 房屋建筑结构设计的理论朝着先进水平不断发展，将先进的技术不断的应用于实际，在实际中不断加强完善。研究强度高、材质轻、绿色环保的新型建筑材料，应用于房屋建筑的结构设计中去，提高屋建筑的安全性、适用性，使得房屋建筑结构设计朝着可靠、实用、经济的高性价比方向发展。 一、房屋建筑结构设计的重要性 从笼统意义上说，房屋建筑结构主要指两个方面的内容，一方面指的是房屋的建筑结构，一方面指的是房屋的户型结构。而房屋建筑工程进行房屋建筑结构设计的根本出发点主要是为了保证工程建筑物结构的安全性、可靠性，在能够保证工程建筑物的使用功能的发挥的同时保证工程建筑物的使用寿命，提高工程建筑物的性价比。 二、房屋建筑结构设计过程中需要遵循的原则 设计人员在对房屋建筑工程进行结构设计时需要遵循几个原则，首先设计人员在进行结构设计的过程中一定要从整个房屋建筑工程的整体着手，需要与业主进行良好的、有效的、及时的沟通，确保房屋建筑结构设计既符合客观方面的需要，也符合主观方面的需求；其次，设计人员在设计过程中要有提前量，现代的房屋建筑工程在进行基础设计的过程中，将重点都放到了房屋建筑工程的地基、基础、以及一些上部结构的构件（例如梁、板、柱、楼梯、雨篷等）方面，但是还是有一定的弊端，因为很多的房屋建筑结构设计中的基础设计并没有完全的结合实际情况，所以在施工过程中很容易遇到设计与实际情况不符的问题。 三、高层建筑基础的设计分析 1、上部结构的刚度对基础受力状况的影响 假设上部结构为绝对刚性，当地基变形时，各竖向构件只能均匀下沉；如忽略竖向构件端部的抗转动能力，则竖向构件支座可视为基础梁的不动铰支座，亦即基础梁犹如倒置的连续梁，不产生整体弯曲，却以基底分布反力为外荷载，产生局部弯曲。反之，假设上部结构为绝对柔性，对基础的变形毫无约束作用，于是基础梁在产生局部弯曲的同时，还经受很大的整体弯曲。于是，两种情况下基础梁的内力分布形式与大小产生很大的差别。实际结构物常介于上述两种情况，其整体刚度的考虑非常困难，只能依靠计算软件分析。在地基、基础和荷载条件不变的情况下，增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，但同时导致上部结构自身内力增加，即上部结构对减少基础内力的贡献是以在自身中产生不容忽视的次应力为代价的。还应注意的是上部结构的刚度贡献也是有限的。 2、基础刚度对基底反力分布的影响 绝对柔性基础当上部结构刚度可以忽略时，对荷载传递无扩散作用，如同荷载直接作用在地基上，反力分布p（x，y）则与荷载q （x，y）大小相等、方向相反。当荷载均匀时，基础呈盆形沉降；如欲使基础沉降均匀，则需使荷载从中部向两端逐渐增大，呈不均匀状。绝对刚性基础对荷载传递起着“架越作用”。由于基础为绝对刚性，迫使地基均匀沉降。由于土中塑性区的开展，反力将发生重分布。塑性区最先在边缘处出现，反力将减小，并向中部转移，形成马鞍形分布。理论分析与试验研究表明，基底反力的分布除与基础刚度密切相关外，还涉及到土的类别与变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性，以及基础的埋深和形状等多种因素。 3、地基条件对基础受力状况的影响 基础受力状况还取决于地基土的压缩性及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时，基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力。实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。此外，外荷载的分布和性质、基础的相对柔度以及土的蠕变等涉及时间变化的效应等都会影响到界面条件。因此，应从完全光滑一直到完全粘着这两种极端情况之间来慎重估计界面摩擦的影响。 4、上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法 上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。