结构设计方案范文

结构设计方案篇1

【关键词】建筑结构设计原则设计方案

引言

科学合理的进行建筑结构设计不仅能够有效的提高建筑的质量，还能够有效的节约建筑工程的成本，从而提高建筑的经济效益。与此同时，对建筑进行科学合理的设计还能够有效的保障建筑工程的施工安全。然而就目前建筑结构设计的实际情况而言，由于各种原因通常会导致设计方案不能实现，从而造成了大量的资源浪费，并且也影响到了建筑行业的发展。因此在建筑工程中，为了提高建筑工程的质量，必须对建筑结构设计进行深入的研究，并制定出科学合理的设计方案。随着社会的发展，建筑领域也呈现出高速发展的态势，在现代的建筑领域中各种高新建筑材料和施工技术层出不穷，从而为现代的建筑工程建设奠定了坚实的基础。然而，为了使建筑工程的质量更上一层楼，在进行工程建设之前，就必须要进行科学合理的建筑结构设计。本文从建筑结构设计的基本原则出发，对建筑结构设计进行了深入研究，并制定出了合理的建筑结构设计方案，希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行相互探讨共同提高，进而为我国的建筑行业发展添砖加瓦。

1、建筑结构设计基本原则

在建筑结构设计中，为了保证设计质量，就必须严格遵循建筑结构设计基本原则，才能够使建筑的性能和质量满足人们的生活生产要求，然而在设计的过程中，需要遵循的建筑结构设计基本原则有如下几点。

1.1抓大放小

在建筑结构设计中，“强柱弱梁”和“强剪弱弯”是设计人员必须了解的基本改良。在现代的建筑结构设计中，由于建筑结构中各个部分的功能有所不同，并且各个部分的实用价值也有所差异，因此，为了使建筑能够发挥出最大功效和质量，就必须要谨遵抓大放小的原则，加强对建筑核心部分的研究设计，从而在提高建筑结构设计质量的基础上，还提高了设计的效率。抓大放小的原则从一定程度上可以形象的解释为，用牺牲局部的做法来提高整体实力。因此，在建筑结构设计中，应该将减少建筑损失作为设计重点，尽最大努力满足“抓大放小”原则，切记平均用力，否则很可能使建筑的重点部分设计不符合相关标准。

1.2 多道防线

安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，前仆后继。这时候，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。

1.3刚柔相济

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

1.4 打通关节

在结构体系中，关节无处不在，因为结构体系乃是变化的统一。从历次灾害中可以看出，由节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。所以理想的结构体系当然是浑然一体的——也就是没有任何关节的，这样的结构体系使任何外力都能迅速传递和消减。基于这个思路，设计者要做的就是要尽可能地把结构中各种各样的关节“打通”，使力量在关节处畅通无阻。在设计的四个基本原则中，“抓大放小”、“多道防线”、“刚柔相济”是设计概念中的战略问题，但要想让这些战略思想得以实现，靠的是“打通关节”这个原则作为保证的，结构设计的具体操作，最后全都归到“打通关节”的贯彻和实施上来。

2、从结构计算和构造上考虑合理设计

建筑结构设计的合理与否直接关系着建筑最终的施工的顺利与否，更加的与整个建筑的质量有着重要的关系，所以，结构设计的合理性对工程设计有着关键性的影响，下文就是针对结构设计的合理方案进行分析，主要包括以下几个方面：

2.1结构计算应注意的问题

在结构计算的过程中，首先，在底框砌体结构验算的过程中，底部剪力法宜适用于刚度比较均匀的多层结构。对具有薄弱层的底层框架混合结构，应考虑塑性变形集中的影响。底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法，因为底框架结构中只有底层框架抗震墙，应采用双保险的方法。其次，避免荷载计算错误。在整个建筑荷载计算的过程中，设计人员应结合着建筑工程的实际用途及整体结构，科学的计算出建筑的荷载范围。在确保建筑结构稳定性的同时，还能避免后天人为的破坏。由此可见，在整个建筑结构设计中，结构计算不仅关系着建筑工程的稳定性与安全性，同时还关系着工程今后的投入使用。

2.2构造应注意的问题

首先，在构件配置上，设计人员应将整个建筑的钢筋配筋率范围确定，尤其针对一些抗震设计中能够延长建筑稳定性的结构，以便在发生地震时，将人员伤亡降到最低。其次，在钢筋安装上，要确保钢筋安装到指定位置，且在安装前钢筋的质量得到有效保障。再次，在从根本上避免温度应力引起的墙体开裂，需要建筑结构设计人员在整个建筑结构设计中，将通风暖热措施融入到建筑结构设计中。最后，按抗震构造要求设置的构造柱，应在整个建筑物高度内上下对准贯通，上至女儿墙压项，下至浅于500毫米基础圈梁，或伸人室外地面以下500毫米，构造柱与圈粱、楼板和墙体的拉接必须符合要求。

3、从抗震要求设计中考虑合理设计

在整个建筑设计中，其设计理念是否符合相关规定，不仅关系着建筑物的整体使用，同时还关系着人们的生命安全。在整个建筑结构设计中，根据我国最新抗震要求与规定，在抗震等级较高的地区，住宅设计无论是多层砖混或和框架剪力墙结构，都必须从抗震的角度，采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。为此，结构设计人员必须及早参与建筑结构的概念设计。

3.1多层砖混结构住宅

在一般多层砌体结构住宅设计中，设计人员应优先考虑横墙或纵横墙的承重能力，横纵墙在分布上，应遵循便宜、对称的原则，且设计的过程中，上下层之间的横纵墙应保持一致。在楼梯间的设置上，应尽量避开房屋的尽端与转角处，且尽量不用无锚固的钢筋栓。

3.2框架剪力墙结构住宅

与一般多层砌体结构住宅不同的是，框架剪力墙结构住宅无论在钢筋上还是抗震能力上，都要比一般住宅强的多，因而设计人员在多层住宅设计的过程中，首先，应结合着多层住宅的使用性能，在抗震墙与框架设计的过程中，打破传统的单向布置，改用双向布置，以便增强各自的抗震能力。其次，在确保抗震墙及框剪体系独立抗震性能的同时，设计人员还需要结合着工程楼层之间的连接度，确保工程的整体性。

4、结束语

结构设计方案篇2

【关键词】建筑结构设计；基本原则 ；方案优化

前言

建筑设计是建筑施工的前提，建筑设计的好坏关系到整个工程质量的高低，已经成为影响建筑质量的关键因素。建筑结构的科学性和合理性可以确保人们的生命财产安全，提高建筑的安全性。只有严格遵守建筑设计结构，才可以确保建筑符合我国工程质量标准，高效完成建筑设计工作，提高工作效率。本文就我国的建筑结构设计基本原则进行研究，对建筑结构方案优化进行探讨，提高建筑设计效果，现研究结果如下。

1 建筑结构设计基本原则

建筑结构是指在建筑物包括构筑物中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。建筑结构设计贯穿于建筑建设过程中的主体和细节结构的设计，包括建筑主体结构和材料，建筑空间结构的具体细化等设计方案，通过建筑结构的设计可以确保建筑物建筑顺利完成，已经成为建筑工程的核心工作。

