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結構設計論文:磚混結構設計詳解

1. 結構設計說明

主要是設計依據，抗震等級，人防等級，地基情況及承載力，防潮做法，活荷載值，材料等級，施工中的注意事項，選用詳圖，通用詳圖或節點，以及在施工圖中未畫出而通過說明來表達的信息。如：正負零以下應采用水泥砂漿，以上采用混合砂漿。等等。

2. 各層的結構布置圖，包括

（1）、預制板的布置（板的選用、板縫尺寸及配筋）。標注預制板的塊數和類型時， 不要采用對角線的形式。因為此種方法易造成線的交叉， 宜采用水平線或垂直線的方法， 相同類型的房間直接標房間類型號。應全樓統一編號，可減少設計工作量，也方便施工人員看圖。板縫盡量為40， 此種板縫可不配筋或加一根筋。布板時從房間里面往外布板， 盡量采用寬板， 現澆板帶留在靠窗處， 現澆板帶寬最好≥200（考慮水暖的立管穿板）。如果構造上要求有整澆層時， 板縫應大于60.整澆層厚50， 配雙向φ6@250， 混凝土C20.應采用橫墻或橫縱墻（橫墻為主）混合承重方案，抗坍塌性能好。構造柱處不得布預制板。建議使用PMCAD的人工布板功能布預制板，自動布板可能不能滿足用戶的施工圖要求，僅能滿足定義荷載傳遞路線的要求。對樓層凈高很敏感、跨度超過6.9米或不符合模數時可采用SP板，SP板120厚可做到7.2米跨。

（2）、現澆板的配筋（板上、下鋼筋，板厚尺寸）。盡量用二級鋼包括直徑φ10的二級鋼。鋼筋宜大直徑大間距，但間距不大于 200， 間距盡量用200.（一般跨度小于6.6米的板的裂縫均可滿足要求）?？缍刃∮?米的板上部鋼筋不必斷開，鋼筋也可不畫，僅說明鋼筋為雙向雙排φ8@200.板上下鋼筋間距宜相等，直徑可不同，但鋼筋直徑類型也不宜過多。頂層及考慮抗裂時板上筋可不斷，或50%連通，較大處附加鋼筋。一般磚混結構的過街樓處板應現澆，并且鋼筋雙向雙排布置。板配筋相同時，僅標出板號即可。一般可將板的下部筋相同和部分上部筋相同的板編為一個板號，將不相同的上部筋畫在圖上。當板的形狀不同但配筋相同時也可編為一個板號。宜全樓統一編號。當考慮穿電線管時，板厚≥120，不采用薄板加墊層的做法。電的管井電線引出處的板因電線管過多有可能要加大板厚。宜盡量用大跨度板，不在房間內（尤其是住宅）加次梁。說明分布筋為φ6@250，溫度影響較大處可為φ8@200.板頂標高不同時，板的上筋應斷開或傾斜通過。現澆挑板陽角加輻射狀附加筋（包括內墻上的陽角）?，F澆挑板陰角的板下應加斜筋。頂層應建議甲方采用現澆樓板，以利防水，并加強結構的整體性及方便裝飾性挑沿的穩定。外露的挑沿、雨罩、挑廊應每隔10～15米設一10mm的縫，鋼筋不斷。盡量采用現澆板，不采用予制板加整澆層方案。衛生間做法可為70厚+10高差（取消墊層）。8米以下的板均可以采用非預應力板。L、T或十字形建筑平面的陰角處附近的板應現澆并加厚，并雙向雙排配筋，附加45度的4根16的抗拉筋?，F澆板的配筋建議采用PMCAD軟件自動生成，一可加快速度，二來盡量減小筆誤。自動生成樓板配筋時建議不對鋼筋編號，因工程較大時可能編出上百個鋼筋號，查找困難，如果要編號，編號不應出房間。配筋計算時，可考慮塑性內力重分布，將板上筋乘以0.8~0.9的折減系數，將板下筋乘以1.1~1.2的放大系數。值得注意的是，按彈性計算的雙向板鋼筋是板某幾處的最大值，按此配筋是偏于保守的，不必再人為放大。支承在外墻上的板的負筋不宜過大，否則將對磚墻產生過大的附加彎距。一般：板厚>150時采用φ10@200；否則用φ8@200.PMCAD生成的板配筋圖應注意以下幾點：

1.單向板是按塑性計算的，而雙向板按彈性計算，宜改成一種計算方法。

2.當厚板與薄板相接時，薄板支座按固定端考慮是適當的，但厚板就不合適，宜減小厚板支座配筋，增大跨中配筋。

3.非矩形板宜減小支座配筋，增大跨中配筋。

4.房間邊數過多或凹形板應采用有限元程序驗算其配筋。T.板一般可按塑性計算，尤其是基礎底板和人防結構。但結構自防水、不允許出現裂縫和對防水要求嚴格的建筑， 如坡、平屋頂、櫥廁、配電間等應采用彈性計算。室內輕隔墻下一般不應加粗鋼筋，一是輕隔墻有可能移位，二是板整體受力，應整體提高板的配筋。只有垂直單向板長邊的不可能移位的隔墻，如廁所與其他房間的隔墻下才可以加粗鋼筋。坡屋頂板為偏拉構件，應雙向雙排配筋。

（3）、圈梁、構造柱布置及其剖面詳圖。圈梁要澆圈閉合拉通，穿過中間走廊，并隔一定距離將截面加強。注意圈粱（包括地基圈梁）在外墻樓梯、入口等處可能被截斷，應在相應位置附加一道并滿足搭接長度。坡屋頂為雙層圈梁。單層空曠房屋層高超過 4米宜在窗頂處增加一道圈梁。說明圈梁、構造柱縱筋的搭接及錨固長度。構造柱箍筋在上下端應加密。說明構造柱生根何處，當地面為剛性地面時，應將構造柱伸至基底。較大洞口兩側宜加構造柱（2.4米以上）。構造柱與下層相同的，可不標構造柱編號，但應在圖中說明。圈梁、構造柱縱筋宜采用一級鋼筋。為減少圈梁受溫度變化的影響，和清水磚墻的立面效果，360外墻圈梁的外側宜有120磚墻。設置構造柱后必須設置圈梁或暗圈梁。設置圈梁不一定設構造柱。斜交磚墻的交接處應增設構造柱，且構造柱間距不宜大于層高。建筑四角包括陰角，考慮到應力復雜和應力集中，應增大截面和配筋。請參照《設置鋼筋混凝土構造柱多層磚房抗震技術規程JGJ/T13-94》

（4）、過梁布置。核算圈梁下的高度是否足夠放預制過梁，如果不夠，則應圈梁兼過梁或圈梁局部加高。盡量采用過梁與圈梁整澆方式。此法方便施工并對抗震有利。當過梁與柱或構造柱相接時，柱應甩筋，過梁現澆。過梁配筋不得過小，以考慮地震時過梁上墻體出現裂縫不能形成拱的作用。當有大梁壓在過梁上時，過梁一般用較大截面，兼梁墊用。過梁支承長度改360，并應驗算過梁下砌體的局部承壓。360墻可用一120矩形過粱加一120帶挑沿過粱。現澆過梁荷載取值參見《砌體結構設計規范GBJ3-88》

（5）、雨蓬、陽臺、挑檐布置和其剖面詳圖。注意：雨棚和陽臺的豎板現澆時，最小厚度應為80，否則難以施工。豎筋應放在板中部。當做雙排筋時，高度<900，最小板厚100；高度>900時，最小板厚120.陽臺的豎板應盡量預制，與挑板的預埋件焊接。雨棚和陽臺上有斜的裝飾板時，板的鋼筋放斜板的上面，并通過水平挑板的下部錨入墻體圈梁（即挑板雙層布筋）。兩側的封板可采用泰柏板封堵，鋼筋與泰柏板的鋼絲焊接，不必采用混凝土結構。陽臺的門聯窗處窗臺應使用輕體材料砌筑，方便以后裝修時鑿掉。挑板挑出長度大于2米時宜配置板下構造筋。挑板內跨板上筋長度應大于等于挑板出挑長度，尤其是挑板端部有集中荷載時。內挑板端部宜加小豎沿，防止清掃時灰塵落下。當頂層陽臺的雨搭為無組織排水時，雨搭出挑長度應大于其下陽臺出挑長度100.挑板配筋應有余地，并應采用大直徑鋼筋，防止踩彎。挑板內跨板跨度較小，跨中可能出現負彎距，應將挑板支座的負筋伸過全跨。

（6）、樓梯布置。采用X型斜線表示樓梯間，并注明樓梯間另詳。盡量用板式樓梯，方便設計及施工，也較美觀。

（7）、板頂標高?？稍趫D名下說明大多數的板厚及板頂標高，廚廁及其它特殊處在其房間上另外標明。

（8）、梁布置及其下的梁墊布置。也可在梁支座處將梁加寬至500來代替梁墊。

（9）、板上開洞（廚、廁、電氣及設備）洞口尺寸及其附加筋，附加筋不必一定錨入板支座，從洞邊錨入La即可。板上開洞的附加筋，如果洞口處板僅有正彎距，可只在板下加筋；否則應在板上下均加附加筋。留筋后澆的板宜用虛線表示其范圍，并注明用提高一級的膨脹混凝土澆筑。未澆筑前應采取有效支承措施。住宅躍層樓梯在樓板上所開大洞，周邊不宜加梁，應采用有限元程序計算板的內力和配筋。板適當加厚， 洞邊加暗梁。

（10）、屋面上人孔、通氣孔位置及詳圖。

（11）、在平面圖上不能表達清楚的細節要加剖面，可在建筑墻體剖面做法的基礎上，對應畫結構詳圖。

3. 基礎平面圖及詳圖

（1）、在墻下條基寬度較寬（大于2米，部分地區可能更窄）或地基不均勻及地基較軟時宜采用柔性基礎。應考慮節點處基礎底面積雙向重復使用的不利因素，適當加寬基礎。

（2）、當基礎上留洞、首層開大洞的洞口寬度大于洞底至基底高度時，如要考慮洞口范圍內地基的承載力，洞口下基礎應做暗梁。或將基礎局部降低。

（3）、素混凝土基礎下不必做墊層，但其內有暗梁時應注明底部鋼筋保護層厚為70，或做墊層。地下水位較高時或冬季施工時，不得做灰土基礎。剛性基礎一般300厚。

（4）、建筑地段較好，基礎埋深大于3米時，應建議甲方做地下室。地下室底板，當地基承載力滿足設計要求時，可不再外伸。地下室內墻可采用磚墻，外墻宜用混凝土墻。每隔30~40米設一后澆帶，并注明兩個月后用微膨脹混凝土澆注。不應設局部地下室，且地下室應有相同的埋深。地下室頂板應考慮施工時材料堆積荷載。

（5）、地面以下墻體如被管溝消弱較多，應考慮抗震的不利影響，地下墻體宜加厚。

（6）、抗震縫、伸縮縫在地面以下可不設縫。但沉降縫兩側墻體基礎一定要分開。

（7）、新建建筑物基礎不宜深于周圍已有基礎。如深于原有基礎，其基礎間的凈距應不少于基礎之間的高差的1.5至2倍。

（8）、條形基礎偏心不能過大，柔性基礎必要時可作成三面支承一面自由板（類似筏基中間開洞）。一般情況下，基礎底部不應因荷載的偏心而與地基脫開。

（9）、當有獨立柱基時，獨立基礎受彎配筋不必滿足最小配筋率要求，除非此基礎非常重要，但配筋也不得過小。獨立基礎是介于鋼筋混凝土和素混凝土之間的結構。

（10）、基礎圈梁在建筑入口處或底層房間地面下降處應調低標高。當基礎圈梁頂標高為-0.060時可取消防潮層。當地基不均勻時基底應增設一道基礎圈梁。

（11）、基礎平面圖上應加指北針。

（12）、基礎底板混凝土不宜大于C30.

（13）、在軟土地基上的建筑應控制建筑的總沉降量，在地基較不均勻地區應控制建筑的沉降差，磚混結構對差異沉降很敏感。因建筑的實際沉降和計算值是有差異的，很難算準，所以應從構造上入手，采用整體性強的基礎形式。

（14）、可用JCCAD軟件自動生成基礎布置和基礎詳圖。應注意，在使用磚混抗震驗算菜單產生的磚混荷載生成基礎圖時，其墻下荷載為整片墻的平均壓力，墻體各段的荷載差異較大時，荷載較大處的墻下基礎是不安全的，應人工調整。生成的基礎平面圖名為JCPM.T，生成的基礎詳圖名為JCXT？。

請參照《建筑地基基礎設計規范GBJ7-89》和各地方的地基基礎規程。

4. 暖溝圖及基礎留洞圖

（1）、溝蓋板在遇到樓梯間和電線管時下降（500），室外暖溝上一般有400厚的覆土。

（2）、注明暖溝兩側墻體的厚度及材料作法。暖溝較深時應驗算強度。

（3）、基礎留洞大于400的應加過梁，暖溝應加通氣孔

（4）、基礎埋深較淺時暖溝入口底及基礎留洞有可能比基礎還低，此時基礎應局部降低。

（5）、首層有門洞處不能用挑磚支承溝蓋板

（6）、濕陷性黃土地區或膨脹土地區暖溝做法不同于一般地區。應按濕陷性黃土地區或膨脹土地區的特殊要求設計。

（7）、暖溝一般做成1200寬，1000的在維修時偏小。

5. 樓梯詳圖

（1）、應注意：梯梁至下面的梯板高度是否夠，以免碰頭，尤其是建筑入口處。

（2）、梯段高度高差不宜大于20，以免易摔跤

（3）、兩倍的梯段高度加梯段長度約等于600.幼兒園樓梯踏步宜120高。

（4）、樓梯折板、折梁陰角在下時縱筋應斷開，并錨入受壓區內La，折梁還應加附加箍筋

（5）、樓梯的建筑做法一般與樓面做法不同，注意樓梯板標高與樓面板的銜接。

（6）、樓梯梯段板計算方法：當休息平臺板厚為80～100，梯段板厚100～130，梯段板跨度小于4米時，應采用1/10的計算系數，并上下配筋；當休息平臺板厚為80～100，梯段板厚160～200，梯段板跨度約6米左右時，應采用1/8的計算系數，板上配筋可取跨中的1/3～1/4，并不得過大。此兩種計算方法是偏于保守的。任何時候休息平臺與梯段板平行方向的上筋均應拉通，并應與梯段板的配筋相應。