在共同作用分析中，可以根据实测结果把基础和上部结构的实际刚度进行共同作用分析，并考虑施工过程的影响，把结构荷载和刚度形成情况分别四、建筑基础设计中应注意的问题 1、保证荷载的可靠传递 基础结构应具有必要的强度和刚度，以保证将高层建筑上部结构作用于基础顶面的巨大竖向、水平向荷载与力矩，可靠地传给地基土或桩顶。 2、参与变形协调，减少不均匀沉降 基础结构介于上部结构与地基土之间，其刚度大小及其在平面上的分布，对调整不均匀沉降、减少整体和局部挠曲至关重要。例如：多、高层建筑中，当采用条形基础不能满足上部结构对地基承载力和变形的要求，或当建筑物要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时，可采用筏型基础。筏型基础的平面尺寸，在地基土比较均匀的条件下，基底平面形心宜与上部结构竖向永久荷载的重心重合。当不重
1、等效荷载 利用荷载效应相等的原则将复杂荷载等效为均布荷载。针对不同的效应会等效出不同的均布荷载，过分追求计算结果的精度意义不大。实际中主要是确定最不利的荷载效应。根据实际设计要求，效应包括内力(剪力、弯矩)和变形(挠度、裂缝)。计算中等效的结果与结构的跨度直接相关，因此等效的结果的应用位置需注意。相同的复杂荷载对于不同的效应会等效出不同的等效荷载，因此不同的结构构件计算时此效应不能通用。另外计算的等效荷载还与结构的边界条件有直接关系。等效荷载只是一种假象荷载，不能追求等效的精度，以满足结构的计算精度要求为宜。 2、汽车荷载 汽车轮压的等效荷载大小与结构的跨度成反比。规范中的汽车等效荷载为直接作用的楼板的荷载，另外考虑了汽车荷载的动力系数。汽车荷载的动力系数与楼板的覆土厚度直接相关，当结构的覆土厚度大于时，结构的动力系数取。计算梁柱时要考虑活荷载的折减系数。 3、消防车等效荷载计算 (1)、等效荷载的大小与板跨（非柱网）的大小有直接关系。 (2)、等效荷载的大小与覆土厚度有直接关系。 (3)、消防车的作业区域应该是消防车能够到达的任何区域。对消防车经 常出现的场所(主要消防通道、消防中心)，消防车荷载是一种出现频率很高的荷载，此时应该考虑构件的裂缝和挠度，对消防车不经常出现的住宅小区，可不考虑消防车对构件裂缝和挠度的影响。但要是但考虑经常出现的车辆荷载的影响(一般控制首层地面活荷载不小于5KN/m2)。 (4)、地下是外墙的计算中，《全国民用建筑设计技术措施》中规定：地下 室外墙计算时，室外地面荷载取值不小于10kN/m2，汽车通道还应考虑汽车荷载的影响。 4、抗震设防类别 商业建筑《建筑抗震设防分类标准》规定：人流密集的大型的多层商场抗震分类标准应划为重点设防类。其中人流密集和大型的解释为一个区段人流5000人换算成建筑面积17000m2或营业面积7000m2以上的商业建筑。 这里的一个区段考察的是人员的聚集程度，与建筑的功能区分和区段的出口有关，与结构的分缝没有直接关系。高层建筑中，结构单元内经常使用的人数超过8000人，抗震分类标准应划为重点设防类。这里的结构单元也不是以结构缝作为划分，还是应该以建筑功能和区段划分作为依据。 5、地震动参数 多遇地震参数应根据场地安全评价报告和《抗震规范》合理取用，并不应该小于规范数值，设防烈度和罕遇地震参数应该参考规范数值。一个地区的抗震设防烈度是基本固定不变的，而抗震设防的分类标准时可以调整的。根据地区的抗震设防烈度、场地类别和结构的设防类别确定结构的抗震措施和抗震构造措施。抗震措施是除地震作用计算和抗力计算以外的所
浅析建筑结构设计原则及有关问题分析 摘要：随着社会经济与建筑事业的不断发展进步，在建筑施工建设工程项目中，高层建筑施工项目越来越多，并且对于设计的要求也越来越高。随着我国城市化 进程的加快，建筑业也面临了更多的机遇和挑战。这就要求建筑形式要多样化， 建筑设计理念的要不断创新。本文对建筑结构设计中有关问题进行了探讨，以供 参考。 关键词：建筑结构；结构设计；设计原则 一、建筑结构设计的主要内容1、建筑设计的一般程序。一般情况下建筑物 的设计程序为建筑结构设计、给水排水设计，电气设计和暖气通风设计等，建筑 物的结构设计是建筑的基础，是建筑设计中最主要的组成部分，只有将结构设计 工作做好了，才能使得建筑物的功能更齐全。其结构设计主要分为建筑方案设计、建筑结构分析、建筑构件设计和绘制工程施工图四部分。 