1.1 取大舍小原则

取大舍小原则主要指在建筑设计的过程中要分清主次，先确保整体建筑主体的设计合理，后进行细节设计细化，确保细节设计符合主体设计，不与主体设计发生冲突。在进行建筑结构设计的过程中，要保持强柱弱梁、强剪弱弯，对主体进行层次划分，降低建筑设计的外部冲破力，保持建筑结构设计的稳定，在最大的程度上保持建筑主体的稳定性。

建筑结构设计是由各种设计构建而成，建筑构件在主体设计中承担着较大的作用。但是建筑主体设计和建筑结构设计在一定的程度上很容易出现冲突，导致建筑设计出现卡壳。在这种情况下，建筑结构取大舍小原则制定了设计基本，要以建筑重要为第一考虑要素，实现结构条件对主体设计的服从和符合。

1.2 刚柔有度原则

刚柔有度原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，要将过于钢化的建筑结构进行柔化，提高建筑物的整体稳定性。建筑结构设计刚柔有度要求设计人员对建筑结构的稳定性进行全方位考虑，对建筑设计中过多的钢化线条设计进行改善和调整，降低建筑物发生形变的可能性。

在进行建筑设计的过程中，过于钢化的建筑物由于线条结构较为死板，建筑物的整体支撑能力会大打折扣，导致在外部压力过大时产生形变。这种形变在很大的程度上造成建筑物安全问题，导致建筑物出现大面积坍塌，形成建筑物破坏。刚柔有度原则确保建筑结构设计中的框架设计合理性，确保刚性结构和柔性结构完美结合。

1.3 多重设防原则

多重设防原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，设计人员要对所有的设计结构进行把握，将建筑结构的整体作为主要设计核心，设计多重防线，保证建筑结构的安全性。多重设防要求设计人员要熟知建筑结构设计的各个环节，在设计中进行多重设卡，将建筑结构各部分的功能充分放大，提高设计效果。

建筑物在使用的过程中很容易遇到危险状况，多重设防要求设计人员从建筑结构的安全性出发，对其危险状况进行预防和处理，降低人们的生命安全和财产安全损失。

1.4 打通关节原则

打通关节原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，设计人员要将建筑细节结构和主体结合在一起，将建筑细节结构融会贯通，实现建筑结构的统一。通过减少建筑结构中的关节，将建筑结构关节打通，实现对建筑整体的全方位把握，增强建筑设计的主体效果。

建筑结构是构成建筑设计的关键，是建筑建设中必不可少的一部分。因此，在进行建筑核心的设计过程中，设计人员要确保建筑结构浑然一体，增强建筑设计的效果。将结构关节打通，降低系统外力的干扰，实现对系统外力的传递和消减，实现关节传力的畅通，提高建筑结构的稳定性。

2 建筑结构设计的方案优化

建筑结构设计的方案优化主要是在建筑设计基本原则的基础上对建筑设计理念和要求进行完善，通过不同的建筑结构设计角度提高设计的合理性，对建筑结构实际设计过程中的突出问题进行解决，提高设计效果。

2.1 结构安全优化

结构安全优化主要表现在对抗震防护的效果上，通过抗震防护安全结构的实施，确保建筑物的安全性。在地震等级较高的地区要实行多层砖混或和框架剪力墙结构，采用抗震材料进行结构建筑。通过进行两个阶段设计提高设计效果，实现结构安全优化的三个水准的防护要求。对一般的多层砌体住宅结构要先采取横墙承重实现共同承重，进行均匀对称分布，沿平面进行对齐。

2.2 结构构造优化

结构构造优化中要注意的问题主要为注意构件撮大配筋率和最小配筋率的限值。在设计过程中，要严格按照相关的结构构造要求保证钢筋、钢锭等在设计中的衔接长度和固定位置，确保建筑材料和建筑结构构造相符合，实现对建筑结构构造的方案优化。

除此之外，为防止屋面温度导致建筑墙体出现开裂现象，在进行结构构造优化的过程中，设计人员要进行有效的通风设计，进行融热操作。设置抗震安全构造柱，对建筑结构构造的整体进行贯穿。

2.3 结构计算优化

结构计算优化要注意以下几方面问题。第一，建筑结构底部剪力法主要适用于建筑结构刚度较为均匀的多层设计结构，可以实现对结构的整体加强。但是，这种剪力法在较为薄弱的底层框架结构中应用效果不佳，一般会产生一定程度的塑性形变，导致建筑结构稳定性降低。第二，底框框架结构要采取双保险的方式进行设计，降低其承种量。按照相关要求进行双保险结构设计，对抗震墙的弹性刚度进行折减，提高其倾覆力矩产生的附加力。

在进行结构计算优化的过程中，设计人员要采用双向板查表结合连续板计算，提高对建筑结构的设计计算效果。将设计数据进行双向运算，减少设计漏算或少算荷载，确保设计和建筑用料相符合。在完成上述算法优化过程后，要对电算的结果进行评价，根据工程设计的经验对计算结果进行评价，判断计算结果是否达到工程设计图纸要求。

2.4 设计选取优化

在进行设计优化的过程中，相关人员要根据地基沉降引起构件开裂程度进行合理深度优化，将设计桩箱和桩筏相结合，保证箱体的刚度，实现对设计方案的优化。对设计方案进行比较，进行有效选取，确保方案符合设计结构中安全可靠性、操作技术要求、经济效益等的相关要求，实现设计选取的优化。软土层覆盖层厚度较 大地区的多层建筑要经过地基处理控制建筑物沉降，对其上部结构和地基的技术指标进行规范和处理，考虑处理方案成熟程度及相关经验，进行多种方案的比较。最终，选取最合适的设计方案，确定选取的方案满足设计强度和形变的标准，对不符合的方面继续进行优化。

3 总结

建筑结构设计的基础和方案优化主要是通过对建筑结构基本原理的应用，对建筑设计结构方案进行完善和改革，实现对设计结构优化、设计环节优化、设计算法优化、设计选取优化等。将建筑结构设计基础原理进行灵活应用，在此基础上进行优化，对我国建筑结构设计具有非常积极的促进作用，可以提高建筑结构设计的实际应用效果，实现建筑物的安全稳定。

参考文献：

[1]叶齐.孔菲，建筑结构设计基本原则及合理设计方案[J].城市建设理论研究（电子版）， 2012（3）.

结构设计方案篇3

【关键字】结构方案；优化设计；造价控制；建议

在建筑结构设计中，不同方案的选择及不同建筑材料的选用对工程造价会有较大影响，像基础类型选用、进深与开间的确定、层高与层数的确定、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足同样功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价10%左右，有的可达20%。建筑结构由基础、柱、墙体、梁、楼板、屋面板等部分组成，各部分占工程总造价的比例不尽相同，结构方案优化时对工程造价的影响也就不一样，因此在方案优化设计时我们所考虑的重点要有所侧重。

1 优化设计结构部分举例

1.1 基础：基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关，其工期约占整个建筑物主体工程的25%-30%，造价约占总造价的10％-20％，基础工程的重要性显而易见。所以设计时应重视地质勘察报告的交底工作，选择合理的基础型式，控制基础的截面尺寸与埋深。如某两座相临的住宅楼工程，根据地质勘探资料，设计基础承载力及埋深相同，地面以上部分结构设计也相同，均为6层砖混结构，建筑面积3236；地面以下部分选用两种基础形式，1# 楼过于考虑安全性，设计选用了钢筋砼条形基础，C20砼浇筑， M10水泥砂浆、MU10砖砌筑，基础总造价为16.13万元。在2#楼设计中，将基础改为毛石条形基础，用MU20毛石、M10水泥砂浆砌，基础总造价为10.35万元。通过对比，基础建筑面积造价，1# 楼为49.86元/，2#楼仅为31.98元/.在两楼楼型、结构及使用功能相同的情况，地质条件满足安全使用的前提下，只将钢筋砼条形基础改为毛石条形基础，基础部分的造价减少了35.88%。这对整座住宅楼工程造价的控制起到了积极作用。