（7）、注意當板式樓梯跨度大于5米時，撓度不容易滿足。應注明加大反拱。

6. 梁、柱詳圖

（1）、梁上集中力處應附加箍筋和吊筋，宜優先采用附加箍筋。梁上小柱和水箱下， 架在板上的梁， 不必加附加筋。

（2）、折梁陰角在下時縱筋應斷開，并錨入受壓區內La，還應加附加箍筋

（3）、梁上有次梁時，應避免次梁搭接在主梁的支座附近，否則應考慮由次梁引起的主梁抗扭，或增加構造抗扭縱筋和箍筋。

（4）、有圓柱時，地下部分應改為方柱，方便施工。圓柱縱筋根數最少為8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部應有一圈半的水平段。方柱箍筋宜使用井字箍，并按規范加密。角柱應增大縱筋并全柱高加密箍筋。幼兒園不宜用方柱。

（5）、原則上柱的縱筋宜大直徑大間距，但間距不宜大于200.梁縱筋宜小直徑小間距，有利于抗裂，但應注意鋼筋間距要滿足要求，并與梁的斷面相應。布筋時應將縱筋等距，箍筋肢距可不等。

（6）、梁高大于300，并與構造柱相連接的進深梁，在梁端1.5倍梁高范圍內箍筋宜加密。端部與框架梁相交或彈性支承在墻體上的次梁，梁端支座可按簡支考慮，但梁端箍筋應加密。

（7）、考慮抗扭的梁，縱筋間距不應大于300和梁寬，即要求加腰筋，并且縱筋和腰筋錨入支座內La.箍筋要求同抗震設防時的要求。

（8）、反梁的板吊在梁底下，板荷載宜由箍筋承受，或適當增大箍筋。梁支承偏心布置的墻時宜做下挑沿。

（9）、挑梁宜作成等截面（大挑梁外露者除外）。與挑板不同，挑梁的自重占總荷載的比例很小，作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋，每個都不一樣，難以施工。變截面梁的撓度也大于等截面梁。挑梁端部有次梁時，注意要附加箍筋或吊筋。

（10）、梁上開洞時，不但要計算洞口加筋，更應驗算梁洞口下偏拉部分的裂縫寬度。一般挑梁根部不必附加斜筋，除非受剪承載力不足。梁從構造上能保證不發生沖切破壞和斜截面受彎破壞。

（11）、梁凈高大于500時，宜加腰筋，間距200，否則易出現垂直裂縫。挑梁出挑長度小于梁高時，應按牛腿計算。

（12）、梁應按層編號，如L-1-XX，1指1層，XX為梁的編號。

7. 關于墻體問題： 樓梯間的墻體水平支撐較弱，頂層墻體較高，在8度和9度時， 頂層樓梯間橫墻和外墻宜沿墻高每隔500設2φ6的通長筋，9度時，在休息平臺處宜增設一鋼筋帶。頂層， 為防止墻體裂縫， 可采取如下措施： 保溫層聚苯板由45加厚。為防止聚苯板在施工時被踩薄，可用水泥聚苯板代替普通聚苯板。圈梁加高， 縱筋直徑加大。架設隔熱層， 不采用現澆板帶加預制板（為了解決挑檐抗傾覆）的方式。頂部山墻全部、縱墻端部（ 寬度為建筑寬度B/4范圍）在過梁以上范圍加鋼筋網片。構造柱至洞口的墻長度小于300時，應全部做成混凝土的，否則難以砌筑。小截面的墻（<600）如窗間墻應做成混凝土的。否則無法砌墻或受壓強度不夠。注意：在磚混結構中（尤其是3層及以下），可以取消部分橫墻，改為輕隔墻，以減輕自重和地震力，減小基礎開挖，也方便以后的房間自由分隔，不必每道墻均為磚墻。多層砌體房屋的局部尺寸限值過嚴，一般工程難以滿足，在增設構造柱后可放寬。

8. 重點注意

（1）、抗震驗算時不同的樓蓋及布置（整體性）決定了采用剛性、剛柔、柔性理論計算?？拐痱炈銜r應特別注意場地土類別。大開間房屋，應注意驗算房屋的橫墻間距。小進深房屋，應注意驗算房屋的高寬比。外廊式或單面走廊建筑的走廊寬度不計入房間寬度。應加強垂直地震作用的設計，從震害分析，規范要求的垂直地震作用明顯不足。

（2）、雨蓬、陽臺、挑沿及挑梁的抗傾覆驗算，挑梁入墻長度為1.2L（樓層）、2L（屋面）。大跨度雨蓬、陽臺等處梁應考慮抗扭?？紤]抗扭時，扭矩為梁中心線處板的負彎距乘以跨度的一半。

（3）、梁支座處局部承壓驗算（尤其是挑梁下）及梁下梁墊是否需要（6米以上的屋面梁和4.8米以上的樓面梁一般要加）。支承在獨立磚柱上的梁，不論跨度大小均加梁墊。與構造柱相連接的梁進行局部抗壓計算時，宜按砌體抗壓強度考慮。梁墊與現澆梁應分開澆注。局部承壓驗算應留有余地。

（4）、由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時，應驗算構件的最小配筋率。

（5）、較高層高（5米以上）的墻體的高厚比驗算，不能滿足時增加一道圈梁。

（6）、樓梯間和門廳陽角的梁支撐長度為500，并與圈梁連接。

（7）、驗算長向板或受荷面積較大的板下預制過梁承載力。

（8）、跨度超過6米的梁下240墻應加壁柱或構造柱，跨度不宜大于6.6米，超過時應采取措施。如梁墊寬小于墻寬，并與外墻皮平， 以調整集中力的偏心。

（9）、當采用井字梁時，梁的自重大于板自重，梁自重不可忽略不計。周邊一般加大截面的邊梁或構造柱。

（10）、問清配電箱的位置，防止配電箱與洞口相臨，如相臨，洞口間墻應大于360，并驗算其強度。否則應加一大跨度過梁或采用混凝土小墻垛，小墻垛的頂、底部宜加大斷面。嚴禁電線管沿水平方向埋設在承重墻內。

（11）、電線管集中穿板處，板應驗算抗剪強度或開洞。豎向穿梁處應驗算梁的抗剪強度。

（12）、構件不得向電梯井內伸出， 否則應驗算是否能裝下。

（13）、驗算水箱下、電梯機房及設備下結構強度。水箱不得與主體結構做在一起。

（14）、當地下水位很高時，磚混結構的暖溝應做防水。一般可做U型混凝土暖溝，暖氣管通過防水套管進入室內暖溝。有地下室時，混凝土應抗滲，等級S6或S8，混凝土等級應大于等于C25，混凝土內應摻入膨脹劑?；炷镣鈮⒚魉绞┕たp做法（階梯式、企口式或加金屬止水片），一般加金屬止水片，較薄的混凝土墻做企口較難。

（15）、上下層（含暖溝）洞口錯開時，過粱上墻體有可能不能形成拱，所以過粱所受荷載不應按一般過粱所受荷載計算，并應考慮由于洞口錯開產生的小墻肢的截面強度。

（16）、突出屋面的樓電梯間的構造柱應向下延伸一層，不得直接錨入頂層圈梁。錯層部位應采取加強措施。出屋面的煙筒四角應加構造柱或按97G329（七）P3地震區做法。女兒墻內加構造柱，頂部加壓頂。出入口處的女兒墻不管多高，均加構造柱，并應加密。錯層處可加一大截面圈梁，上下層板均錨入此圈梁。

（17）、磚混結構的長度較長時應設伸縮縫。高差大于6米和兩層時應設沉降縫。

（18）、在地震區不宜采用墻梁，因地震時可能造成墻體開裂，墻和混凝土梁不能整體工作。如果采用，建議墻梁按普通混凝土梁設計。也不宜采用內框架。

（19）、當建筑布局很不規則時，結構設計應根據建筑布局做出合理的結構布置，并采取相應的構造措施。如建筑方案為兩端較大體量的建筑中間用很小的結構相連時（啞鈴狀），此時中間很小的結構的板應按偏拉和偏壓考慮。板厚應加厚，并雙層配筋。

（20）、較大跨度的挑廊下墻體內跨板傳來的荷載將大于板荷載的一半。挑梁道理相同。

（21）、挑梁、板的上部筋，伸入頂層支座后水平段即可滿足錨固要求時，因鋼筋上部均為保護層，應適當增大錨固長度或增加一10d的垂直段。

（22）、應避免將大梁穿過較大房間，在住宅中嚴禁梁穿房間。

（23）、構造柱不得作為挑梁的根。

9. 常用磚墻自重（含雙面抹灰）：120墻：2.86，240墻：5.24，360墻：7.62，490墻：9.99 KN/M2.

10.關于降水問題：當有地下水時，應在圖紙上注明采取降水措施，并采取措施防止周圍建筑及構筑物因降水不能正常使用（開裂及下沉），及何時才能停止降水（通過抗浮計算決定）。

11. 進行普通磚混結構設計時，設計人員還應掌握如下設計規范：建筑結構荷載規范、抗震規范、混凝土結構設計規范等。并應考慮當地地方性的建筑法規。設計人員應熟悉當地的建筑材料的構成、貨源情況、大致造價及當地的習慣做法，設計出經濟合理的結構體系。

結構設計論文:關于橋梁結構設計問題綜述

[論文關鍵詞]橋梁設計 結構安全 理論研究

[論文摘要]現代橋梁設計技術的發展，使得眾多國家對加大對橋梁結構設計理論方面的研究。通過簡要說明橋梁設計的注意事項。對現代橋梁結構設計的理論和設計中常見的問題做簡單探討。

目前國內的橋梁結構設計普遍有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態，而結構在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計。這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發、結構使用性能差、使用壽命短的不良后果；也與國際結構工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背；也不符合結構動態和綜合經濟性的要求。

一、我國橋梁設計現狀

總體來講我國的橋梁設計理論和結構構造體系仍不夠完善，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。

許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。

二、橋梁設計的注意事項

(一)應該更加重視結構的耐久性問題。國內從上世紀90年代開始重視了對結構耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統計分析的角度進行的，對如何從結構和設計的角度及如何以設計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結構計算方法的研究，卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關注。結構的耐久性設計與常規的結構設計有著本質的區別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發展。國內外的研究和實踐都表明，結構耐久性對于橋梁的安全運營和經濟性起著決定性作用。

(二)重視對疲勞損傷的研究。橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。 由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的，故而對疲勞損傷的研究需要引起足夠的重視。

(三)充分重視橋梁的超載問題。橋梁的超載一方面可能引發疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。因此需要對超載帶來的后果進行研究、分析。

(四)積極借鑒國外的經驗和成果。國內橋梁設計存在的主要問題是結構正常使用性能差、耐久性和安全性差（包括使用壽命短、維護費用高、安全事故較頻繁等）。這些問題的產生固然與目前國內施工質量和管理水平較低有關，但平心而論，既然這種現狀不能在短期內得到解決，那么作為工程設計人員就應該在正視這一問題的前提，充分考慮到現階段的施工和管理水平和材料工藝水平，采用適當的安全度、適當的設計方法來保證橋梁使用性能的達到，這才是更為主動和有效的方法。特別是橋梁存在的耐久性和安全性問題很多與結構體系或使用材料選擇不合理及結構細節處理不當有關。

在歐洲國家，非常重視對結構物進行性能設計（即PBD， Performance Based Design），內容包括結構的變形、裂縫、振動、強健性、美觀、耐久性能、疲勞性等。PBD研究主要是為了使結構在運營過程中除了保證最低的安全性要求外，尚應有良好的使用性能（包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等）。就其本質而言，歐洲國家的PBD理論，主要研究結構在使用過程中表現出來的服務性能，分析使性能受到弱化的原因和其發生的機理、規律，尋求新的結構設計理念和方法。

三、可以深入研究的方向

(一)結構系統的可靠度分析。對于結構系統可靠度分析的非常復雜的研究課題，許多學者對此從不同角度進行了研究，提出了一些概念和方法。如結構可靠度分析的一階矩概念及荷載為Ferry Borges Castanheta組合情況下的計算方法問題；利用系統系數，針對結構各種破壞水平所對應的極限狀態不同，計算系統可靠度并進行結構設計的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽樣技術計算結構系統的可靠度等，同時，一些學者還研究了系統可靠度界限的問題?？傊到y可靠度分析研究內容豐富，難度較大。

(二)人為差錯的分析。許多結構的失效并非由荷載、強度的不確定性造成，而往往是設計、施工、使用等環節中人為差錯造成的，這方面事例很多，已成為目前研究熱點之一。

(三)在役結構的可靠性評估與維修決策問題。對在役建筑結構的可靠性評估與維修決策正成為建筑結構學的邊緣學科，它不僅涉及結構力學、斷裂力學、建筑材料科學、工程地質學等基礎理論，而且，與施工技術、檢驗手段、建筑物的維修使用狀況等有密切的關系。同時，經典的結構可靠性理論，在在役結構的可靠性評估中也必將得到相應的發展。

(四)模糊隨機可靠度的研究。模糊隨機可靠度理論研究是工程結構廣義可靠度理論研究的重要內容，隨著模糊數學理論與方法的完善，模糊隨機可靠度理論也必將進一步完善和發展。

四、結束語

橋梁設計是一個復雜的，系統的工程。需要豐富的理論知識，并且盡量避免主觀經驗因素對設計的影響。在橋梁設計過程中仍然有許多重大的理論問題需要解決?？傊畼蛄航Y構設計、評估及維修決策之中尚有許多細致的工作要做。

結構設計論文:關于橋梁結構設計問題綜述

[論文關鍵詞]橋梁設計 結構安全 理論研究

[論文摘要]現代橋梁設計技術的發展，使得眾多國家對加大對橋梁結構設計理論方面的研究。通過簡要說明橋梁設計的注意事項。對現代橋梁結構設計的理論和設計中常見的問題做簡單探討。

目前國內的橋梁結構設計普遍有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態，而結構在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計。這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發、結構使用性能差、使用壽命短的不良后果；也與國際結構工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背；也不符合結構動態和綜合經濟性的要求。

一、我國橋梁設計現狀

總體來講我國的橋梁設計理論和結構構造體系仍不夠完善，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。

許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。

二、橋梁設計的注意事項

(一)應該更加重視結構的耐久性問題。國內從上世紀90年代開始重視了對結構耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統計分析的角度進行的，對如何從結構和設計的角度及如何以設計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結構計算方法的研究，卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關注。結構的耐久性設計與常規的結構設計有著本質的區別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發展。國內外的研究和實踐都表明，結構耐久性對于橋梁的安全運營和經濟性起著決定性作用。

(二)重視對疲勞損傷的研究。橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。 由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的，故而對疲勞損傷的研究需要引起足夠的重視。

(三)充分重視橋梁的超載問題。橋梁的超載一方面可能引發疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。因此需要對超載帶來的后果進行研究、分析。

(四)積極借鑒國外的經驗和成果。國內橋梁設計存在的主要問題是結構正常使用性能差、耐久性和安全性差（包括使用壽命短、維護費用高、安全事故較頻繁等）。這些問題的產生固然與目前國內施工質量和管理水平較低有關，但平心而論，既然這種現狀不能在短期內得到解決，那么作為工程設計人員就應該在正視這一問題的前提，充分考慮到現階段的施工和管理水平和材料工藝水平，采用適當的安全度、適當的設計方法來保證橋梁使用性能的達到，這才是更為主動和有效的方法。特別是橋梁存在的耐久性和安全性問題很多與結構體系或使用材料選擇不合理及結構細節處理不當有關。