2、建筑物结构设计的基本要求。建筑结构的设计是建筑设计的基础，为有 效保证建筑物的质量达到所需的要求，必须严格遵循以下设计要求对建筑物的结 构进行设计：首先要对建筑物的结构构件的承载能力的极限值进行精准的计算， 选择承重能力强的结构构件；其次对多种构件组合的相互作用和影响进行分析， 选择相互作用和影响最有利的构建组合；最后要对建筑物的抗震性能进行研究设计，一般情况下我国的抗震设防烈度在6-9 度之间，在对建筑物的结构进行设计时，要根据施工地区的房屋高度、结构类型和烈度进行分析，采用抗震等级不同 的建筑材料和结构设计。 3、在建筑结构设计中，应该充分考虑以箱、筏作为基础底板挑板的产生的 阳角问题，还要进行大量的运算，对梁、板的跨度进行准确的计算，对主梁和次 梁的加筋问题进行研究，并制定出相应的方案，此外，在高层建筑的设计中，还 要考虑窗台高度的设计是否合理。 二、结构设计坚持的具体原则1、重大轻小。建筑结构设计中常常涉及到了 很多关键的理念，如：“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等，这些都是设计师们需要看重 的问题。尽管对于结构体系而言，其是由不同的构件协调构建起了，而由于不同 的构件都发挥着不同的作用，其在整个建筑中也有轻重之分。 2、层层设置。安全的结构体系在设计过程中必须要层层设置，尤其是当灾 难发生时将会在抵抗外在破坏中发挥有效作用。若仅仅将抗风险的希望都集中寄 托在建筑的某一个结构上，这是很不稳定的。多肢墙好于单片墙，框架剪力墙好 于纯框架好等等，这些都是层层防线的设计思路的重要表现。 3、优劣互补。科学的建筑结构体系需要坚持优劣互补的原则。结构太刚其 变形能力差，若建筑受到巨大的破坏力时，则应具备的承受的力更大，经常会发 生局部受损以至于全部毁坏，而太柔的结构尽管能够限制外力，但经常因为变形 过大而难以正常运用。 三、建筑结构设计中有关问题的探讨1、建筑结构设计图纸过于简单在建筑 结构设计中，设计图纸的作用非常重要，其是建筑施工参照的重要标准。为了保 证建筑结构设计的质量，在图纸中应该对每一个细节都详细的标示出来，对于建 筑的抗震等级、抗裂等级、施工所用材料以及墙梁柱的标号，都应该详细的标注。但是在实际操作中，由于设计人员的水平不高，考虑问题不够全面，导致关键信 息没有在图纸中详细的标识，进而在实际施工中影响到施工流程，随意性较强， 严重影响到施工质量，如果更加严重，还会影响建筑工程的施工进度，使得施工
高层建筑结构设计分析论文 1结构分析及设计分析 1.1分析三种重要的体系 1.1.1剪力墙体系 剪力墙结构是利用建筑的内、外墙做成剪力墙以承受垂直和水平荷载的结构体系。剪力墙的变形状态和受力特性同剪力墙的开洞情况联系密切，其中依据轧受力特性的不同，单片剪力墙可以分为特殊开洞墙和单肢墙。类型不同的剪力墙，对应的也会有不同的截面应力分布，所以，在对位移和内力进行计算时，也应该对不同的计算和设计方法进行使用，将平面有限元法应用到剪力墙的结构计算中。此种方法能够比较准确地完成计算，能够应用到各类剪力墙之间，然而，也有一定的弊端存在于这种方法中，其有着较多的自由度。所以，在具体的应用时，较为普遍地应用了开洞墙这一类型。 1.1.2筒体结构 筒体结构分为框架—核心筒、筒中筒等结构体系，其中框架—核心筒受力特点为框架主要承受竖向荷载，筒体主要承受水平荷载，变性特点类似于框架剪力墙，但抗侧刚度较大。依据不同的计算机模型处理手段，有三种类型的分析方法：主要为离散化方法、三维空间分析和连续化方法，其中三维空间方法的精确性会更高。 1.1.3框架—剪力墙体系 框架—剪力墙结构，是由若干个框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的建筑结构体系。此种结构位移和内力等计算方法尽管种类较