1.2 柱网布局与柱子：柱网布局是确定柱子的行距（跨度）和间距（每行柱子相邻两柱间的距离）的依据。一般来讲，柱网尺寸在6-12m之间，柱距小则传力路线短，上部结构节省材料，但可能基础费用高，因而柱网布局是否合理，对工程的结构造价有很大的影响。此外，柱子截面形状及大小的选择也对工程造价有着直接的影响。下面就柱子截面大小实例说明它对工程造价影响的程度。

某四层厂房根据工艺要求，在厂房结构设计中采用现浇钢筋砼框架结构，初始设计方案为：框架边柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm； 框架梁截面统一为450mm×1900mm，受力主筋均采用Ⅱ级钢筋。初始设计方案的主要消耗材料为： 框架梁混凝土130.82m3，梁受力主筋15179.4kg；框架柱受力主筋3654.2kg.初始方案的结构系统总造价为19.12万元。优化设计时，以框架结构尺寸和框架柱截面尺寸为常量，把框架梁截面高度尺寸为变量，并以模数50mm为步距进行变化。当框架梁截面高度变化时，框架梁自重及梁、柱配筋均相应变化，结构总造价也相应变化。经过分析，求得该四层厂房结构优化设计方案的主要参数为：框架边柱截面750mm×750mm ，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面统一为450mm×1600mm.优化设计方案的主要消耗材料为：框架梁砼110.16m3（比初始方案减少20.66m3），梁受力主筋17185kg（比初始方案增加2005.6kg）；框架柱受力主筋4482kg（比初始方案增加827.8kg）优化设计方案的结构系统总造价为185823元。对比分析初始方案与最佳方案，该框架结构总造价由19.12万元下降到18.58万元，仅主体结构节省投资2.9%，经济效果比较显著。

如果我们对柱子钢筋连接方式进行方案优化设计，有时也能节省大量资金。某综合楼设计时，柱子钢筋采用电渣压力焊接技术，从而可比搭接方法节省10％还要多的主筋，仅此一项可节省数十万元之巨。

1.3 梁：矩形截面梁是最普通的受弯构件，在设计时常被使用，但材料利用率很低。一是因为靠近中和轴的材料应力较低；二是梁的弯矩沿梁长是变化的。由于等截面梁大部分区段应力低，材料得不到很好利用，只有在轴心受力时，材料利用率才可提高。因此，设计时可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相当于掏空的梁，将梁中多余的材料掏去，这样既经济，自重又可减轻。它还可发展为空间网架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工业厂房，设计时用桁架外形的设计代替矩形截面梁，经济上取得相当好的结果。

1.4 砼及钢筋的选用：除了要满足结构的需求外，应力求方便施工，尽量减少砼标号与钢筋型号的种类。有的工程梁、板、柱采用不同的标号，使施工难度加大，浪费了材料，加大了采购成本。钢管砼结构是将砼填入薄壁圆形钢管内而形成的一种新型结构，它将两种材料有机地结合，可借助内填砼增强钢管壁的稳定性，借助钢管对核心砼的套箍作用，使核心砼处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和抗变形能力。钢管砼与钢结构相比，在自重相近和承载力相同条件下，可节约钢材近50%，并节约大量的焊接工作量。与普通砼相比，在保持钢材用量相近和承载力相同条件下，构件截面面积可减少约50%，材料用量和构件自重相应减少约50%。实践证明在结构设计时，使用这些新工艺设备可大大降低工程造价。

方案进行优化设计，要把握好技术和经济的对立统一关系，既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求的做法，又要反对设计保守浪费，只重技术，轻经济的思想。

2 推行优化设计的建议

2.1 加大行政监督和加快设计监理工作。优化设计工作的推行，政府主管部门首先要重视，通过行政手段来保证优化工作的实施，加大对设计市场的管理力度，建立和完善相应法律法规，规范设计市场。其次建立设计监理制度已成为形势所迫，业主所需。目前还没有客观公正的“第三方”来监理结构设计的进行，所以通过设计监理的方式可以打破设计单位自己“控制”自己的单一局面。

2.2 建立必要的设计竞争机制。为保证设计市场的公平竞争，设计经营也应采用招标投标，并颁布相应的法规条例。各地可以成立合法的设计招标机构，符合条件的项目必须招标。招标时对投标单位的资质、信誉、技术等方面进行必要的资格审查，设立健全的评标机构，运用价值工程等手段对备选方案进行优化选择。设计单位为提高自身竞争能力，在内部管理上应把设计质量同个人效益挂钩，促使设计人员加强经济观念，把技术与经济统一起来，改变以前设计过程不算帐，设计完了概算见分晓的现象。

2.3 推广设计标准规范和标准设计。工程设计标准规范的形成，来源于大量成熟的、行之有效的实践经验和科技成果，是科技转化为生产力的必要途径。优秀的工程设计标准和规范，不仅优化了设计，减少设计的盲目性，还将大大提高设计速度，有效降低项目的全寿命费用。在标准规范中可以对一些重要的部位采取设计经济指标限额制度，对一些设计部位使用“宜”或“不宜”等引导性语言提示设计人员对方案进行优化，鼓励他们在设计中大胆使用新工艺和新材料。

综上所述，建筑结构方案优化设计是一个系统工程， 它真正体现了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，达到花小钱办大事的目的。只要我们严格遵守“经济、实用、合理”的原则，认清优化设计在造价控制中的重要性， 确定合理目标，积极创造适宜条件，主动采用科学的控制方法，就一定能搞好设计阶段的造价控制。

作者简介：

金俊杰，男，现任浙江城建煤气热电设计院有限公司工程师职务，研究方向：建筑工程结构设计。

结构设计方案篇4

关键词：建筑结构 设计 基本原则 方案

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（C）-0063-01

随着经济与时代的发展，人们对于建筑的要求逐渐提升。与此同时建筑工程项目的投资力度、规模、技术复杂度也都相应的提高，为此如何在保证建筑使用安全成为重要问题。对于建筑质量问题，首选的解决方案是规范结构设计。好的结构设计方案不仅是施工质量的保证，更是影响建筑最终安全性的根本。通过在探讨建筑设计的基本原则及设计注意事项可以促使更为合理的建筑结构体系的出现，从而达到经济、高效、安全的目的。

1 建筑结构设计的基本原则

进行结构设计的最重要目的是保证建筑多的安全使用，为此进行建筑设计过程中要遵循以下四项原则。

1.1 抓大放小

由于建筑整体是由各种不同的构件组成的，但是不同构件在工程中所担负的作用并不均等，为此按照其重要性就有了轻重之分。为此在工程建设中有“强柱弱梁”与“强剪弱弯”的重要概念。在建筑物遇到突然地破坏力量时，不同构件进行协同抵抗破坏力的目的就是保护最重要的结构，从而使建筑物免遭毁坏。如果在建筑中没有“轻重”之分，那么就会带来更大的破坏。总之在建筑设计中要分清主次，通过设计中的抓大放小来最大限度的减少可能带来的损失。

