时间：2023-07-14 17:35:23
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇管道结构设计规范，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】公路；涵洞；结构设计
前言
随着我国公路工程投资建设规模的快速发展，作为公路工程附属结构的涵洞的数量与日俱增。国内一些管理单位、高等院校以及设计单位通过对一些已建高速公路涵洞进行调查发现，相当多的涵洞存在病害，譬如：洞身不均匀沉降导致路面开裂；涵洞渗水、积水；洞身局部开裂；沉降缝错位、撕裂等等，不一而足。
1 涵洞定义
根据《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)》(以下简称《通用规范》)第1.0.11条规定，桥梁和涵洞以单孔跨径5m为界，单孔跨径
2 设计规程、规范
与桥梁相比，涵洞的技术复杂程度较低、工程规模较小。但，因为它横穿公路，又不同于路外一般的排水构造物，结构措施不到位或地基处理不当都可能会产生病害并危及道路安全。
在《细则》颁布前，公路涵洞没有专用设计规范，仅在《通用规范》和《公路场工桥涵设计规范》（JTG D61-2005)中能见到一些原则性的、简单的规定，所占篇幅较少。设计人员采用的设计规范具有较大的随意性。结构设计人员往往首先采用自己最熟悉的本专业的规范，如：建筑结构规范、给排水结构规范、桥梁规范或水工规范等等，甚至经常出现混用不同规范体系的情况，这是很不合理的，可能导致设计结果在安全度、适用性方面留下隐患。随着《细则》的颁布实施，公路涵洞设计以公路体系规范作为设计依据，规范体系较为完整、全面，也更具针对性。
2.1 规程、规范的使用原则建议
2.1.1 建议以公路规范体系作为设计依据。
2.1.2 不同规范体系不能混用。虽然结构专业现行各规范体系基本都遵照以概率理论为基础的极限状态设计方法，但各规范体系所采用的目标可靠指标可能不同，如表1所示。各规范体系的材料强度分项系数、荷载分项系数、荷载组合规定、计算公式都不尽相同。显而易见，混用规范体系很容易造成设计结果的可靠度不足或偏大，因此，应避免这种做法。
2.1.3 各规范体系虽不能混用，但可以相互补充、局部引用。这主要指一些特定荷载的取值和计算方法、一些特定结构的结构分析方法、特定的构造措施等在不同规范体系之间的取长补短和相互借鉴。例如:过路圆形管涵的结构设计可以部分借鉴排水管道规范，因为排水管道规范关于管道及接口、管基的内容要比《细则》更为详尽，也更加权威。应该特别注意的是，为了避免混用规范体系，在局部引用其它体系规范时，一定要在设计依据中明确指出引用某规范的某一章节，甚至某一公式。那种将所能想到的规范名称统统列在设计说明书中的做法是不可取的。
2.2 建议采用的设计规程、规范
《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004) ;《公路涵洞设计细则》(JTG/T D65-04-2007);《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004);《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT-GD63-2007) ; 《公路工程抗震设计规范》 ( JTJ 004-89);《公路污工桥涵设计规范》(JTG D61-2005) ;《给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计规程》(CECS 143 ：2002)第6一8章;《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程》( CECS117：2000);《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 (CCES 01-2004,2005年修订版)。以上规程、规范应随着版本的不断更新采用最新颁布施行的版本。根据工程的具体情况，这些规范可适当取舍。
3 结构设计标准
3.1 设计基准期
《通用规范》第1.0.6条规定:公路桥涵结构的设计基准期为100年。
3.2 设计使用年限
国务院颁布的《建设工程勘察设计管理条例》第二十六条明确规定“编制施工图设计文件，应当满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要，并注明建设工程合理使用年限”。
目前，我国公路体系规范对于桥涵结构设计使用年限未做规定，这不仅与国际惯例不符，也与我国《建设工程勘察设计管理条例》的要求相背离。国际上对桥隧等基础设施工程的设计使用年限多为100年，且有进一步延长的趋势。如:欧共体规定为100年，美国规定为不小于75-100年，日本建筑学会规范规定为100年；在国内，现行铁路、地铁规范明确规定为100年，工民建规范规定为5-100年，且均为强制性条文。显然，在这方面我国公路体系规范已欠全面。为了适应国际化发展趋势并满足国内法律法规的要求，公路桥涵逐步完善设计使用年限的规定势在必行，设计单位、设计人员对此应有足够的认识。