多，然而，连梁连续化假定方法会经常被使用，在对位移协调条件进行计算时，应该按照框架水平位移和剪力墙转角进行设计，将外荷载和位移的关系用微分方程建立起来。然而，应该考虑需求和因素量会存在的差异，所以，也会有着不同形式的解答方式。 1.2具体的设计与分析 1.2.1合理地确定水平荷载 每一个建筑结构都应该一同承受风产生的水平荷载和垂直荷载，对于抵抗地震的能力也应该具备。高层建筑中，尽管结构设计会较大程度上受到竖向荷载的影响，然而，水平荷载却占据着重大的比重。随着不断增多的高层建筑层数，在高层建筑的结构设计中，水平荷载成为了其中一个重要的影响因素。首先，由于楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中发挥的功能，对应水平荷载会将一定的倾覆作用施加到结构中，并且竖构件中就会出现高层建筑结构的作用力；其次，就高层建筑结构而言，地震作用和竖向荷载，也会跟着建筑结构的动力情况而出现较大的改变。 1.2.2合理地确定侧控 同低层建筑不同，在高层建筑结构设计中，结构侧移已经成为 了其中一个非常重要的影响因素。随着不断增加的楼层数量，结构侧移在水平荷载侧向变形下会逐渐增大。在高层建筑结构进行设计中，不但规定结构要有一定的强度，对于荷载作用带来的内力能够有效的予以承受，同时，还应该确保具备一定的抗侧刚度，确保在某一限度内控制结构在水平荷载作用出现的侧移情况。
浅析房屋建筑结构设计中基础设计 发表时间：2018-10-29T15:12:01.030Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第18期作者：李俊宇1 丁星峰 2 [导读] 随着经济和社会的飞速发展，房屋建筑的功能越来越丰富，同时其结构也越来越复杂。 摘要：改革开放以来，我国经济快速发展，人们的生活水平不断提高，对住房的要求也越来越高。对于房屋建筑来说，基础设计是否科学合理将直接影响整个房屋建筑的质量和施工成本，做好基础设计历来是房屋建筑结构设计中的重中之重。本文介绍了影响房屋建筑基础设计的因素，分析了基础设计选型的原则，探讨了基础设计方法及技术要点，为房屋建筑基础设计工作提供理论参考。 关键词：房屋建筑结构设计基础质量 前言 随着经济和社会的飞速发展，房屋建筑的功能越来越丰富，同时其结构也越来越复杂，尤其是在城市建筑高层化趋势日益明显的情况下，对房屋建筑结构设计的要求也越来越高。基础作为房屋建筑的地下部分，具有承载上部结构、传递荷载等作用，其设计是否科学和合理对于房屋建筑整体的安全性、适用性和耐久性都有着较为深远的影响，如果基础没做好，就可能导致房屋建筑的不均匀沉降，导致墙体开裂等，同时设计方案也决定着基础选型以及后续施工的合理性和经济性，可见做好基础设计是房屋建筑结构设计中的重中之重。 1 影响房屋建筑基础设计的因素 1．1 上部结构 房屋建筑的上部结构采用何种形式、地上建筑高度、墙体厚度等在很大程度上决定了基础的类型、埋深和截面积等，因此是基础设计过程中需要考虑的重要因素。这主要是因为，上部结构的类型、高度和墙体厚度不同均会导致房屋建筑荷载在基础上分布的特点不同，继而对基础沉降、稳定性和抗变形能力的要求也不同，因此在对基础设计时需要充分考虑。 1．2 地质条件 地质条件在很大程度上决定了基础的设计承载能力，地质条件的范畴很大，因素很复杂，其中有两个条件对基础设计影响最大：其一是地基持力层的特点，地基持力层是与基础相接的土层，该土层是承受房屋建筑负荷的主要部分，因此持力层土质特点（黏土、砂质土、砂粘土等形式）、压缩模量、持力层承载能力等参数应是房屋建筑基础设计中必须考虑的因素；二是桩基穿越土层的情况，包括土层中地下水的分布特点和桩基穿越能力等，基础选型过程中必须将这些因素考虑进去。 1．3 施工环境 施工环境包括自然环境和人工环境。 自然环境因素包括环境温度、抗震等级等，由于构成基础的材料是钢筋混凝土，如果环境温度过低就可能导致基础出现开裂情况，因此基础设计时应考虑低温施工，以便采取应对措施，而抗震等级将影响基础设计时是否需要设置抗震缝以及抗震缝设置的数量和位置等。人工环境对基础设计的影响包括以下几个方面：第一，建筑施工过程中避免不了各种振动，为保证基础的稳定就应当在设计之初充分考虑；第二，如果需要打桩，则桩基在入土后就会将土向周围挤压，造成挤土效应，从而使周围的土层产生一定的应力，改变周边建筑物基础的受力情况以及对周围地下管网造成挤压，因此基础设计时要尽量降低这种影响。 2 房屋建筑基础设计选型的原则 2．