時(shí)間：2022-05-14 10:33:35
序論：在您撰寫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
［摘要］隨著人民生活水平的不斷提高，其對于建筑空間設(shè)計(jì)的需求也隨之提高，城市建筑空間結(jié)構(gòu)要不斷優(yōu)化。本文以建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征出發(fā)，針對建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題及其優(yōu)化手段進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化措施。
［關(guān)鍵詞］建筑;空間結(jié)構(gòu);優(yōu)化;設(shè)計(jì)
建筑業(yè)的發(fā)展，促使了設(shè)計(jì)理念的改變。設(shè)計(jì)人員應(yīng)針對建筑空間結(jié)構(gòu)實(shí)施合理的設(shè)計(jì)，持續(xù)優(yōu)化調(diào)整建筑空間結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、安全的目標(biāo)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷分析并研究建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題，促使建筑設(shè)計(jì)能夠充分彰顯人們的生活品質(zhì)，并符合生活需求。
1我國建筑空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特征
1．1空間結(jié)構(gòu)的架構(gòu)材料多樣化
在建筑發(fā)展的推動下，我國建筑中的架構(gòu)材料也呈現(xiàn)出多樣化特征。以往多是碳素鋼作為基礎(chǔ)材料，目前部分建筑企業(yè)開始用不銹鋼與鋁合金等新型架構(gòu)材料。此類新型的建筑空間結(jié)構(gòu)材料具備良好的裝飾、防腐、承重等性能，因此有著十分廣闊的運(yùn)用前景，同時(shí)也得到了較為普遍的應(yīng)用，這有利于加快我國建筑空間架構(gòu)的發(fā)展步伐。
1．2空間結(jié)構(gòu)形式比較
豐富建筑空間結(jié)構(gòu)形式單一，就很難對所有建筑用途都適用，影響到建筑水平。具有比較豐富的空間結(jié)構(gòu)形式的建筑，既能吸引人們的注意力，又能體現(xiàn)出建筑物的水準(zhǔn)與建筑風(fēng)格。正因如此，建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑空間結(jié)構(gòu)時(shí)已注重采用多樣建筑風(fēng)格相結(jié)合的形式，這種設(shè)計(jì)方法逐步變成當(dāng)前建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的潮流。
1．3受到外力的影響
由于我國可用土地面積不斷減少，加上土地價(jià)格不斷增加，房價(jià)呈現(xiàn)出不斷上漲的趨勢。因此，在設(shè)計(jì)建筑空間結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)用性、穩(wěn)定性、成本、節(jié)能性、安全性、環(huán)保性以及整體的協(xié)調(diào)性等因素。建筑結(jié)構(gòu)因此也產(chǎn)生較大變化。比如，目前在空間結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程中，要把地震、風(fēng)力等因素納入到考慮范圍，把建筑空間結(jié)構(gòu)的動力問題視為建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。
2建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題
2．1內(nèi)部空間個(gè)性化
建筑空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計(jì)的完美與否主要是由業(yè)主的審美觀念與個(gè)性化思維決定的，在不同的發(fā)展階段，人們的思維方式與審美觀念都有一定的差異，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要將不同發(fā)展階段業(yè)主的要求納入考慮范圍，做到在充分利用建筑內(nèi)部空間的同時(shí)，為業(yè)主預(yù)留一定的建筑內(nèi)部空間，實(shí)施個(gè)性化設(shè)計(jì)與改造的空間，滿足住戶要求。
2．2建筑高層化
隨著我國城市化步伐的逐步加快，建筑正朝著高層化的趨勢發(fā)展。建筑業(yè)主除了居住這一目的，還希望通過建筑高層化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)自己對于廚衛(wèi)面積、采光、通風(fēng)等基本要求。比如，低樓層住戶怎樣才能依靠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接收到南向采光、怎樣設(shè)計(jì)空中庭院使住戶實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外自然景觀的共享、怎樣才能最方便地為建筑廚衛(wèi)提供衛(wèi)生防疫方面的工作等。
2．3經(jīng)濟(jì)環(huán)保性
在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的影響下，我們應(yīng)適當(dāng)提升能源、土地以及材料等的利用率，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)過程中，要盡可能地重視資金和材料的節(jié)約。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需緊跟步伐，高度關(guān)注環(huán)保。要堅(jiān)持環(huán)保適用、安全經(jīng)濟(jì)的原則，準(zhǔn)確把握建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的整體概念設(shè)計(jì)。
3建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的措施
建筑企業(yè)在面對空間結(jié)構(gòu)的特性與問題時(shí)，應(yīng)采用如下應(yīng)對策略，不斷加大力度，針對建筑空間結(jié)構(gòu)實(shí)施優(yōu)化與設(shè)計(jì)，提升建筑空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，不斷加強(qiáng)優(yōu)化效果，如此才能在確保建筑使用安全的同時(shí)，推動我國建筑行業(yè)迅速、穩(wěn)定地發(fā)展。
3．1優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念
(1)中庭空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。目前，中庭空間結(jié)構(gòu)模式在我國運(yùn)用較為普遍，多出現(xiàn)于高級的高層建筑設(shè)計(jì)中。中庭空間結(jié)構(gòu)模式具有彰顯中央大廳氣派、營造舒適休閑氛圍、給人以輕松愉悅感受的作用。這種空間結(jié)構(gòu)模式很受歡迎，由于工作緊張程度與環(huán)境因素的影響，現(xiàn)代職場人士偏愛于采用中庭空間結(jié)構(gòu)模式，以緩解緊張情緒，同時(shí)通過噴泉、植物等的設(shè)置，創(chuàng)造出一個(gè)自然、寬松、舒適的環(huán)境。
(2)內(nèi)核空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。內(nèi)核空間模式把衛(wèi)生間、電梯、設(shè)備房等集中在一起，徹底變革了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中古板的空間結(jié)構(gòu)布置與隨意性。這種空間模式很巧妙地集中了建筑體的幾何中心、重心與剛度中心，減少了建筑體的扭轉(zhuǎn)矩與剪切應(yīng)力，既提升了建筑體的剛度與強(qiáng)度，又增強(qiáng)了建筑體的抗震穩(wěn)定性與安全性。然而，該模式對自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)人們逃生極為不利，因此逐漸被淘汰。
(3)底部空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。底部空間結(jié)構(gòu)是目前使用最廣泛的一種空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，其多用于商業(yè)大廈。底部空間結(jié)構(gòu)多運(yùn)用地下結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化，不斷拓展建筑體的空間。
(4)多核空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。經(jīng)過一系列的發(fā)展，多核空間結(jié)構(gòu)逐步確定并完善。該空間模式在空間布局上，盡可能地?cái)U(kuò)大建筑體底層的空間，為室內(nèi)人員的活動提供方便;在結(jié)構(gòu)上，該空間模式對增強(qiáng)建筑體的強(qiáng)度極為有利，可確保建筑體的穩(wěn)定性;在采光方面，該結(jié)構(gòu)模式能創(chuàng)造良好的采光效果，利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保、節(jié)能的目標(biāo)。
3．2建立建筑材料驗(yàn)收管理制度
質(zhì)量好的建筑材料是確保建筑工程質(zhì)量良好的前提條件。為此，(1)要建立健全物資入庫驗(yàn)收管理制度，嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，做好材料入庫管理工作;(2)要建設(shè)并健全原材料驗(yàn)收制度，驗(yàn)收技術(shù)文件的有關(guān)規(guī)定要求，有效確保工作的順利開展。如今，我國一些建筑在施工時(shí)由于材料管理制度只停留在表面上，且比較簡略，不利于建筑材料的質(zhì)量控制。
3．3確保建筑空間結(jié)構(gòu)的施工安全
通常情況下，在建筑空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝的過程中均要用到腳手架，而且腳手架的負(fù)荷會隨著安裝時(shí)間的拉長持續(xù)增加。所以，作為施工人員，應(yīng)在建筑空間結(jié)構(gòu)施工過程中嚴(yán)格確保腳手架的剛度，避免腳手架由于變形出現(xiàn)下沉的情況，從而嚴(yán)重影響到建筑空間結(jié)構(gòu)的安裝工作的開展。例如，在不斷優(yōu)化建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者要對腳手架進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，并嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在使用腳手架前，務(wù)必要開展專業(yè)的試壓測試工作，嚴(yán)格把控好腳手架的剛度問題，才能有效地防止建筑空間結(jié)構(gòu)在施工過程中出現(xiàn)安全事故，進(jìn)而為建筑空間結(jié)構(gòu)安裝的順利與安全性作保障。對于建筑企業(yè)而言，其應(yīng)充分滿足必要的消防需要，將防火涂料涂抹到建筑空間結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)外表上，但必須注意涂料與涂料之間的相容性問題，并使用與底層相配套的防火涂料。
3．4加大力度管理結(jié)構(gòu)的焊接工作
焊接工藝既是建筑空間結(jié)構(gòu)架構(gòu)中的關(guān)鍵構(gòu)成要素，又是建筑空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化過程中的重要環(huán)節(jié)。實(shí)際上，建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要不斷強(qiáng)化管理焊接工藝的力度。比方說，要求建筑企業(yè)針對焊接工人是否具備專業(yè)焊接技術(shù)、是否持證上崗進(jìn)行嚴(yán)格檢查等。在焊接重要部位或者實(shí)施大型焊接過程中，要率先開展焊接試驗(yàn)工作，確保工藝流程與焊接手段是正確的、合理的、科學(xué)的。如此，才能確保焊接工作的順利開展，確保建筑物的使用安全與使用質(zhì)量。
4結(jié)語
建筑空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作為建筑業(yè)的關(guān)鍵構(gòu)成要素，為人們工作、休閑娛樂、生活以及學(xué)習(xí)帶來許多便利的同時(shí)，也推動了社會的發(fā)展進(jìn)程，因此設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)理念。
作者：黃新 單位：邵陽市第二建筑設(shè)計(jì)院
摘要:近年來，土木工程在我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。與此同時(shí)，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。所以，怎樣在土木工程建設(shè)中提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，就成為了整個(gè)建筑行業(yè)研究與探索的重要課題，也直接影響著我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞:土木工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全性；經(jīng)濟(jì)性
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，土木工程在整個(gè)建筑行業(yè)所占的比重也越來越大，同樣，因?yàn)橥聊竟こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)漏洞而導(dǎo)致的事故也逐年增多，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。所以，為了減少這一現(xiàn)象，就要求土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能夠在保證土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的前提下，還能最大程度上的降低建筑成本，這對于整個(gè)土木工程行業(yè)設(shè)計(jì)人員來說，是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
1土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀
土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，不僅會影響到后期工程施工的進(jìn)度，還直接對工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不良后果。近幾年來，大型橋梁的建設(shè)以及高速公路的迅猛發(fā)展，都為我國經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展帶來了巨大的幫助，這就促使土木工程建設(shè)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能夠充分地考慮各種因素，來加強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。目前，我國的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在著一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
(1)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)范。相較于其他國家，我國現(xiàn)有的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)較低，也不規(guī)范，比如說，建筑工程的使用年限、土木工程結(jié)構(gòu)的牢固性和實(shí)際承載力等這些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)都低于其他國家，這就使得我國的土木工程建設(shè)質(zhì)量從根本上就達(dá)不到安全使用的標(biāo)準(zhǔn)，造成安全事故的頻繁發(fā)生。
(2)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性差。在一些土木工程的安全事故中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性差就是重要原因之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，是整個(gè)土木工程建設(shè)質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只要有一個(gè)地方出現(xiàn)穩(wěn)定性差的問題，根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)自身具有的延展性，就會對整個(gè)土木工程的穩(wěn)定性造成影響。
(3)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏耐久性。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的耐久度不高，也是我國土木工程建設(shè)中常見的問題之一。我國幅員遼闊，南北地域差異大，而氣候的差異也直接提高了對整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)的要求。而有些設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，忽視了環(huán)境氣候?qū)ν聊竟こ痰挠绊懀雇聊竟こ痰氖褂脡勖蟠罂s短。
(4)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震效果差。近年來，我國的地震災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，所以，為了加強(qiáng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震能力，國家對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震系數(shù)又有了新規(guī)定。但在實(shí)際的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有些設(shè)計(jì)人員只是一味的追求經(jīng)濟(jì)性，而忽視了對承重墻荷載力的實(shí)際測試，一旦發(fā)生地震，這些工程結(jié)構(gòu)根本無法抵抗劇烈的震動，造成墻體開裂甚至是坍塌，進(jìn)而造成嚴(yán)重的后果。