设计使用年限指的是“正常设计、正常施工、正常使用、正常维护”条件下工程在技术性能上能满足安全和使用要求的最低年限。可以看出，体现设计人员责任的最主要部分是“正常设计”，内容包括采用合适的设计基准期、采用正确的原则和方法进行承载能力极限状态、正常使用极限状态设计以及足够耐久性的设计。在设计文件中列出设计使用年限并非意味着设计单位或个人单方面对设计使用年限的独立承诺，它要靠设计、施工、管理与维护各方的共同努力来实现。
根据中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(以下简称《指南》)第3.2.2条，公路混凝土涵洞的设计使用年限分级为一、二级，对应的设计使用年限分别为100年、50年。见表2。
这样的规定是合适的，虽然涵洞的技术复杂程度较低、工程规模较小，但其维修、翻建或拆除不仅会影响路面结构，而且会影响到路基，不仅会造成较大的经济损失，对交通的干扰也很大，会严重影响道路的使用功能。
3.3 安全等级和结构重要性系数
建议涵洞结构的安全等级为二级，结构重要性系数γ0=1.0。
《通用规范》第1.0.6条、《细则》第9.1.2条规定:涵洞结构的安全等级为三级，结构重要性系数γ0=0.9，标准偏低，与《指南》规定的涵洞的设计使用年限不匹配。换个角度考虑，正因为涵洞在整个道路工程中所占比重较小，适当提高其设计标准还是划算的。
参考文献
关键词：建筑结构设计 安全性
一、 建筑结构设计中存在的安全隐患
1、抗震度不够
前几年的汶川大地震及玉树地震造成的损失足以说明我国一些地方的建筑抗震性很差，未达到我国规定的标准。因此保证建筑物的抗震性能是减少地震发生时人员伤亡及财产损失的重要问题。在建筑结构设计中提高抗震设计水平是提高建筑结构设计水平的一个重要方面。关于建筑物的抗震性能设计，我国颁布了《建筑抗震设计规范 》，为我国的建筑抗震设计提供了依据。《 规范 》中规定：“小震(超越概率6 3％)不坏、中震(超越概率10％)可修、大震(超越概率2％)不倒”。而一些建筑公司领导对建筑物的抗震性能的重视程度不够，导致了公司员工也不重视抗震性，尤其是建筑结构设计人员。有些建筑结构设计人员对抗震设计的认识不透，设计过程中个别忽略抗震性原则，造成了建筑物施工过程仅仅是一个表而工程，而实质是建筑物并不具有真正的抗震性能。这种现象在我国不少地区屡见不鲜。当然我国地域辽阔，各个地区的情况不同，地震几率与地震级别各有不同。不能恪守规则，不了解实际情况进行设计。建筑结构设计者要根据地区的实际状况，选择不同的抗震规范，以免造成不必要的浪费。
2、结构设计中偷工减料，钢材不足导致功能减弱
一方而在结构设计中，一些建筑公司为节省开支，获取高额利润，过度节约钢材等偷工减料，不重视建筑物的质量及安全性，导致建筑物中钢材等材料的性能减弱，进一步导致建筑物的质量不过关，安全性下降。我国对建筑物钢筋的配筋率有明确的规定，建筑物的不同部位，其配筋率是不同的。建筑设计公司的设计人员要高度重视建筑物的配筋率，对施工过程进行实时监督另一方面，一些小的建筑公司为节省开支，使用中小城市现在还任发展的冷轧变形钢筋。这种钢筋强度高，脆性大，韧性小，且对建筑抗震不利，就是因为可以节省钢材，进而节约开支，所以，一些小建筑公司为牟取利益不惜不顾人们的生命安全使用不符合规定的钢材。
3、建筑结构设计不合理
由于建筑结构设计者的知识和经验不足，导致其设计的建筑结构不合理，存在安全隐患或其他问题。(1)建筑方面。①布置竖向交通中心，确定楼梯、电梯的数量和布置方式，不能保证使用效率和防火安全。②内外建筑装修、构造、用料和做法不适应因风力、地震、温度变化等所引起的变形和安全问题。(2)结构方面。①没有考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。②没有严格控制高层建筑体型的高宽比例，不能保证其稳定性。③建筑平面、体型、立面的质量和刚度不能保持对称和匀称，使整体结构出现薄弱环节。④不能妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。(3)设备和电气方面。①设计供暖和给水排水系统时，没有考虑因建筑高度增大的压力，不能保证管道、炉片具有耐压能力。有些设计者安全意识薄弱，只顾建筑设计的美观而不顾建筑质量，或者明知道公司要求的设计形式行不通，为了保住自己的饭碗而不提出异议，纵使悲剧上演。因此设计人员要人人自危，不能只考虑公司利益，也要切身为顾客考虑，学会换位思考。
二、建筑结构设计中安全性的措施
2．1 提高建筑结构设计人员对抗震性能的重视意识
结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识作为基本功，灵活刨新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要精益求精，重视每一个基本构件的设计，并做到知其所以然，并深刻理解规范和章程的含义，密切配合建筑工程，在工作中做到事无巨细，善于反思和总结工作经验和教训，为以后的工作积累经验。
结构设计人员要转换自己的陈旧思想，正确对待抗震性能的重要性，为人们的生命财产负责，发挥自己的主导作用，对工作负责，应用自己的个人才智，控制建筑结构设计的安全性能水平，让自己设计出来的作品体现自己的人本意识，积极配合国家以人为本的政策。
2.2 严格按照国家规定的建筑规范设计建筑结构