1 经济合理性原则 房屋建筑基础设计不但要考虑技术性的指标，而且还要符合经济性的原则，因此基础自身的材料消耗也要为实现整个建筑工程的成本目标奠定基础，另外，基础设计的经济性原则还体现在设计的基础要有助于保证施工进度，降低施工成本。 2．2 综合性设计原则 房屋建筑基础设计单位要将基础设计与其他设计相联系，从房屋建筑基础的功能、结构、与上部结构之间的关系等诸多方面进行分析，通盘考虑，将基础设计方案放在房屋建筑整体中进行分析对比，使基础与建筑整体达到协调统一的要求，不断对基础设计方案进行优化，从而得出最佳的设计方案。 2．3 多样式原则 房屋建筑基础的类型样式较多，设计单位应在设计过程中全面掌握各种基础类型，并与实际情况相结合，选出兼具经济效益和社会效益的基础类型。 2．4 动态设计原则 动态设计原则就是在房屋基础设计时不但要使基础在结构和功能上能够满足当前的需要，而且还要用发展的眼光看待基础设计工作，使设计方案也能够顺应时代的发展趋势，满足未来一段时间内房屋建筑可能出现的改造、扩建等的要求。 3 房屋建筑基础设计的方法 3．1 传统设计方法 在基础设计中，通过对过去一段时间国内外典型建筑基础设计方案进行系统分析，从其中总结出一定的约定俗成的规律，并作为新设计方案的立足点，同时考虑各类型基础各自的特点和适用范围，并与房屋建筑自身特点、勘查资料相结合，从而选出合适的基础类型，并经计算确定各项技术指标。 3．2 共同作用分析法 在高层建筑基础设计中，常常将上部结构与基础和地基看作一个统一的整体，使三者之间保持力的平衡和协调.与传统设计方法相比，由于其考虑了上部结构的刚度，因此更具科学性和合理性，但同时这种方法由于涉及到的方面较多，因此设计难度也较大，对于计算机软件和硬件的要求也更高，设计成本较传统方法高出不少，因此只有在结构复杂的大型建筑基础设计中才会采用。 4 基础选型和设计要点 4．1 独立基础及设计要点 独立基础的造价较低，且对地基土具有较好的适应性，且抗震性能较好，因此在框架结构的民用建筑中普遍采用。对独立基础来说，
建筑结构选型实例分析 第一章 悬挑结构：现代MOMA 1.工程概况： 当代MOMA位于东直门迎宾国道北侧，拥有首都北京的地标优势,项目规划建筑面积22万平方米，其中住宅为13.5万平方米，配套商业面积达8.5万平方米，包括多厅艺术影院，画廊，图书馆等文化展览设施，还包括了精品酒店，国际幼儿园，顶级餐饮，顶级俱乐部及健身房、游泳池、网球馆等生活设施与体育休闲设施。 当代MOMA由纽约的哥伦比亚大学教授StevenHoll设计，项目规划概念是BEIJINGLINKEDHYBRID，在建筑艺术方面实现了世界的唯一，更加充分的发掘城市空间的价值，将城市空间从平面、竖向的联系进一步发展为立体的城市空间。当代MOMA也是当代置业科技主题地产的延续与发展，在万国城Moma实现高舒适度、微能耗的基础上，将大规模使用可再生的绿色能源。从可持续的观点出发，当代MOMA适当的高密度(强度)开发利用土地与大规模使
用可再生的绿色能源是大城市发展的方向，是真正“节能省地型”的项目。 在当代MOMA的规划设计中，更多考虑了未来城市的生活模式，引入了复合功能的概念，实现开放功能的城市社区，在这里不单是居住功能，而且能够和谐的工作，娱乐、休闲消费、交通，作为一个汇集精品商业与国际文化的开放社区，充满生气与活力，将创造更和谐的国际化生活氛围，不仅为社区创造更舒适的环境，更多的交往机会，也将完善城市区域功能，为北京的城市形象，为北京奥运会增添光彩。项目计划2005年初开始建设，在2008年奥运会之前建成使用。 2.结构形式： 为减轻自重，梁柱采用H型钢，并且设置了受拉的钢斜撑，提高悬挑结构的刚度和承载力．为承受悬挑部分重力荷载产生的倾覆力矩，在悬挑部分增设钢斜撑，将倾覆力矩传递到塔楼上；在塔楼相应的部位增设钢管斜撑。使塔楼整体承受倾覆力矩。在塔楼内除设置核心筒外。还设置了十字型剪力墙，提高塔楼整体的刚度和抗倾覆能力。长悬挑是本工程主要设计难点之一，目前主体结构竖向构件采用了中震不屈服的性能目标，对于悬挑结构这样更加重要的部分，设计中采用了中震弹性设计的更高的性能目标，即悬挑部分的构件验算时，按中震弹性地震力(水平地震和竖向地震)与竖向荷载进行组合，考虑荷载分项系数，材料强度取设计值。经中震弹性设计验算，悬挑部位构件的应力比基本上都控制在0．9以下。 3.施工情况： 物业公司：第一物业服务有限公司 建筑面积：220000平方米 绿化率：34% 使用率：80% 容积率：2.64 建设规模：地上21层、地下两层