2提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的措施
(1)在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，應(yīng)該選擇行業(yè)內(nèi)有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位來進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)單位往往具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的設(shè)計(jì)設(shè)備，設(shè)計(jì)人員的專業(yè)綜合素質(zhì)也相對較高，他們能夠充分考慮到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種問題，結(jié)合實(shí)際，為以后的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
(2)在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對已有的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行反復(fù)的論證和提高，并且對一些概念性設(shè)計(jì)隨時(shí)保持思路清晰。目前，概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為保證整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否安全可靠的主要設(shè)計(jì)思想。打個(gè)比方來說，在對建筑材料的選擇中，進(jìn)行全面的安全性評估，同時(shí)，可以利用精準(zhǔn)的計(jì)算對概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行核對，以此來獲得更具有可行性的結(jié)構(gòu)模式，進(jìn)而提高整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。
(3)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要對涉及到的所有數(shù)值進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的計(jì)算。要運(yùn)用更科學(xué)合理的管理方法對整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)致劃分，并且逐個(gè)的對所有子項(xiàng)目進(jìn)行核對，爭取不遺漏任何一個(gè)項(xiàng)目的計(jì)算內(nèi)容。這就使整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性得到了保證。
(4)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要簡單而準(zhǔn)確的對設(shè)計(jì)文件進(jìn)行細(xì)節(jié)說明。由于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的施工人員專業(yè)素質(zhì)參差不齊，針對一些重要的提示內(nèi)容或細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該選擇通俗易懂的語言來進(jìn)行表述，尤其是一些較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)，更應(yīng)該將其中每一個(gè)環(huán)節(jié)的具體設(shè)計(jì)思路和施工工藝加以說明，進(jìn)而在后期的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中，保證安全性和設(shè)計(jì)人員的安全預(yù)期相一致。
(5)在施工過程中要嚴(yán)格控制對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的變更。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)工程，其中每一個(gè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)是非常緊密的，牽一發(fā)而動全身，只要某一個(gè)結(jié)構(gòu)因?yàn)榭陀^因素需要改變時(shí)，不僅會影響這個(gè)結(jié)構(gòu)的施工工藝和性能，還會對與之相關(guān)聯(lián)的其他結(jié)構(gòu)造成影響。所以，在設(shè)計(jì)之初，要考慮到可能發(fā)生的所有問題，并提出解決方案，盡可能的適應(yīng)現(xiàn)有的施工條件，以此來減少因設(shè)計(jì)不合理而造成的損失。
3提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的措施
(1)為了提高土木工程的經(jīng)濟(jì)性，可以在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初就對整個(gè)成本進(jìn)行控制，最常見的就是招投標(biāo)，它可以利用設(shè)計(jì)方案、施工成本等綜合性評估來選擇最能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性預(yù)想的施工單位，以此來降低土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本。選擇一些有資質(zhì)的施工單位，盡量避免假公濟(jì)私的行為，并且綜合考量它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在保證工程安全質(zhì)量的前提下保證低成本，極大地減少了土木工程的總體投資，提高了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。
(2)在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該采用靈活的設(shè)計(jì)思路以及方式。盡量避免使用標(biāo)準(zhǔn)圖來作為設(shè)計(jì)的參考資料，盡管參照這些標(biāo)準(zhǔn)圖可以大大減少設(shè)計(jì)的難度和時(shí)間，并能夠有效規(guī)避設(shè)計(jì)錯(cuò)誤帶來的風(fēng)險(xiǎn)，但是，由于這些標(biāo)準(zhǔn)圖往往都建立在高標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，而高標(biāo)準(zhǔn)就代表著高成本。因此，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)利用本身所具備的專業(yè)技能，在保證工程結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)方式，同時(shí)還能夠最大限度的降低施工成本。
(3)在整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該全面系統(tǒng)的考慮到所涉及的安全因素和數(shù)據(jù)參數(shù)，比如材料、面積、布局、所需鋼筋數(shù)量等，這些因素單獨(dú)拿出來可能很微小，但是卻會對整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的安全質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性造成影響。打個(gè)比方來說，如果對施工材料的價(jià)格或者數(shù)量沒有一個(gè)充分的了解，就會在以后的施工過程中造成材料的浪費(fèi)或者影響。而關(guān)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該考慮到它本身的極限載荷量和其他參數(shù)，并將土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的所有參數(shù)盡可能的進(jìn)行合并和統(tǒng)一，以此來控制土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。
(4)加強(qiáng)與有關(guān)部門的溝通與合作。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅僅會涉及到單純的施工環(huán)節(jié)，還會需要大量的輔助性資料和工作。比如說地質(zhì)勘探獲得的資料和數(shù)據(jù)、材料檢驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)等等，這些環(huán)境氣候、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等客觀因素會對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和安全需要產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。因此，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，需要設(shè)計(jì)人員能夠與各個(gè)相關(guān)部門進(jìn)行溝通與合作，并獲取設(shè)計(jì)所需的全面性資料和數(shù)據(jù)，來輔助提高整個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。
4結(jié)語
土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證整個(gè)土木工程安全性和使用功能的基礎(chǔ)，也是整個(gè)土木工程項(xiàng)目耗費(fèi)資源最大的體系。因此，在當(dāng)今土木工程建設(shè)行業(yè)中，就要求土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能夠在保證工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的前提下，也要充分考慮到整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。所以說，只有土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性得到保障，才能使整個(gè)土木工程建設(shè)行業(yè)有一個(gè)更好的發(fā)展前景，從而為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
作者：張璐 單位：北京國科天創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司保定分公司
摘要：
地下室是建筑的重要組成部分，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞和施工質(zhì)量，直接關(guān)系到建筑整體的性能。建筑工程在設(shè)計(jì)過程中，必須重視地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證建筑整體的質(zhì)量。本文對建筑工程地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討，希望對相關(guān)建筑設(shè)計(jì)工作者有所幫助。
關(guān)鍵詞：建筑工程；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析探討
從目前來看，一般較高的建筑都設(shè)有地下室，而且隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑的地下室層數(shù)也在逐漸增加，可以說，建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一直是建筑設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分內(nèi)容，也是在設(shè)計(jì)過程中相對較難的內(nèi)容。對建筑工程地下室設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)的討論，有助于提升行業(yè)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)工作者的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，提升建筑的整體質(zhì)量，也有助于提升我國建筑工程設(shè)計(jì)中地下室設(shè)計(jì)的整體能力。地下室在設(shè)計(jì)中，需要關(guān)注多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，即重點(diǎn)考慮的問題，只有正確處理和應(yīng)對這些設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)，才能真正實(shí)現(xiàn)建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量提升。在此，將地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)分析如下：
一、地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是建筑地下室設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，但是這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的影響相對較小，只需要保證足夠的承重能力和空間布置合理度即可。例如建筑地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于建筑占地面積、和建筑戶型分配設(shè)計(jì)的，在居民樓的設(shè)計(jì)中，地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在合理程度上壓縮每個(gè)房間的空間，使地下室盡量具有更多的房間，使更多的住戶可以使用，而酒店的地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則完全不同，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出停車場，在保證足夠承重的情況下，盡量設(shè)計(jì)出足夠大的停車空間。地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在綜合考慮開發(fā)商意圖、承重能力、建筑功能等的基礎(chǔ)上進(jìn)行，才能保證其設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。
二、地下室抗震性能設(shè)計(jì)
現(xiàn)代建筑在設(shè)計(jì)中，越來越多地考慮了抗震性能，在地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，也需要重點(diǎn)考慮抗震性能，尤其是在一些地震多發(fā)的地區(qū)。地下室的抗震性能設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)保證地下室的足夠深度，越高的建筑，其地下室的埋藏深度應(yīng)當(dāng)越深，以提升其抗震性能。另外，地下室的抗震性能高低也和地下室的墻壁結(jié)構(gòu)、材料有關(guān)，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行地下室設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)圖紙，應(yīng)用科學(xué)的方式對地下室的墻壁進(jìn)行加固，使地下室的抗震能力達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。另外，地下室的頂板和上層建筑是牢固貼合的，地下室的抗震等級應(yīng)當(dāng)和地上部分的建筑的抗震等級相同，例如，建筑地上部分的抗震等級是二級，那么此建筑的地下室部分的抗震等級也應(yīng)當(dāng)達(dá)到二級，以保證發(fā)生地震時(shí)建筑整體的穩(wěn)定性，不至于因?yàn)榈叵率业目拐鹦阅苓^低而使建筑發(fā)生坍塌。
三、地下室的抗?jié)B、抗浮性能設(shè)計(jì)
建筑在使用過程中，除了可能遭遇地震發(fā)生的情況外，也可能遭遇大雨和水分下滲的情況，因此，對于建筑地下室的抗?jié)B、抗浮設(shè)計(jì)也是非常重要的，同時(shí)保證建筑整體質(zhì)量和安全性的重要內(nèi)容。具體來說，應(yīng)當(dāng)采取以下措施來提高建筑地下室的抗?jié)B、抗浮性能：在相關(guān)建筑設(shè)計(jì)條件允許的情況下，適當(dāng)提高建筑基坑底部的設(shè)計(jì)高度，這樣可以在一定程度上起到抗浮、抗?jié)B作用；盡量應(yīng)用無梁樓蓋和寬扁梁進(jìn)行施工，寬扁梁和無梁樓蓋的應(yīng)用，可以有效地降低地下室部分的高度，降低抗浮水位，增加建筑的抗浮、抗?jié)B性能；增加地下室部分的重量，可以采用基板加載、邊墻加載和頂板加載的辦法，這種方式相對容易實(shí)現(xiàn)，在施工過程中的應(yīng)用也非常簡單、方便；設(shè)計(jì)抗拔樁，這種方法的應(yīng)用非常常見，效果也非常好，最好使抗拔樁嵌入到堅(jiān)硬的地下巖石層中，并對抗拔樁進(jìn)行灌漿處理，使抗拔樁更加穩(wěn)固，增加地下室的抗?jié)B、抗浮性能。
四、地下室結(jié)構(gòu)超長的情況處理
在很多情況下，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都可能出現(xiàn)超長的情況，超出40m~50m的情況還是比較常見的，這種情況的出現(xiàn)，對于提升地下室的質(zhì)量是不利的，因此，必須采取適當(dāng)?shù)姆椒☉?yīng)對這種情況。在這種情況下，地下室雖然受到溫度、濕度等的影響較小，但是很容易受到周圍環(huán)境帶來的壓縮力和約束力，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫，因此，最重要的問題就是如何采取有效的手段控制地下室在結(jié)構(gòu)超長的情況下產(chǎn)生的裂縫。一般來說，可以采取增設(shè)后澆帶的方法，普通的后澆帶寬度設(shè)計(jì)為80cm~100cm即可，鋼筋在后澆帶的保護(hù)下不容易斷裂，而在超長的情況下，后澆帶的寬度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)改變，根據(jù)鋼筋搭接需要的最低尺寸和搭接需要的操作空間來實(shí)際確定。此外，也可以采取如在混凝土中摻入微膨脹劑、設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶、提升鋼筋混凝土抗拉力等方法來防止地下室在結(jié)構(gòu)超長情況下的裂縫產(chǎn)生，增加地下室質(zhì)量。