1.2 多道防线

通过设置多道防线的思想就是避免“将鸡蛋放于同一个篮子”。安全结构体系要通过层层设防的方式，在灾难来临时前赴后继的抵抗外力。实际设计中框架剪力墙较之纯框架更有优势，多肢墙较之单片墙有优势，这就是多道防线的主要实施方法。

1.3 打通关节

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

1.4 刚柔相济

建筑设计中结构体系刚度如果过强就降低了变形能力，当遇到强大外力时就很容易造成局部的受损，从而致使建筑全面损坏；而建筑结构体系太柔虽然可以有效的消减外力，但是容易发生形变过大而无法使用甚至整体损坏。

2 合理设计方案

2.1 从结构计算和构造上进行合理设计

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

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

2.2 从抗震要求出发，进行合理的结构设计

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

2.3 根据地基进行建筑结构设计

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

3 结语

结构设计方案篇5

关键词：塔式建筑 轻钢结构混凝土结构 轻钢-砼组合结构

Abstract: Based on practical projects in this paper, a comparison is made for three structure systems:reinforced concrete structure, Steel Structure, light-weight steel concrete composite structure. Finally concluded that, the structural scheme of the mixed light steel - concrete structural system in high intensity tower building structure can be solved using the displacement of large reinforced concrete frame structure or steel frame reverse is not easy to control the problem.

Keywords: tower;light steel structure;concretestructure; composite light steel-concrete structure;

中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：

1.前言：

钢筋混凝土结构、钢结构以各自独有的特性成为应用广泛的结构形式，并发展成为相对独立的结构学科，随着社会的发展，对建筑物使用功能的要求越来越高，目前现有的成熟的结构体系已经不能完全满足不断增长的功能要求，为使结构设计更好地服务社会，服务建筑功能要求，与时俱进，迫切需要对新型组合结构体系进行探索和研究【1】【2】。轻钢-砼组合结构能充分发挥钢、钢筋混凝土两种材料各自的优良性质，扬长避短，在欧美、日本等国应用广泛，我国对组合结构的研究起步较晚，组合结构有狭义和广义之分，通常所指组合结构仅指狭义意义上的钢-砼组合构件，主要有以下几种：钢-混凝土组合楼板、钢-混凝土组合梁、钢管-混凝土组合受压构件、型钢混凝土梁（柱、墙），广义意义上的组合结构主要指组合结构体系，根据结构体系间不同的组合方式，组合结构体系可分为以下几种：组合框架结构体系、巨型组合结构体系、横向组合结构体系、竖向组合结构体系【3】【4】。现阶段国内外对组合结构的研究主要是对狭义意义上组合构件的研究，而对建筑物整体广义的组合结构体系尚未有成熟的研究，加上现在的计算程序相对不完善，现行相关规范也只是涉及到钢-砼组合构件【5】。在某些特殊体型的工程结构中，如结构刚度呈上柔下刚的塔式建筑工程，若采用钢筋混凝土框架结构，结构位移不易控制，若采用钢框架结构，结构周期不易控制，为解决这一问题，本文结合工程实例通过多种结构方案分析对比，提出采用轻钢-砼组合结构体系，即下部结构采用钢筋混凝土框架结构，上部结构采用钢框架结构，这种组合结构是将不同材料组合在一起的结构形式，在设计时将不同材料和构件的性能纳入整体进行考虑，并非两种材料的简单组合和叠加，通过发挥两种材料各自的优势，以解决在高烈度地区塔式建筑结构位移较大、扭转不易控制的问题，从而获得更好的结构性能和综合效益【1】【6】【7】。

2. 工程概况：

结构为某塔楼结构，建筑物平面形状呈圆形，1~3层半径为1800mm（圆心至外墙外皮），层高2400mm，第四层半径为2650mm（圆心至外墙外皮），层高2700mm。详图1。根据建筑功能需要，结构只能设计为四根框架柱，框架柱最大截面为400x400(mmxmm)，且框架柱竖向不连续，四层需要向外挑出，墙体材料必须采用烧结普通砖。

结构设计资料：

1）地震作用及荷载取值：抗震设防烈度为9度，地震基本加速度0.4g，地震分组第二组；基本风压：0.3kN/m2；基本雪压：0.15kN/m2；楼面及楼梯活荷载：2.0kN/m2；不上人屋面活荷载：0.5kN/m2；恒载取建筑材料自重，场地类别为Ⅱ类场地，基础采用独立基础。

2）荷载组合：

标准组合： ；

准永久组合：

基本组合： ； ；

地震效应：

图1：塔楼建筑平面及立面

Fig 1. Plane and vertival of tower building

3.结构模型与计算分析

3.1方案一：采用钢筋混凝土框架结构体系

图2：混凝土结构方案平面

Fig 2. Plane of concrete structure plan

按照常规方案，对建筑物采用钢筋混凝土框架结构，利用PKPM结构软件进行建模和计算，混凝土强度等级采用C30，钢筋采用HRB400级，结构平面详图2，楼板与框架采用刚性连接，计算时考虑楼板参与框架工作，假定楼板为刚性楼板，考虑单向水平地震作用，不考虑竖向地震作用，采用振型分解反应谱法（CQC）计算水平地震作用；位移求解采用简化方法，并考虑偶然偏心的影响；层刚度比计算采用地震剪力与地震层间位移之比；根据《抗规》，结构阻尼比取值5%，并分别采用SATWE及PMSAP程序进行计算分析，主要计算结果详表1~3。

3.2方案二：采用钢框架结构体系

图3：钢结构方案平面

Fig 3. Plane of steel structure plan

对建筑物采用钢框架结构，梁柱钢材均采用Q235B,利用PKPM结构软件STS进行建模和计算，结构平面详图3，楼板与框架采用刚性连接，计算时考虑楼板参与框架工作，假定楼板为刚性楼板，钢梁侧向有楼板约束，故不考虑钢梁平面外稳定；计算时只考虑单向水平地震作用，不考虑竖向地震作用，采用振型分解反应谱法（CQC）计算水平地震作用；位移求解采用简化方法，并考虑偶然偏心的影响；层刚度比计算采用地震剪力与地震层间位移之比；根据《抗规》，结构阻尼比取值3.5%，在内力和变形分析中考虑重力二阶效应（P-效应），不考虑蒙皮效应，计算分析分别采用SATWE及PMSAP程序进行，主要计算结果详表1~3。

3.3 方案三：采用轻钢-砼组合结构体系

图4：钢-混凝土组合结构方案平面

Fig 4. Plane of steel-concrete structure plan

结构设计方案篇6

关键词：建筑结构；结构加固；设计应用

中图分类号：TU746　文献标识码：A　文章编号：1000－8136(2010)15－0035－02

1　引言

众所周知，我国是自然灾害多发的国家；有2／3的大城市处于地震区，历次地震都在不同程度上对建筑物造成损坏，即使在正常情况下建筑物经过长期使用亦有老化问题，建国以来全国共建成的各类建筑项目中20世纪90年代以后建成的占40％左右，大部分建筑已进入了维修期，为防止出现工程质量事故问题而造成的巨大的财产损失和人员伤亡，我们就需要对一些建筑进行结构加固。