随着建筑业进一步的发展，建筑结构越来越被重视。国家也出台了一些相应的规定。而一个国家的规定不仅仅是技术性的，还具有很强的政策性。而且这些规定是与时俱进的，要不断修改，我们不能仅仅满足于过去的设计标准。严格按照国标设计、用料、施工(1)目前设计者应该熟悉和掌握的与高层建筑消防电气有关的设计规范主要有《高层民用建筑设计防火规范》、《火灾自动报警系统设计规范》、《民用建筑电气设计规范》。三部规范对高层建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾报警与消防联动控制系统的设置与要求总体来讲是一致的，但从各自不同角度三部规范也各有侧重，有所区别。对设计者来说，国标是带有强制性的，必需严格遵守，部标或行业标准应服从国标。
2.3开展科研，创新设计软件
工欲善其事，必先利其器，道理是显然的。随着建筑事业的发展，特别是现今建筑行业的快速发展，建筑结构设计的内容越来越复杂，难度越来越大。从另一个角度来说，我国建筑结构设计对设计人员知识的深度和广度有了更多的要求。在此种情况下，现有的结构设计程序已不能满足设计人员的需求。同时计算机程序的内容和功能直接影响结构设计水平。有时为了解决生产问题，配合软件的能力，只能把计算过程简化以满足计算程序的能力。所以，提高结构设计中建筑的安全性，首先耍开发出一款高精度软件，这就需要设计者和计算机程序专业人员合作去完成软件开发，推新创新，不安于现状，勇于承担起这个任务。
参考文献：
[1]朱镜清．结构抗震分析原理[M]．地震出版社，2002，l1．
关键词： 钢柱外露式钢柱柱脚 素混凝土基础柱钢筋混凝土基础普通柱 钢筋混凝土基础短柱
中图分类号：TU37文献标识码： A
引言
在工业与民用建筑结构设计中，钢结构已广泛应用到多层钢框架、钢管架、门式钢架等建构筑物。这些建构物的上部钢结构设计理论较成熟，其相应的设计规范规定全面，内容也易于理解和应用。在这些钢结构中外露式柱脚应用广泛，钢柱脚与混凝土基础之间的混凝土柱的结构设计较复杂，现行规范还没有明确的规定，相关的文献也没有系统的阐述。在工程设计中，设计人员往往由于该柱长度较短，而全部按短柱进行设计，应该是不全面的。下面就个人的一些工作经验，谈谈外露式钢柱柱脚下基础之上混凝土柱（以下称基础柱）的设计方法，供结构设计同行参考。
作者：高海丽 ，陈胡 工程师
2003年毕业于合肥工业大学 土木工程专业
1.钢柱下混凝土基础柱的分类
根据文献【1】，可知根据地脚螺栓长度L与基础柱长度H的相对关系(H>L时为有柱基础)，把钢柱下基础柱的基本形式分为两大类（见图1），即有基础柱和无基础柱。无基础柱的设计方法和构造措施等同一般基础，不再论述。根据是否需要配置钢筋，分为素混凝土基础柱和钢筋混凝土基础柱。根据钢柱脚底的受力（M、V）的大小，计算基础柱的剪跨比λ=M/Vh0，当剪跨比λ≤2时，为短柱；当剪跨比λ＞2时，为普通柱。下面主要分析有基础柱的设计。
2.素混凝土基础柱
在结构设计中，尤其是工业结构设计中，常会遇到独立“T”型钢管架的设计，其中一部分独立T”型钢管架，管架顶部仅受较小的垂直荷载和水平方向的管道风荷载，以及作用到钢柱表面的风荷载。而管
（图 1 钢柱基础）
架高度相对较高，这时钢管架的钢柱断面尺寸主要由长细比控制，钢柱的柱脚一般为刚接柱脚，因此钢柱和柱脚底板尺寸都较大，从而导致基础柱断面尺寸较大。这种情况下的独立T”型钢管架的混凝土基础柱，首先应考虑按素混凝土结构构件设计。下面大致阐述一下如何进行素混凝土结构设计。
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010附录D，基础柱应该按受压构件进行受压承载力计算，基础柱可以认为上端自由，计算长度L=2H(H为基础柱的高度)。计算简图见图2，具体计算方法见上述规范条文，不再详细阐述。
（图2 矩形截面的素混凝土受压构件的受压承载力计算）
设计实例为4.5m高的独立“T”型钢管架，作用到柱顶的垂直荷载标准值为38KN，作用到柱顶水平方向的管道风荷载标准值为0.3KN,作用在钢柱表面上的风荷载标准值为0.1KN/m。钢柱采用Q235B的等级钢材，断面尺寸为HW250x250x9x14。该构件计算结果如下：
①柱构件强度验算结果
柱构件强度计算最大应力(N/mm2): 10.75 < f=215.000
柱构件强度验算满足。
②柱构件平面内稳定验算结果
柱平面内长细比：λx=85 < [λ]= 150.000
柱构件平面内稳定计算最大应力(N/mm2): 12.9 < f=215.000
柱构件平面内验算满足。
③柱构件平面外稳定验算结果
柱平面外长细比：λy=142< [λ]= 150.000
柱构件平面外稳定计算最大应力(N/mm2):21.5 < f=215.000
柱构件平面外验算满足。
由以上计算结果可知：钢柱的断面尺寸主要由长细比控制。
该钢柱柱脚采用刚接柱脚，柱脚底板详图见图3。基础柱尺寸根据构造要求为650x750（b=650mm，h=750mm），柱高取1.0m，混凝土强度等级为C30。根据程序计
算结果钢柱脚的受力为N=41.88KN，M=3.31KN.m，V=1.05KN。对该基础柱按素混凝土受压构件进行设计，计算结果如下：
fcc=fcx0.85=14.3x0.85=12.16N/mm2
fct=ftx0.55=1.43x0.55=0.79 N/mm2
（图3 柱脚底板详图）
e0=M/N=79mm
L0=2x1.0=2.0m，L0/h=2.7，φ=1.0
φfctb(h-2 e0)=1.0x12.16x650x(750-2x79)=4679.17KN
则 N