五、地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，是混凝土、水、鋼筋的比例問題，以保證地下室外墻能夠承受足夠的建筑上層壓力。具體來說，建筑物地下室的外墻所需承受的壓力來自兩個(gè)方向，一個(gè)是豎直方向的，一個(gè)是水平方向的，豎直方向的壓力來自于建筑物地下室上層的質(zhì)量帶來的壓力，水平方向的壓力來自于建筑物周圍土層的壓力。另外，在大風(fēng)天氣，也會給建筑物的地下室?guī)硪欢ǖ膲毫υ黾?，建筑設(shè)計(jì)工作應(yīng)當(dāng)充分考慮到建筑地下室在不同的條件和情況下的壓力承受情況，通過合理的設(shè)計(jì)保證建筑物地下室外墻在多種情況下都可以保持足夠的荷載能力。在對建筑地下室需要承受的水平方向和豎直方向的壓力進(jìn)行相對準(zhǔn)確的估計(jì)后，再對建筑地下室外墻施工所用的混凝土、水以及鋼筋的比例進(jìn)行合理規(guī)定，確保地下室外墻抗壓能力，同時(shí)也保證成本不要超過預(yù)算。
六、地下室的頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地下室的頂板，是地下室和建筑上層連接、貼合的地方，其質(zhì)量和性能高低關(guān)系到建筑物地下室和上層建筑的整體功能協(xié)同性，因此，對于地下室頂板的設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)重視。對于地下室頂板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)在充分考慮設(shè)備管線高度和保護(hù)土層的基礎(chǔ)上進(jìn)行。地下室頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其承載力數(shù)值應(yīng)當(dāng)通過合理的計(jì)算獲得，充分考慮建筑的高度、建筑的功能、建筑需要面對的惡劣環(huán)境等。對于一些特定功能的建筑，其地下室還需要考慮防爆性，使建筑地下室的爆動荷載達(dá)到消防車作用板面的爆動荷載，以保證建筑地下室的在遭遇爆炸是能夠起到穩(wěn)定建筑整體的作用。地下室頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)建筑功能是實(shí)際情況，以精確的荷載計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行。相關(guān)建筑設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)重視這一點(diǎn)，充分考慮地下室頂板設(shè)計(jì)需要考慮的因素，以免由于考慮不充分而造成設(shè)計(jì)漏洞，引發(fā)嚴(yán)重后果。
結(jié)語
現(xiàn)階段，我國的建筑設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，而此時(shí)，人們對于建筑的各種功能要求也越來越高。在這樣的情況下，建筑地下室這一對建筑質(zhì)量、功能影響重大的設(shè)計(jì)內(nèi)容，就需要引起相關(guān)建筑設(shè)計(jì)工作人員的重視。在建筑地下室的設(shè)計(jì)中，建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮各種影響因素，制定地下室設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)，通過合理、可行的手段，對地下室的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)，通過對地下室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，提升建筑整體的質(zhì)量，增加建筑的穩(wěn)定性和其他相關(guān)功能。
作者：孫迪 單位：鄭州市人防工程設(shè)計(jì)研究院
一、現(xiàn)場踏勘
給排水管道距離比較長，有些管道要穿越城鎮(zhèn)密集區(qū)，有些要跨越山脈和河流，還有的會橫跨公路和鐵路，因此地形條件比較復(fù)雜，對其進(jìn)行現(xiàn)場勘查就十分有必要。如果不及時(shí)勘查地形或者地貌情況，那么對于管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會考慮不全面，對于給排水工程的整體質(zhì)量也會產(chǎn)生一定的影響。在進(jìn)行現(xiàn)場勘查時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)同給排水和概預(yù)算等專業(yè)設(shè)計(jì)人員一同參謀，并選擇合適的線路，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況在施工圖紙中進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，還要注意對個(gè)別疑難地進(jìn)行重點(diǎn)勘查和設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場踏勘這一工序在市政給排水管道工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是必須可少的，而且是非常重要的工序，需要專業(yè)設(shè)計(jì)等人員積極參與，并進(jìn)行選線工作，踏勘以后提出專業(yè)意見以供給排水平面設(shè)計(jì)參考，從而保證管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和規(guī)范性。
二、測量和地勘要求
1.勘探點(diǎn)距和鉆孔深度。根據(jù)要求，勘探點(diǎn)要在管道的中線上布置，而且不能偏離中線太遠(yuǎn)，最多為3m，間距一般為30-100m，根據(jù)不同的地形條件選擇不同的間距，對于地形復(fù)雜而且變化較大的地段，間距應(yīng)當(dāng)小些要密集一些，深度要達(dá)到埋設(shè)深度以下并在1m以上，遇到河流的話要繼續(xù)鉆，達(dá)到河床最大沖刷深度以下2-3m。
2.提供勘探成果要求。提供的勘探成果要求主要有：第一，要認(rèn)真查明管道埋設(shè)深度范圍內(nèi)的地層形成原因、巖石的特征以及厚度；第二，要劃分沿線地質(zhì)單元；第三，要對沿線的滑坡、泥石流、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害容易發(fā)生的地域范圍、發(fā)展趨勢以及對管道可能造成的影響進(jìn)行深入調(diào)查；第四，要調(diào)查巖層的產(chǎn)狀和分化破碎程度對管道產(chǎn)生影響的全部斷裂帶的性質(zhì)及其分布特點(diǎn)；第五，查明沿線井、泉的分布和水位具體情況；第六，對跨越河流的岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)查，并查明河床和兩岸地層巖性及洪水可能淹沒的范圍；第七，要查明沿線的施工條件、水文地質(zhì)遺跡地下水對混凝土和金屬管道的腐蝕程度，并提供專業(yè)設(shè)計(jì)參數(shù)和建議；第八，針對開挖坡度和軟弱地基處理提供建議；第九，要對地震效應(yīng)和液化進(jìn)行評價(jià)。
三、管道設(shè)計(jì)內(nèi)容
1.結(jié)構(gòu)形式。管道的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)管道的用途，也就是看是用作給水還是排水，是處理污水還是雨水以及工作環(huán)境、流量、水文地質(zhì)情況以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等經(jīng)過專業(yè)人員分析以后提出相對比較科學(xué)的參考意見。一般而言，承壓管道大多采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、鋼管、鑄鐵管或者現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵；而非承壓管大多采用混凝土管、砌體蓋板涵、鋼筋混凝土管和現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等。在具體的實(shí)施中根據(jù)具體情況而定，當(dāng)污水管道的口徑相對比較大時(shí)，最好采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵，對于過河渠、公路和鐵路等特殊地段的非承壓管也可采用光管的形式，對于比較大型的工程也會采用盾構(gòu)造結(jié)構(gòu)形式。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)管道的規(guī)格、地面載荷、埋置深度和地下水位等情況通過試驗(yàn)來計(jì)算管道的剛度和強(qiáng)度，并對其進(jìn)行復(fù)核，并提供管道壁厚、管道等級和結(jié)構(gòu)配筋圖。對于特殊要求需要進(jìn)行加固的管道，可以采用管廊、混凝土或者鋼筋混凝土包管等措施來加固。當(dāng)遇到鋼管計(jì)算出的壁厚缺乏經(jīng)濟(jì)性的問題時(shí)可以使用加助的方法進(jìn)行處理，在具體實(shí)施中應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況來確定指標(biāo)。
3.敷設(shè)方式。對于管道的敷設(shè)方式選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)地面地下障礙物和埋置的深度來確定，一般常用溝埋式的敷設(shè)方式，另外還有上埋式、頂管和架空等方式。當(dāng)使用購買時(shí)的敷設(shè)方式具有難度時(shí)，可以選擇頂管和架空等敷設(shè)方式?？傊?，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同對敷設(shè)方式的選擇也不同，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。
4.抗浮穩(wěn)定。在管道敷設(shè)時(shí)會遇到地下水位比較高或者施工期間連續(xù)下雨的情況，因此給排水管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定要高度重視管道的抗浮穩(wěn)定，根據(jù)專業(yè)計(jì)算采取相應(yīng)的措施來抗浮，從而保證管道工程的質(zhì)量。
5.抗震設(shè)計(jì)。在進(jìn)行市政給排水管道工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)尤其要重視對抗震的設(shè)計(jì)，要盡量避開對抗震不利的場地和地基，實(shí)在無法避免的就應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程的重要性進(jìn)行綜合考慮。為了滿足抗震的設(shè)計(jì)要求，盡量選擇抗拉、抗折、延展性好并且強(qiáng)度高的鋼管，一般選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的管道，并做好鋼管的防腐蝕措施從而保證管道的質(zhì)量。
四、管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的問題的問題
1.管道滲漏問題。市政工程給排水管道設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問題之一就是管道的滲漏，管道的滲漏可能由多方面的原因造成的，概括來講，主要有兩方面原因：一方面，管道材料自身的問題，為了降低成本而使用一些不合格、砂眼和彎頭質(zhì)量不過關(guān)的材料，在使用的過程中由于達(dá)不到工程規(guī)定的要求，因此很容易造成管道的滲漏；另一方面，施工的組織管理存在缺陷，在施工過程中如果不對監(jiān)督施工狀況進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)督，施工人員就會放松警惕，安全和質(zhì)量意識就會下降，這樣就很容易造成管道接口由于缺乏嚴(yán)格密封導(dǎo)致管道滲漏。針對此，在今后的管道設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的施工環(huán)境來選取不同材料的管道，從而降低管道漏損的概率。在管道材料中經(jīng)常使用球墨鑄鐵管和玻璃鋼夾紗管，這些材料具有管壁厚、環(huán)向剛度大和耐腐蝕等優(yōu)勢，盡管成本比較高，但是使用壽命很長，因此成為優(yōu)先選擇的材料。此外，要加強(qiáng)對施工過程的監(jiān)督，不斷增強(qiáng)施工人員的質(zhì)量意識，一旦出現(xiàn)問題要及時(shí)糾正，從而保證管道的施工質(zhì)量。
2.管道堵塞問題。市政工程給排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問題還有管道的堵塞，管道堵塞也是經(jīng)常發(fā)生的問題。管道一旦堵塞，污水和雨水等將得不到及時(shí)的排泄，給人們的日常生活造成很大不便。具體來講，管道內(nèi)部很容易進(jìn)入地面上的垃圾，經(jīng)過水流的作用以后會在彎頭等處匯集，由于清理不及時(shí)，這些垃圾就會淤積起來，最終導(dǎo)致管道堵塞。因此針對垃圾堵塞管道的情況，在今后的給排水工程施工過程中，如果不進(jìn)行安全工作那么可以用麻袋纏縛在管道的接口處，在它的上面蓋上木板，這樣垃圾就不會進(jìn)入到管道內(nèi)。再者如果不慎垃圾進(jìn)入管道造成堵塞，要及時(shí)換管道，還應(yīng)當(dāng)對周圍地區(qū)的管道及時(shí)進(jìn)行檢查，從而減少必要的損失；另一方面，還要優(yōu)化管道的設(shè)計(jì)，可以適當(dāng)增大管道的內(nèi)徑，從而減少管道堵塞的發(fā)生。
3.給排水管道設(shè)計(jì)中的其他問題。在給排水管道設(shè)計(jì)中除了上述量大需要注意的問題以外還應(yīng)當(dāng)注意在用戶管線出口建立格柵、在檢查井底設(shè)置沉淀地以及在檢查井內(nèi)設(shè)置閘槽等問題，只有這樣才能保證給排水管道設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，才能保證整體施工質(zhì)量。
作者：李書林
0引言
隨著煤機(jī)設(shè)備朝大功率、大規(guī)格和大扭矩方向發(fā)展，產(chǎn)品可靠性和壽命的要求也越來越高，而受井下空間尺寸的限制，齒輪傳動要求的功率體積比越來越大。行星輪傳動裝置采用多個(gè)行星輪同時(shí)傳遞載荷，實(shí)現(xiàn)功率分流，具有傳動比大、體積小、重量輕、效率高、振動小、噪音低的優(yōu)點(diǎn)，得到越來越普遍的應(yīng)用。
1使用現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的行星傳動裝置一般采用雙軸承支撐行星軸，軸承或置于行星輪內(nèi)，或置于行星架中，見圖2，軸承不可避免地要占用有限空間內(nèi)的徑向尺寸，在有限空間內(nèi)布置軸承就需要減小減小行星軸直徑或行星輪、行星架外壁壁厚，在具體設(shè)計(jì)計(jì)算中，在一定空間尺寸限制下，很難同時(shí)滿足行星輪或行星架、行星軸強(qiáng)度及軸承壽命要求。目前，國內(nèi)為提高行星傳動系統(tǒng)功率體積比，設(shè)計(jì)中往往采用去內(nèi)圈或外圈的滾動軸承及行星軸充當(dāng)內(nèi)圈、行星輪內(nèi)孔充當(dāng)外圈的滾珠軸承方式。在空間尺寸緊張、轉(zhuǎn)速較低的情況下，采用薄壁滑動軸承的結(jié)構(gòu)。但在功率、體積矛盾日益突出的情況下，行星軸的徑向尺寸加大10mm，甚至是5mm對強(qiáng)度的影響也不可忽視：比如一根直徑50mm的軸，其抗彎截面模量是直徑45mm軸的1.37倍，那么在彎矩相同的情況下，其應(yīng)力值僅為直徑45mm軸的72%左右。因此，采用無軸承行星傳動結(jié)構(gòu)，可在有限空間內(nèi)合理分配行星軸、行星輪、行星架的空間尺寸，均衡各零件強(qiáng)度，提高行星傳動的整體可靠性。
2無軸承行星傳動結(jié)構(gòu)
無軸承行星傳動結(jié)構(gòu)，見圖5，行星軸與行星架固定，無軸承支撐，行星輪與行星軸相對旋轉(zhuǎn)，行星軸兼具軸承的功能。該結(jié)構(gòu)充分利用有限空間，提高行星傳動功率體積比。國外先進(jìn)煤機(jī)制造商已有使用該技術(shù)的相關(guān)的產(chǎn)品問世，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了很好地應(yīng)用，中國目前尚未發(fā)現(xiàn)有使用無軸承行星傳動結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)礦用齒輪箱，該項(xiàng)目的研究在國內(nèi)尚屬空白。無軸承行星傳動的關(guān)鍵在于合理分配行星軸、行星輪、行星架的空間尺寸，均衡各零件強(qiáng)度，提高行星傳動的整體可靠性。設(shè)計(jì)過程中，首先利用經(jīng)典力學(xué)理論計(jì)算齒輪壽命和強(qiáng)度、行星軸強(qiáng)度，并調(diào)整行星軸直徑，保證二者均滿足設(shè)計(jì)要求，然后利用有限元軟件進(jìn)一步分析行星輪、行星軸和行星架，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使行星架強(qiáng)度與行星輪、行星軸強(qiáng)度均衡，提高行星組件體積功率比。無軸承行星傳動行星輪與行星軸、行星軸與行星架之間的配合關(guān)系也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。行星架的孔的加工難度高于行星輪的孔的加工難度，正常情況下，行星軸與行星架配合按基孔制，行星軸與行星輪配合按基軸制。行星軸與行星架固定，安裝定位鍵，防止行星軸與行星架發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，這樣行星軸與行星架可選較松的配合，便于裝配，只需滿足定心要求即可。行星輪與行星軸相對旋轉(zhuǎn)，應(yīng)選擇間隙配合，但間隙太大，影響齒輪嚙合及均載效果；間隙太小，行星輪與行星軸之間無法形成油膜，行星軸磨損嚴(yán)重，影響行星軸使用壽命。另外，無軸承行星傳動的原理上是一種滑動摩擦，工作部件溫度較高，必須考慮行星軸的熱膨脹量對配合間隙的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，行星輪孔的公差要加入熱膨脹量，熱膨脹量的值可按下式計(jì)算：σ=dtε，（1）式（1）中，σ為行星軸的熱膨脹量，mm；d為行星軸的直徑，mm；t為環(huán)境溫度，℃；α為材料熱膨脹系數(shù)。行星輪與行星軸配合關(guān)系影響潤滑油膜形成質(zhì)量，初步確定后必須按潤滑方式研究部分進(jìn)行詳細(xì)校核，合理調(diào)整。
3結(jié)語
煤礦井下條件惡劣，巷道底板不平整，經(jīng)常有較多煤泥水，承載能力相對較低，因此，行走齒輪箱必須提供充足的動力，保證整機(jī)可靠運(yùn)行。在井下工業(yè)性試驗(yàn)期間，項(xiàng)目組對應(yīng)用無軸承行星傳動結(jié)構(gòu)行走齒輪箱進(jìn)行功率、振動等方面數(shù)據(jù)的采集，并分析實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示無軸承行星傳動裝置動力輸出穩(wěn)定。
作者：石濤 單位：中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司