本文重点对建筑结构加固的方案及应用技术展开分析讨论，以期从中找到可靠有效的加固技术方案及其应用管理经验，并以此和广大同行分享。

2　建筑结构加固概述

2.1　结构加固的基本原则

(1)结构经可靠性鉴定需要加固时，必须进行加固，加固的范围可以是整体房屋，亦可是指定的区段或特定的构件。

(2)加固设计应考虑施工方便且可行的施工方法。对于混凝土结构，宜提高一级强度等级，并加强构造和连接措施等，以保证原结构与新混凝土协同工作。

(3)由于高温、腐蚀、冻融、振动等原因造成的结构损坏，加固时应采取减小、抵御或排除上述不利因素影响的对策，保证加固后的结构安全可靠，正常使用。

(4)结构加固应尽量考虑经济效果，尽可能做到在不停产的条件下加固，尽量不损伤原构件和减少构件的拆除，能够使用的应当保留。

(5)加固过程一定要注意安全，若发现结构构造有严重缺陷，应立即停止施工，待消除隐患后方能继续。

2.2　加固方案选择的注意点

(1)选择加固方案要考虑施工安全、效果可靠、经济性好，而且施工耍简单，工期尽量短。一般的加固工程都能做到效果可靠，但往往会忽略其人员施工安全、技术合理、经济性等方面的不足，造成施工人员安全系数低，施工工期长，工艺复杂，或者是出现不必要的浪费。

(2)加固方案要在满足加固本身的要求上，多考虑使用新技术、新材料、新工艺。随着当今科学技术的飞跃发展，先进的技术、材料、工艺都能使加固方案达到事半功倍的效果，比如近几年兴起的复合材料加固法。所以一个优秀的加固方案不但要在性价比、性能比上下功夫，还要体现其工艺技术的先进性和科学性。

3　建筑结构加固技术设计应用探讨

3.1　混凝土梁、板加固的设计

3.1.1　混凝土梁、板承载力不足的原因及表现

梁、板承载力不足，是指梁、板的承载力不能满足预定的或新的使用要求，必须经过补强加固，才能保证构件的安全使用。承载力不足的外观表现是构件的挠度偏大，裂缝过多、过宽、过长，钢筋严重锈蚀或受压区混凝土有压碎迹象等。引起梁、板等受弯构件承载力不足的主要原因有以下几个方面：

(1)施工方面原因。钢筋少配或误配；截面尺寸不满足设计要求；施工中，材料使用不当或失误；混凝土强度等级不满足设计要求；施工工艺不按规范执行。

(2)设计方面原因。计算简图与梁、板实际受力情况不符合；荷载漏算、少算。

(3)使用方面原因。使用过程中严重超载；使用功能的改变；使用过程中擅自拆除或破坏承重构件且不进行加固处理。

3.1.2 混凝土梁、板加固的方法

(1)增大截面加固法。增大截面法，是指在原受力构件的单侧或双侧浇注一层混凝土来增大原混凝土构件的截面面积，同时加配一定数量的钢筋以达到提高原构件承载能力的方法，

增大截面法的加固效果与多种因素有关，如原结构在加固时的应力水平，新旧混凝同工作情况，结合面的构造处理，材料的性能；而加固时的施丁工艺以及是否对原结构进行卸荷处理将直接影响到加固丁作的成败。

(2)黏贴加固法。黏贴加固法是用黏结剂(结构胶)将钢板或其他高强材料(如碳纤维、玻璃纤维)黏在需要加固的部位，以提高构件的抗弯、抗剪承载能力，亦可提高构件的刚度和整体性。该方法始于20世纪60年代，它不仅用于建筑，同时也用于桥梁、公路的加固。

(3)增补受拉钢筋法。对于承载力要求增加不大、经验算其截面高度满足要求的梁，只须适当增设受拉主筋即可。后补的钢筋可以直接焊在原梁的钢筋上。增补受拉钢筋法可分为全焊接补筋和半焊接补筋和黏结法三种。

3.2 混凝土柱的加固

3.2.1 钢筋混凝土柱常见问题及原因分析

一般来说，柱子的破坏往往是突然的，破坏之前的征兆不明显，属脆性破坏。

(1)混凝土柱破坏特征。钢筋混凝土柱受力后的破坏形态可分为受压破坏(包括轴心受压破坏和小偏心受压破坏)和受拉破坏即大偏心受压破坏。

(2)混凝土柱承载力不足的原因。在实际工程中，引起钢筋混凝土柱承载力不足的原因多种多样，主要有如下几种：设计考虑不周或失误；施工质量低劣；施工管理混乱，现场组织无序，质量自保体系等失效；施工技术人员业务水平低下，不能正确理解设计人员的意图，不能读懂图纸；地基沉降不均匀；建筑物使用功能改变；意外灾害，如火灾或遭外力碰撞等。

3.2.2 混凝土拄的加固方法

了解了混凝土柱的破坏特征后，应根据柱子外观表现、现场调查结果以及室内的工作结果。判明混凝土柱破坏的原因，从而采取各种不同的加固方法，及时对受损坏的混凝土柱进行加固处理。

(1)增大截面法。增大截面法又称外包混凝土加固法，是一种使用最广泛的加固柱子方法，在条件允许的情况下，是一种最可靠的传统加固方法，它可以同时增加原有柱的截面面积和配筋量，能较大幅度的提高原有柱的承载能力和刚度，尤其是原柱加固后更符合规范所倡导的强柱弱梁的设计原则，具有更好的抗震性能。

(2)外包钢加固法。所谓外包钢加固，就是在混凝土的四角或两面包以型钢的一种加固方法，它的优点是构件的截面尺寸增加不大，但原柱的载力能力提高较大，这种方法特别适用于构件外形受限制，不宜增加太多的情况。对于方形或矩形柱采用四周包角钢并在横向加缀板的方法，而对于圆柱或其它弧形柱则用扁钢加套箍的方法进行加固。

(3)置换加固法。置换法是一种针对柱子混凝土部分进行处理而提高承载力的方法，采用这种方法时一般不考虑原钢筋利用率的折减。该方法普遍用于混凝土柱因火灾或其它破坏而导致混凝土强度下降引起柱承载力不足的情况。

(4)预应力撑杆加固法。预应力撑杆加固框架柱是种简单又快速的加固方法，能有效地提高轴心受压或偏心受压柱的承载力，预应力撑杆有单侧和双侧两种：单侧撑杆适用于受压筋配筋量不足或混凝土强度过低、弯矩不变号的偏心受压柱加固；双侧撑杆适用于需变号的偏心受压及轴心受压柱加固。

4 结束语

结构设计方案篇7

关键词：建筑；结构设计；经济性

在建筑工程的结构设计中，必须在满足建筑功能与安全性的前提下，充分考虑到设计方案的经济性问题。目前，国内建设建筑工程项目普遍具有规模大、投资多、工期长等特点，为了保证工程项目参与各方经济效益的最优化，必须从细节方面入手进行深入的研究，其中结构设计对于工程经济性的影响较大，因为设计方案将直接决定人力、物力、财力资源的投入情况。因此，在新时期的民用建筑结构设计中，一定要将其与工程的经济性有机结合，从而不断提升设计方案的整体质量。