因为该柱为偏心受压构件，根据规范要求，还须按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力。
L0/b=3.1，φ=1.0
φfctbh=1.0x12.16x650x750=5928.0KN
则 N
V=1.05KN
故该基础柱只须按素混凝土结构构件设计即可，不需要配置受力钢筋。
3.钢筋混凝土基础柱
在民用和工业结构设计中，钢框架，复杂的钢管架和门式钢架等一些建构筑物结构设计中，传至基础柱顶部的荷载相对较大，当采用外露式钢柱柱脚时，一般都需要对基础柱进行配筋设计。钢筋混凝土基础柱，根据剪跨比λ，将钢筋混凝土基础柱分为普通柱和短柱。当钢柱脚与基础柱为铰接时，混凝土柱顶只有剪力和轴力时，也可以根据H/h0（H/h0≤2时为短柱,h0为混凝土柱的截面有效高度）区分普通柱和短柱。
4.1 普通基础柱的计算
普通柱的计算均按钢筋混凝土受压构件考虑，柱承受上部钢结构柱脚传至基础柱顶部的力，包括轴力N、弯矩M、剪力V和直接作用到柱顶的外力，并需考虑基础柱自重。计算时取基础柱与基础交接处为最不利计算截面进行强度计算。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010分为轴心受压柱和偏心受压柱两大类，计算简图见图3。进行正截面受压承载力计算时，采用工程设计中常用的对称配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。 具体计算方法见上述规范条文，不再详细阐述。
4.2基础短柱的设计
基础短柱设计除按普通柱进行计算外，还要按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的有关规定，满足抗震构造措施。对短柱设计时需要注意的几个方面的主要构造要求列举如下：
①.四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm。
①.四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm。
（图4矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算）
②.剪跨比不大于2的一级框架的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。
③.剪跨比不大于2的柱，箍筋加密范围取全高。
④. 剪跨比不大于2的柱宜采用复合螺旋箍或井字符合箍，其体积配箍率不应小于1.2%，9度一级时不应小于1.5%。
4.基础柱的抗震等级
在地震区，基础柱的抗震等级的确定比较困难，困难在于基础柱的身份认定，若按混凝土框架结构，抗震等级明显偏高；若等同基础，它毕竟还是高出地面的柱子。建议借鉴《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的6.1.3条等3款，基础柱的抗震等级同上部钢结构建构筑物的抗震等级一致。
下面就钢筋混凝土基础柱的设计列举两个实例：
①设计实例一为典型的柱脚铰接的双跨门式刚架，层高为8.05m，抗震等级为四级，采用Q235B等级钢材。边柱的断面尺寸为H(400~600)X200X8X10。传至基础柱顶的荷载基本组合为：
Mmax=0.00N=32.49V=-4.70
Mmin=-0.00N = 32.49V=-4.70
M=0.00 Nmax=78.05 V=27.33 M=0.00Nmin=-7.43V=-2.66
M=0.00N=13.15Vmax=5.18
M=-0.00N=61.46Vmin= -36.41
由上面的荷载组合可知，基础柱顶只有轴力和剪力，则只须通过H/h0来判断基础柱的类别。基础柱尺寸根据构造要求为450x650, 根据基础埋深和基础高度，柱的高度为H=1.7m。
h0=650-35=615mm，H/h0=2.62>2
可知该基础柱为普通柱，采用工程设计中常用的对称配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。具体计算过程和结果不再赘述。
②设计实例二为双跨四层钢结构管架，总高为15.0m，抗震等级为四级，采用Q235B等级钢材，混凝土等级采用C30，纵筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。程序计算结果显示，钢柱的断面尺寸为HW400x400x13x21，传至基础柱顶的荷载基本组合见图5。对图中柱顶轴向力N=1769.2KN的基础柱进行分析。
（图5）
基础柱的断面尺寸为1100x1100，柱高为1.0m。作用在柱底的弯矩和剪力为：
Mx=-1.3Vx=1.2
My=-14.8Vy=-2.3
X方向的剪跨比：M/Vh0=1.3/1.2x1.065=1.01
Y方向的剪跨比：M/Vh0=14.8/2.3x1.065=6.04>2
从以上的计算结果可以看出，柱的X方向为短柱，Y方向为普通柱。这种情况下，应该按最不利情况来考虑，即两个方向均按短柱进行设计。依据该上部结构的抗震等级，短柱的抗震等级应为四级。程序计算结果：As=As’=1064.28mm2，配筋率为0.88%，满足柱截面纵向钢筋的最小配筋率不小于0.75%的要求；箍筋的体积配箍率为1.74%，满足柱体积配箍率不应小于1.2%的要求。具体配筋见图6.