0引言
扭力扳手是一種能夠?qū)崟r(shí)反饋并控制擰緊力矩的常用工具,可以施加準(zhǔn)確的擰緊力矩?，F(xiàn)有的扭力扳手都要先設(shè)定所需扭矩值再進(jìn)行擰緊操作，這要求操作者對螺栓所需扭矩值有一定的掌握。對此，課題組研制了一款根據(jù)螺栓規(guī)格自動設(shè)定所需扭矩值的智能扭力扳手。該智能扭力扳手可實(shí)現(xiàn)自動識別螺栓規(guī)格，輔助設(shè)置相關(guān)參數(shù)，自動計(jì)算螺栓的許用扭矩，采用扭矩傳感器采集施加的扭矩值與許用扭矩值比較，達(dá)到許用值時(shí)扳手手柄出現(xiàn)微動失效，及時(shí)卸載并提示不再加力。機(jī)械機(jī)構(gòu)部分主要實(shí)現(xiàn)自動計(jì)算許用扭矩和加力達(dá)到所需值時(shí)及時(shí)卸載失效，防止因用力過猛損壞零部件。
1設(shè)計(jì)思路
智能扭力扳手由控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)2部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要包括無級定位夾持機(jī)構(gòu)和過載微動失效機(jī)構(gòu)。夾持機(jī)構(gòu)不但要適應(yīng)不同規(guī)格的螺栓，還要實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)螺栓規(guī)格與所需扭矩值的傳感器功能。因此選用無級定位的方式既能實(shí)現(xiàn)夾持裝置活動端任意位置定位，用于夾持不同規(guī)格的螺栓，并且在加力時(shí)保持穩(wěn)定，又可通過活動端與電位器關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)開口大小的檢測；過載微動失效機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)過載后在電磁鐵的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)扳手頭部和手柄連接鉸鏈的輕微轉(zhuǎn)動，及時(shí)減小施加載荷，并提示操作者不再加力。
2設(shè)計(jì)原理
（1）無級定位夾持機(jī)構(gòu)
夾持機(jī)構(gòu)用于夾持螺栓六角頭，為了適應(yīng)不同規(guī)格的螺栓，夾持開口大小必須可調(diào)。傳統(tǒng)的活動口扳手的調(diào)整是利用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，利用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的反向自鎖實(shí)現(xiàn)活動端的定位，但是這種機(jī)構(gòu)傳動效率低，扳手開口調(diào)節(jié)較慢。本文所設(shè)計(jì)的無級定位夾持機(jī)構(gòu)通過滑塊在定位軌道中滑動調(diào)節(jié)開口大小，調(diào)節(jié)大小一步到位，效率較高，利用接觸面的摩擦力實(shí)現(xiàn)定位，穩(wěn)定可靠。
（2）夾持機(jī)構(gòu)原理分析
無級定位夾持機(jī)構(gòu)由扳手頭主體、滑塊、活動端、銷軸等幾部分組成。如圖1所示，滑塊與活動端通過銷軸鉸接，滑塊在扳手頭主體的導(dǎo)槽中滑動，活動端的下表面在導(dǎo)軌上表面上滑動，活動端中間部位的三角形凸起用于夾持螺栓頭的定位。
（3）過載微動失效機(jī)構(gòu)原理分析
由于智能扳手控制系統(tǒng)的輸出電壓最大為12V，低電壓電磁鐵的電磁力是有限的，因此利用鋼珠的滾動摩擦系數(shù)低特性，實(shí)現(xiàn)大載荷微動機(jī)構(gòu)的低電壓驅(qū)動。過載失效機(jī)構(gòu)原理。該機(jī)構(gòu)由扳手頭部、聯(lián)接銷軸、扳手手柄、卡栓、復(fù)位彈簧、鋼珠、鎖緊套、電磁鐵等零部件組成，扳手頭部和手柄通過聯(lián)接銷軸鉸接，卡栓圓柱面有凹槽來配合鋼珠并在鎖緊套的作用下將卡栓定位。電磁鐵為動力元件，不通電時(shí)，鎖緊套在復(fù)位彈簧的作用下將鋼珠和卡栓鎖緊，卡栓的上表面與扳手頭部下表面相接觸，鉸接處無法轉(zhuǎn)動。當(dāng)擰緊螺栓時(shí)，控制系統(tǒng)檢測施加的扭矩值并與所需值比較，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需扭矩值時(shí)，給電磁鐵通電，鎖緊套在磁鐵吸力的作用下向下運(yùn)動使鋼珠和卡栓解脫，卡栓解脫后在施加扭矩的作用下鉸接處發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到頭部與手柄壁接觸為止。扳手?jǐn)Q緊螺栓過程中力量較大，小電壓驅(qū)動的電磁鐵力量比較小，此機(jī)構(gòu)巧妙的運(yùn)用鋼珠摩擦系數(shù)小的特性，使用較小的驅(qū)動力使扳手在施加扭矩值達(dá)到所需值后及時(shí)卸載，有效防止扭矩值的進(jìn)一步增大。
3仿真與優(yōu)化
（1）有限元仿真
扳手頭部夾持機(jī)構(gòu)受力較大，運(yùn)用大型有限元分析軟件ANSYS對其進(jìn)行靜力學(xué)仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步對模型進(jìn)行優(yōu)化。裝配體的有限元分析計(jì)算中，需要考慮各零件之間的接觸問題，本設(shè)計(jì)中接觸面之間的摩擦系數(shù)是重要參數(shù)。因此，首先要建立合理的力學(xué)模型，正確設(shè)置各接觸面的接觸類型及摩擦系數(shù)。扳手?jǐn)Q緊螺栓時(shí)，夾持端面會受到被夾持件的反作用力。對夾持機(jī)構(gòu)的夾持接觸面施加法向載荷，模擬螺栓的擰緊過程，有限元網(wǎng)格劃分模型如圖4所示。該扳手的使用范圍為M5～M24。經(jīng)計(jì)算，擰緊M24的普通六角頭螺栓需要施加260Nm的扭矩，M24的螺栓六角頭對邊距為36mm，需要2個(gè)夾持面各施加大小約7kN的力。因此，分別對2個(gè)夾持端面施加法向載荷，大小均為7kN，設(shè)置活動端和滑塊與扳手主體的摩擦系數(shù)為0.3，在機(jī)構(gòu)與手柄聯(lián)接處施加固定約束。
（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化
仿真結(jié)果顯示，該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模型存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，受力不均勻，這是由于模型設(shè)計(jì)中形狀突變造成的，可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善此問題。根據(jù)各個(gè)零件的應(yīng)力云圖，各個(gè)零件分別做以下優(yōu)化：①扳手主體。在夾持頭與主體聯(lián)接突變處，添加肋板進(jìn)行加固，并將突變處更改為圓角過渡；②活動端。在活動端中間部位銷軸上方的突變處進(jìn)一步加固，將圓角過渡更改為肋板，在活動端與主體接觸摩擦面位置受力較大處，對通槽中無干涉位置進(jìn)行實(shí)體填充，直角改為圓角。
4結(jié)語
針對智能扭力扳手的總體方案，設(shè)計(jì)了其機(jī)械機(jī)構(gòu)部分。巧妙的運(yùn)用鋼球組合機(jī)構(gòu)解決了小力驅(qū)動控制大力機(jī)構(gòu)的微動，分析了夾持機(jī)構(gòu)利用摩擦力實(shí)現(xiàn)無級定位的可行性。并運(yùn)用ANSYS軟件對夾持機(jī)構(gòu)的受力進(jìn)行了靜力學(xué)分析，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后各部位的應(yīng)力值滿足設(shè)計(jì)要求。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足了智能扭力扳手的設(shè)計(jì)需求，智能扭力扳手能有效解決技術(shù)資料在工程實(shí)際中運(yùn)用較少的問題，能夠快速準(zhǔn)確地施加擰緊力矩，智能化程度進(jìn)一步提高。
作者：趙排航 王克印 黃海英 陳玉昆 單位：軍械工程學(xué)院
0引言
隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口的增加，高層建筑逐漸成為了建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。而在高層建筑的發(fā)展過程中，高層建筑的安全問題也逐漸凸顯了出來，如何提高高層混凝土建筑的抗震性能成為建筑行業(yè)需著重考慮的問題。但在提高高層混凝土建筑抗震性能時(shí)應(yīng)首先明確高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，才能抓住抗震設(shè)計(jì)的核心，提高高層混凝土建筑的抗震性能。
1高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求
高層混凝土建筑在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)保證建筑在遭受強(qiáng)震的過程中不倒，在中等地震中經(jīng)過維護(hù)還能繼續(xù)使用，在輕微的地震中保持穩(wěn)固，將損壞降低到最小。高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要達(dá)到抗震設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)做到剛?cè)岵⑦M(jìn)，綜合考慮建筑的受力情況，做好強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)，并根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，保證高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。
1．1綜合性要求
在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意建筑的剛度設(shè)計(jì)要求，利用物理學(xué)中的力學(xué)知識合理判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)特點(diǎn)，了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行、建筑材料的要求以及具體的施工場地。根據(jù)這些因素確定混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛度值，充分考慮各部分的建筑結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)實(shí)際情況予以不斷調(diào)整，逐漸提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能，使抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠抵抗強(qiáng)等級的地震，即使建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生輕微變形的情況下，建筑也能通過自我的調(diào)整，保證建筑的安全性［1］。
1．2具體要求
高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要充分考慮各方面的因素，尤其應(yīng)著重考慮關(guān)鍵部分的連接點(diǎn)作用與不同構(gòu)件的受力情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)要求，保證各連接點(diǎn)與構(gòu)件在地震中能發(fā)揮其作用。而在剛度方面，應(yīng)注意剛度值的具體要求，若高層混凝土建筑的剛度值過低，建筑在強(qiáng)震中會受到嚴(yán)重的破壞，直接損壞建筑的主體結(jié)構(gòu)，而在地震過后余震的作用下，建筑很可能會直接倒塌。除了混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛度值問題，建筑的延展性也應(yīng)引起重視，保障建筑的強(qiáng)度與剛度在合理的范圍內(nèi)，促進(jìn)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效用的發(fā)揮。
2地震發(fā)生過程中高層混凝土建筑的破壞特點(diǎn)
2．1地基破壞特點(diǎn)
高層混凝土建筑在地震發(fā)生過程中，若地基的土層較軟弱，地基會因土體的液化而發(fā)生沉降，進(jìn)而破壞地基，造成建筑上部結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，最終使得建筑在地震作用下發(fā)生坍塌;除此之外，高層建筑若在一些危險(xiǎn)地帶修建，尤其是在一些泥石流、滑坡等多發(fā)地段，在地震發(fā)生時(shí)，危險(xiǎn)地帶在地震的作用力下會產(chǎn)生二次性傷害，導(dǎo)致建筑的基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，引發(fā)建筑裂縫的產(chǎn)生，并在共振效應(yīng)下，損壞建筑的上部結(jié)構(gòu)，引發(fā)無可挽回的結(jié)果。
2．2結(jié)構(gòu)體系破壞特點(diǎn)
高層混凝土建筑為框架填充墻結(jié)構(gòu)時(shí)，在地震的作用力下，建筑整個(gè)平面中的內(nèi)框架柱上部容易引發(fā)剪切型的破壞，窗洞會因窗下墻的作用引發(fā)短柱性的損壞。但建筑若為框架剪力墻結(jié)構(gòu)則不易遭受嚴(yán)重的破壞。而在底框結(jié)構(gòu)中，由于底層的剛度較低，在地震的影響才會遭受嚴(yán)重的破壞，并且使用的若是框架填充墻結(jié)構(gòu)，底層的框架為敞開式的，在沒砌墻時(shí)剛度也較低，也易遭受嚴(yán)重的破壞。
2．3剛度破壞特點(diǎn)
高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)一般使用的是矩形平面結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生地震，建筑內(nèi)的電梯井會產(chǎn)生偏心作用，因此在強(qiáng)扭轉(zhuǎn)振動下會加重地震的作用力，加重破壞程度。而對于一些不對稱的平面結(jié)構(gòu)中，地震產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，造成建筑的損毀。
2．4構(gòu)件破壞特點(diǎn)
不同的構(gòu)件有不同的抗震性能。在高層混凝土建筑的框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，板與梁更容易遭受破壞，而剪力墻的窗臺下部位置也容易產(chǎn)生交叉裂縫;但框架柱由于設(shè)置了螺旋箍筋，加大了層間的位移角，因此，在地震作用下不易遭受破壞。
3加強(qiáng)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法
3．1做好建筑主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
建筑主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)抗震性能提高的最基本問題，因此應(yīng)重視建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意將結(jié)構(gòu)相同的單元設(shè)置在地基性一致的地面上，并保持結(jié)構(gòu)一致，對于地基位置上較軟弱的土層應(yīng)進(jìn)行處理，以免承載力的不同引發(fā)地基沉降，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄔ黾拥鼗A(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度，加強(qiáng)基礎(chǔ)承載力的同時(shí)，使承載力保持在一致的水平上。并且應(yīng)注重底框的運(yùn)用，因?yàn)榈卓螂m然經(jīng)濟(jì)實(shí)用，運(yùn)用用途廣，但結(jié)構(gòu)體系分布不均勻，易引發(fā)結(jié)構(gòu)的不均勻變形，甚至在嚴(yán)重的地震作用下，造成建筑部分開裂。因此，在使用底框時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)增加一些措施以使底框能保持較均勻的剛度，避免不均勻造成變形的出現(xiàn)。
3．2增加抗震防線的設(shè)計(jì)
高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)并不是由某一部分構(gòu)成的而是由不同的延性分體組成的，并且不同的延性分體并不是單獨(dú)的工作，例如框剪結(jié)構(gòu)是由剪力墻和框架分體組合而成的多肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，在通力合作下能在余震過程中發(fā)生作用，增加建筑的抗震性能。而增加抗震防線的重要性在于即使一道防線破壞，另一道防線也會繼續(xù)發(fā)生作用，減輕地震對建筑的破壞。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)建立一個(gè)由多構(gòu)件組合而成的抗震防線體系，保證同一平面內(nèi)的主要構(gòu)件屈服，其他的抗側(cè)力部件能在發(fā)生彈性時(shí)，延長主體結(jié)構(gòu)屈服的力度與時(shí)間，保證主體結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的延性以及抗側(cè)移性。此外，在設(shè)計(jì)過程中，若有的構(gòu)件出現(xiàn)抗側(cè)移值過大的狀況，減弱了其他構(gòu)件的強(qiáng)度，應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)構(gòu)件的抗側(cè)移能力，在設(shè)計(jì)中注意多重抗震防線的設(shè)計(jì)［3］。
3．3綜合多種抗震計(jì)算方法
在對高層混凝土建筑抗震計(jì)算中，位移計(jì)算的正確性不容忽視，并且應(yīng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定量分析，控制主體結(jié)構(gòu)的變形量，保證在中、低地震等級中，建筑的主體結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變形。在計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的承載力過程中，應(yīng)對高烈度地震中結(jié)構(gòu)的層間位移以及延性位移進(jìn)行實(shí)時(shí)性的計(jì)算，具體算出建筑構(gòu)件位移與結(jié)構(gòu)變形間的關(guān)系，得出建筑主要構(gòu)建的變形值，并對建筑截面的應(yīng)變情況予以分析，計(jì)算得出構(gòu)建的合理構(gòu)造值，最大限度的降低主體構(gòu)件在地震發(fā)生中的破壞程度。
3．4抗震的加固設(shè)計(jì)