1 建筑结构设计经济性

对于工程建设投资控制而言，前期控制效果远远好于后期控制效果，所以，设计阶段的投资控制便具有非常重要的现实意义。经过研究发现，设计阶段和施工阶段对项目投资比重的影响分别是75%―95%、5%―25%，由此可见，建筑工程投资控制的关键之处在于设计阶段。另外，对于同样功能要求的建筑，如果按照技术经济原则进行合理的结构设计，可有效降低工程造价，甚至高达30%。对于一般建筑物而言，结构造价通常占50%左右，所以，若想大幅降低建筑工程项目的造价，优化结构设计是必不可少的手段。研究建筑结构经济性，具有深远的意义。

在建筑结构设计中，如何兼顾合理与经济这两大要素，一直以来都是国内外学者的重点研究工作。可惜的是，目前为止仍旧没能建立一个成熟或者接近成熟的关于建筑结构设计的数学模型。经济性目标的实现应该建立在建筑结构长期效益的基础上，尽可能地减少近期投资，同时还应保证建筑结构具有良好的工作性能，如合理、可靠性。在实际工作中，设计者应该根据这些对设计目标进行准确定位，让设计尽量满足上述要求，以实现质量可靠、结构合理、造价经济的有机融合，为整个建筑工程项目的建设奠定坚实的基础。

2 当前建筑结构设计经济性问题

目前，我国建筑行业已经进入了一个快速发展的时期。人们在关注建筑行业快速发展的同时，也应该对其内涵进行重新审视。目前，建筑结构设计中关于经济性的研究，还远远不够成熟。

2.1不重视建筑结构设计的经济性

在整个建筑结构设计构思中，设计者常常将重心放在了建筑功能及形式这两大方面。对建筑结构设计方案进行评价时，通常仅关注以下三个方面，一是形式表现力，二是空间舒适度，三是技术先进性，对建筑结构设计的经济性问题普遍没有进行深入的研究，导致实际操作中，建筑经济指标的不合理。

2.2 忽视建筑使用阶段的消费成本

一提到建筑经济性，人们常常将认识局限在建设成本这一块，从而忽视了建筑使用阶段的消费成本，没能构建一个高效的资源综合利用体系，虽然实现了建筑低投入，却走入了高能耗、低效率的误区。

2.3缺乏综合效益观念

设计者们往往没有从全局的角度去审视建筑的经济效益，片面追求高经济回报，忽视了环保及社会效益等方面的要求，这对于建筑综合经济效益而言是十分不利的。造成这些问题的根源在于传统发展观点的制约。既没有充分考虑自然资源的消耗问题，也没有充分考虑整体效益的协调问题，更没有成分考虑对社会消费的客观引导问题。目前，可持续发展的理念逐渐深入人心，传统发展观所造成的不利影响将会得到有效缓解。在工程建设中，社会效益、环境效益、经济效益的有机融合将会成为人们的普遍共识和最高目标[3]。在这种背景下，人们对建筑结构设计之中的经济性问题进行了再次思考，不仅涉及经济性的内涵，还涉及经济性的评价标准及相关的设计原则。

3 建筑结构设计经济性控制要点

3.1选择合理的结构形式

在选择结构形式的过程中，要满足建筑造型的要求，要满足相关使用功能的要求，要满足受力合理的要求，还要满足造价经济性原则。在钢筋混凝土结构中，尤其是高层建筑，设计要点在于控制结构的侧移，要求结构能够抵御一定程度的水平载荷作用，所以，抗侧力结构体系获得了广泛的应用，包括：1）框架结构；2）框架剪力墙结构；3）短肢剪力墙结构；4）大开间剪力墙结构等。它们在经济性方面各有自己的特点，另外，在适应性及抗震性方面也各有不同。所以，设计人员进行结构形式选择的过程中，要给予综合考虑（使用功能、高度、施工环境、投资额度等），并坚持“经济、合理、安全、可靠”的基本设计原则，既要保证建筑结构具有一定的抗震性能，还要保证建筑结构具有一定承载力及刚度。总之，要选择一个最适宜的建筑结构形式。

3.2 确定建筑物的经济高度

建筑层数越多，水平载荷的影响也就越大。水平载荷对建筑结构产生一个倾震力矩，由此产生的竖向构件轴力和建筑高度的二次方成正比。风载及地震作用这两种水平载荷的大小将会随着建筑结构动力特性的差异，出现较大波动。所以，对于建筑结构的经济性影响较大。建筑高度和建筑造价具有下列关系：1）建筑造价和建筑高度的二次方成正比；2）竖直载荷对造价的影响较小，所以，可采用降低层高的办法，如此一来便能够有效增加使用面积，而不会导致造价的大幅增加；3）建筑高度越大，结构侧移问题越严重，构件刚度越不足，所以，应该在综合考虑经济性、稳定性、刚度的基础上，确定建筑的最大适用高度；4）层高对造价的影响也是相当明显的。层高过大，将会导致基础设计载荷的增加，造成各类管道及竖直构件长度的增加，还不利于节能保温。

3.3 选择合适的建筑材料

在选择建筑材料的过程中，应尽可能地选择那些具有较高强度的建筑材料，如选择钢材时，最好选择三级钢。在抗拉强度方面，HPB235：HRB335：HRB400=210：300：360=1：1.43：1.7[6]，考虑到三者的价格几乎相等，所以，选用高强度钢筋具有最高的性价比。选择混凝土时，最好选用标号在C30以上的混凝土，因为，选用高强度的混凝土有利于减小结构截面，还有利于减轻结构自重。选用填充墙材料时，最好采用轻质墙体（如水泥纤维板等），该类材料不仅有助于增加室内使用面积，降低结构自重，还有助于减少钢筋及混凝土的使用。

3.4 正确选取结构计算参数

随着科技水平的不断提高，建筑结构设计电算化时代已经到来，只有正确选取结构计算参数，才能保证结构设计工作的有效落实。目前，在应用计算软件的过程中，各类参数的输入需要依靠人工来完成，如地震分组、地下室层数、钢筋强度值及混凝土强度等级等。这些参数决定了计算结果的正确与否，所以，应该给予足够的重视。

4 结束语

总而言之，结构造价在工程总造价中占了非常大的一个比例，重视建筑结构设计经济性，并将之落实到实际行动中去，具有非常重要的现实意义。除了本文所提到的选择合理的结构形式，确定建筑物的经济高度，选择合适的建筑材料，正确选取结构计算参数，重视基础工程投资等控制要点之外，建筑结构设计人员还应该对其他控制要点展开研究，从而真正优化建筑结构设计的经济性。

参考文献：

[1] 方小丹，魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报，2011，（12）.

[2] 强，史杰，朱春华.建筑结构体系对上部结构经济性的影响分析[J].广西城镇建设，2013，（01）.

[3] 陈小宁.建筑结构的可行性分析[J].中国房地产业，2011，（02）.

[4] 叶润庆.建筑工程的经济性在结构设计中的应用[J].科技资讯，2010，（08）.

[5] 沈汝伟.对建筑结构优化设计的探讨[J].煤炭技术，2011，（04）.