（图6）
结语
外露式钢柱柱脚下的基础柱根据受力分别按素混凝土基础柱、钢筋混凝土普通基础柱和钢筋混凝土短柱进行设计。受力较小的独立“T”型钢管架、支架、操作平台的柱脚基础柱可以采用素混凝土或按最小配筋率要求只配构造钢筋。在抗震设防区的多层钢框架、多层管架及一些门式钢架，根据钢筋混凝土基础柱的剪跨比区分是短柱还是一般普通柱，短柱除按一般普通柱的计算外，还要满足相应抗震措施的要求。
关于基础柱的抗震等级同上部钢结构建构筑物的抗震等级的观点仅供参考。
参考文献
1.简明钢筋混凝土构造手册 /国振喜编.第2版 机械工业出版社，2004.9
2.建筑抗震设计规范GB50011-2010
3.混凝土结构设计规范 GB 50010-2010
关键词：民用建筑结构；问题；要点浅析
Abstract: the civil building of quality in addition to the influence factors of site construction and outside, another one of the most important factors is the structure design. This paper in the design of civil building structure some points problems were discussed, and to the point of a simple research and analysis.
Keywords: civil building structure; Problem; Points according to the
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、民用建筑结构设计的原则及步骤
结构设计，是工程师通过专业的方式，即结构语言来表达设计者的理念。而结构语言就是通过从建筑或者专业图纸中凝炼而出的建筑的基础，诸如墙，柱，梁，板，楼梯，大样、构造等。建筑师通过使用结构语言的元素构架建筑的体系，包括承重及抗力体系，这种体系是由竖向和水平构件共同构筑而成。
1.民用建筑结构设计基本原则
民用建筑结构设计功能原理显示：1）用于正常建设和施工使用，能经受正常使用中的多种有可能性；2）具有良好的工作业绩；3）正常维修养护中的耐久性；4）发生事故的设计规定和发生，可保持必要的整体稳定性。
2.民用建筑结构设计的基本步骤
建筑师在进行民用建筑结构设计的时候，一般按照三个阶段逐步开展工作：方案规划阶段，计算和设计阶段，施工建设阶段。以方案规划阶段举例来看，其内容一般会根据建筑的重要复杂度，重点考虑抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑类型和建设和层高来确定建筑结构设计的最终形式。比如是砖混结构、筒型构架或者其他结构设计模式。
二、民用建筑结构设计中的常见问题
1.结构平面图相关问题
测绘结构布局进行绘制结构图时，何时需要结构软件建模是需要结构工作者进行分析的。当所需建建筑地处6度区的抗震设烈度地带时，按照国家建筑抗震设计规范，可不必开展检查地震剖面的工作，也就无需输入结构软件建模，结构设计可以直接进行，特别是砌体结构建筑，但是必须要符合国家规定的抗震措施要求，注意局部受压问题的解决。但是，当所建建筑地处7度区以上的地带时，是必须要输入结构软件建模计算的。当然，如果便利，无论哪种，如果从妥善和精确角度来看，输入结构软件建模，都是有利而无害的。
2.屋顶(面)结构图问题
对于设计人员而言，民用建筑结构设计和施工的关键， 必须正确掌握建筑图纸的要素，理解图纸的意图。而做到对图纸的把控，就必须有深入的空间概念。
梁板式及折板式的结构处理方式，一般适用于坡屋面的建筑。二者略有区别。当建筑屋面坡度及屋脊线转折复杂，且具有较大的版跨度和不平整的平面时，建筑结构设计者们往往就会采用梁板式的结构处理方式。反之，会采用折板式。这两种结构处理方式，均为偏心受拉构件。板配筋应该配备负筋板的部分或全部抵抗拉力。基于构造需要的厚度一般不应小于120厚。此外，光束角钢装饰板倍应该有大样图坡屋顶板法平面，经常使用的文件增加样品示意图，这是更方便的安装人员，要正确理解图纸。
3.地基与基础方面
1）无地质勘察报告的多层房屋建筑，施工图的设计是根据建设单位口头或参考附近的建筑设计形式而做出的。参考设计必须合理、安全设计地基与基础，不能完全依靠地耐力进行考量，要统一考虑多种因素综合所参考的建筑设计资料进行结构设计。
2)在进行建筑结构设计时，软弱地基的危害是非常严重的。不能仅仅凭借经验采用砂垫层加强一下承载力的处理方式，必须考虑垫层宽度和厚度，严格进行换土垫层设计计算，安全经济的解决软弱地基的处理设计问题。
3）多层民用建筑结构进行设计的时候，为了避免采用荷载值偏大的后果，必须在设计之初，对梁、柱和基础负荷严格按照设计规范处理，通过将荷载乘以折减系数的计算方式，科学的计算荷载值，达到结构设计的合理性。
4.民用建筑结构设计与其他专业设计的协调