在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因主要構(gòu)件應(yīng)滿足一定的延性要求，在樓層較高時(shí)，通過調(diào)節(jié)軸壓比以增強(qiáng)構(gòu)件的延性，但軸壓比又不應(yīng)過小，否則會造成結(jié)構(gòu)短柱，延性也會受到影響，在高強(qiáng)度的地震作用下，造成建筑的坍塌，因而應(yīng)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。首先，在地震的加固設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇螺旋復(fù)合箍筋，因?yàn)槁菪龔?fù)合箍筋能有效地提高建筑中柱子的抗沖擊力，從而提高短柱的抗震能力。其次，框架柱的抗剪能力應(yīng)與強(qiáng)剪弱彎以及剪壓比相對應(yīng)，并且柱子頂端的抗彎能力應(yīng)在強(qiáng)柱弱梁值的范圍內(nèi)，使短柱在強(qiáng)柱弱梁或強(qiáng)剪弱彎時(shí)也不會破壞剪切性，增加建筑的抗震力度。最后，因?yàn)槎讨目辜粜暂^弱，在地震中常出現(xiàn)在抗彎能力還沒起作用時(shí)已發(fā)生了剪性破壞，所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)減少短柱的抗彎能力，使其與抗剪力保持平衡，在地震發(fā)生時(shí)滿足短柱的抗彎屈服。但為了減弱短柱的抗彎強(qiáng)度，將柱子沿豎向設(shè)縫的情況，將其劃分成多個(gè)分體柱，并利用通縫或分隔板等連接鍵，增加建筑構(gòu)件的抗震性能，促進(jìn)建筑的抗震加固設(shè)計(jì)。
4結(jié)語
高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性是不言而喻的，只有明確抗震設(shè)計(jì)的要求并根據(jù)具體建筑結(jié)構(gòu)的抗震特點(diǎn)，才能在設(shè)計(jì)的過程中結(jié)合建筑各體系的破壞特點(diǎn)，有針對性地提高高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減輕地震對高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的破壞，從而保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
作者：李璐 單位：太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院
隨著我國人口的快速增長，城市中需要建設(shè)大量的高層建筑才能滿足城市人口的居住需要，還可以滿足商業(yè)和企業(yè)的不同需要。其中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證高層混凝土建筑的重要結(jié)構(gòu)，也是未來我國建筑業(yè)的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
1高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
高層混凝土建筑的定義是建筑高于28m，并且層數(shù)大于10層的混凝土建筑。高層混凝土結(jié)構(gòu)屬于豎向的懸臂結(jié)構(gòu)。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受到的水平載荷和垂直載荷的影響，并產(chǎn)生彎矩和軸向力，建筑的高度跟軸向力呈線性關(guān)系。高層混凝土建筑的層數(shù)與水平位移，跟彎矩是呈上升曲線的關(guān)系，且軸向力與高度的比例關(guān)系是正比例。
2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化
2.1結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化。
在結(jié)構(gòu)幾何形狀和材料都規(guī)定好的條件下，計(jì)算出滿足各種條件下的最優(yōu)構(gòu)件截面，其實(shí)就是對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其造價(jià)最低化。2.2結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化先從結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)開始，使結(jié)構(gòu)平面布置滿足對稱、規(guī)則，立面和豎向規(guī)則，側(cè)向剛度均勻變化。與此同時(shí)，通過定量的分析和計(jì)算對關(guān)系到體系整體性能的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
2.3結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化。
建筑的使用功能如何對結(jié)構(gòu)和造價(jià)的影響較大，取決于工程建設(shè)完成后使用者對本項(xiàng)目有著怎樣的使用功能要求，在能夠滿足用戶整體功能要求的條件下對結(jié)構(gòu)功能方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
2.4結(jié)構(gòu)體系選擇的優(yōu)化。
對于高層建筑來說，可以選擇的結(jié)構(gòu)形式有很多，例如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。由于對結(jié)構(gòu)的要求很多，結(jié)構(gòu)的選型也十分復(fù)雜，需要綜合各方面的因素進(jìn)行確定，并且需要結(jié)構(gòu)、建筑、經(jīng)濟(jì)上各方面的協(xié)調(diào)平衡，才能對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化選擇。
2.5基于最優(yōu)設(shè)防烈度的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在確定了結(jié)構(gòu)類型、布局和材料后，抗震結(jié)構(gòu)還需要確定抗震設(shè)防水平，先進(jìn)行設(shè)防水平選擇在進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化，這就是基于最優(yōu)設(shè)防烈度的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法
3.1改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案需要滿足我國現(xiàn)行的建筑工程抗震方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，主體結(jié)構(gòu)需要能抵御空間的變形，并且在結(jié)構(gòu)進(jìn)行延伸變化時(shí)可以進(jìn)行恢復(fù)，以抵消在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)變形時(shí)所產(chǎn)生的不利形變，保證高層混凝土建筑的穩(wěn)定性。在評價(jià)地震作用對高層混泥土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響時(shí)，需要進(jìn)行科學(xué)合理的分析，考慮各結(jié)構(gòu)部分，最大限度的控制高層混泥土各部分的受力情況，使建筑的抗震性能得到提升，需要特別注意的是高層混凝土的豎向結(jié)構(gòu)受力，使高層混凝土建筑可以滿足相關(guān)的剛度設(shè)計(jì)要求，受力更加平衡，保證高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和穩(wěn)定性符合要求。此外，還需要考慮高層混凝土建筑位置的地質(zhì)情況，在設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)考慮防震，對于高層混凝土建筑的關(guān)鍵部分的施工應(yīng)十分注意，盡可能的降低高層混凝土建筑所承受的重力，使其建筑受力均勻，符合重力的變化規(guī)律，避免高層混凝土建筑產(chǎn)生過多的水平力和豎向力的不均勻，從整體上提高對高層混凝土建筑的抗震性能。
3.2科學(xué)選定建設(shè)位置。
高層混凝土建筑的選址也十分重要，對建筑的抗震性能有著很大的影響，應(yīng)綜合分析項(xiàng)目區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害情況。所以在高層混凝土建筑的選址上應(yīng)做到科學(xué)合理，對于高層混凝土建筑周圍的環(huán)境及地質(zhì)情況也要考慮其中。選取的原則是：高層混凝土建筑應(yīng)避免臨近電廠、變電站等區(qū)域，減少周圍環(huán)境對建筑的不良影響；高層混凝土建筑還需要遠(yuǎn)離丘陵和山坡，因?yàn)檫@些區(qū)域的抗震能力較低，不利于抗震設(shè)計(jì)。
3.3高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理。
應(yīng)用模擬軟件對高層混凝土建筑發(fā)生地震時(shí)的受力情況進(jìn)行模擬，來選擇科學(xué)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。通過對高層混凝土建筑的質(zhì)量檢測、施工工藝、地質(zhì)等情況的充分掌握，在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分的了解抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化，在影響高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要部分需要進(jìn)行說明，這對于提高高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分有幫助的。此外，對于高層混凝土的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)建立數(shù)據(jù)庫，這樣可以方面設(shè)計(jì)人員對以往工程設(shè)計(jì)資料的查找，在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受力研究時(shí)可以參照以往相似工程，對于力學(xué)模型的建立也是十分有用的。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)包括扭轉(zhuǎn)角度和震動周期等，眾多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都需要互相協(xié)調(diào)和仔細(xì)分析，以保證參數(shù)的科學(xué)合理。
3.4控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
地震會對建筑產(chǎn)生水平力、豎向力和扭轉(zhuǎn)力，這種各方向力的綜合作用下，會對建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，造成建筑物的損壞。地震的發(fā)生具有突然性和隨機(jī)性，因此地震的發(fā)生難以預(yù)測并且需要面對很多未知因素的影響，所以在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅對水平力和豎向力進(jìn)行防護(hù)，還需要對扭轉(zhuǎn)力作用進(jìn)行考慮，對抗震結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行要求，并測定最大和最小位移結(jié)構(gòu)的剛度，保證混凝土建筑的整體位移具有一致性，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的每一部分都符合要求，對建筑的整體抗震性能進(jìn)行分析，如發(fā)現(xiàn)隱患應(yīng)及時(shí)的改正，盡可能的保證高層混凝土建筑的抗震性能。
結(jié)束語
隨著我國社會的高速發(fā)展，抗震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣。由于居民對高層混凝土建筑質(zhì)量上的要求越來越高，因此在建筑工程的實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過程中應(yīng)采取更加安全的抗震結(jié)構(gòu)，這不僅能夠滿足國家相關(guān)法律法規(guī)的安全抗震要求，一定程度上還可以提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對于建筑行業(yè)的健康高速發(fā)展起到了至關(guān)重要的推動作用。
作者：郭輝 單位：北京華宇工程有限公司
隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展及人們生活水平的提高，人們對建筑提出更高的要求，建筑不僅作為人們賴以生存的場所，同時(shí)美觀性、實(shí)用性以及安全保障程度都會成為用戶重點(diǎn)考慮的因素。因此建筑企業(yè)及相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作足夠重視。
1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1．1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的延性特點(diǎn)
在實(shí)際的使用中，引發(fā)建筑物變形的主要因素有風(fēng)力、地震和沉降。我們在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要確保高層建筑不會受變形而出現(xiàn)損壞甚至倒塌的情況，就要執(zhí)行一些具體的措施來保證建筑物的結(jié)構(gòu)延性和建筑結(jié)構(gòu)的安全性。
1．2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平荷載問題
設(shè)計(jì)低矮的建筑時(shí)，我們通常考慮豎向的荷載因素，相對高層建筑而言豎向的荷載掌控雖然十分重要，但是起決定性作用的則是水平的荷載。因此，在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，無論是豎向荷載還是水平荷載都要進(jìn)行仔細(xì)的考慮，才能增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載能力、安全性和穩(wěn)定性。
1．3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的側(cè)移變形問題
由于高層建筑可以有效的節(jié)約土地資源，所以在建筑業(yè)中成為重要的發(fā)展趨勢。由于高層建筑的水平荷載非常大，而且還會因建筑的高度增加繼續(xù)增大。一旦有外力的影響，高層建筑的變形就會不可避免的出現(xiàn)了，從而嚴(yán)重影響建筑的安全性能。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要最大限度的提高建筑強(qiáng)度，保證良好的剛度和強(qiáng)度，避免發(fā)生側(cè)移變形。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的安全隱患
2．1對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識不足
由于有關(guān)職能部門不夠重視存在于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，也缺乏監(jiān)控建筑物抗震功能的設(shè)計(jì)。因此，一些不良的企業(yè)就會出現(xiàn)投機(jī)取巧的心理，不按章程和規(guī)范來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為建筑的安全造成嚴(yán)重的隱患，從而對生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重的威脅。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響建筑的安全性，因此進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先就要認(rèn)真分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際工作，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)要點(diǎn)認(rèn)真考慮，才能真正提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平和安全性。
2．2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理
建筑結(jié)構(gòu)作為建筑工程的主要框架，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性對居住人群的安全和建筑工程的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:第一，設(shè)計(jì)人員沒有充分發(fā)揮專業(yè)知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或者忽略施工規(guī)范的細(xì)節(jié)，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合實(shí)際需求設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)存在的安全威脅。其次，設(shè)計(jì)人員忽視建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，不重視建筑的質(zhì)量。再次，由于利益的驅(qū)使，有些設(shè)計(jì)人員明知建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)存在問題卻示而不見，那么建筑工程的施工就會經(jīng)常發(fā)生事故。
2．3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的偷工減料現(xiàn)象
偷工減料的現(xiàn)象在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)常發(fā)生，具體表現(xiàn)在:第一，建筑企業(yè)在利益的驅(qū)動下，不顧建筑工程的安全性和整體的質(zhì)量，采取偷工減料和過度節(jié)約的方式，以攫取高額的利潤。例如，對鋼筋的使用，我國相關(guān)的規(guī)定明確鋼筋的配筋率，建筑工程一定要采用標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋配筋率。第二，規(guī)模小的建筑企業(yè)，為了減少建筑工程項(xiàng)目資金成本的支出，選擇了強(qiáng)度高、脆性大和韌性小的冷軋變形鋼筋，嚴(yán)重影響了建筑物的抗震性能，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全風(fēng)險(xiǎn)大大增加了，嚴(yán)重影響了建筑工程的質(zhì)量。