结构设计方案篇8

关键词：山区水库；取水；构筑物；水力计算

中图分类号：P343.3 文献标识码：A

1.1取水构筑物选择

取水口与泵站相隔约500m，中间山体高程在75.0m左右，输水管道采用明渠、埋管等均不具备施工条件，只有采用隧洞方式输水。

该山区水库取水限制水位为24.18m，取水口附近库底最低高程为15.0m，该水位线以上山体较陡，以下山体则较为平缓，岩塞爆破主爆方向向上，爆破后大量石碴仍将下落至取水口及周围，影响取水口运行。而取水口施工时无法降低水库水位。根据库岸地形条件，取水口可采用岸塔式和竖井式两种结构。

方案一：竖井式取水口，该结构取水口布置在水库河床上，为水中竖井结构，采用竖井与隧洞连接，竖井浇筑至43.2m高程，高于校核洪水位0.99m，竖井在23.0m和30.0m高程设置两层取水口，实现分层取水，保证源水质量，每层取水口由4孔组成，90°角等分布置，设旋转式闸门/拦污栅。连接隧洞在水库下应降坡至13.45m高程。该取水口可采用钢板桩围堰施工，钢板桩围堰维护后可以将围堰内水抽干进行竖井施工。钢板桩围堰定型的拉森钢板桩插打而成，直径6.0m，顶高程39.0m，采用作业船水中插打，围堰总耗钢量9.5t，围堰直接费用约50.0万元。

竖井内径2.0m，壁厚0.4m，C25钢筋混凝土结构。竖井底部0.5m深沉砂池。顶部悬挑1.2m，保证旋转启闭闸门空间，上设复合不锈钢栏杆，井筒外壁设爬梯上下。

该方案优点是取水口位于水库主河道，且分层取水，能保证取水质量。闸门/拦污栅交替布置，结构简单，启门力小，人工旋转启闭，不需设置启闭机。钢板桩围堰施工方便，拉森钢板桩可以租赁使用。缺点是竖井交通不便，平时维护、管理依靠船只进行。

方案二：岸塔式取水口，岸塔式结构进水口底高程根据供水限制水位（24.18m）确定为22.50m，进水口最小水深1.68m。取水口由拦污栅井、检修闸门井和通气进水井组成，顺水流向长6.6m，宽3.2m，前部设拦污栅，孔口尺寸为2.0m×2.5m（宽×高）；中部设检修闸门，孔口尺寸为1.5m×2.0m（宽×高）；后部检修进人井1.0×2.0m（长×宽）。启闭平台高程43.2m，高于水库校核洪水位（42.21m）0.99m。上游布置清污平台宽1.4m，由于沙河集水库水质较好，污物较少，前部设钢筋混凝土框架固定3t电动葫芦提栅清污。后设启闭机房，启闭机房4.4m×4.3m（长×宽），高4.0m，设置20t电动葫芦启闭检修闸门。启闭平台两侧各悬挑0.6m，满足日常检修要求。启闭平台架设1.8m宽的交通桥与岸坡连接，交通桥单跨，跨度15.0m。清污平台和交通桥上设复合不锈钢栏杆。

取水口底板厚0.6m，边墩厚0.6m，横墙厚0.4m，为C25钢筋混凝土结构，门槽二期混凝土采用C30。上部启闭排架采用C25钢筋混凝土结构。启闭机台交通桥采用C30钢筋混凝土板梁结构。进水口前开挖明渠底高程22.1m，底宽3.2m，两侧开挖边坡1:1.5，采用厚0.15m的C20混凝土护底。边坡采用喷8cm厚C30混凝土防护，设系统锚杆φ16@3000×3000L3000，布置φ50@3000×3000L3000坡面排水孔，已消除库水位骤降时边坡水压力。

进口围堰高程以1987年库水位加安全超高定为39.0m。顶宽取3.0m。围堰边坡取1：3，围堰填筑量30.5万m3，围堰填筑拆除费用约1500万元。

该方案优点是岸边布置，有交通直达操作平台，运行管理方便。缺点是布置库岸，底层取水，取水质量不如方案一；围堰工程量巨大，投资很大，且山区水库附近无合适取土料场。

综合比较上述方案，方案一（竖井式取水口）又是较明显，故选择方案一。

1.2取水构筑物结构布置

取水口布置在水库河床上，为水中竖井结构，竖井直径2.0m，壁厚0.4m，C25钢筋混凝土结构。底部高程12.95m，设0.5m深沉砂池。顶高程43.2m，高于校核洪水位0.99m。竖井在23.0m和30.0m高程设置两层取水口，实现分层取水，保证源水质量，每层取水口由4孔组成，90°角等分布置，孔口高1.0m，宽0.689m，设旋转式闸门/拦污栅。

顶部悬挑1.2m，保证旋转启闭闸门空间，上设复合不锈钢栏杆，井筒外壁设爬梯上下。平常操作闸门、检查维修通过船只交通。

连接隧洞在水库下应降坡至13.45m高程（暂定，根据该处地质情况调整）。

由于隧洞引用流量较小，其尺寸由施工条件确定，根据工程经验，隧洞最小开挖尺寸不宜小于1.8 m×2.0m（宽×高），为了加快施工进度，本工程隧洞开挖尺寸为2.8m×3.3m，满足机械出碴要求，衬砌后尺寸为2.0m×2.5m，满足后期固结灌浆施工要求。C25混凝土衬砌厚度0.4m。

1.3取水构筑物水力计算

①水头损失

引水隧洞长度479.073m，设计流量为1.74m3/s，核算其水头损失。

局部水头损失由拦污栅、进水口、闸门槽、门后渐变段、水平转弯、泵房前渐变段、蝶阀等组成。计算公式为：

hj=ΣξVi2/(2g)

式中：ξ---局部水头损失系数；

Vi---计算断面平均流速，m/s；

g---重力加速度，取9.81m/s2。

沿程水头损失按均匀流考虑，采用谢才―曼宁公式计算：

hf=ΣλLiVi2/(8gRi)=ΣLiQ2/(C2 Wi2Ri)=ΣLiQ2ni2/(Wi2Ri4/3)

式中：Li---第i段的流程长度，m；

Q---流量，m3/s；

ni ---第i段的糙率，0.014；

Wi---第i段的过流面积，m2；

Ri---第i段的水力半径，m。

计算总水头损失仅为0.05m，泵站进水室水位为24.13m，满足泵站运行要求。

②过栅流速

4孔拦污栅孔口宽0.689m，高1.0m，总过流面积为2.756m2，进口拦污栅的过栅流速为0.79m/s，满足要求。

1.4取水构筑物结构计算

竖井结构运行期内外水基本平衡，检修情况下，为均匀受压的圆筒结构，直径较小，其环向和竖向配筋均满足最小配筋率要求即可。取水构筑物结构计算主要为输水隧洞结构。

①结构设计

衬砌后尺寸为2.0m×2.5m， C25混凝土衬砌厚度0.4m。为了提高围岩的承载能力，保证衬砌混凝土与围岩的紧密结合，布置系统锚杆7φ16@1500L2000，并对全断面衬砌段洞顶进行回填灌浆和固结灌浆。回填灌浆范围为洞顶，灌浆压力取0.3～0.5MPa，回填灌浆孔深入围岩5cm以上，平洞按从一端向另一端、斜井段从下游端向上逐孔依次灌浆。在回填灌浆7～14天后进行围岩固结灌浆，固结灌浆孔每断面9孔，孔位对称布置，孔深2.0m，灌浆压力采用1.0～1.5MPa。成洞后，如发现不良地质洞段，根据缺陷性质的不同，分别采取超前锚杆、断层掏挖回填混凝土、集中引水、喷锚支护等手段进行临时支护，衬砌后进行固结灌浆时，视需要加深加密灌浆孔，调整灌浆压力。