民用建筑结构设计中必须考虑电气室内敷线的问题。在设计的时候，应该遵循相关设计原则，应沿着墙壁及楼板等暗处敷设金属管，导线敷设其中。然而这种暗设的结构设计方式，往往与装配整体框架和剪力墙结构相冲突。预制梁预留管道尽可能和波束宽度和壁厚一致，如果没有协议，要求一侧的墙壁和梁的一侧，侧面平齐，使得穿梁管穿束垂直线不外露于墙上。
高层建筑平面电梯井道的位置确定，电梯电脑室肯定是向下的位置，电梯电脑室嵌入孔部分越多，电梯的电脑室负载也就越大，所以应该详细了解选定机型电梯建设条件和注意只有站的布局和更多台布置的差异。由于电梯井一般为钢筋混凝土剪力墙的方式，除了外面的垂直载荷下，仍然受横向力的作用，因此应验证开孔强度。
5.底层框架——剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
上部是多层砖混砌体结构，底层为剪力墙结构或框架剪力墙结构等，这类房屋的体系结构，往往会出现结构设计上的问题，为了追求底层空间和使用面积，设计师们单一追求建筑立面造型，将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上，各层设计有挑梁，但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝。
6.其它建筑结构设计问题
a、多层和高层建筑，层数和高度的增加，竖向和水平的荷载也随之增加，荷载量的增大使得底层柱截面不断增大，使得建筑底部数层会出现大量短柱。
b、一般设计者往往会根据多孔砖墙体结构的构造，使用承重砖。承重砖却是采用多孔砖砌筑而成，这种砖质不适宜地面以下和室内防潮层。
c、结构设计没有考虑房屋建筑的高度、高宽比，使得其限值超出现行规范。
e关于箱、筏基础底板的挑板问题等等。
三、民用建筑结构设计规范和要点原则分析
1．设计规范的要求
针对上文阐述的在民用建筑结构设计时易出现的问题，设计人员在框架结构构思时，必须综合的分析和符合建筑结构荷载规范、抗震规范、混凝土结构设计规范等。结合当地建筑的特殊性，以及材料、地质、货源、习俗等，合理建设结构设计体系。
2．设计的主要原则及要点
a.结构设计时注意抗震验算。场地类别的差异往往决定抗震验算的等级。当建筑超过5层的跨度时，结构设计要尽量加剪力墙，尽可能改善结构的抗震性。
b. 大跨度雨篷，阳台等不允许从填充墙内出挑，必须考虑抗扭，其扭矩为梁中心线处板的负弯矩乘以跨度的一半。
c.框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。
d.由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率等。
e.出层面的楼电梯均不得采用砖混结构。
f.框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用梁承托墙体荷载。
g.建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取适当措施，如增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加设后浇带等。
h.框架柱轴压比宜满足相关规范要求，并根据规范要求进行抗震设计。
i.当采用井字梁时，梁的自重大于板自重时，梁自重不可忽略不计，周边一般加大边梁的截面。
j.过街楼处的梁上筋应通长，按偏心受拉构件进行计算设计。
k.电线管集中穿板处，板应验算抗剪强度或开洞形成管井。电线管竖向穿梁处应验算梁的抗剪强度，开洞处应进行抗震构造措施处理。
l.构件不得向电梯井内伸出，否则应验算是否能装下，电梯井处柱可外移或做成异性柱。
m.验算水箱、电梯机房及设备下结构的强度。水箱不得与主体结构做在一起。
n.当地下水位很高时，暖沟应做防水。一般可做U型混凝土暖沟，暖气管通过防水套管进入室内暖沟。
o.采用扁梁时，应注意验算挠度及裂缝，满足规范要求等。
p.突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时应向下延伸一层，不宜直接锚入顶层梁内，并且托梁上钢筋应适当拉通，并验算托梁抗剪强度。错层部位应采取加强构造措施，女儿墙内加构造柱，顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高，均加构造往，并应加密。错层处可加大梁截面，上下层板钢筋均锚入此梁中。
q.注意基底附加压力下基础沉降不均的问题。
民用建筑的结构设计是一个复杂的系统，其中存在的问题涉及到方方面面，要解决好这些问题就需要丰富的经验和先进的理论知识，在此前提下，建筑结构设计师通过综合考虑各方面设计因子，并与各种规范进行多重整合，运用科学的设计理念，做到建筑设计与结构设计的紧密结合，选择合理的结构体系，这样才能设计出真正满意的建筑。
参考文献：
于桂萍《关于多层建筑结构设计中的主要问题分析》.中国高新技术企业.2008.
莫雪辉《深度探讨如何提高建筑结构设计水平》.科技资讯.2008.