在歐洲國家，非常重視對結構物進行性能設計（即PBD， Performance Based Design），內容包括結構的變形、裂縫、振動、強健性、美觀、耐久性能、疲勞性等。PBD研究主要是為了使結構在運營過程中除了保證最低的安全性要求外，尚應有良好的使用性能（包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等）。就其本質而言，歐洲國家的PBD理論，主要研究結構在使用過程中表現出來的服務性能，分析使性能受到弱化的原因和其發生的機理、規律，尋求新的結構設計理念和方法。

三、可以深入研究的方向

(一)結構系統的可靠度分析。對于結構系統可靠度分析的非常復雜的研究課題，許多學者對此從不同角度進行了研究，提出了一些概念和方法。如結構可靠度分析的一階矩概念及荷載為Ferry Borges Castanheta組合情況下的計算方法問題；利用系統系數，針對結構各種破壞水平所對應的極限狀態不同，計算系統可靠度并進行結構設計的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽樣技術計算結構系統的可靠度等，同時，一些學者還研究了系統可靠度界限的問題?？傊?，系統可靠度分析研究內容豐富，難度較大。

(二)人為差錯的分析。許多結構的失效并非由荷載、強度的不確定性造成，而往往是設計、施工、使用等環節中人為差錯造成的，這方面事例很多，已成為目前研究熱點之一。

(三)在役結構的可靠性評估與維修決策問題。對在役建筑結構的可靠性評估與維修決策正成為建筑結構學的邊緣學科，它不僅涉及結構力學、斷裂力學、建筑材料科學、工程地質學等基礎理論，而且，與施工技術、檢驗手段、建筑物的維修使用狀況等有密切的關系。同時，經典的結構可靠性理論，在在役結構的可靠性評估中也必將得到相應的發展。

(四)模糊隨機可靠度的研究。模糊隨機可靠度理論研究是工程結構廣義可靠度理論研究的重要內容，隨著模糊數學理論與方法的完善，模糊隨機可靠度理論也必將進一步完善和發展。

四、結束語

橋梁設計是一個復雜的，系統的工程。需要豐富的理論知識，并且盡量避免主觀經驗因素對設計的影響。在橋梁設計過程中仍然有許多重大的理論問題需要解決。總之橋梁結構設計、評估及維修決策之中尚有許多細致的工作要做。

結構設計論文:對混凝土結構設計安全度和規范修訂的幾點看法

摘 要 對混凝土結構設計安全度和規范的修訂，提出了以下三方面看法：①規范中的安全度設定水平需要大幅度提高；②關于可靠度設計理論；③關于設計規范的強制性。

關鍵詞 混凝上結構 設計規范 可靠度設計 安全度設定水平

對于混凝土結構設計規范中的安全度設置水平，我在1998年7月提交規范修訂組領導的一封信中和1999年年初刊出的一篇文章[1]中已經表達了看法。

這篇題為《要大幅度提高建筑結構設計安全度》的文章，代表了一部分同志的看法，原本是應約撰寫，從不同角度為規范修訂提供參考意見。這份材料中有兩處不妥，一是對抗震設計的“小震不壞”原則提出了質疑而又未做詳細解釋。我在原稿寄出后不久就寫信通知要求刪去，但最后還是未能及時轉到雜志社并刊了出來。另外，這篇文章冠以“建筑結構”的標題也不合適，因為文中只論及混凝土結構，而鋼、木等結構的安全度可能是另一回事。

1、規范中的安全度設定水平需要大幅度提高

我對規范低安全度的看法，最早源于從事高強混凝土結構科研和推廣應用工作中的感受。用現行規范設計C50～C60級高強混凝土結構，其安全儲備比普通強度的混凝土還要低，給推廣造成困難和阻力，何況一項新技術的開始應用會存在經驗不足等問題，更需要有較為寬松的安全度環境；過低的安全度難免捉襟見肘，對新技術推廣不利。我國規范安全度與國外的差別已有不少資料作過報道，現在再看我國規范安全度從解放后的演變，以受彎構件為例，將安全度統一折算成解放初期按破損階段設計方法時的總安全系數K，則在最早的東北人民政府設計規程中K等于2.0；后改為與當時的蘇聯規范相同即1.8，但鋼材強度取值仍低于蘇聯；約在1956年后，按三系數極限狀態方法的蘇聯規范設計，K降到約1.55～1.6，1965年我國頒布的BJG21-66規范與此相同；1974年頒布TJ10-74規范，受彎構件K值又略有降低；1989年頒布的現行規范，K值大體保持在1965年規范的水平。這里需要指出的是，50年代設計時所用的樓層活荷載標準值基本參照了蘇聯荷載規范的取值，而在1959年頒布我國的荷載規范后，不少類型建筑物的樓層活荷載標準值都降低了，導致這類結構安全儲備的進一步降低。

橫向比較各國規范以及豎向縱觀我國規范的演變，可以深切體會到規范作為上層建筑，必然反映時代社會經濟的特色和需要。在這次規范修訂中，除了必需從專業的技術角度對安全度作細致分析外，如何從社會經濟的角度進行深入探討可能更為重要。這是因為我國正處在從短缺型的社會主義計劃經濟體制過渡到社會主義市場經濟體制的轉型期，而整個世界正面臨科技和生產飛速更新時代的到來。近十年來，我國的社會經濟狀況發生了從未有過的根本性變化，而我們現在設計的建筑物又必需適應今后幾十年乃至上百年內生產和生活水平的發展。

規范和標準如何從短缺型計劃經濟影響下走出來，使之更好地為社會主義市場經濟基礎服務，這是本次規范修訂不同于以往歷次修訂的主要區別，理應作為本次修訂中首要考慮的問題。隨便舉例來說，我們對普通公寓住宅的層高標準作了限制，在北京地區規定為2.7m（凈空僅2.55m），也不準設計人員或用戶提高房屋抗震設防等級，這些限制是否反映了過去短缺經濟年代的特色？短缺經濟的主要傾向是竭盡全力去約束消費和限制投資，并伴以過多的行政干預來加以保證。過去講節約，偏重于初期一次性投資和用料的節省，較少顧及長期和整體效益，更少考慮用戶的利益和要求；設計規范的低安全度和某些荷載標準值的過低取值，也是短缺經濟造成的。在今天的市場經濟體制下，如果只需花相對較少的錢，換得更為結實耐久的房子住，應屬合理消費受到鼓勵，為此而必須多花一些鋼材也屬于合理使用，說不上有違節約原則。安全度的設置本來就是用來對付比較意外的情況，低安全度的房子盡管在一般情況下安全可靠，但是抵御外界不確定性作用的能力相對較弱。房子結實些，壽命長些，符合國家提高人民生活質量的要求；萬一發生不測地震，可以減少生命財產損失；再說這種合理消費并不要政府掏錢，而且合理的多用些鋼材、水泥又能促進生產發展，從眼前講，還多少能緩解通貨緊縮的困難。這些說法從短缺經濟的立場上看是格格不入的，但符合眼前和長遠利益以及市場經濟的需要。

當然，節約作為人類可持續發展的需要和一種美德，應該是結構設計人員的重要守則。這里提出探討的只是計劃經濟年代曾經盛行一時的片面的節約，但即使是那種節約在過去短缺經濟下仍是合理和必需的，問題是將它搬到今天的社會經濟狀況和體制下，有時就不再適宜。

提高結構的安全性能需要從結構選型、結構構造、結構布置、材料選擇等多個方面作出努力，以加強結構的整體性、延性和耐久性，提高其抗御不測之災和防止倒塌、特別是抵抗連續倒塌的能力。也許基于概念設計的這些措施，對于增進結構安全更為有效且更符合經濟節約的原則。比如這次規范修訂組提出的用新Ⅲ級鋼替代Ⅱ級或Ⅰ級鋼，就能帶來立竿見影的效果?？墒菫榱嗽鰪娧有院头赖顾芰?，主要還得靠合理加大構造用鋼量。上述與結構安全性能有關的眾多因素較難用數值形式加以度量，而我們在這里所討論的安全度，則僅限于截面強度的安全度和與之有關的荷載標準值和材料強度標準值等能夠用數值度量的那些參數。

提出要大幅度提高設計安全度，無非是基于客觀形勢變化和對現行安全度進行初步分析比較后的一種宏觀的定性估計。究竟需要提高多少，則需經過課題立項研究才能確定。對于規范修訂組這次提出的設計可靠度改進意見[2]，總的趨勢是往高處調，對此我表示擁護；雖然幅度不夠大。我國幅員廣闊，各地經濟發展很不平衡，象京、滬、穗等國際性大都市，建筑結構的安全度應高些，經濟不發達的邊緣地區允許適當低些。規范修訂時是否尚可通過結構重要性系數，或者荷載標準值取值，或地方性標準予以區別對待，大城市的結構安全儲備是否能再高些，當然也可以分步漸進。鋼材的分項系數過去偏低，似不宜再低于1.1。梁的最小配筋率一般根據截面抗彎屈服能力不低于截面拉區混凝上抗裂能力的原則來定，具體計算時所用的材料強度似宜采用平均值而不是標準值，否則從概率保證的角度不能符合要求。

2、關于可靠度設計理論

將可靠度設計理論用于設計規范，不論在學術或工程界一直有分歧意見[3]。我傾向于多安全系數的極限狀態設計法，因為其中對安全度的表示比較靈活又易于理解，而且在確定各項安全系數時并不排斥利用可靠度理論手段進行分析對比，然后再綜合考慮其它因素加以修正。

由于現行建筑結構設計規范業已采用了可靠度設計理論，其在規范中的計算表達形式又與多安全系數方法相似，在實用上姑且將它理解為多安全系數也并無不可。在這種情況下，我贊成承認現實，在這次修訂中還是保留現有的設計方法體系為好。可靠度理論對于不同類型工程結構的適用程度肯定會有很大差別，用于混凝土建筑結構尚沒有解決不了的大問題，所以不宜再變。至于尚未使用的規范似宜適當放慢“統一”步伐，實在難以使用的更不宜通過行政手段去統一。可靠度理論還在發展，這方面的學術討論希望能夠深入開展下去。

結構安全度需要考慮的因素過于綜合，尤其是規范中的結構安全度，它不同于某個具體工程，需要考慮和照顧的方面更多，包括非技術性的社會經濟因素、政策因素等等。可靠度設計理論有其先進的一面，也有其不足之處；可靠度理論也有某些假定和約束條件，會有意或無意地省略某些本應考慮而用這一理論又難以處理的一些因素。技術科學理論一般擅長于分析，而規范安全度的設定除了要用分析外更需要綜合，因此經驗和判斷更為重要。

可靠度理論強調三個“正?！弊鳛榍疤?，即正常設計、正常施工和正常使用。這三個正常帶有較大的模糊性，有時甚難界定。比如野蠻施工絕非正常，很容易確認；可是針對我國施工中的上千萬農民隊伍以及管理水平薄弱的現狀，這種狀況是否正常？這個問題帶有普遍性，而且要改變這一狀況需有較長的過程。如果在設定規范安全度水平時完全不予理采，不考慮它會增加某種程度人為失誤的可能性及其對工程質量的影響，顯然是不合適的。規范面對的是群體而不是某個具體建筑的施工現場。我們不能因為不好統計、不好用理論分析處理，就將某些應該考慮的問題列入不正常。再舉居民裝修房屋用地板磚壓裂了預制混凝土樓板的事例，有的同志認為這是不正常使用，因為設計時并沒有考慮過裝修地面；或者認為這是不正常設計，因為設計人員在設計時漏掉了地板磚這項恒載，而規范則無責任。但是用戶則認為現在城市里家家搞裝修，不裝修才是不正常使用。而設什人員也說地面裝修應屬活載，因為今天地板磚，明天拆掉改成木地板，不能作為恒載，仍反正常設計。這個問題其實出在規范荷載標準值的統計上，規范的荷載統計樣本取自過去不搞裝修的短缺經濟年代里。所以單憑過去或現有樣本所得出的荷載統計值，理論上看來完整無缺，但用到規范仍需通過經驗和判斷加以修正，因為這些數據尚不能代表未來可能的發展。但如規范的安全度比較寬裕，就不至于出現這種問題。這次規范修訂組提出了今后要加列裝修荷載，對于這一規定，似乎還可商榷，因為隨著生產、生活水平的發展，類似裝修荷載那樣的其它小型荷載，在今后幾十年內還有可能出現。我們現在很難加以充分想象和估計，這類小型荷載應該通過提高活載的標準值和相應的分項系數來解決。國外規范的樓板荷載中還考慮偶然撞擊的影響。作出這些改進其實都容易辦到，因為每平米造價可能增加不了5元錢。

前些時候有報紙報道，有些房管部門給住戶發通知，規定住戶室內荷載不許超過1.5kPa，即規范確定的標準值。這種做法損害了住戶的利益，荷載標準值是按正常使用情況統計出來的，統計對象中有的就超過標準值，否則就用不到荷載分項系數。這一房管部門的做法不知出于何種考慮，也給住戶帶來心理壓力。但是這種現象是否從另一個側面反映了設計安全度過低所帶來的不必要麻煩。

3、關于設計規范的強制性

我國的設計規范是強制性的。對于設計人員來說，規范就是法律，只要不違反規范要求，即使設計出了問題，設計人就有可能不負任何法律責任。而國外發達國家的許多設計規范則是指導推薦性的，設計出了問題得自己負責，休想將責任推向規范。所以我國規范的編制工作有著更高的要求，同時也會遇到一些不好解決的困難。以往的最小配筋率為例，國外規范中是0.8％～1％，這個數值作為指導值是比較適宜的，而設計人員可以根據具體情況取用更低的配筋率。例如國際知名的芝加哥Water Tower大廈，其上層柱的軸力甚小，而截面和承載力很大，所以一些柱的配筋率就遠低于ACI規范的最小配筋率，但如換成我國規范，也采用0.8％～1％的最小配筋率，遇到這一情況就不能合理降低配筋率?？墒侨鐚⒅淖钚∨浣盥识ǖ玫土耍斨妮S力與承載力相比業已達到相近的程度，那么0.4％的最小配筋率顯然偏低，因而出現高也不是、低也不是的困難。又如我國規范并沒有明文規定設計人員不準采用高于規范設定的安全度水平，但在過去計劃經濟時代的影響下，缺乏經驗的設計人員有時還是不善于針對具體工程對象的需求和具體的施工環境條件，必要時加以靈活運用；而與此相反，某些故意鉆規范空子的人則會沿著規范允許的最低邊緣路線行事，以達到其不良目的并推卸責任。