3提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的對策
3．1不斷創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模式
概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容工程概念。方案的制定要尊重客觀規(guī)律，從整體上來控制設(shè)計(jì)對象。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平的提高，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)的成品在水準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)形式上要比現(xiàn)有的成品更具優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師要在不斷更新和變化的建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)中提高自身的能力，并積極攻克現(xiàn)實(shí)中的各種難題，做到精益求精，這樣就會大大提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。目前住建部推出的“四新”技術(shù)是切實(shí)的從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，有效的幫助提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。
3．2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的質(zhì)量意識和安全意識要加強(qiáng)
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要保證依章辦事就應(yīng)該充分了解規(guī)章制度的內(nèi)容，在實(shí)踐中不斷的進(jìn)行反思與總結(jié)并吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要保證建筑物的抗震性，就要運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)理念和方法;建筑企業(yè)通過培訓(xùn)來增強(qiáng)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的質(zhì)量意識和安全意識。通過采取以上措施來提高并確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。
3．3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)和技能要提高
現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在形式和內(nèi)容上都不同于以前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對技術(shù)的要求也越來越高;為了適應(yīng)著中發(fā)展趨勢，建筑結(jié)構(gòu)人員通過拓展知識的廣度和開拓視野的方式來增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深度。
4結(jié)語
提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，可以更好的提高建筑物的整體質(zhì)量，也更好的保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，使建筑工程項(xiàng)目順利進(jìn)行。提高相關(guān)設(shè)計(jì)人員的質(zhì)量和安全意識，培訓(xùn)和提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平等都是有助于保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，確保建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
作者：徐峰 單位：蘇州城發(fā)建筑設(shè)計(jì)院有限公司
近年來，我國建筑行業(yè)得到前所未有的發(fā)展，并且建筑領(lǐng)域逐漸地向高層方向發(fā)展，眾多高層混凝土建筑工程如雨后春筍般出現(xiàn)。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。主要是因?yàn)楦邔踊炷两ㄖ娜丝谙鄬γ芗?，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，高層混凝土建筑抗震性能較低而發(fā)生坍塌，將會造成嚴(yán)重的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)造成惡劣的社會影響，這對建筑行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展是非常不利的。因此，在進(jìn)行高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分的認(rèn)識到抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，為高層建筑居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全提供可靠的保障。
1高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求分析
①在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)規(guī)劃與設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該經(jīng)過精確的計(jì)算與分析，合理的掌握結(jié)構(gòu)剛度，充分的了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、建材的性能以及物理力學(xué)知識，以此確定高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的整體高度大小，并設(shè)置科學(xué)的連接，以此實(shí)現(xiàn)對剛度的合理調(diào)整。為了提高高層混凝土建筑的抗震能力，應(yīng)該盡可能的將建筑波動受力控制在地質(zhì)支撐范圍以內(nèi)，即當(dāng)高層混凝土建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形之后，抗震結(jié)構(gòu)通過自身的調(diào)節(jié)，能夠盡可能的降低整體結(jié)構(gòu)的變形幅度，然后通過有效的維護(hù)工作，保證高層混凝土建筑的安全和使用價(jià)值。
②在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該正確的分析關(guān)鍵部位或者重要部件和其他部件之間連接點(diǎn)的受力狀況，通過合理的計(jì)算，采取有效的措施進(jìn)行調(diào)整，以此提高高層混凝土建筑的抗震能力，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生之后，能夠最大限度的降低地震給建筑物帶來的損失。此外，通過對當(dāng)?shù)貧v年的地震災(zāi)害進(jìn)行分析，如果高層混凝土建筑采用柔和剛度設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生之后，將會導(dǎo)致主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到損壞，在余震的作用下，會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生連鎖反應(yīng)，對建筑結(jié)構(gòu)造成持續(xù)破壞，最終導(dǎo)致建筑倒塌。對此，在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分的研究與分析混凝土抗震結(jié)構(gòu)，以此保證高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的延伸性，進(jìn)而提高高層建筑的抗震性能，最大限度的降低地震災(zāi)害給建筑造成的損失。
2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
①在進(jìn)行高層混凝土建筑工程建設(shè)施工之前，應(yīng)該對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，盡可能的避免選擇在地震因素或者災(zāi)害多發(fā)地，科學(xué)、合理的選擇建筑位置，對于提高高層混凝土建筑的抗震性能具有非常重要的作用。同時(shí)，高層混凝土建筑周圍不應(yīng)該存在變電所、發(fā)電站等安全指數(shù)不穩(wěn)定的地區(qū)，同時(shí)避開低洼沼澤、陡峭山坡等抗震效果差的地區(qū)。
②在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該堅(jiān)持均勻、對稱、規(guī)整等原則，高層混凝土建筑各個(gè)樓層在水平地震作用下會發(fā)生側(cè)移，主要包括整體轉(zhuǎn)動、整體平移、剪切變形以及整體彎曲變形，對不同的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用針對性的措施控制結(jié)構(gòu)的變形。為了降低結(jié)構(gòu)側(cè)移，應(yīng)該采取以下措施：采用彎雙重抗側(cè)力體系，減小框架的梁距與柱距，采用豎向支撐的交錯(cuò)布置方式，采用立體構(gòu)件取代傳統(tǒng)的平面構(gòu)件；利用傾斜里面和扭轉(zhuǎn)體型，采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)提高建筑的抗震能力；適當(dāng)?shù)脑黾咏ㄖ膶挾?；在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)過程中，有目的、有意識的控制厚薄層，這樣既能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，又不會使薄弱層發(fā)生變形，這是提高高層混凝土建筑整體抗震性能的有效措施。
③在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高其抗震性能，應(yīng)該設(shè)置多道抗震防線，主要是因?yàn)榈卣馂?zāi)害經(jīng)過強(qiáng)烈的震動后，會伴隨多次余震，如果高層混凝土建筑只設(shè)置一道抗震防線，將會由于損傷累積導(dǎo)致建筑倒塌。地震作用下高層混凝土建筑的性能主要取決于鋼筋混凝土的抗變形能力，地震對發(fā)區(qū)域的高層混凝土建筑，其抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該采用延性框架，同時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部薄弱區(qū)的剛度與承載能力，以此保證高層混凝土建筑的整體性與抗震能力，盡可能降低地震作用對建筑造成損害。通過設(shè)置多道抗震防線，能夠有效的避免建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱區(qū)。同時(shí)，通過加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)，加強(qiáng)薄弱部位，重視結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，合理的控制鋼筋的錨固長度，特別是直線段錨固長度，同時(shí)考慮溫度應(yīng)力對建筑抗震性能的影響，通過全方位的考慮，設(shè)置多道抗震防線，能夠顯著的提高高層混凝土建筑的抗震性能。
④在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該重視消能減震與隔震措施。目前，我國以及世界各國都采用了延性結(jié)構(gòu)體系，主要是因?yàn)檠有越Y(jié)構(gòu)通過對建筑物的剛度進(jìn)行調(diào)控，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生之后，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入延性的塑性狀態(tài)，以此起到降低地震作用力，削減地震對高層建筑造成的損壞。延性結(jié)構(gòu)雖然能夠吸收地震能量，但是隨著建筑高度的增加，其消耗地震能力的作用越來越小，不能很好的起到耗能減震的作用，傳統(tǒng)的延性結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)不能夠很好的滿足現(xiàn)代高層混凝土建筑的抗震要求。
⑤充分考慮位移，盡可能的降低輸入地震能量。在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分的考慮位移問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，重視計(jì)算承載力，然后采用彈性策略，系統(tǒng)的分析與計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)力，在分析相關(guān)數(shù)據(jù)的前提下，考慮橫向彎矩，展開深層次的設(shè)計(jì)；通過減少建筑自重，能夠有效的降低建筑在水平方向的側(cè)移，通過考慮多個(gè)方面的因素，能夠有效的提高高層混凝土建筑的抗震性能。為了降低地震輸入能量，在高層混凝土建筑設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該充分的考慮地震預(yù)期作用，全面的分析、預(yù)算和計(jì)算變形問題，盡可能的提高建筑構(gòu)件的承載能力，同時(shí)考慮地震時(shí)間層的位移側(cè)移和綜合位移之間的延性比，這樣能夠顯著的提高高層混凝土建筑的抗震性能，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。
3結(jié)語
總而言之，高層混凝土建筑在現(xiàn)代建筑中占據(jù)很大的比例，為了保證高層建筑居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，必須充分的認(rèn)識到高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，根據(jù)高層混凝土建筑項(xiàng)目的實(shí)際狀況，應(yīng)用先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)理念、科學(xué)的抗震結(jié)構(gòu)形式以及相關(guān)抗震措施，不斷的提高高層混凝土建筑的抗震性能，當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，為人們的逃生提供寶貴的時(shí)間。同時(shí)，加強(qiáng)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，對促進(jìn)整個(gè)建筑行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的作用。
作者：鄭歡 單位：河南省城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院有限公司
時(shí)代的發(fā)展與社會的進(jìn)步對創(chuàng)新提出了進(jìn)一步的要求。創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說也同樣如此。對于設(shè)計(jì)者來說，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行創(chuàng)新是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)的任務(wù)。只有充分了解機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的必要性，才能取得最佳的設(shè)計(jì)效果。
一、新時(shí)期機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新的必要性分析
時(shí)代的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想與理念提出了新的要求。新時(shí)期，如何使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足社會發(fā)展與人們?nèi)粘５墓ぷ髋c生活的需求成為必須迫切思考的問題。解決這一問題的有效途徑就是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中融入創(chuàng)新精神與創(chuàng)新理念。創(chuàng)新并不是憑空創(chuàng)造，而是在現(xiàn)有理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的發(fā)展。對于機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，設(shè)計(jì)者就是要思考如何利用已經(jīng)存在的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念，將其與創(chuàng)新思維相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)件、模塊的優(yōu)化組合，以便制造出能夠滿足人們需求的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。新時(shí)期機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新就是要求設(shè)計(jì)者能夠從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)在規(guī)律入手，不斷實(shí)踐。
二、基于變元法的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新
（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行材料變元
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開材料的科學(xué)選擇，可以說機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的成敗決定了合理的材料選擇。比如說在設(shè)計(jì)液浮式陀螺時(shí)，如果馬達(dá)定子殼所使用鋁質(zhì)材料，而將合金鋼作為轉(zhuǎn)子軸的材料，那么因?yàn)槠渑蛎浵禂?shù)的不同導(dǎo)致其在運(yùn)行時(shí)可能因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子軸向尺寸的變化，導(dǎo)致液浮式陀螺馬達(dá)運(yùn)行故障。所以設(shè)計(jì)時(shí)就必須重視材料變元的科學(xué)運(yùn)用，合理利用材料。