关键词:建筑;结构设计
Abstract: the cast-in-situ concrete hollow flat slab floor underground parking design application and should be paid attention to in the construction of some matters
Keywords: architecture; Structure design
(Shi Xiu Hu （Gui Zhou Province Architectural Desing ＆ Research institute Gui Yang 550002,China）
中图分类号：TB482.2 文献标识码： A 文章编号：
1.工程概况：
贵阳妇幼保健院地下停车库位于贵阳市瑞金路旁为三层全埋地下室，地下室层高4.5米，设计为双层立体停车库；总建筑面积为5076平方米。建筑结构的安全等级为二级，主体结构设计使用年限50年，建筑抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值为0.05g，抗震设防类别为丙类建筑。本工程因层高限制且须设计双层停车库，故采用现浇钢筋混凝土（GBF）竹芯芯模现浇空心楼盖。
2.结构设计：
贵阳妇幼保健院地下停车库结构设计时间2008年4月，执行《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 （2008年版)、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《现浇混凝土空心无梁楼盖结构技术规程》 CECS 175:2004、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002、《建筑桩基技术规范》JGJ94-94、《贵州建筑地基基础设计规范》DB22/45-2004、《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003和现行国家及行业的建筑结构设计规范、规程及规定。
无梁楼盖结构：截面高度选择，最小截面厚度为长跨的1/35，较经
济的取值为1/20~1/30，考虑双层停车库的荷载较大，故按长跨7800的1/20选择现浇混凝土空心无梁楼盖厚度400，竹芯采用600x600(500)x300标准芯，芯与芯之间120mm宽为实心混凝土即密肋梁。楼板自重计算：竹芯芯模箱体内模自重 0.8KN/m2，箱体的竖向抗压荷载不应小于1000N，侧向抗压荷载不应小于800N。双层立体停车库的设计活荷载标准值5.5KN/m2。
现浇混凝土空心无梁楼盖按板带板可划分为：柱上板带、跨中板带。
按板块无梁板可划分为：柱顶板块、跨中板块、柱间板块
板带与板块间的关系为：柱上板带=柱顶板块+柱间板块+柱顶板块
跨中板带=柱间板块+跨中板块+柱间板块
现浇混凝土空心无梁楼盖建模：（采用等代框架法）
箱体一孔距实际截面如下图示：
柱距：X向7800，Y向6600。
柱上板带宽：X向中跨宽3900mm，边跨宽1950mm
Y向中跨宽3300mm，边跨宽1650mm
跨中板带宽：X向宽3900mm，Y向宽3300mm
空心板刚度I1=(bh3-b1h13)/12空心板折算厚度150mm
无孔实心板刚度=bh3/12
刚度折减系数i=I1/I=0.648
计算等代次梁宽度：
X向（分为3根）次梁宽=ix3300/3=713mm
Y向（分为3根）次梁宽=ix3900/3=842mm
计算等代框架梁宽度：
X向中跨框架梁宽=ix（3300-800）+800=2420mm
X向边跨框架梁宽=ix（1650-800）+800=1351mm
Y向中跨框架梁宽=ix（3900-800）+800=2809mm
Y向边跨框架梁宽=ix（1950-800）+800=1545mm
等代梁高同空心板厚度（400mm）
荷载输入时注意消去等代梁自重，即手算出等代梁自重按梁上恒载输入反向线荷载。
结构内力分析方法采用等代框架法。采用空间软件整体计算时，垂直荷载应分别按两个方向单向传递分别计算，值得注意的是，考虑穹窿作用等有利影响，按《钢筋混凝土结构》（天津大学、同济大学、南京工学院合编教材）应考虑0.8折减计算弯矩。
现浇混凝土空心楼盖中的肋梁，受剪承载力计算和配筋构造应符
合国家规范《混凝土结构设计规范》的有关规定。对无梁的柱支承楼盖结构，应在柱周围设置楼板实心区域，其尺寸和配筋应根据受冲切承载力计算确定。
本工程结构内力分析采用采用等代框架法Satwe空间软件整体计算分析。 沿两个主轴方向均应有不少于两根板底钢筋贯通各柱截面，且贯通柱截面的板底钢筋的截面面积，应符合下式要求：
fy As≥NG
式中NG――该层楼板重力荷载代表值作用下的柱轴向压力设计值。
绕度控制：1.受弯构件的刚度B应按《混凝土结构设计规范》的有关规定计算。2.对于边支承双向板，可取短跨方向跨中最大弯矩处的刚度采用双向板弹性绕度公式计算。
3.对于柱支承板，可取两个方向楼板中间板带跨中最大弯矩处的刚度平均值作为该板刚度采用柱支承板弹性绕度公式计算。
当有可靠经验时，现浇混凝土空心楼盖构件的绕度也可采用拟梁法计算。现浇混凝土空心楼盖区格板，可按《混凝土结构设计规范》的有关规定计算最大裂缝宽度。本工程由于是停车库，现浇混凝土空心楼盖区格板还应按《混凝土结构设计规范》有关规定验算区格板的局部承压。配筋：等带框架梁计算出的配筋配在框架暗梁范围，如下图示：
肋梁配筋，如下图示：
梁上部纵筋：As=肋距x上部等带次梁计算配筋总量/跨中板带宽
梁下部纵筋：As=肋距x下部等带次梁计算配筋总量/跨中板带宽
箍筋：肋距x等带次梁计算箍筋总量/跨中板带宽