要解決這些難題，根本的辦法是逐漸淡化規范的強制性質。強制性規范還不利于人們發揮創造性。在今天市場經濟體制下，尤其要求設計人員有更強的創新精神，去適應日益豐富多彩和功能千奇百怪的工程建筑物以及迅速發展變化的生產和生活方式。一本比較簡明的規范，再加上各種各樣正規的指導性專題技術文件（指南、建議等）與之配套，對設什人員來說可能更為好用和更有幫助。不過這又會牽涉到規范管理體制上的改革，已是超出這次規范修訂的題外話了。

結構設計論文:關于提高建筑結構設計安全度的意見

摘要 對提高建筑結構設計安全度問題，提出了以下幾點看法：①當前的建筑物安全事故，與結構設計可靠度無關；②結構設計，仍宜提倡節約；③我國建筑設計規范中的構造規定，尚屬恰當：④規范與國際市場并無直接聯系；⑤規范要根據國家政策而定。

關鍵詞 建筑結構 設計安全度

最近在建筑工程界，有些同志提出，要大幅度提高建筑結構設計的安全度，引起一些議論。現將我個人對此問題的一些看法提出來，請諸位指正。

1 當前的建筑物安全事故，與結構設計安全度無關

50年代的結構設計方法，與現在近似，當時所用的混凝土強度很低，只有110~140號，比現在的C15還低。50年代初期施工手段也很落后，混凝土用體積配合比，人工攪拌，沒有振搗器……而當時施工發生安全事故的較少。有一些建筑物，如王府井百貨大樓、北京飯店等，使用至今已逾45年，而且經過了唐山地震影響的考驗。因此可以說，現在的安全事故，與結構設計安全度是沒有連帶關系的。

2 結構設計，仍宜提倡節約

關于節約鋼材的問題。作為一個結構設計工程師，重要職責之一，就是以較少的材料去完成建筑物各種功能的要求。如果將構件截面任意加大，材料用量任意增多，這個工作，建筑師也能做。

在發達國家，節約材料也是工程師所追求的。1998年美國《商業周刊》登載由美國建筑師學會（AIA）舉辦的最佳建筑設計競賽，"節省材料"是該次競賽的主題之一。紐約時報新印刷廠的設計，因采用規則的矩形平面和常規材料，節約五千萬美元而獲獎：又如香港中國銀行（貝聿銘設計）因其結構方案布置得當，比同樣高度的其他結構大量節約鋼材，所以若干個雜志上都發表文章加以表揚。

3 我國規范中的構造規定，并非都比別國低

我國規范規定的是最低用鋼量，設計者一般根據結構重要性，予以適當提高，所以下能以此來判定我們在工程中的材料用量，更不能以我們的最低值來與人家比。我國規范規定的柱子最小含鋼量力0.4％，是不考慮抗地震時的數量，我們大多數城市設計時都考慮抗震，高層建筑更是都要考慮，這時柱子的最小含鋼量就是0.5%~1.0%.而且設計單位在設計高層建筑的柱子時,用鋼量常比規范要求的還大,因此與國外相比，實際用鋼量并不太小。

我們有些構造要求，已與國外持平，如剪力墻的最小配筋率為0.25%，與美國相同。至于墻的暗柱配筋量，在許多方面已是世界領先。

我國規范對于梁受壓鋼筋的配筋率，有明確規定。且數值與美國基本相等，并非"無此規定"。至于受拉鋼筋的最小配筋率，有設計經驗的人都知道，在一般梁板構件中，此值并不起作用，有影響的是在類似基礎厚板一類構件中。這種構件中，我國規范與國外規范相比，在某些情況下配筋更多。因為如美國或新西蘭規范，對于控制最小配筋量還有一些放松要求的措施，可使配筋減少，所以在一定情況下，配筋可以比我們更少。因此也不能一概而論，說我國的構造配筋比國外如何的少。

4 關于能否進入國際市場

最近在北京大北窯建成的航華中心，其中三棟最大的辦公樓，為三家外國大公司買去，即美國的惠普公司、摩托羅拉公司和韓國三星公司。這些工程都是按我國規范設計建造的，建成主體結構后，先后被這三家公司賣下。其他國際知名的公司購買或長期租用我國建筑物者還很多。這些大公司都愿意購買，說明我們的設計，能為國際接受。

有人以為，低安全度有損于我國建筑業的國際形象.有損于國際形象的事情有,但不是結構設計安全度問題。我曾多次遇到在華投資的外商來向我咨詢,所提問題，一是施工質量低劣，二是結構設計大浪費。后者都是用鋼量大高或混凝土構件截面過大，超過了他們國家的常用水平！有一個工程，單是基礎就多用了鋼筋500噸！

5 規范要根據國家政策而定

一個國家的規范，不僅僅是技術性的，還有根強的政策性，許多方面，是一個國家經濟條件的直接反映。因此，我國規范的材料用量，當然應該比發達國家低,也即安全度應該低一些。這方面我們完全可以理直氣壯地說，我們過去的設計標準，是符合我國國情的，是安全的。當然某些局部有不足，要不斷修改。國外的規范也不是十全十美，也在不斷的修改。我們過去的結構成功地經受了幾十年的考驗,那就是說,我們的規范,基本是正確的,安全度基本是能滿足要求的。

至于抗震規范，更與政策密切相關。美國抗震專家Mark Fintel說過，一個國家的抗震政策（體現在規范上），實際上是一個國家的政府愿意為他的人民在抗震方面投多少保險。所以國家富了，可多投些保險費，窮國只能適當少投。

不能單看這些年我國沿海地區的經濟發展，我國廣大中西部地區，還是相當窮的。我國鋼產量雖已與日本齊平，但人均產量只有日本的1/10，而且品種不全，質量較低.所以；我不贊成說現在就可以大量用鋼。

中小城市現在還在發展冷軋變形鋼筋，這種鋼筋性能并不太好，就因為能省鋼，所以還在發展，這就是我國的國情。

再回到抗震。地震的情況各國不同，日本的地震發生很頻繁，有的城市每三、四十年就會有一次大地震；美國的加州也是每幾十年就有一次大地震。我國雖是多地震國家，但同一個地區發生大震的機遇一般不很頻繁。例如北京，根據歷史記載，大約每300年有一次大震。地震的機率不同，設計所用的抗震規范當然也不同。

但是，按照我國規范沒計的抗震工程，還是安全的。近年云南省發生過幾次較強地震，凡是按規范正常設計、正常施工的工程，都經受住了考驗。

6 不容忽視設計中的浪費現象

當前建筑結構設計存在的問題中，有一個方面不容忽視，就是設計中的浪費現象。我們有不少鋼筋混凝土高層建筑的用鋼量，已超過國外同等高度鋼結構的用鋼量，其不合理可見一斑!

現在這種關于建筑結構設計安全度的討論，是正常的，但我擔心會不會引起誤導，使一些設計人員誤以為按我國規范進行設計會造成不安全，以致盲目加大構件截面，增加用鋼量，造成不必要的浪費。這種可能性，是不能不防的。

結構設計論文:結構設計安全度專題討論綜述

1999年5月14日。中國土木工程學會邀請在京的部分專家，舉行了為期一天的結構設計安全度專題討論會。來自設計、科研，高校。政府部門等16個單位共28名專家參加了會議。中國土木工程學會秘書長唐美樹，常務副理事長。國家建設部總工姚兵。建設部科技司司長李先逵先后在會上致詞，強調了對安全度問題展開討論的重要性，中國土木工程學會并將于明年5月在杭州召開第九次年會，結構安全度將作為年會的主要議題。

討論會由中國土木工程學會學術委員會副主任劉西拉教授主持。與會專家各抒已見，其中既有共識，也有不同乃至對立的意見。以下是討論發言的簡要歸納。

1、關于可靠度設計理論

可靠度理論是分析結構安全性的一種有效手段。我國已頒布統一標準，要求結構設計規范按可靠度理論設計。70年代的我國混凝土結構、木結構和鋼結構設計規范分別采用不同的設計方法體系，在安全度的表達形式上互不相同，給設計或教學都造成不便，80年代用可靠度理論率先加以統一。但是，對規范采用可靠度理論，以及這一理論能否將各種結構的安全度都統一在同一體系中，專家們持不同意見：

（1）認為我國規范采用了先進的可靠度理論，用失效概率度量結構的可靠性，通過將抗力和作用效應相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經驗為校準點，成功地將這一理論用于建筑結構設計規范中，這是我國規范先進性的一種表現。工程設計采用可靠度理論為國際標準組織（ISO）所提倡，是國際上大勢所趨；多次國際安全度會議也傾向于采納ISO提出的在設計規范中采用可靠度理論的原則?？煽慷壤碚撘粯又匾暯涷?，可靠度取值用校準法確定。

（2）認為可靠度理論是分析和度量結構安全性的一種先進手段，但在應用上還有其局限性，理論本身也有一些方面未能突破，比如結構可靠度分析的三個約束條件：將抗力與作用效應分離，將隨機過程變為隨機變量，以及將截面承載力的安全指標β作為結構的可靠指標，隨著認識的發展都值得質疑。用概率可靠度理論需要進行大量數據統計，但不論荷載統計或抗力統計都還存在一些問題，規范安全度還需考慮將來可能出現的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應考慮但又無法用這一理論處理的因素，如一定程度的人為失誤以及社會。經濟因素等?？煽慷壤碚搹娬{三個正常，即正常設計。正常施工和正常使用，但正常和不正常有時不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規范，會帶來一些不必要麻煩，比如地基基礎規范中，地基承載力強度的設計值竟比標準值還高，抗震設計規范中不得不引入調整系數。又如地下結構的荷載與其作用效應高度耦合，其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、結構構件尺寸的不確定性。以及材料強度不確定性的總和，而前者又難以估計，這時勉強采用可靠度設計往往徒有形式而無實效。有的專家指出，水工結構的大壩設計目前只有蘇聯用可靠度理論，其它國家都用安全系數k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統計確定，影響壩基穩定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數鉆孔取樣確定其統計特性，所以用可靠度理論估計不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程結構規范要確定火車的荷載譜，現在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜，統計出了50年最大可能荷載，可是今后鐵路上的火車荷載及其變化，更多地由鐵路部門指令所確定，與那些統計多不相關。

（3）認為分項多安全系數設計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數時，同樣可以利用可靠度理論一起作分析，最后選定合適的系數值。鑒于現行建筑結構設計規范已經采用了可靠度理論，不足之處可繼續改進，而其設計公式的表達形式又與分項多安全系數基本相似，所以也不必再回到老路上去?，F行可靠度設計規范中的分項系數，其含義可以模糊些，考慮更多的經驗因素，這在可靠度理論中也是說得過去的。規范采用可靠度理論應采取實事求是的態度，能用的盡量用，尚不成熟的將來再用，不宜用行政手段一刀切去追求“統一”。

（4）認為可靠度理論是美國專家于40年代最早提出的，這方面的研究工作和成果也遠遠超過我們，可是到現在為止，他們大部分的重要規范都還沒有用可靠度方法。在西方，主張可靠度理論用于規范的主要是可靠度理論家們的觀點，搞工程實踐的人多持反對或懷疑態度。所請國際標準《結構可靠性總原則》，主要也是一些理論工作者提出的、是參考性的，并無約束力。前不久，曾長期擔任過美國混凝上設計規范ACI-318委員會主席的國際著名學者Siess教授，就在《Concrete lnternational》雜志上談了為什么不用可靠度設計理論的見解?？煽慷壤碚撌欠窦和晟频娇梢杂糜谝幏兜某潭?，這個問題在國際上是有爭論的。確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統計為基礎，但更多的須依靠經驗、工程判斷及綜合考慮。所以在可靠度用于規范這一點上，我們大可不必去爭天下先。建筑結構設計規范還是用安全系數方法好，對于工程設計人員來說用分項安全系數表達安全度要比可靠指標β更直觀。更明白?？煽恐笜穗m然有一個相應的失效概率，可是這個所謂的失效概率其實也不是真實的，但在一定程度上可用于相對比較。

2、多大的安全度才算夠

多大的安全度才算夠？這是一個探討已久的國際性課題。所謂“安全”，包括保證人員財產不受損失和保證結構功能的正常運行，即所謂的“強度”和“功能”二原則，結構安全度還應保證結構有修復的可能，加上“可修復”則為三原則。

與國際上一些通用標準相比，我國混凝土結構規范設定的安全度水平偏低，有的偏低較多。由于不同標準對安全度的表示方法不一樣，所采用的抗力計算公式也不一致，要準確估計不同標準之間安全程度的差異比較困難。有的專家認為，我國規范與歐洲模式規范相比，可靠度只是偏低一些，并在可接受的范圍內；另有專家認為，我國規范的安全度要比歐美規范低20％～40％；也有專家認為，如果再考慮到荷標準值的差異，對于有些建筑物樓層，安全儲備相差遠不止40％。解放后，我國結構設計安全度歷次變更，現在的安全度低于50年代。

確定結構的安全儲備或安全度水平，應考慮到國家和社會的經濟、技術水平，結構的生命周期，結構的功能需求，以及增加安全度與增加費用之間的關系。在當前歷史條件下，如何對規范的設計安全度進行調整，專家們有不同的見解：

（1）認為現行規范的設計安全度在總體上是合適的，只要施工質量保證，設計不出錯誤，安全程度已能滿足要求。所以不必作出全面的變更，個別地方有不夠的，則可作局部修補。規范對安全度的要求只是最低值，設計人員完全可以根據不同的工程對象，必要時采用高于規范規定的數值。我國是發展中的國家，還是要盡量提倡節約，即使在美國，省鋼也是受表揚的。我國規范中的構造要求，并非都比外國低。有的已經超過。外國大企業在北京買了按我國規范設計的大樓，說明我國規范不是進不了國際市場?，F在對安全度進行討論，應注意不要引起誤導，以為規范安全度不夠而在設計中盲目加大構件截面，造成不必要的浪費。

（2）認為現行規范安全度與國際相比雖然偏低，但使用十年來已成功建成約100億m2的建筑物，實踐已經證明，現行規范安全度是可以接受的，這是重要的經驗，不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化，國家經濟實力增強和住宅制度改革現狀，可以將現行設計可靠度水平適當提高一點，這樣投入不大，卻對國家總體和長遠利益有利。

（3）認為設計安全度應大幅度提高。由于環境變了，對結構功能和安全程度的需求增強了，比如現在出現事故造成的損失已非昔日可比。規范要適應從計劃經濟體制到市場經濟體制的轉變，從短缺經濟年代的影響下走出來?，F在，建筑物商品化，結構造價在建筑物售價中的比例愈來愈低，用相對較少的錢換得更為可靠和更為好用的房子，應屬合理消費，為此而多用一些鋼筋也屬合理使用，說不上有違節約。如果既不要國家出錢，又能刺激生產，也不浪費資源，就不要限制合理消費，限制對商品高質量和高標準的追求。所謂“大幅度”提高，只是一個宏觀估計。我國幅員廣闊，各地經濟發展很不平衡，提高幅度可區別對待。經濟發達的大城市，建筑物功能要求和售價都高，設計安全度應相對高些。