（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行數(shù)量變元
眾所周知，完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)是一個(gè)成熟的系統(tǒng)，包含各種不同的零件，這些零件雖然作用不同但是都發(fā)揮著作用。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就必須不斷計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比對，及時(shí)改進(jìn)。如果發(fā)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在冗余零件結(jié)構(gòu)，則需要及時(shí)更換淘汰。對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新就要求設(shè)計(jì)人員及時(shí)調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)的零部件，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理。設(shè)計(jì)時(shí)可以減少零件或者將部分零件合并，通過減少了零件的數(shù)量，提高其互換性，從而提高了機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能。比如說鑄件的結(jié)構(gòu)性裝必須簡單，此時(shí)就應(yīng)該采用直線型的輪廓。而螺紋連接結(jié)構(gòu)中，要想避免螺絲松動問題，就可以把螺釘、墊圈以及彈簧墊片功能整合，減少零件數(shù)量并滿足功能。
（三）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行位置變元
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中如果調(diào)整零件的位置，則可能導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整體性能發(fā)生變化。在一些機(jī)械設(shè)備中，其傳動裝置的齒輪要求必須貼合無間隙，但是在加工過程中往往做不到這樣的要求，齒輪的孔距難以得到有效的控制。雖然可以采取其他的設(shè)計(jì)形式，但是可能又會受到空間的限制。所以設(shè)計(jì)師必須通過位置變元，以此來不斷調(diào)整機(jī)械機(jī)構(gòu)各零部件之間的孔距與距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，改善性能。
（四）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行尺寸變元
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新時(shí)還應(yīng)該保證機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的外觀、外形尺寸以及安裝等屬性與要求。所以說，設(shè)計(jì)者必須保證機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的尺寸變元，不斷找到最佳的零件應(yīng)用尺寸，實(shí)現(xiàn)零件應(yīng)用方案的優(yōu)化。除了要注重零件的性能外，還應(yīng)該對零件的外形、尺寸進(jìn)行一定的變化或者修正，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的正常。在平時(shí)對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量縮小零件的尺寸并且將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化，以便內(nèi)部零件的不斷協(xié)調(diào)運(yùn)行。這樣可以直接縮小機(jī)械結(jié)構(gòu)的外形。
（五）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行形狀變元
設(shè)計(jì)人員要關(guān)注機(jī)械結(jié)構(gòu)中零件表面極其整體形狀、輪廓等，通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)零件形狀的改變，從而改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能、外形或者功能。例如在設(shè)計(jì)某一機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，要求其發(fā)揮彈簧壓力壓緊零件，就可以在設(shè)計(jì)時(shí)將彈簧類型（壓簧、拉簧、扭簧、板簧等）和被壓零件形狀（圓柱面、平面、螺旋面、球面等）進(jìn)行反復(fù)組合，在所得到的各種方案中選擇最佳組合。
（六）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行連接變元
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的連接方式與方法比較多，不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)需要選擇不同的連接方式。所以設(shè)計(jì)人員要具有將不同連接結(jié)構(gòu)以及連接方式進(jìn)行相互調(diào)換、調(diào)整以及改變的思維，從而獲得眾多不同類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型。比如說一些機(jī)械部件需要經(jīng)常拆卸，在選擇連接結(jié)構(gòu)時(shí)就應(yīng)該選用一些既能夠連接可靠也能夠便于拆卸的連接結(jié)構(gòu)。這種類型在生活中可以經(jīng)?？吹?，尤其是手機(jī)機(jī)蓋或者兒童玩具產(chǎn)品中較為多見。
（七）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行工藝變元
使用不同工藝方法裝配起來的機(jī)械結(jié)構(gòu)可能其性能也不同，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到這一點(diǎn)，否則可能出現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品無法滿足設(shè)計(jì)需求的局面。設(shè)計(jì)人員所要做的就是要熟練掌握各種加工工藝，并能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)。通過仔細(xì)分析，找到零件結(jié)構(gòu)工藝中可能存在的問題，從而提出相應(yīng)的修改意見。在一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與推廣中，一些機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工與制造可能與傳統(tǒng)方法不同，設(shè)計(jì)人員需要予以極大的關(guān)注，以便其能夠保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與性能。
結(jié)語
綜上所述，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新具有非常重要的意義，是滿足人們需求，促進(jìn)社會進(jìn)步與發(fā)展的不竭動力。對于設(shè)計(jì)者來說，要不斷探尋機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用創(chuàng)新思維、創(chuàng)新理念替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念與方法。這就要求設(shè)計(jì)者必須具備高昂的斗志、敏銳的觀察力以及源源不斷的靈感，最重要的則是要有較高的專業(yè)素質(zhì)。只有這樣才能不斷創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足社會與生活的需要。
作者：喬石 邵婉 單位：煙臺北方星空自控科技有限公司
0引言
工業(yè)經(jīng)濟(jì)雖然在知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨和沖擊之下，逐漸走向了式微的發(fā)展階段，但這并非意味著在社會生活和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中，已經(jīng)失去了往昔的主導(dǎo)地位，仍舊存在著不可忽略的價(jià)值和功能，并在國家復(fù)興的進(jìn)程中，具有強(qiáng)大的助推作用。作為傳統(tǒng)工業(yè)部門中的代表，機(jī)械制造業(yè)不但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推中，作用絕非可有可無，而且在當(dāng)前科技創(chuàng)新的研究領(lǐng)域中，其平臺作用也是不可小覷。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理中，運(yùn)動力學(xué)在其中的干預(yù)作用最大，在物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)活動中，也最受研究人員的重視和關(guān)注。
1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的在應(yīng)用中的技術(shù)要素
作為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素，正是促進(jìn)技術(shù)革新的重要手段之一。伴隨著科研活動中的理論基礎(chǔ)的日益夯實(shí)和技術(shù)應(yīng)用范圍的日趨擴(kuò)大，物理學(xué)中的相關(guān)原理也逐漸擁有了充足的用武之地，在實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，不斷滿足著機(jī)械結(jié)構(gòu)的符合要求，并促進(jìn)生產(chǎn)水平的解放和提升。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面的幾何要素上進(jìn)行分析，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，秉持著其精密的設(shè)計(jì)技術(shù)的指導(dǎo)和應(yīng)用，在零部件之間能夠?qū)崿F(xiàn)咬合力的提高，并實(shí)現(xiàn)位置關(guān)系的明確定位和精密確定。在這種幾何要素的關(guān)系體系之內(nèi)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的因素，便是不同的面，在這些不同的面上，通過完善和優(yōu)化的考量，來保證在零件的不同接觸面上，都可以進(jìn)行合理的安排。
2運(yùn)動力學(xué)在機(jī)械結(jié)果設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
運(yùn)動力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：
（1）在零部件的鏈接方面。在這一環(huán)節(jié)中，誠如上文中論述的那樣，存在著直接鏈接和間接鏈接的差別，由于存在著應(yīng)用方面的差別，所以在運(yùn)動力學(xué)的應(yīng)用潛力上，也存在著截然相異的表現(xiàn)。但是作為機(jī)械設(shè)計(jì)中的核心要素，運(yùn)動力學(xué)所產(chǎn)生的抽象指導(dǎo)上，從根本上也是如出一轍。例如，利用力矩的變化，通過計(jì)算不同聯(lián)接點(diǎn)的摩擦力和壓力，從而可以了解到不同的節(jié)點(diǎn)的壓力和零件的材料選擇等。在力學(xué)計(jì)算和相應(yīng)的選擇性指標(biāo)的衡量下，構(gòu)成決定零件的選材和位置的排列組合等等，都體現(xiàn)出這一點(diǎn)。
（2）在機(jī)械零件的操作過程中，一旦發(fā)生損耗等相關(guān)問題，運(yùn)動力學(xué)的理念和技術(shù)原理同樣存在著必要的指引作用，特別是在行動與摩擦之后產(chǎn)生的損耗之后，借助運(yùn)動力學(xué)的相關(guān)理論，便能夠依照運(yùn)動做工，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的損耗系數(shù)，并且對零件的損耗程度進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)定，還能夠在根本上實(shí)現(xiàn)材質(zhì)遴選的科學(xué)性。總之，充分利用運(yùn)動力學(xué)，是保證機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是未來的發(fā)展方向。
3運(yùn)動力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
3.1滿足力學(xué)要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須要考慮到材料力學(xué)、彈性力學(xué)、疲勞力學(xué)等相關(guān)的力學(xué)準(zhǔn)則，并且在此基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)力學(xué)的強(qiáng)度計(jì)算法則，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)合格化的機(jī)械產(chǎn)品，積極引用在生產(chǎn)活動之中。在運(yùn)動力學(xué)的物理學(xué)術(shù)體系中，疲勞力學(xué)便是一個(gè)值得參照的對象。由于其與軸承、齒輪以及軸的使用壽命等存在著直接的關(guān)聯(lián)，因此在設(shè)計(jì)過程中，研究人員通常會依據(jù)不同機(jī)械零件的載荷變化，實(shí)現(xiàn)力學(xué)計(jì)算的靈活化處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并延長機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命和利用周期。由于零件的截面尺寸的變化，能夠帶動其內(nèi)應(yīng)力變化適應(yīng)能力的提高，這便能夠使得各截面的強(qiáng)度相等。而按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，材料才可以得到充分的利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
3.2創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念
如今的機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動，大體是指采用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變元法，通過針對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)因素的遴選和改變，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)在實(shí)用層面上的技術(shù)革新和理念創(chuàng)新，以便滿足于應(yīng)用上的諸多需求。在這種呼之欲出的科研背景之下，創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)在便利性和經(jīng)濟(jì)性等多方面上均能夠優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主要原動力，就是近年來推出的變元法。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)法則主要包括多種裝配原理，例如數(shù)量變元、形狀變元、材料變元、位置變元以及裝配聯(lián)接變元等等，在變元中實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的革新，并在數(shù)學(xué)模型的引導(dǎo)和助推下，計(jì)算和測試其結(jié)構(gòu)性能，便能夠選擇出最優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4結(jié)語
通過對運(yùn)動力學(xué)的理論闡釋及對其在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的使用角度和應(yīng)用范圍進(jìn)行深度分析，便可得知運(yùn)動力學(xué)對機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)有所具有的非比尋常的指導(dǎo)作用和干預(yù)影響。由于機(jī)械產(chǎn)品的使用在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)活動中，與運(yùn)動設(shè)備之間的聯(lián)系越發(fā)緊密，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活動中，需要機(jī)械運(yùn)動理論的深度化透析和研究，并且緊隨市場需求的步伐，進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改革與理念創(chuàng)新，為國家的機(jī)械制造業(yè)提供更為便捷的服務(wù)。
作者：衛(wèi)江 王勝 單位：陜西廣播電視大學(xué)
0引言
緩速器是一種輔助剎車機(jī)構(gòu)，采用非干摩擦制動方式，通過作用于原車的傳動系統(tǒng)而減輕原車制動系統(tǒng)的負(fù)荷，使車輛均勻減速，增強(qiáng)車輛的安全性和可靠性，停修時(shí)間短，可提高運(yùn)輸效率、車輛使用經(jīng)濟(jì)性以及駕駛舒適性，也保證了駕駛員與乘客的安全。傳統(tǒng)電渦流緩速器制動時(shí)，將車輛的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹?，在我國?biāo)準(zhǔn)的ECE15工況下，制動所消耗的能量占整個(gè)剎車系統(tǒng)的56%~92%。本文針對該問題，設(shè)計(jì)了一種具有能量回收功能的新型緩速器。
1新型能量回收緩速器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
新型能量回收緩速器由緩速器發(fā)電裝置、控制器和儲能裝置構(gòu)成。根據(jù)傳動軸直徑及實(shí)際汽車安裝空間限制最終確定新型能量回收緩速器電機(jī)尺寸為長300mm，寬450mm，高300mm?？刂破飨潴w為長40mm，寬100mm，高20mm。蓄電池殼體長40mm，寬100mm，高40mm。
1.1發(fā)電裝置設(shè)計(jì)