建筑结构优化设计分析 摘要：建筑结构设计的优化主要体现在通过结构设计优化达到性能及经济的完 美协调。不管对建设方或者居住者，都有着直接的影响。本文根据结构优化设计 实例进行分析。 关键词：建筑结构；结构设计；优化方法 前言 结构设计优化技术所指的是建筑结构的设计过程中，设计人员会面临着各种各样的问题，比较成本、性能和建筑材料等问题。如何通过结构优化，从而达到利用最少的资金建设出合 理科学的建筑结构。其优化的意义所在就是节省工程造价，提高建筑的质量。当前建筑结构 的成本占比较重，合理科学的建筑结构可以产生巨大的经济效益，并还能够提高工程的质量。 1、建筑结构设计优化的步骤 1.1建立合理模型 可以通过3步来实现对房屋结构设计的优化，具体步骤是：第一步，需合理选择设计的 变量。一般情况下，在选择合理的设计变量的时侯，应当将对建筑结构具有较大影响的因素 做为主要设计变量的参数。例如，结构的造价C1与损失的期望C2等有关参数使目标控制产 生较大的影响，以及诸如结构的可靠度PS等有关参数使约束控制产生较大的影响，这就需要对这些影响设计变量的参数进行合理选择。相反，对那些影响不大的因素，在进行优化的时 侯可以采取预定参数的方式来表示，使让优化过程中的计算量、设计量和编制程序的工作量 有所降低。第二步，需确立目标的函数。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行 优化过程中，应当尽可能的寻找几组可以满足有关预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的 截面积以及相应的失效的概率的函数，让工程的造价费用有所减少。第三步，确定约束的条件。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行优化过程中，应当对结构的可靠性以 及用来优化设计的有关约束条件做进一步确定。其中，设计优化的约束条件包含有结构体系 约束、应力约束、构件单元约束、尺寸约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等。在对房屋结 构设计进行优化的时侯，必需充分将实际性约束条件和目标性约束条件作对比，然而保证每 一个约束条件均可以满足需求，以便达到最佳的设计。 1.2设定计算方案 依照可靠性对房屋结构设计进行的优化也会出现非线性的优化问题以及多约束性的优化 问题，并且还会使多变量复杂化。所以，为了减少这些问题需要在进行分析计算的时侯，将 有约束的优化问题转化为没有约束的优化问题进行求解。常常采取的优化设计的计算方法是Powell法、复合形法和拉氏乘子法等3种方法。 1.3设计相关程序 依照可靠性对房屋结构设计优化的基本模型和选择的计算方法可以编写一个具有运算速 度快以及功能齐全的综合应用程序，通过程序的优化提高设计的时效。 1.4作好结果分析 在对房屋结构设计进行优化设计的过程中，应当对最终得到的有关计算结果作一定的对 比分析，以便为最终的优化设计方案提供科学、合理、有效的依据。而在这个过程当中就要 求设计人员必需全面周密的考虑问题，只有这样才能够科学、合理、有效地选择设计的方案，才可以保证建筑结构的实用、经济、合理、安全以及美观，才能够尽可能少的资金投入获得 最大的收益。尤其需要注意的是，在进行建筑结构优化设计的过程中，并不能够只一味的强 调经济上的节约而降低了技术上标准；或者仅考虑技术上的要求却忽视了经济上的节约，这 些都是不正确的。只有在众多因素中寻找最佳结合点，探索优化设计的平衡点，才能够达到 有关设计要求。因此，必须做好结构的分析与运用。 2、某工程空心楼板优化设计的实例分析 2.1原方案 原设计方案板厚300mm，拟用空心管直径200mm。相邻空心管之间设一道肋，梁宽度 60mm。肋梁区域受力钢筋上、下铁都为2Ф14（Ⅲ级钢），空心管区域受力钢筋上、下铁都