（4）認為設計安全度水平應盡量與國際接軌，比如混凝土結構能夠與美國混凝土學會（ACI）的規范接近。即使達到相同的安全度水平，由于施工和材料的管理水平尚與國外有較大差距，結構的實際安全儲備仍會偏低。我國現行規范的低安全度水平是歷史條件造成的，在60年代初編制我國混凝土規范時，對當時工程事故頻繁狀況，不少專家曾提出增大安全度，但限于當時政治形勢和經濟狀況而未能實現。現在條件變了，安全度應該提高。

（5）我國目前的建筑業隊伍有3500萬人，其中2000萬來自農村，在確定結構設計安全度時，確實不能不考慮施工隊伍平均受教育水平低的現狀。對于設計和施工，也不能不考慮難以避免的一定程度的人為差錯（human error）。要提高施工質量和管理水平，牽涉到人員素質和技術的發展，需有一個長期的過程。不能認為這些問題完全是施工的而在設定規范的安全度水平時不予理睬。也有專家指出：一些有經驗的設計人員，能夠針對具體工程和施工的特點，需要時能選用高于規范規定的最低要求，可是沒有經驗的設計人員就不一樣，還要提防故意鉆規范最低要求空子的。確定規范的設計安全度水平時，應該考慮這些現實。

（6）關于工程事故與設計安全度的關系，專家們一致認為：當前頻繁的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所致。有些專家認為，國內發生的工程事故與現行規范的安全度沒有關系，規范的安全度是夠的。不過也有專家指出，一些工程事故往往由多種因素綜合造成，施工質量差、設計有毛病、結構安全儲備又偏低，加在一起終于釀成大禍，這類情況不是由于野蠻施工和管理腐敗，較高的安全度總是與較低的失效概率相聯系，這是客觀規律；例如鐵路工程結構的設計比較保守，安全度大，施工管理也比較嚴格，到現在沒有發生一例倒塌事故。建筑工程安全事故由來已久，只是不象現在這樣可以爆光而已。

3、設計要從多個方面來保證結構的安全性

結構設計的首要任務是選用經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠指標以保證結構的安全性。結構的安全度通常指安全系數或可靠指標，實際上只是對結構截面強度安全的一種度量，與此相關的還有荷載和材料強度標準值的取值。影響結構安全性的因素大多，安全度是保證結構安全性的重要方面但不是全部。有些設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系。結構構造。結構材料、結構維護、結構耐久性、以及從設計，施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，抗偶然作用和防倒塌能力差；或者計算圖形和受力路線不明確，造成局部受力過大：或者混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄，消弱了結構耐久性；這些都會嚴重影響結構的安全性；有的城市橋梁雖然滿足設計規范的強度要求僅用了5-10年就因耐久性出了毛病影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實的一個安全問題，設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性，并要對施工單位提出具體要求。現在有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少，重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態，重視新建筑的建造而不重視舊建筑的維護。設計人員不能只套規范，應該根據不同的設計對象，不同的環境和使用條件，發揮自己的才智和創造性；規范再詳細也不能包羅本來應由設計人員自己去解決的各種問題。此外，不同的結構體系針對其特點需有特殊的布局與構造，例如預制預應力多孔空心板的樓面結構，板端應考慮墻的嵌固約束，并配置負鋼筋以防止端部開裂而造成脆性剪切破壞，可是過去多按簡支設計而出現端部裂縫，造成大面積隱患。在新材料。新工藝。新技術應用中，有許多專門技術需有專業公司合作配合，如有特殊防腐蝕要求的后張預應力筋或混凝土等。

4、關于設計規范的操作和管理

國際上的結構設計規范有二種體制，一種是推薦性的，另一種是強制性的。發達國家的規范多是推薦性的，對設計人員只起幫助指導作用，結構工程千變萬化，規范不可能取代設計人員所必需的理論知識。經驗和判斷，設計人員必須自己承擔設計的全部責任，可以不受推薦性規范的約束。我國的設計規范則是強制性的，是設計人員必須遵守的法律，如有違反，一切責任由設計人自負，而出了事故，設計人員也可憑規范推卸責任。幾十年來，這種做法已在工程設計界深入人心，因而對規范的制訂工作也就提出了很高的要求。強制性規范的不足之處是，不能靈活適應設計中遇到的各種情況，難以照顧到設計者可能遇到的各種特殊問題，而且客觀上不利于發揮調動甚至限制設計人員的創造性。強制性規范的利弊值得仔細探討。

長期以來，我國規范由政府部門管理，隨著政府機構精簡和政府功能轉變，有人擔心在規范管理的力度上會否削弱。今后可否借助各種學會、協會的積極性，委托學會、協會來編制和管理，而政府部門則起批準監督作用。如果將規范的課題研究，規范的編制和規范的批準分成獨立的不同層次，是否會更好一些。在規范的編訂和管理上，如何能更好地適應既是社會主義。又是市場經濟的體制，有必要作細致的研究。

結構設計論文:某公寓結構設計中的若干問題

摘要：商業公寓是一座設備先進，管理現代化的高級公寓式寫字樓，93年開始施工，96年5月建成使用。本文總結了此工程結構設計及施工中采用的新技術，新材料和新方法，重點介紹了無粘結預應力寬扁梁，鋼-砼組合結構以及新型無機鋁鹽防水劑等的應用。

關鍵詞：無粘結預應力 鋼-砼組合結構 剛性防水劑

一，工程簡介

1，工程概況

本工程地下兩層深9.0m，地下二層為戰時人防地下室；地上二十八層，出屋頂四層，共計三十四層，其中裙樓四層，一至三層為商場，四層為寫字樓使用的多功能大廳及其它房間，五層為設備層及屋頂平臺花園六~二十八層為標準寫字樓，屋頂上四層分別為設備用房和高位水池。占地面積為6343.75平方米，總建筑面積72290平方米，標準層面積為1559.5平方米，大樓總高度122.1米。

2，地基與基礎

根據地質勘查報告，本工程地質自上而下分為兩部分，上部為第四系的人工堆積，沖擊，殘積土層，下部為白惡系上統大朗山組黃花崗段的沉積基巖，其巖性可分為粉砂質泥巖（含礫），泥質粉砂巖，礫巖等，基巖部分的一般規律是隨著深度的增加而風化程度減弱，巖面強度增大，微風化帶巖體較完整，整體穩定性可靠，一般埋深20.30~30.20m ,樁端承載力標準值0.5mpa.據此，結合本工程的荷載要求，采用人工挖樁基礎，以微風化巖為持力層，周邊采用一柱一樁，核心筒則采用大底板加群樁，最大樁徑為3000。

3，結構及施工方法

結構按7度地震設防，筒體與框架的抗震等級為二級，地基類別2類，基本風荷0.45kN/平方米。本工程主樓采用框架和筒體協同工作體系（框-筒結構），主樓中部（樓梯間和電梯間）縱橫向剪力的墻組成抵抗縱橫向剪力的核心筒。裙房采用框架結構，在主樓和裙樓房間加后澆帶。地下室至五層為普通砼梁板結構，六~二十八層受層高限制，采用后張無粘結預應力寬扁梁結構，樓板為普通鋼筋砼板。本工程結構計算程序采用TBSA4.2軟件。

二，結構設計新技術

1，后張無粘結預應力寬扁梁結構

本工程結構設計的最大特點是在七~二十九層采用了后張無粘結預應力寬扁梁結構。設計思路如下：

(1) 設計原則

A、無粘結預應力筋主要用于平衡樓板和扁梁自重，并滿足梁的抗裂度及變形要求。

B、為保證構件延性，按照《無粘結預應力砼結構技術規程》梁內配置適當普通鋼筋。

C、耐火極限為兩小時，無粘結預應力筋的保護層厚度不小于40mm。

（2）計算模型

樓板厚150mm，扁梁尺寸bxh=1000x500(1500x500)，計算模型取柱與扁梁組成的剛架，并假定扁梁與內筒連接為固接，扁梁截面為T形。

（3）預應力設計

樓板、扁梁的砼為C35，扁梁采用無粘結預應力砼結構體系，無粘結預應力筋為7f5鋼絲束，抗拉強度標準值為1570Mpa，普通鋼筋采用II級螺紋鋼，錨固體系采用中國建筑科學研究院的無粘結預應力錨固體系。張拉控制應力取scon=0.7x1570=1099mpa, 張拉時超張拉到1.03scon=1132mpa，同時采用張拉力與伸長值雙控制。

抗裂驗算根據《無粘結預應力砼結構技術規程》要求，扁梁按二級裂等級設計，適當放松；強度驗算中，外荷載在扁梁內產生的彎矩取TBSA程序內力組合結果并考慮預尖力產生的次彎矩。

當對扁梁施加預應力是，柱中的軸向壓力很小，因此對柱子要進行大偏壓或純彎強度絕對值算，并在柱子強度設計的荷載組合中考慮次內力的影響。

扁梁采用單根無粘結預期應力筋張錨體系QMU，張拉端為夾片式錯具，固定端為擠壓錨具，任取一根典型扁梁。

（4）經濟效益

1、取標準層一層作為計算單元，將無粘結預應力寬扁梁結構與普通鋼筋砼梁結構相比較，前者砼用量（包括柱、梁和砼墻）及鋼筋用量（不包括預應力筋）增加約20%左右，介從整體平看，由于采用無粘結預應國力寬扁梁可以降低層高，雖然建筑物高度受到限制不允許提高，卻可以增加了建筑面積，有很現實的經濟意義，本工程原設計標準層層高3.6m，因為規劃高度限制100m，因此僅能建26層，現在采用無粘結顧應力寬扁梁結構后，標準層層高3.3m，則可以建28層。

2、型鋼奏在普通鋼筋砼中的應用

五層樓面亦即裙樓天面，其建筑使用功能較多，有屋頂花園、光棚，還有游泳池及更衣室等，樓面標高變化多，荷載大。另外分別有兩根16M跨和兩根20M跨框架梁，由于承受荷載很大，經TBSA程序計算，梁端彎矩過大，按普通鋼筋配已嚴重超筋，為了解決這個能量，經研究決定將個四根梁改為型鈉砼梁，由此梁兩端的柱相應也改為型鋼砼柱，以便于梁柱節點連接，普通砼中局部采用型鋼砼組合結構，給設計和施工帶來了一定的麻煩，但我們最終成功發解決了這兩者之間復雜的節點構造成。型鋼砼梁與型鋼砼柱及普通砼框及普通砼框架梁的節點連接，非常復雜，縱筋、箍筋和腰筋交錯，而且框架梁1與型鋼砼梁與型鋼砼柱頂面標高不同，如果按原設計框架梁1的縱筋全部焊接在型鋼柱的翼緣上，縱筋過于密集，將造成框架梁1的縱筋施工無法順利進行，達不到設計強度要求，所以我們將框架梁1的截面由原來的300X800改為500X800頂部的縱筋全部越過型鋼柱焊接在型鋼梁翼緣上，對底部的縱筋，如果焊在型鋼柱的翼緣上，為仰焊，且此節點鋼筋密集，不方便焊接施工，質量很難保證，所以在底縱筋與型鋼柱連接處焊接一塊鋼托，縱筋直接平焊在鋼托上即可，為防止與鋼托焊接處，型鋼受削弱，在此處增設三角形加勁板，加勁板與框架梁1的底縱筋平齊。

三、新材料

1、新型防水材料

地下室防水工程中，改變了傳統的柔性防水做法，采用了建設部國家科委一九九三年、一九九五年國家級科技成果重點推廣的新型剛性防水材料，即廣西大新建材化工總廠生產的無機鋁鹽防水劑，達到了剛性防水的目的，該項產品是多功能系列防水材料，具有微膨脹、減水、緩凝、提高抗壓強度，節約水泥用量，降低砼水化熱等功能，本工程采用的無機鋁鹽防水劑BSⅡ型，是一種砼結構自身防水材料，在具體施工過程中，特點如下：

（1）材料性能好、施工工藝簡便，使用時，只需在砼中摻入水泥用量百分之三的無要鋁鹽防水劑BSⅡ型，即可使普通砼坍落度由5-6提高到14-16左右，緩漲時間可處長4-6小時，微膨脹達到萬分之三點八左右，抗壓強度在同等水泥用量的情況下可提高20%以上，比按照普通砼施工可節約10-12%水泥用量，砼不透水性，由S6可提高到S12，抗滲率提高了100-200%，使結構自身具有較好的防水性和防裂效果。

（2）防水效果好，兩層地下室底板，側墻只有30cm厚，但從施工完畢到面在一年多的時間來看，內墻體和底板干燥無水跡，防水效果很好。

（3）經濟造價低，采用新型無機鋁鹽防水劑，按照水泥用量的百分之三加入防水劑可節約10-12%水泥用量，經過詳細計算，采用無機鋁鹽防水劑比采用柔性材料每平方米可節約造價為20元左右，這還不包括柔性材料施工人工費和結構砼其它外加劑，給投資商方速寫為了較高的經濟效益，給施工也帶來了方便。

2、機關報型墻體材料

廣東省墻體改革中大力推廣新型墻體材料，本工程標準層仙隔墻采用預制件輕質嵌墻板，該墻板經高科技研制而成，設計獨特，質量和工藝技術指標抱均符合國際標準和要求且符合國家測試標準，其表層為高強度纖維水泥板，內含高強水泥及聚苯乙烯發泡珠作蕊材料，蕊實而質輕，特有企口及凹凸槽位，易于安裝接合，它可作固定或活動的功能間隔，具有防火、防水、耐沖擊、隔聲、隔熱等特點，有安全軸心上，每米可承受52KN荷載，而重量比一般同等厚度的磚墻要輕一半以上；板材厚度分三種：50mm-38kg/m2;7500-55kg/;100mm-72kg/，它可替代傳統市面上的石屎墻、磚、輕質砌塊墻、石膏板及其它輕質材料中空間墻。

四、新型施工工藝

六層樓面（轉換層）周圈轉換大梁底面受力鋼筋由通長密集Ф40鋼筋組成，閃光對焊連接直徑40mm鋼筋，目前幾乎辦不到，對大截面鋼筋只有機械連接才可靠，再由于為了加強建筑物剛性，所有鋼筋拉通于梁內（包括彎鋼筋），接頭處連接困難，基于以上原因，最后采用香港的\"BAR-TEC\"鋼筋套筒聯接方案來解決難題。