② 结构计算

进水构筑物结构计算主要为输水隧洞衬砌的结构计算。

1、围岩力学指标

容重：27.8kN/m3；

弹性抗力系数：500～800kPa/cm；

抗压强度：40～60MPa；

变形模量：15～20GPa；

泊桑比：0.17～0.23。

2、荷载组合

基本荷载组合考虑以下两种工况：

（1）运行期：正常蓄水位40.5m+水锤压力+地下水压力；

（2）检修期：围岩压力+衬砌自重+地下水压力。

特殊荷载组合考虑以下两种工况：

（1）运行期：校核水位42.21m（P=0.5%）+水锤压力+地下水压力；

（2）施工期：围岩压力+衬砌自重+地下水压力+灌浆压力。

水锤压力按相应水头的10%考虑。

围岩压力和稳定渗流情况下的地下水位折减系数均按《水工隧洞设计规范》SL279-2002推荐公式和系数采用。进口段因位于水库侧，其外水压力按库水位考虑，不折减。

3、计算成果

计算采用水工隧洞结构计算程序，计算出标准断面配筋需φ16@200，配筋率0.25%，在正常范围内，裂缝开展宽度为0.06mm，满足水工钢筋混凝土结构限裂要求（设计限裂宽度为0.2mm）。

4.3.2取水泵房设计

2.1 泵房结构布置

(1)基本要求

根据总体规划和可研阶段选定的方案，取水泵站土建工程按15万m3/d规模一次建成，设备分期安装，预留远期安装位置，其中近期设备按5万m3/d规模安装。因此本泵站共需设置4台泵位，设计近期安装离心泵3台，两用一备，水泵型号500S59，N=400kw，Q=2350 m3/h，H=35m。远期增加1台离心泵，3用1备。

根据前述站址选择方案，取水泵房为坝后式竖井结构，通过约500m长的地下隧洞与库岸取水头部衔接。根据机组选型，离心泵进水管道中心高程20.80m，降水井底高程取19.00m。因此，竖井式泵房底板高程拟取19.00m，根据远期最高运行水位、水库校核洪水位以及山体地形条件，竖井式泵房顶高程取44.50m，泵房附近地面高程拟为44.00m。

竖井泵房主要结构砼强度等级取C25，抗渗等级取S6。

(2)泵房结构型式

泵房为地下式竖井结构，适宜的竖井横断面可以有圆形或矩形等型式。矩形结构相对具有结构施工方便、平面构造布置灵活，空间利用率较高等优点，但圆形结构受力均匀合理，本竖井深达25.5m，承受的水压力和土压力较大，类似受力条件的工程通常采用圆形结构的竖井方案，因此本设计拟同样采用圆形竖井泵房。

(3)泵房结构布置

泵房为竖井式钢筋砼圆筒结构，由检修竖井和进口流道、吸水井和干式水泵竖井组成。为满足4台泵位安装布置需要，泵房净直径为20.0m，圆筒墙壁厚度1.0m。竖井底板高程19.0m，底板有效厚度1.5m，下设0.2m厚砼找平层。为满足竖井总体抗浮要求，底板向外挑出宽度1.0m的齿墙。底板上铺设0.8m厚砼作为水泵机组基础，沿竖井周边环形布置0.2×0.2m排水沟，并布置有2个0.8×1.0m集水井，以收集泵房墙体和水泵渗漏水，便于集中排出。

竖井内的水泵进水管道与吸水井连通，吸水井与机组间采用厚度0.6m墙体隔开，井内再采用隔墙顺水流向均分为独立的两格，每个供2台水泵使用。最低运行水位时，单个吸水井的容积为106m3，满足设计要求。

为满足隧洞以及吸水井的检修和清理要求，在圆筒形竖井进水侧设有钢筋砼结构检修井，检修井平面内尺寸为4.4×2.2m，墙壁厚度0.8m，井底高程25.3m，顶高程为44.5m，并设悬挑板和检修盖板。检修井内设钢结构爬梯。井下为进水流道和检修门槽，流道底高程同隧洞为22.5m，顺流行长6.0m，前端与隧洞连接，孔口尺寸2.0×2.5m（B×H），后端通过中隔墩与两个吸水井连通，每个孔口尺寸均为1.5×2.0m（B×H），流道墙体厚度0.8～1.0m。通过墩墙埋设的门槽放置检修闸门，以达到每个吸水井独立检修的目的。

考虑检修闸门使用机会少，拟采用钢闸门配手电两用葫芦启吊。平面钢闸门共1扇，孔口尺寸1.5×2.0m（B×H）。平水闭门，考虑内外0.5m水头差的动水启门。闸门启闭采用手电两用50kN葫芦，共1台。

泵房竖井顶高程为44.5m，高出厂区地面高程0.5m。吸水井的顶盖板现浇成检修间平台，板厚0.5m，对应每个吸水井设有0.4×0.5m检修孔洞。沿井圈周边向内挑出1.0m形成环形走廊。竖井顶的临空面均设有栏杆，顺竖井中隔墙布置有下至水泵层的钢结构爬梯。为减少外水沿墙体渗漏，在水泵层的干井内侧的墙壁表面刷赛柏斯防水涂料。

2.2 泵房稳定计算

竖井式泵房稳定计算主要包括：基底应力计算、抗浮稳定计算以及主要结构强度验算。

(1)基底应力计算

基底应力计算主要包括完建期和最高运行水位2种工况。计算的荷载包括自重、水重、水压力、土压力、基底扬压力等计算公式如下：

式中：──基础底面应力的最大或最小值（kPa）；

∑G──作用于基础底面以上的全部竖向荷载（kN）；

∑Mx、∑My──作用于基础底面以上的全部水平向和竖向荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩（kN・m）；

Wx、Wy──墙基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩（m3）；

A──基础底面面积（m2）。

基础底面应力不均匀系数按下式计算：

式中：η──地基应力不均匀系数。

计算成果见表4.3.2-1。

表2-1 竖井泵房基底应力计算成果

根据地质报告，竖井底板座落于中风化灰岩上，地基承载力标准值为600kPa，基底应力小于地基允许承载力，作为泵房基础，未出现拉应力。因此认为泵房整体稳定满足要求。

(2) 抗浮稳定计算

竖井式泵房抗浮稳定计算以吸水井内无水，库水位为最高运行水位和校核洪水位时2种工况控制。

抗浮稳定系数按下式计算：

kf＝∑G/∑U

式中：kf──抗浮稳定系数；

∑U──作用于基础底面的浮力（kN）。

抗浮稳定结果见表5.1.4-2。最小安全系数为1.03，满足规范要求。

表5.1.4-2 竖井泵房抗浮稳定计算成果

(3) 主要结构验算

为合理确定竖井式泵房主要结构的厚度，达到经济可靠之目的，本设计对井筒、底板以及隔墙等主要结构进行了验算。

经计算，底板的最大配筋率为0.50%，井筒环向最大配筋率0.43%，隔墙最大配筋率为0.94%，均较为合适，故认为结构尺寸拟定合理。

3．结语

水库取水构筑物相对于地表取水构筑物而言，较复杂一些；采用围堰等常用的施工工艺已无法满足设计及施工要求。因而在设计时应考虑到山区水库的地形及施工条件等因素，合理的选择取水方案，最大限度的优化设计，以保证工程的安全和节约造价。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范 （GB50011-2010）

[2]建筑结构荷载规范 （GB50009-2012）

[3]给水排水工程构筑物结构设计规范 （GB50069-2002）

[4]给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程 （CECS138：2002）