緩速器發(fā)電裝置主要由電機(jī)構(gòu)成，電機(jī)安裝在車輛主變速器后的第一傳動軸上。電機(jī)由于質(zhì)量較重，在頂部設(shè)計(jì)了四個(gè)固定座，用螺母固定在車架，減輕對傳動軸的壓力。緩速器電機(jī)在發(fā)電時(shí)同時(shí)會產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，所以安裝位置盡量選在空氣流動較好，易于散熱的第一傳動軸上。根據(jù)汽車實(shí)際能安裝空間，保證散熱面積的情況下，最終確定新型能量回收緩速器電機(jī)尺寸為長300mm,寬450mm，高300mm。
1.2控制器設(shè)計(jì)
控制器的形狀為盒體，內(nèi)部安裝有逆變電路、功率模塊驅(qū)動和保護(hù)電路。在控制器右側(cè)設(shè)計(jì)一塊固定板，長40mm，寬100mm，厚10mm，在固定板四個(gè)角上設(shè)有四個(gè)螺孔，用于固定?？刂破麟妷簽?6V，工作過程中要求有較高的穩(wěn)定性，所以安裝在汽車車架右側(cè)，用螺釘固定?？刂破骱畜w長40mm，寬100mm，高30mm。
1.3儲能裝置設(shè)計(jì)
儲能裝置由蓄電池和四個(gè)功率IGBT管子組成。IGBT是絕緣柵場效應(yīng)管和大功率晶體管（GTR）的復(fù)合器件，其被放置在儲能裝置盒中，儲能裝置盒右側(cè)同樣設(shè)置四個(gè)螺孔，用螺母固定安裝在控制器后面的車架上。儲能裝置盒的尺寸為長40mm，寬100mm，高40mm。通過對以上零部件的設(shè)計(jì)，安裝到客車或貨車車體后的裝配圖。
2結(jié)論
本文對新型能量回收緩速器的結(jié)構(gòu)及形狀尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，并通過Solidworks軟件繪制了新型能量回收緩速器的效果圖和裝配圖。新型能量回收緩速器具有節(jié)約能耗、緩速效果好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了傳統(tǒng)緩速器散熱問題，未來擁有很好的市場前景。
作者：蔡袁琦 曹建波 鄂世舉 文歡 沈娟亞 單位：浙江師范大學(xué)工學(xué)院
0引言
隨著我國加工制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣，對數(shù)控機(jī)床定位精度與重復(fù)定位精度的要求也越來越高，傳統(tǒng)的半閉環(huán)控制系統(tǒng)也越來越難滿足用戶的使用需求?；诎腴]環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床具有明顯的缺點(diǎn):無法控制機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的傳動誤差、高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)傳動機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生熱變形誤差，以及加工過程中因傳動系統(tǒng)磨損而產(chǎn)生的誤差，而這些誤差已經(jīng)嚴(yán)重影響到數(shù)控機(jī)床的加工精度及其穩(wěn)定性。直線光柵尺對數(shù)控機(jī)床各線性坐標(biāo)軸進(jìn)行全閉環(huán)控制，消除上述誤差，提高機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度以及精度可靠性，作為提高數(shù)控機(jī)床位置精度的關(guān)鍵部件正日益受到用戶的青睞[1]。直線光柵尺分為增量式光柵尺與絕對式光柵尺，安裝絕對式光柵尺的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床重新開機(jī)后無需執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作，就立刻重新獲得各個(gè)軸的當(dāng)前絕對位置值，可以馬上從中斷處開始繼續(xù)原來的加工程序，大大地提高數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間。在全閉環(huán)的高檔數(shù)控系統(tǒng)中已經(jīng)普遍使用絕對式光柵尺和絕對式光柵編碼器，在西方發(fā)達(dá)國家采用絕對式光柵位移傳感器的占數(shù)控機(jī)床的80%，目前國內(nèi)的全閉環(huán)高檔數(shù)控機(jī)床中采用絕對式光柵傳感器的也接近30%[2]。國際上生產(chǎn)絕對式光柵尺的廠家有德國的HEIDEN-HAIN（海德漢）、西班牙的FAGOR（發(fā)格）、日本的MITU-TOYO（三豐）、英國的RENISHAW（雷尼紹）。相比之下，國內(nèi)目前沒有絕對式光柵尺的產(chǎn)品，但是已經(jīng)有部分研究所、高校以及企業(yè)先后開展了絕對式光柵尺的研制工作，其中中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的研究工作最為突出，其研制出的JC09型絕對式光柵尺樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了與華中數(shù)控HNC-818B世紀(jì)星加工中心數(shù)控裝置對接，并應(yīng)用在長二機(jī)床廠的XH714立式加工中心上[3]。本文將對絕對式光柵尺的工作原理以及絕對式光柵尺的機(jī)械結(jié)構(gòu)做相關(guān)的研究。
1絕對式光柵尺的工作原理
絕對式光柵尺的工作原理如圖1所示，LED光源發(fā)出的光經(jīng)過透鏡后形成平行光，經(jīng)主光柵與指示光柵后照射到ASIC光電器件上，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號并通過信號處理器計(jì)算出位置值，最后通過通訊接口將位置值輸出到后續(xù)設(shè)備上。其中主光柵由兩條碼道組成，一條碼道為絕對碼道，即下方不規(guī)則的碼道，通過該碼道可以實(shí)時(shí)讀取絕對式光柵尺的絕對位置；另外一條碼道為增量碼道，即上方周期為20μm的規(guī)則碼道，通過該碼道可以實(shí)現(xiàn)信號的高細(xì)分，提高光柵尺的分辨力。圖2為主光柵的實(shí)物圖，上方為增量碼道，下方為絕對碼道。指示光柵由兩部分組成，一部分為增量窗口，由增量碼道組成；一部分為透明窗口。ASIC器件也分為兩部分，上面接收增量信號，下方接收絕對信號。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
為絕對式光柵尺原理樣機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖，為絕對式光柵尺原理樣機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，從圖中我們可以看到，光柵尺主要由尺殼、主光柵、密封條和讀數(shù)頭這幾部分組成，其中讀數(shù)頭包括照明機(jī)構(gòu)、指示光柵滑架、指示光柵、滑架體與滑架體蓋，讀數(shù)頭實(shí)物圖如圖5所示。絕對式光柵尺整體采用封閉式結(jié)構(gòu)，鋁制尺殼保護(hù)主光柵、讀數(shù)頭免受灰塵、切屑和切削液的影響，密封條保持尺殼的密封，同時(shí)在滑架體與滑架體蓋間也要加入密封橡膠，防止切削液的滲入。尺殼在制作時(shí)采用的是拉制型材的方法，除了滿足讀數(shù)頭和主光柵的安裝空間外，盡量做到外形足夠小，型材拉制出來后變形較小，可以滿足使用需求。主光柵粘接在尺殼上，指示光柵粘接在指示光柵滑架上，ASIC光電器件粘接在指示光柵上，后續(xù)處理電路固定在滑架體與滑架體蓋中。指示光柵滑架與主光柵間采用五軸承滾動機(jī)構(gòu)，通過五個(gè)軸承在主光柵上的滾動，保持其長期可靠的運(yùn)行，為了保證讀數(shù)頭在運(yùn)行過程中指示光柵滑架與主光柵不發(fā)生離位，在這里采用六彈簧的定位機(jī)構(gòu)，分別為兩個(gè)拉伸彈簧、兩個(gè)壓縮彈簧、兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧，壓縮彈簧的作用是通過施加壓力將指示光柵滑架下方的三個(gè)軸承壓緊在主光柵上，扭轉(zhuǎn)彈簧的作用是將側(cè)方的兩個(gè)軸承壓緊在主光柵上，拉伸彈簧保證指示光柵滑架在縱向上的受力，六個(gè)彈簧使得光柵尺的讀數(shù)頭具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。在機(jī)床上使用光柵尺時(shí)，光柵尺的安裝分為兩種，一種是將尺殼固定在機(jī)床的靜止部件上，將讀數(shù)頭固定在機(jī)床的運(yùn)動部件上；另外一種是將尺殼固定在機(jī)床的運(yùn)動部件上，將讀數(shù)頭固定在機(jī)床的靜止部件上，一般選擇第二種安裝方式，因?yàn)樽x數(shù)頭上連接有電纜線，當(dāng)讀數(shù)頭運(yùn)動時(shí)，電纜線也要隨之運(yùn)動，對排線會有一定的要求，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)機(jī)床實(shí)際使用環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)陌惭b方式。當(dāng)尺殼與讀數(shù)頭發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)，尺殼中的主光柵與讀數(shù)頭上的指示光柵也發(fā)生相對運(yùn)動，從而進(jìn)行位置測量。
3結(jié)束語
隨著我國加工制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，絕對式光柵尺的需求量會越來越大，每個(gè)高檔數(shù)控機(jī)床都需配備三個(gè)軸的絕對式光柵尺，不容小覷。擺脫國外產(chǎn)品壟斷，加快自主研發(fā)是當(dāng)前的首要任務(wù)，目前中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研發(fā)的絕對式光柵尺已小批量應(yīng)用到國內(nèi)的一些數(shù)控機(jī)床廠家，正逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)，同時(shí)，我們也自主研發(fā)了絕對式光柵尺母尺刻劃曝光系統(tǒng)[4]及絕對式光柵尺母光柵刻劃裝置[5]。希望在不久的將來，我們國家生產(chǎn)的高檔數(shù)控機(jī)床上都能配備有我們自己的絕對式光柵尺。
作者：楊帆 單位:中國科學(xué)院
引言
最近我們國家的很多地區(qū)都發(fā)生了地震，地震造成的損失也非常大，地震中有很多建筑房屋發(fā)生倒塌的情況，因?yàn)檫@種原因造成了人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失是非常巨大的。因?yàn)榻ㄖ镒陨淼木窒扌?，所以只要是有地震發(fā)生，就會產(chǎn)生很大的危害。所以對于建筑物的抗震性進(jìn)行優(yōu)化是非常有必要的。
一、建筑結(jié)構(gòu)抗震性能可能出現(xiàn)的問題
目前，我國的建筑物在建設(shè)的過程中使用的抗震方法多為等效斜撐，這種方法對于抗震十分有效，可是它的精度卻很低，這也就造成了在實(shí)際運(yùn)用上的局限性。我國的很多相關(guān)研究人員有提出運(yùn)用非線的有限元角度對建筑模型進(jìn)行填充，但是這種方式的施工過程太過復(fù)雜，并不是十分適合建筑物。所以，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程里，我們還是需要對抗震性能進(jìn)行理論上的掌握。并且在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過程中對于周期修正系數(shù)的去進(jìn)行是確定的。
二、相關(guān)的抗震設(shè)計(jì)
1.參考建筑結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)造去進(jìn)行抗震的設(shè)計(jì)
通常的情況，運(yùn)用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的時(shí)候，是運(yùn)用對鋼筋混凝土構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行控制的方式，還有就是最小配筋率去對抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。建筑的磚混結(jié)構(gòu)，通常比較常見的組成方式有對房屋的整體高度以及建筑的層數(shù)和層高進(jìn)行限制的作用；在建筑的橫縱墻里去進(jìn)行鋼筋混凝土構(gòu)造柱的設(shè)立，同時(shí)還需要設(shè)置一些防震縫。在我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范中也有一些相關(guān)強(qiáng)制性的條例。
2.按照建筑結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)去對建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)
在建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要目的就是使其在出現(xiàn)地震的時(shí)候可以很好的抗震。所以在對建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要對建筑物所要建設(shè)地區(qū)可能發(fā)生的地震的強(qiáng)度進(jìn)行衡量然后將其作為抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。并且要將對建筑物本身的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不造成破壞去對建筑物的抗震的性能進(jìn)行確認(rèn)。建筑物在沒有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的部位上也要求應(yīng)該具備一定的抗震的性能，只有做到這樣才能夠在出現(xiàn)地震的時(shí)候使建筑物處于一個(gè)可以承受的彈性中。
3.參考相關(guān)的建筑場地去進(jìn)行抗震的設(shè)計(jì)
建筑的結(jié)構(gòu)整體上應(yīng)該有著非常好的抗震性，同時(shí)對于建筑物的建筑場地也要選擇一個(gè)比較穩(wěn)定的地點(diǎn)，同時(shí)在建筑物上還需要設(shè)置抗震層。然后還要對建筑物的周圍環(huán)境和建筑物附近的建筑物進(jìn)行安全性的思路和設(shè)計(jì)。在對建筑結(jié)構(gòu)的場地進(jìn)行規(guī)劃的時(shí)候，還需要從能夠?qū)ㄖ喜拷Y(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行適應(yīng)的特點(diǎn)以及性能方面去進(jìn)行考量。
三、具體的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一些方式
1.基礎(chǔ)性防震措施應(yīng)用
（一）地基隔震
地基的隔震主要的作用是在建筑的地基還有土層之間所建立的一個(gè)緩沖層，這個(gè)緩沖層的主要作用是如果頭地震發(fā)生的時(shí)候可以減小建筑和土層之間的震動，并且對震能的進(jìn)行吸收，這樣的一種方式能降低地震對建筑物的損害。目前，我們國家比較常用的地基隔層主要是瀝青的原料隔震層。
（二）基礎(chǔ)隔震
基礎(chǔ)隔震是在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)里面比較主要的一點(diǎn)，在抗震方式的選擇上，為了減弱地震對建筑物的上部結(jié)構(gòu)的傷害，還應(yīng)該在建筑物的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)位置的接觸點(diǎn)上建立隔震層，預(yù)防地震力從地基的方向朝上部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳播。
（三）間層隔震
間層隔震是為了能夠?qū)Φ卣鸬臎_擊剩下的力進(jìn)行吸收而建立的，間層的隔震的建立可以對震力進(jìn)行起到進(jìn)一步削減的作用，這樣的一個(gè)方式就可以使地震對建筑物的破壞更加減弱。間層的隔震通常都是安裝在原始的結(jié)構(gòu)層上，這也是我們國家使用的比較久的一種抗震措施，它的優(yōu)勢就是操作簡單。
（四）懸掛隔震
懸掛隔震是運(yùn)用懸掛的方式，把建筑物全部或者是部分的結(jié)構(gòu)與地面脫離，從而實(shí)現(xiàn)在地震出現(xiàn)的時(shí)候，可以減少地面的震動以及和建筑物之間的震力。當(dāng)前，此樣的一種抗震的方式一般都是被用在很多大型的鋼結(jié)構(gòu)建筑里，這種抗震的效果十分的明顯。
2.機(jī)敏減震支撐體系
機(jī)敏減震支撐體系是集合了現(xiàn)代科技技術(shù)的防震系統(tǒng)，主要是運(yùn)用活塞的運(yùn)動原理，去對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在發(fā)生地震災(zāi)害的時(shí)候，可以對建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)金額外能夠通過不斷的滑動來消減地震的破壞力進(jìn)行保障，從而降低震力破壞以及消耗地震作用力的傳導(dǎo)。當(dāng)前，這一技術(shù)還在不斷的研究以及完善中，相信在不久的將來就會被有效的使用，給我國的建筑抗震設(shè)計(jì)水平的提升做出貢獻(xiàn)。
3.效能減震技術(shù)應(yīng)用
效能減震是對地震所出現(xiàn)動能的消耗，以此去對地震能的傳導(dǎo)大小進(jìn)行減弱，從而對建筑物的破壞程度進(jìn)行降低。當(dāng)前，我們國家在這樣技術(shù)上通常都是選擇消能器以及阻尼器，這兩種器械都可以實(shí)現(xiàn)地震能量的有效消耗以及吸收，降低震力對建筑主體產(chǎn)生的損壞，以此去對建筑主的體結(jié)構(gòu)安全以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性定進(jìn)行保護(hù)。
結(jié)束語
我們國家當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)水平對于可能出現(xiàn)的地震的地點(diǎn)和時(shí)間以及地震的強(qiáng)度是不沒辦法做到非常精準(zhǔn)的預(yù)知的，在加上人們對于地震的一些知識掌握的還不是很全面，所以，在對建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)ㄖ锏目拐鹦阅苓M(jìn)行強(qiáng)化是十分有必要的。準(zhǔn)確的施工抗震的原則以提升建筑的承載力和剛度還有延性為目標(biāo)，并且對結(jié)構(gòu)體型的簡單和結(jié)構(gòu)受力以及傳力途徑進(jìn)行直接的保證，使得整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的構(gòu)件全都可以起到作用，從設(shè)計(jì)上去對建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性和人民的生命及財(cái)產(chǎn)進(jìn)行保障。
作者：張靖孟 單位：海南元正建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司重慶分公司