鋼筋套筒聯接技術是近幾年研制和發展起來的一種新型鋼筋對接工藝，其特點是：將鋼筋端部加工成螺紋，然后旋入帶有螺紋的套筒中，從而將兩根鋼筋連接起來。\"BAR-TEC\"鋼筋聯接器強度及螺紋強度都有實驗保證，試驗下全部是鋼筋破壞，鋼筋紋螺紋采用先將鋼筋冷加壓國大鋼筋頭截面，再紋螺紋，故鋼筋截面保持不變，此聯接器價格相對于燭接較高，但使用中有很多優點：質量嚴格保證；施工簡易，設備簡單；聯接器體積小，給砼澆搗提供更大的空間，因接頭強度遠高于鋼筋強度，所以接頭位置隨意，可盡量避開節點不便處，同時最大效率使用鋼筋。

結構設計論文:江口電廠清污機結構設計的特點

摘要：水電站進水口處的清污設備對安全運行、經濟效益影響很大，尤其對于低水頭大流量的貫流式電站來說，此問題更為突出關鍵。清污機布置恰當、設計合理，將為運行管理帶來方便，能創造更高的效益。論述江口電廠清污機設計及布置特點，介紹了清污機投運概況。圖2幅，表1個。

關鍵詞：水電站 金屬結構 攔污柵 結構設計 實例

1前言

江口電站位于廣東省西江支流賀江上，距封開縣城江口鎮3．5km，是賀江上最后一個梯級水電站。電站安裝兩臺單機容量為20MW的燈泡貫流式機組，兩臺機組分別于1998年11月、1999年9月投運。水輪機主要技術參數如下，型號GZA391a－WP－640；設計水頭7．3m；最高水頭12．1m；最低水頭3．0m；設計流量316．74m3/s；額定出力20．8MW；額定轉速78．95r/min。

為了防止有礙于水輪機正常運行的雜物進入流道，保護機組安全運行，在每臺機組的進水口設置一道傾斜式攔污柵。柵面向下游傾角為70°，底檻高程為－10．7m，檢修平臺高程28．0m，攔污柵斜面高度41．8m，寬度為12．8m。攔污柵攔住的垃圾由一臺安裝在高程37．18m的移動式清污機清理及卸污。

2清污機技術特性

清污機由大車、小車、清污耙斗三部分組成。大車沿著垂直水流方向移動，行程覆蓋兩臺機攔污柵、中墩、卸污位置約有40m；小車沿著水流方向移動，最大行程為2m；小車上布置著牽引和開合機構，該機構通過鋼絲繩懸吊著清污耙斗，控制耙斗的升降、開合。清污機具體的技術特性（見表1）。

3結構設計特點

3．1耙斗部分

清污耙斗自重3．9t，由耙體和活動耙兩大部分組成（見圖1）。耙體長2750mm，寬3730mm，總共有12個鋸齒形耙齒，耙齒長為380mm，齒根寬140mm，齒間距220mm。耙體兩邊裝置有四只直徑320mm、寬度為280mm的滾輪，滾輪中間有寬20mm高20mm的凸緣，因為耙斗在下降過程中，有較強的橫向水流作用時，耙斗會發生橫向移動，滾輪的凸緣可以在柵條槽里限住耙斗左右偏移。前、后滾輪布置使耙體前底后高，令耙體與柵面間有一傾角，使得耙齒尖較貼近柵面，能夠清除貼附在柵面的垃圾。耙體兩邊設有導輪、導槽，導輪只能在導槽內上下移動，牽引鋼絲繩連到導輪，導輪再經連桿接至活動耙的端頭。這樣設計的目的是：耙斗懸空且拉緊開合鋼絲繩開斗卸污時，有導輪、導槽限制作用不會令耙體跟隨轉動，可以順利地開斗；抓到垃圾要放松開合繩合斗時，有牽引繩的拉力作用可使活動耙合得緊、抓得牢，提升時不會掉垃圾。

活動耙側視呈鐮刀狀，共13個耙齒，與耙體的耙齒同樣間距錯開分布。活動耙可以繞轉動軸心轉動，當開合鋼絲繩拉緊時，耙斗呈打開狀態；當開合鋼絲繩放松時，在活動耙的自重及牽引鋼絲繩的拉力作用下，耙斗呈閉合狀態。為了避免活動耙閉合過頭而鉤到柵體的橫隔環，在兩邊的側封板焊上兩個限位塊，限定全閉合的位置?；顒影疑系凝X設計有過載保護功能（見圖2），每個耙齒有一個板彈簧壓住，在耙斗上升過程中，假如某個齒勾到卡在柵槽的雜物或攔污柵的橫隔環時，如卡阻力大過板彈簧的彈力，超過設計允許回轉力矩，則該齒A點就轉動張開至A′點，令該耙齒滑過雜物，避免因強行提升而損壞清污機或攔污柵。整個耙斗設計做成空格網狀，既能抓撈垃圾，又能疏水減小水壓力的作用。

3．2大車部分

大車主體采用4條主梁式焊接框架結構，在上下游端梁安裝移動機構。移動機構由電動機通過蝸輪蝸桿減速器、鏈傳動來驅動主動輪組。主、從動輪組均采用寬面輪緣車輪，為了避免大車行走時偏移出軌，在梁底部各安裝兩套導向側輪組，在移動時起導向作用。在下游端梁底部裝有行程開關，使大車移到兩端極限位置時能自動停止。在大車順著水流方向的兩條主梁面上布置兩條鋼軌，用來承載小車，小車可在上面沿著水流方向移動。駕駛室布置在左側主梁底下，操作人員坐在里面可看到耙斗在柵面的升降情況。

3．3小車部分

小車由牽引機構、開合機構、機架、車輪裝置、推移機構等部件組成。牽引機構由電動機、制動彈性聯軸器、雙輸出軸減速器、中間軸、左右兩個卷筒組成，開合機構比牽引機構少一個卷筒及中間軸，其余部件相同。牽引機構和開合機構通過電氣控制協聯，開合機構可以單獨動作，用于操作耙斗的開合；牽引機構動作時，為了保證兩個機構的同步性，開合機構必須也相應同向動作。小車推移機構由兩端雙伸出軸的電動機、兩個蝸輪蝸桿減速器、兩個螺桿螺母傳動副組成，其中螺母跟小車機架固定在一起，其余裝在大車上，電動機通過減速器帶動螺桿轉動，利用螺桿螺母這種螺旋傳動副，將回轉運動轉變為直線運動，達到小車移動的目的。采用螺旋傳動不但使小車移動平穩，而且具有自鎖作用。

4運轉情況

原來攔污柵是由一臺小型清污機兼人工清除的方法來清污，由于清污速度慢、效率低，僅能勉強完成單機發電時清污，但不能滿足兩臺機發電時清污要求。在2000年4月賀江第一場洪水到來時，由于清污速度跟不上，垃圾越積越多導致攔污柵堵塞，最高水頭差達3．6m，威脅到機組的安全運行，最后不得已唯有停機清污。2001年3月經本廠技術人員重新設計的清污機正式投運，清污力強、效率高。在實際運行中，能抓撈起沙包、直徑20cm的樹干等較大較重的異物。特別值得一提的是，即使在機組帶滿負荷水流最湍急的工況，清污機都能下到柵底檻抓撈垃圾，證明清污機疏水性能恰到好處，既能減小水壓力，又能有效地抓裝垃圾。牽引、開合機構采用雙速電動機，使全行程下降僅需3分鐘，上升為4．5分鐘，上升時用慢速檔可保證較大的牽引力。舊清污機是單速而且速度慢，下降、上升均要8分鐘，兩者相比新清污機大量縮短清污時間，耙斗的容量也相對加大，提高效率。自投運至今，攔污柵的水頭差一般都在其自身的水力損失0．2m以內，保證機組在較高水頭下運行?？傊?，經過兩年的運行實踐表明，江口電廠清污機的設計是可行的、是成功的。

結構設計論文:結構設計師到底該如何利用計算機

計算機是知識、經驗和思維的替代品?？v觀當今世界，這種非常令人不安的觀點正在結構工程師中逐漸蔓延。人們似乎越來越愿意相信計算機使他們能對工程作出正確的判斷，而根本不去想一想，如果沒有計算機同樣的工作需要哪些必要的知識和經驗。按百分比計迅速增加的工程師相信，解決工程問題的專業知識就是怎樣使用計算機以及計算機本身的專業知識。在結構工程界，把使用計算機的能力當成能勝任工作的證明，作為一種觀點正在象傳染病一樣到處蔓延。大量的結構工程師確實相信，他們僅僅簡單地依靠計算機就可以“解決”工程問題了，而沒有認識到高質量的工程只能是淵博的工程理論知識，大量的經驗，以及艱辛的腦力勞動相結合的產物。

問題是過分強調自動化技術是以削弱實際知識為代價的，過分強調也演變成了不學習實際知識的借口。從教育和實踐兩方面來看，如此過分強調計算機帶給朝氣蓬勃的年輕工程師們一個錯誤的信息，工程學習和工程實踐就是輕松地使用菜單和用計算機生成五顏六色的圖畫。

在工程設計環境中利用信息自動化技術有很嚴重的負面影響，信息自動化技術象一樣能輕易地誘使大腦相信其虛幻的安全性，知識性和能力。在這些自動化技術實現其真正的價值以前，設計工程師必須不依賴計算機，而用學識和經驗去解決工程問題。非常不幸，我們變得如此依賴于計算機，以至于正在迅速喪失不依賴計算機進行計算工作的技能。

與那些只有依賴計算機才能“解決”工程問題的人討論問題時，一個稱職的結構工程師什么樣的痛苦和挫折沒有經歷過？這些人（不要把他們跟真正的工程師混為一談）已不再有能力，或者從來沒學過，不依賴計算機解決工程問題。從根上他們不懂得，計算機不可能記錄有關模型、分析和設計的一些技巧?？梢赃@樣認為，除了具有快捷的計算速度以外，計算機程序只是一些離散的知識。這些人沒有認識到，知識已經遠遠超過了有限的計算機指令所能編程的界限。真正的工程知識是經驗，直覺，靈感，領悟力，創造力，想象力和“認知”的巨大綜合體，它超越了任何計算機程序和程序員對結構工程的“理解”。恰恰相反，這些人認定世界是一個巨大的有限元模型，而計算機能夠并且也應該自動地建立模型，進行分析，完成設計，打印出最終結果?！肮こ處煛蹦茏龅?，僅僅是區分規格和需求，給顧客開發票，牟取利潤，并且迅速找到新項目。

今后，只有越來越少的工程師能獨立地（即不依賴計算機）找出結構工程問題的正確解答，這種對計算機的依賴性將會帶來巨大的麻煩。隨著對計算機的依賴程度的不斷上升，誰來解決工程問題？是那些沒有或只有很少的結構工程知識和實踐經驗的程序員，或是有其他專業學位而不是結構工程學位的程序員來做？計算機現在不是，也永遠不會是解決工程問題的源泉。只有合格的工程師才能正確地解決工程問題。如果結構工程師們繼續制造這樣的氛圍，在結構工程實踐中，首先靠計算機，而不是靠有學識、有創新和有豐富經驗的結構工程師本身，就能夠解決大部分結構工程問題，那他們就是自欺欺人，也欺騙了他們的服務對象。

在今天的現實生活中，結構工程師發現了一種既非常有效又方便的方式去為顧客服務，它不需要花費大量的時間和金錢去學習或理解結構工程模型，分析和設計的細節。這種“方式”就是計算機。工程師們現在的行為方式符合宇宙的自然規律，即用最低的能量消耗前進。現在，越來越多的結構工程師對自動化技術的響應就是讓計算機工作，同時讓自己不再去操心細節了。

現代工程具有復雜的理論細節，依靠計算機的工程不能，根本不能，讓人們學習有意義的經驗?，F代計算機的運算范圍和速度，太容易使工程設計變得毫無生氣。試問，有誰能抵抗激動和解脫的感覺——不用太多的艱辛就能求解成千上萬個方程？又有誰能抵抗誘惑——讓自動化技術來“解決”工程問題？真正的結構工程師，不用計算機就能工作的真正的結構工程師就有這樣的抵抗力。這些真正的工程師看到了實質，計算機是一種很不完善的工具，它只能處理大量信息。以光速執行的指令大多是沒有經驗的程序員編制的，它們的可靠性值得懷疑。在計算中，對于受動力載荷的作用的曲殼結構發生非彈性變形時，不正確的結果一樣可以在屏幕顯示，它們的等應力圖看上去也是如此這般地賞心悅目。這樣下去，只要手上有計算機軟件的使用說明，就可以用計算機得到結果了?；蛘吒奖?，只需在圖形用戶界面上選擇合適的菜單，就得到結果了。事實上，如果“靠相互交談來探討怎樣分析梁和柱，靠雙手找出閉合解”會更有利。

也許有人推測，以上論調只能證明本文作者從根本上是反計算機的，或是他沒有認識到現代信息技術美好的未來，或是他對那些在神奇的創意中利用這種技術的專家不屑一顧。然而，并不僅僅是這樣。即使認識到計算機的潛力，工程師也對危險熟視無睹。結構工程是對安全性吹毛求疵的職業。在世界各地，結構的特性是由結構工程設計的質量決定的。由于在實踐中采用了計算機，越來越多的結構工程師正在制造以幻想為基礎的信仰系統，正在發展難以置信的危險期望。隨著這一趨勢的延續，工程失效的威脅也會按指數形式增長。

一個簡單的例子就是世界各地越來越多的工程公司都期盼CAE/CAD軟件能將結構工程設計程序完全自動化?，F在，越來越多的結構工程師希望在解決問題時他們只需區分類型和條件，讓CAE/CAD程序自動生成必要的數學模型，完成復雜而重復的分析和設計過程。最后，由制圖工具完成生產圖和施工圖。在這種環境中，結構工程師唯一的責任就是明確所要解決的問題，然后評價最后的設計“結果”。這種設計方式注定是災難性的。數不清的軟件開發商為滿足市場的需求，不斷開發和推銷注明有各種用途的軟件。于是，不那么稱職的工程師就相信了廣告，即使用這種軟件只要投入很少的人力就能進行工程設計。

軟件開發商經常被要求改進結構分析和設計軟件，以使用戶在不詳細了解技術細節的情況下就能夠使用軟件。例如，這些用戶要求開發商創造出不用閱讀使用手冊的環境。因為高質量的結構工程軟件的用戶參考手冊包括軟件的技術細節，限制范圍，以及計算所依據的理論和假設，結構工程師們不愿意使用這樣的高質量軟件?，F實是，結構工程師們不希望了解細節。他們所希望又愿意購買的是窗口界面，這種界面能讓他們處理信息見得到，然后把結果以彩色圖表形式展示。最好還有動畫功能，還可以用漂亮的圖表打印數值結果。而對于是否能可靠地檢測重特征值；或在用反映譜進行分析時是否用了足夠的模態；或非線性索單元的理論是否正確；或分析結果對網格的形狀和單元的選擇是否敏感；或部分固定端剛度是否確切等等方面，如今使用計算機的工程師表示，他們幾乎不考慮這些細節問題。

不少人認為他們沒有時間，或沒人付給他們費用去關心細節。越來越多的結構工程師都持這樣的看法。但是，他們確實相信，依靠計算機他們的設計能夠達到顧客要求。為什么不能如此簡單地相信？？？/！??！輸入數據，然后擊鍵，就有了結果。而且，這種方式幾乎沒有人力消耗。

當然，計算機技術本身并不壞。然而，問題的核心是結構工程計算中計算機的使用方法，以及濫用計算機不斷增加的趨勢。在道義上資深工程師和工程管理人員有義務特別強調工程實踐中知識，專業技能，以及經驗的重要性，而非計算機使用者的“性別”。在結構工程實踐中，僅僅關心“怎樣”使用計算機是不夠的，了解“為什么”這樣設計才是關鍵。專業的結構工程師必須重視手工求解的原理，基本原則和提煉模型，識別計算結果中的錯誤，解決問題的其他方法，判斷計算結果的有效性。對計算機要又敬又畏，對計算結果應持批評態度，尊重工程實踐經驗，通過工程實踐（而不是通過“世界的有限元分析”，或是靠過分的簡化去滿足那些不合格的結構工程軟件的限制條件）學習工程。強調從那些資深的或更有經驗的結構工程師（即數量急劇減少，但仍記得不依賴計算機，怎樣解決工程問題的真正的工程師）那里學習結構工程。只有通過訓練專業工程師，而不是通過訓練技術員（即計算機操作員），結構工程界將完全能擔負起服務大眾的責任和義務。

到底該不該如此擔心計算機的不當使用？擔心那種怠惰？擔心工程界默許這種危險作法？雖然計算機對人類有很大的應用價值，但如果結構工程師們繼續象現在這樣破壞性地使用計算機，這些價值就得不到實現。

有什么辦法才能使結構工程界改變過分依賴計算機的情況？不再濫用計算機？這些都沒有簡單的答案。然而，所有稱職的，經驗豐富的資深工程師都有機會用危險的計算機這一思想去影響年輕人。一個真正的工程師所需要的是不依賴計算機解決工程問題的能力。經常懷疑計算機；在沒有深入的論證以前決不使用計算機的結果。在被工程師證實正確之前，假設計算機提供的結果是錯誤的。在用計算機求解之前，必須先“知道”答案。不崇拜計算機，而崇尚知識和經驗；提倡全面了解工程理論和實踐中的所有細節；避免為那樣的雇主工作，他們僅有的學習機會是通過計算機學，而不是通過有實踐經驗的真正工程師的深入訓練。

計算機不可能，而且永遠不可能，成為人類知識，經驗，遠見，靈感，創造力，獨立思維，以及自古以來的勤奮的替代品。雖然在結構工程實踐中計算機是非常有價值的工具，但是結構工程師必須認識到對工程學的細節（即原理，方法，標準，道德等等）的全面了解，比懂得怎樣在計算機屏幕上游逛不知道要重要多少。警告實際工程師，如果沒有計算機他們的結構工程知識不足以勝任工作，他們也沒有資格使用計算機（如若不然，那不僅是不道德，而是犯罪）。

所有稱職的，經驗豐富的工程師都意識到，好的計算機程序造就不出稱職的結構工程師，而只有稱職的工程師才能使用好的計算機程序?？杀氖?，雖然上面的結論似乎是不言而喻的，但它并不是今天計算機應用的現實。因此需要讓危險曝光，并實現和完善保護措施。

不幸的是，計算機時代的現實是，所有（即無一例外）商業應用的計算機和計算機軟件都受制于許多因素，這些因素在不同程度上影響了工程軟件作出結構工程問題的正確解答的能力。更值得注意的是，當不正確的結果產生時，它們通常并沒有“錯”到立即被識別出來的地步。更進一步，有時結果有重大錯誤，但如果工程師對“正確”的結果是什么直覺也沒有（無論是因為無知，還是缺乏經驗），也就不可能意識到結果的錯誤。計算機的危險在于，很多工程師假設（并且幾乎所有的工程師確實希望）計算機總是產生“正確”的結果。這樣的假設和希望常常會使工程師對潛在的和經常的錯誤放松警惕性和敏感性！

雖然對軟件的質量和可靠性存在著嚴重的憂慮，但你會吃驚地發現很多結構工程師對這些憂慮表現得多么天真、無知或不負責任。這些天真、無知或不負責任在許多結構工程師購買和使用軟件時表現得最突出。例如，選擇結構工程軟件的最基本標準包括：軟件廣告出現的頻率；肆意宣揚超凡技術能力的大幅精美廣告；低售價；用引人注目的可視性窗口菜單和生動的界面形式來衡量的易用性；用結構系統自動建模的簡單性來衡量的易用性；只需很少或根本不用學習；簡單的使用說明和手冊（一兩本使用說明就夠了，而9本10本使用說明簡直是糟糕透頂?。?；五彩繽紛的包裝。而下面的標準卻鮮見。例如，軟件開發者和其技術支持者的技術資質證明；軟件質量的保證；軟件開發商的質量保證（QA），質量控制（QC）QA/QC過程的嚴格評價；軟件中所用技術的理論依據的嚴格評價；簡單和復雜例題測試結果的嚴格評價及其與其他獨立求解結果的比較；通過專職技術核查員和經驗豐富的結構工程師的一系列獨立和規范性核查制訂工程軟件國際標準，并按一個或多個工程軟件國際標準定期地對軟件進行校核。

在軟件的實際應用方面，那些只有極少經驗，極少學識，最年輕的結構工程師被賦予依靠計算機軟件來解決極度復雜的結構分析和設計問題的主要責任。而那些經驗豐富的資深工程師正忙于經營和管理自己的公司。經常可以看到，缺乏經驗的年輕工程師在使用計算機時對所用的結構力學基本原理和設計規范的背景知識了解甚少。這些工程師最困難的地方在于判斷程序的算法所蘊含的假設和步驟；接下來判斷計算機運算結果的質量和其他方方面面。他們的困難還在于懷疑計算機作出的所有結果，以及用獨立的例題校驗結果。由于受到挫折或一知半解，缺乏經驗的的工程師寧愿相信計算機程序產生的任何結果都是正確的。我們令人難堪地觀察到，結構工程師多么頻繁多么容易，有意識或下意識地把自己的無知藏進計算機的黑匣子里。

結構設計論文:組織結構設計中知識管理的影響分析

摘 要：一個組織采用集權還是分權組織結構,關鍵在于知識在組織中的分布狀態以及信息成本與成本的比較問題。組織設計過程也就是信息成本與成本之間的權衡過程。知識管理促進組織結構向分權和扁平化的轉變。

關鍵詞：知識管理 組織結構 信息成本 成本

一、問題的提出

考察組織狀態的歷史演變不難看出：組織狀態由強健到肥胖再到強健是一條具有普遍意義的發展軌跡。這是令人困擾而又難以擺脫的問題。從組織演變中可以看出組織類型大致分為兩種：機構精簡、人員精干、流程高效的強健型組織和機構臃腫、人員冗余、流程低效的肥胖型組織。首先，從對組織的影響因素來看，組織所處的環境是一項十分重要的因素。組織所處的環境可以分為兩種：有利環境和不利環境。

因此，根據組織類型和所處的環境的組合，一個組織可能處于4種狀態，組織在4種狀態轉變具有顯著的規律性：

轉變一 強健的組織處于有利的環境。會表現強勁的狀態。增長的客戶加速組織的成長。越來越多的優秀人才使組織能力提高，投資者的關注使組織資金充裕。

轉變二 有利的環境不會一直持續下去。成功也潛藏著危機，如員工的加薪幅度大于公司的生產力，辦公室日漸奢侈。這樣，強健的組織變得日益臃腫。一旦出現市場萎縮，組織很難維持原先的市場優勢與成功。于是漸漸聽不到客戶的聲音，組織變得搖搖欲墜。

轉變三 這時，組織面臨兩個選擇：死亡或者生存。為了繼續生存下去，組織必須徹底改變其原有的工作習慣、文化、員工的工作態度與行為。

轉變四 組織經過市場的錘煉，總結出最好的管理策略以及合適的組織結構。經過痛苦的轉型階段后，組織從新變得強健起來。

彼得.圣吉認為：組織之所以出現上述的演變現象，關鍵在于組織本身沒有從系統結構層次來考慮問題，缺乏系統思考能力，基本上是一種面向環境的就事論事的行為，隨著環境的變化，而被動的改變著組織結構。我們需要撥開復雜事件的迷霧，透視背后的簡單結構。如何才能避免組織陷入“強健—肥胖—強健”的死循環狀態呢？那就需要重塑組織結構，而組織結構重塑的本質就是通過知識管理，使企業成為一個學習型組織，通過不間斷的終身學習而始終保持活力。

二、影響組織結構重組：知識與權力匹配

在組織結構中，權力往往與其職位是分不開的。職位越高，所獲得的信息量就越大。權力也就越大。對組織來說，創新是企業生存和發展的原動力。但是，當信息流按照一定的規則進行流動時，當合法行為只有通過權力部門授權的特定領域才能獲得時，知識市場或者說創意市場流動性就被限制了,于是組織就會變得保守。隨著技術的發展，知識量越來越大，對知識的收集也變得簡便，組織向扁平化發展。隨著層級的減少，權力在信息流轉的過程中，起到了導向而不是限制作用。

哈耶克(F·A·Hayek)首先提出了經濟效率取決于決策權威和對決策起支撐作用的知識之間的匹配關系。他認為，某些與特定地點、時間和環境相關的知識,本質上不能進入統計,并很難以統計的方式傳送到任何集中的權威那里，因而最終的決策必須由那些熟悉具體情況、直接了解有關變化、并知道資源可迅速滿足他們需要的人來做出，即采取權利分散化的方法來解決問題。Jensen和Mecking(1992)進一步發展了哈耶克的思想。他們認為，盡管有關特定時空環境的知識不能被概括成統計數字，但他們卻能被傳送到決策機構中的其他位置。問題不在于知識能否被轉移，而是以多大的代價轉移以及是否值得轉移。保證有利于決策的知識與決策的結合有兩種基本的方法：一是將知識傳遞給有決策權的人，另一種是把決策權傳遞給擁有相關知識的人。一方面在將知識傳遞給具有決策權的人的過程中，面臨著由知識傳遞導致的信息成本；另一方面，將決策權分配給組織中擁有較多相關專門知識的人時，面臨著由委托關系所產生的成本。在這里，信息成本指決策者在決策過程中由于缺乏相關知識而進行知識傳遞引起的成本；而成本則是由決策授權的人具有與委托人自身利益相背離的目標而產生的，指的是在合作行為中，由于這種目標沖突所引起的成本(我們認為，在組織內部上下層決策者之間，實際上也是一種委托關系。相對于上層決策者而言，下層決策者就是人，上層決策者就是委托人)。一般來說，隨著集權程度的提高,信息成本增大，委托成本減少；而分權程度提高，信息成本減少，成本增加。決策總成本即信息成本與成本之和，組織設計過程也就是信息成本與成本之間的權衡過程。提高決策效率的關鍵在于將決策權轉移到某一層次上，從而使信息成本與成本之和最小。

三、組織結構調整方向的建議

彼得.德魯克曾說：創造財富的活動既不是為生產性使用配置資本，也不是配置勞動，現在價值來源于生產率和創新，兩者都是知識的運用。知識應當是一項得到妥善管理的重要資源，對知識的管理應當如同管理生產資料、人力資源那樣。特別是對那些使用建立學習型組織的企業來說，知識管理更是經理人員關注的一項關鍵工作。學習型組織能在整個組織內有效獲得、創造和傳遞知識，并且依據新的知識和見識來調整每個人的活動。

知識管理是關于如何組織和共享企業智慧和創造力的一種新的思維方式。指這樣一種努力，即系統地發現，組織和運用企業的智力資本，培育持續學習和共享知識的文化。從而使組織的活動建立在已有知識的基礎之上。這里，企業的智力資本是擁有的信息經驗、見解、關系、流程、創新、發現等的總和。

哈耶克說：哪個體制更有效，主要取決于在什么體系下，我們能更全面地利用存在的知識。反過來，這取決于在單一集中權威下，處理這些最初分散于許多不同個體中的，本應使用的知識，我們更有可能成功，還是把個體需要的額外知識傳遞給他們，以使他能夠把自己的計劃與其他人配合好，我們更有我可能成功。對于組織結構調整，企業組織的效率是至關重要的。企業組織質量將直接體現在過程性、時間性、關系性方面的能力。

組織的過程質量 表現為組織的縱向結構被逐漸壓扁，從直線制組織結構到直線職能制組織結構、再到扁平化矩陣結構。以及網絡化的以人為中心的結構，它是組織的過程質量不斷改善和提高的過程。

組織的時間質量 表現為組織決策方式的變化，存在3種基本決策方法，即獨立的分散式決策由于通信需求的限制，無法充分感知外界的變化，難以實現即時響應，而集中式決策由于考慮了多方面的信息，相對于獨立的分散式決策能夠做出更為合理的決策，但是，以犧牲決策的靈活性和實時性為代價。連接的分散式決策由于網絡技術的進步和廣泛運用而得到實現，為提高組織的時間質量創造了條件。

組織的關系質量 表現為企業內部和外部的各種障礙的消除，最終實現無障礙、無界限。如果將制造企業比喻為一間房子。無界限就是要打破“三維障礙”。首先，是水平界限——墻將房子水平隔開，在企業中，它指的是職能之間、部門之間、產品線之間或地理位置之間的界限。應該將墻打倒，市場營銷應該與產品、產品應該與設計結成緊密的關系并在一起工作。其次是垂直界限——天花板和地板將房子垂直分開，在企業中就表現在等級的分隔阻礙了開放的交流，應該打通天花板，實現和諧的上下關系。第三是外部界限——外部的圍墻將房子和鄰居分隔開。在企業中，基于網絡平臺的支撐，要與顧客、供應商、零售商、合作伙伴等其他人結成密切聯系、充分交流，這就需要拆除圍墻。

經過重塑企業組織結果，使其在形態上具有了結構扁平化，網絡化，決策分散化、實時化，多維關系緊密化、開放化等特點，而知識管理則是企業實現組織過程、時間以及關系質量指標持續改進的推動器，它通過確立終生學習機制，使組織實現可持續改善，在這種知識型組織中，大到整個企業、小到企業內部的各個個體都是一個有生命力的細胞，具有自我管理和控制能力，具有三維知識的輸入和輸出，沒有固定的上游企業和下游企業，也沒有恒定的價值鏈，輸入輸出是在世界范圍內動態展開的。同時，就像人類身體復雜的神經和循環系統可以聯系各部分細胞組織一樣，知識型組織的互聯結構為在組織不同的細胞之間傳輸血液——知識提供了基礎，另一方面，知識型組織的學習機制作為造氧機、凈化器為細胞以及整個組織的發育、成長提供了連續不斷的養料，最終使企業走上茁壯成長之路。

結構設計論文:論多層工業廠房的結構設計

[論文關鍵詞]多層工業廠房 結構設計 結構計算

[論文摘要]分析多層廠房結構設計的特點及結構計算中應注意的問題，以做到合理、經濟的最佳結構設計。

一、引言

隨著國民經濟的迅速發展，工業建筑要不斷滿足現代大工業生產，工藝不斷更新的要求，過去那種單一功能，單一建筑形式已經不適應生產方式改變的需要，聯合車間、靈活車間、工業大廈等多功能廠房應運而生。另外，建設用地的緊張以及工藝流程的需要，越來越多地多層廠房甚至高層廠房出現。多層廠房的特點是跨度大、荷載大 、開洞多 、有多層吊車，在設計過程中，有些問題值得總結和探討。

二、多層工業廠房結構設計要點

多層廠房因為工藝布置的要求，一般都需要大空間，結構通常采用框架結構，在層數較多、工藝條件許可的情況下也可以采用框剪結構。結構布置的原則是：盡量使柱網對稱均勻布置，使房屋的剛度中心與質量中心相近，以減小房屋的空間扭轉作用，結構體系要求簡捷、規則、傳力明確。避免出現應力集中和變形突變的凹角和收縮，以及豎向變化過多的外挑和內收，力求沿豎向的剛度不突變或少突變。

1. 控制橫向框架與縱向框架的周期。由于多層廠房跨度方向、尺寸較大，柱子少；而柱距方向尺寸較小，柱子多。一般都是橫向控制，使縱橫向的抗震能力大致相同，不僅有利于抗震，也使設計更為經濟合理。

2. 合理布置電梯間的位置。多層廠房由于設備、貨物很重，豎向運輸的需要，均要設置電梯。鋼筋混凝土電梯井筒剛度很大，應充分考慮電梯井筒對建筑物的偏心影響，在結構布置上盡量避免電梯井筒布置在建筑物的角部和端部。當工藝布置需要而不可避免時，應對周圍的樓板及框架采取加強措施。

3. 地震區的多層廠房宜少或不設防震縫。地震區房屋的伸縮縫是合一的，當房屋較長時，宜采取下列一些構造措施和施工措施以少設伸縮縫及防震縫；施工中，每隔40m設置一道800mm一個1400mm寬的后澆帶，后澆帶的位置設在結構受力影響最小的區段；在溫度影響較大的頂層、底層、山墻和內縱墻端開間的墻體等部位，適當提高配筋率；加厚屋面隔熱保溫層或設置架空層形成通風屋面。

三、常用的結構體系

1.框架一支撐體系。即橫向設計成剛接框架，縱向設計成柱一支撐體系，用柱間支撐抵抗水平荷載。這種體系經濟節約，但柱問支撐可能會影響使用。這種形式特別適用于縱向較長，橫向較短的廠房。

2.純框架體系。把廠房縱橫兩個方向都設計成剛接框架，不設置柱間支撐。其優點是使用空間不受影響，缺點是柱不宜采用工字型柱，而要采用兩個方向慣性矩差別不大的 截面形式(如箱形柱)，使用鋼量增加。

3.鋼架加支撐的混合體系。這種形式與第一種形式不同之處在把縱向設計成鋼架和支撐混合的型式，靠兩者共同抵抗水平力。這種形式可以有效地減少柱的縱向彎矩，但要求樓面剛度大，否則柱子間的變形不協調，無法充分發揮柱間支撐的作用。

四、結構設計中應注意的問題

1.結構設計與工藝設計的協調。廠房都是為生產服務的，廠房設計中結構專業作為配套專業首先應滿足工藝要求，結構設計也只能服從于工藝條件。而工藝設計人員在工藝布置時，經常與結構設計發生矛盾，要開洞的地方是框架梁，設備本來可以沿梁布置卻布置在了跨中等。所提荷載也經常偏大，有時甚至把設備的荷載作為均布荷載提出。尤其在方案階段，結構設計人員應多與工藝協調，盡量了解工藝布置，使設計和施工都減少了許多不必要的麻煩。

2.結構計算。隨著計算機軟硬件的迅速發展，解決了復雜的結構計算問題，使結構工程師們從繁重的瑣碎的計算工作中解脫出來。他們可以把大量的精力放在結構方案的選擇比較上，合理的確定結構方案及結構布置，從而提高設計水平及質量，降低工程成本。

（1）樓面等效荷載的計算。荷載計算是結構計算的條件，荷載取值的準確性直接關系到計算結果的準確性，工藝條件中的荷載問題，如某個工程工藝提出樓面均布荷載為15 kN/m2，而根據工藝的設備布置圖和設備的重量，根據規范給出樓面等效荷載的計算方法，計算出的樓面均布荷載按10 kN/m2考慮即可。

由于多層工業建筑與一般多高層民用建筑結構形式、樓面活荷載等有許多不同之處，多層工業建筑樓面活荷載大于多高層民用建筑。有的中小型機床上樓層、柱上、梁上還有吊車荷載，它的跨度柱網一般比民用建筑大，層高相對較高，最大特點是整個平面幾乎沒有內隔墻。多層工業建筑一般采用現澆鋼筋掘凝土板梁柱結構，板厚比一般民用建筑厚，樓板的平面剛度可視為無窮大，電梯貨梯間，如不用剪力墻：整個剛度重心移向剪力墻，而電梯或貨梯一般設在端頭，結構剛度布局就不合理，所以電梯貨梯間就使用框架填充墻結構。

（2）節點核心區的抗剪驗算。框架節點的設計應遵循“強柱弱梁更強節點”的原則，一二級抗震等級的節點還應進行受剪承載力計算。由于多層廠房的梁柱中心線往往不能重合，加之柱的截面比較大，節點偏心也比較大，對柱節點核心區的構造和受力都有較大的不利影響。因此，大跨度、大空間、大荷載的多層廠房的節點核心區的抗剪驗算顯得更為重要。

（3）裂縫寬度、罕遇地震的驗算。裂縫寬度的驗算是為了滿足正常使用狀態的要求，規范規定混凝土梁的裂縫寬度不應大于0.3mm，如計算中超過，可以通過減小鋼筋截面、增加鋼筋根數來調整，如果還不滿足要求，應修改柱梁截面重新計算?？拐鹪O計的原則是三不準，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。所進行的抗震驗算僅滿足“小震不壞”，構造上加強來滿足“中震可修”，罕遇地震的驗算則是滿足“大震不倒”。規范規定79度時樓層屈服強度系數小于0.5的框架結構宜進行高于本地區設防烈度預估的罕遇地震作用下薄弱層(部位)的抗震變形計算，并且規定結構薄弱 (部位)層間彈塑性位移角應小于1/50。多層廠房的設備投資經常遠遠大于土建投資，罕遇地震的驗算應屬必要。

（4）與電梯井筒相連框架的考慮。過去設計按純框架計算，電梯井壁按構造配筋，這樣偏低不安全，框架部分應按壁式框架計算出的數值進行配筋，電梯井壁則應按剪力墻配筋。

另外，多層廠房一般有多層多臺吊車，在設計中采取的辦法是將一層吊車作為吊車荷載輸入，而將其余層的吊車荷載作為活荷載考慮。

五、小結

綜上所述，做好多層工業廠房結構設計的關鍵在于：概念應清楚，結構選型應做到合理；施工圖的設計應與施工相結合，避免施工困難；結構計算要準確，計算中應反復試算，調整截面，以達到最佳設計。

結構設計論文:對混凝土結構設計中一些問題的討論

論文關鍵詞:概念設計；結構計算；配筋構造；保護層厚度

論文摘要:使結構安全適用、經濟合理、是結構工程師的任務和責任。根據長期工作體會從概念設計的觀點出發，介紹抗震設計中遵循的原則，提高房屋抗震性能的措施。結合工程實際介紹了環境類別和保護層厚度的確定、按簡支梁計算構造鋼筋的設置等問題。

一、概念設計和結構構造

抗震設計中，影響整個結構抗震能力的因素很多，如：結構構件的承載力和變形能力;非結構構件的材料性能及提供的強度儲備；結構的連接構造；結構的穩定性；結構的整體性能在經受第一次地震后多次余震反復作用下的抗破壞能力。目前只對第一種因素作了計算，其它因素尚無法進行計算，靠概念設計和結構構造做到結構體系具備必要的承載力、剛度、穩定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足后的延性。對復雜結構，七分計算三分構造，更重要的是概念設計。

（一）概念設計

材料性能、構件性能、連接構造、結構體系通過實驗、實踐檢驗，但還不能計算，稱為概念設計，抗震設計中應遵循以下原則：(1)結構的承載力、剛度、質量在平面內和沿高度應均勻、對稱和連續分布，避免應力集中：(2)應盡可能設置多道抗震防線，布置超靜定結構及延性較高的耗能構件，注意適當加強靜定結構部位、關鍵部位和薄弱環節；(3)注意結構的連接整體性，結果單元應采用牢固連接，不同結構單元應遵守徹底分開的要求；(4)估計和控制塑形鉸區出現的范圍和部位，有針對性的進行構造布置，掌握結構的屈服過程以及最后形成的屈服機制；(5)做到強柱弱梁、強剪弱彎；(6)采取有效措施防止過早的混凝土剪切破壞，鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎等脆性破壞；(7)構件和節點連接的承載力和剛度要與結構的承載力和剛度相適應，節點連接的承載力不低于構件的承載力；(8)應該避免盲目增加鋼筋，某一部分結構設計承載力超強或不足，都可能造成結構的相對薄弱，梁端、柱端及抗震墻的加強部位受彎配筋在滿足承載力和抗震構造要求的條件下，應減少鋼筋超配；(9)考慮非結構性部件對主體結構抗震產生有利和不利的影響。

（二）結構構造

結構體系靠力學計算保證構件的承載力及變形，又靠構造措施將構件連接在一起，形成結構體系，合理的構造保證構件傳力明確；保證在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分構件破壞而使結構體系喪失承載能力及抗震能力；保證在設計使用年限內的耐久性?？梢哉f結構構造是概念設計的具體化。我國通過幾十年的實踐，特別是唐山地震所總計的經驗教訓，后來試驗研究都有完整的結構構造措施。但是認識在不斷提高，概念設計在不斷發展，結構設計除正確運用目前的構造措施，同時還需要不斷總結、充實、提高。

二、結構計算

（一）荷載要準確

荷載包括結構自重，建筑材料做法，設備荷載（設備自重、管道重），建筑功能需要的活荷載，風、雪荷載、地震力、溫度變化產生應力以及其它偶然作用等。有的荷載規范有所規定，可作依據，有的需要各專業提高。建筑專業提高的不僅僅是荷重，而應該是具體的材料做法，設備專業則應提供所選用的樣本。由于建筑做法和設備一般要到訂貨時才能落實，在這以前變換的可能性很大，結構設計人員應該意識到這一點，并要求有相關的知識，準確計算所采用的荷載。

隔墻荷載占總荷載的比例較大，隔墻材料品種繁多，但尚無十分理想的隔墻材料，不是荷重偏大就是隔音差、抗撞擊差或板塊之間易出現裂縫。當隔墻位置固定且隔墻材料確定時，預留荷載是必要的，但考慮過重的隔墻會使結構用鋼量過大。一般可與建筑專業配合，易采用輕質材料并在施工圖中說明隔墻材料，允許荷載值及位置。

結構計算最忌諱漏掉荷載，他將使計算白費或使結構存在隱患，應引以為戒。

（二）應分析計算結果

對復雜或重大工程一般需要用兩種不同單元模型的程序進行分析和比較，對特殊工程應選擇適當的計算程序。建立的模型，邊界、支撐條件應盡量符合實際。程序中的輸入數據應弄明其緣由，弄清其概念，對提高設計質量是不可缺少的。

（三）環境類別與保護層的確定問題

混凝土設計規范第3.4.1條規定了耐久性設計的原則及構件環境類別的分類標準。規范第9.2.1條給出了各類環境條件下的構件縱向受力筋保護層最小厚度。這是新規范重視耐久性問題的具體體現。由于規范是依據構件所處的環境類別來確定縱向受力筋保護層最小厚度的，對于處在兩種環境交界部位的構件，如地下室墻，迎水面側一般為二類環境，而其室內一側一般為一類環境，兩側面的受力筋保護層最小厚度也應有所區別。因此筆者認為，對于處在兩種環境交界部位的構件，在選用最低混凝土級別、確定混凝土配合比等耐久性基本要求（規范第3.4.2～3.4.8條）時應接交界面上兩種環境類別中的最不利環境類別確定，在確定受力筋保護層最小厚度時，則應按構件表面所處的環境類別分別考慮。否則，對于基礎地板、地下室外墻，隨著保護層厚度的增大，采用商品混凝土時，構件表面出現早期收縮縫的機率也隨之增大，而構件表面開裂后，反而影響構件的耐久性。所以保護層厚度不是越大越好，而應構件表面所處的環境類別有針對性地選用。

（四）安簡支計算的梁端部上部構造鋼筋設置問題

混凝土結構設計規范第10.2.6條對實際受約束的簡支梁端上部構造筋作了規定。此時梁端實際受到部分約束，如按梁端的實際約束條件采用彈性理論進行整體內分析，計算所得的實際彎矩除與梁上承受的荷載大小有關外，更與梁端的約束構件即邊梁或構件柱的相對剛度有關。將梁端構造鋼筋的截面面積與梁跨中下部縱向受力鋼筋計算所需截面面積相關聯，只體現了梁上承受荷載的大小，而沒有考慮梁端實際約束程度，如果梁端實際約束程度很弱，非常接近于簡支，即使梁上承受的荷載很大，梁端實際彎矩仍很小，因而沒必要配置太多鋼筋，這是其一。其二，條文所指部分約束梁端的構件通常是指磚混結構的構造柱、框架和主次梁體系中的邊梁，如果梁端實際配筋較大，梁承受的負彎矩也較大，與之平衡的構造柱彎矩或邊梁的扭矩也較大，當約束構件是構造柱時，由于構造柱配筋較小，一般為4φ12，很可能造成構造柱的配筋不足；當約束構件是框架或主次梁體系中的邊梁時，雖然按彈性理論計算邊梁有較大的扭矩，但國外的試驗資料表明5，邊梁開裂后，其抗扭剛度約相當于彈性抗扭剛度的1/10。塑性內力重分的結果使得邊梁扭矩和梁端實際彎矩值都很小，沒比要配置太多的鋼筋。新的混凝土結構設計規范實施前，我院設計的大部分工程終于邊梁相交的梁端實際配筋統一為2φ12（四肢箍為4φ12），20世紀六七十年代設計的部分工程甚至為2φ10或2φ8這些工程已正常使用了30年綜上所述，規范所給的這種配筋策略是否合適值得商榷。