现浇混凝土空心楼盖结构确定位移、周期和刚度比等结构整体信息时，可采用与实心楼盖结构相同的方法，分析时可采用正截面抗弯惯性矩相同的实心楼板代替空心楼板。
构造要求：现浇混凝土空心楼板的体积空心率不宜小于25%，也不宜大于50%。当内模为箱体时，现浇混凝土空心楼板的截面尺寸应根据计算确定，楼板厚度不宜小于250mm。箱体间肋宽与箱体高度的比值不宜小于0.25；肋宽不宜小于60mm。板顶、底厚度不应小于50mm，且板顶厚度不应小于箱体底面边长的1/15。
现浇混凝土空心楼盖角部应配置附加的构造钢筋，楼盖角部板顶、底均应配置构造钢筋，配筋的范围从支座中心起，两个方向的延伸长度均不小于所在区格板短边跨度的1/4。构造钢筋在支座处应按受拉钢筋锚固。构造钢筋在两个方向的配筋率均不应小于0.2%，且直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm。
施工要求：
1施工时应采取切实有效的措施固定竹芯，防止其移动和上浮；竹芯使用时外形必须完整、密闭，施工时不得漏混凝土在竹芯内。
2.本设计采用的GBF竹芯必须由颁有专利证书及推广证书的生产厂家生产。
3.柱节点处双向框架梁配筋量大的梁，其上部钢筋放上排；框架柱上板带梁端箍筋加密区长度取2倍梁高且不小于1000mm。
4. 竹芯密肋梁支座筋锚固长度为35d（d为钢筋直径），密肋梁底筋锚固长度大于300mm，且应超过梁中心线。
5.在两个方向密肋梁相交处短向底部受力筋应放在长向底部受力筋下面，且两方向密肋梁每侧均设置3根@50箍筋。
6. 竹芯排放应综合考虑楼板预留孔位置，以孔留与竹芯处少切断板肋受力主筋为原则。除图中示出的孔外，若仍有留孔时应于施工前通知设计人员处理。
7.因楼板留孔而切断板肋受力筋，则应在留孔四周板肋内加筋，加筋原则为出图中注明外，每侧板肋内各加一半被切断钢筋，且直通入两端梁内300mm。
8.因楼板留孔使受力筋无法穿过且孔宽
9.框架暗梁及空心板施工时应起拱3/1000（除注明外）。
10.砼振捣时应采用50及30棒配合使用，对较小的密肋及板底应采用30棒振捣，面层砼可采用平板振动器振捣。凡振动棒能到达的地方均应振捣到位，振捣时间应较普通楼板适当延长，确保砼密实。
11.板底管道吊挂应固定在砼结构上。
12.其它按现行国家规范、规程执行。
本工程设计计算和构造均满足现行国家及行业的建筑结构设计规范、规程及规定。送设计审查合格，无违反强制性条文。本工程设计和施工严格执行现行国家及行业的建筑结构设计规范、规程及规定，于2009年作为合格工程通过竣工验收，并交付使用。
参考文献：《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构）
《现浇砼空心楼盖结构技术规程》CECS 175：2004
【关键词】：结构方案管廊结构荷载计算
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
该石化装置为我公司总承包，沙特一家大型公司投资，项目场地位于沙特境内。本人主要参与管廊结构的设计。管廊总长276.75m，主要柱距6 m，局部柱距14 m；跨距6m；高9 m，主要结构3层，局部错层并附带悬挑构件，见图1。
图1管廊现场照片
二、设计规定
1．设计依据：由于该项目为涉外项目，主要按照业主指定的标准（SBAIC ENGINEERING STANDARDS）及美国相关规范进行设计，同时兼顾我公司统一规定及国内行标《石油化工管架设计规范》（SH/T 3055-2007）、《化工、石油化工管架、管墩设计规定》（HG/T 20670-2000）等。
2．管廊结构方案：依据工艺管线布置及管线自身挠度要求，选用纵梁式管廊。
（1）横向管架：梁柱及柱脚均采用刚接，基础承担柱底弯矩，梁柱均采用W型钢。
（2）纵向管架：梁柱为铰接连接，每个温度区段长度不大于100m，温度区段间的连接采用滑动连接，并在温度区段中部设置柱间支撑，承担管道的纵向水平推力（由固定管架推力和中间滑动管架摩擦力共同组成）；采用铰接柱脚，柱底无弯矩；柱间支撑采用T型钢
3．管廊布置要求：
（1）管廊纵向平行于道路是，路边与管廊外边柱中心线间距不小于1.5m。
（2）管廊跨马路时，路边与管廊外边柱中心线间距不小于1.5m；跨越主要道路时，管廊梁底高于道路最高点不小于6.5m，跨越二级道路时，管廊梁底高于道路最高点不小于5m.
4．水平支撑系统的设置（采用T型钢）：
（1）管廊纵向跨度不小于7.6 m时，须设置水平支撑。
（2）管道的固定支座支撑梁承担平面外弯矩和扭矩时，须设置水平支撑。
5．结构变形控制：
（1）结构顶点水平侧移限制：H/150 (H为管架高度)
（2）管道支撑梁允许挠度比：L/300 (L为梁跨度)
三、荷载计算
1．管道竖向荷载：
（1）根据管道专业提供的管道荷载信息，同时确定管道支座位置，按以上信息计算管道传至支撑梁的荷载。管径不大于300mm时，按均布荷载传至支撑梁，否则，按集中荷载考虑。
（2）由于业主要求后期可能会增加管线，考虑1.20kn/m2的预留荷载，按均布荷载作用于管架横梁上。
2．电缆桥架竖向荷载：
根据电气专业提供的电缆桥架位置、荷载及跨距要求，确定管架横梁上的荷载。
3．风荷载：管廊纵向刚度较大，且纵向迎风面较小，所以可以仅考虑管架横向风荷载。分三部分计算管架所受横向风载，并分层作用于每层节点上。
计算公式（依据SBAIC ENGINEERING STANDARDS，与国标GB5009-2012原理相同）：
qz ——设计风压；G ——阵风影响系数；Cf —— 压力系数；Ae ——每层结构投影面积。
（1）管架结构部分：
计算Ae时，考虑两根纵梁和两根柱面积之和，并考虑防火涂层引起的构件外形尺寸的增加。
（2）管道部分：
计算Ae时，按最大管道直径并考虑保温层厚度。
（3）电缆桥架部分：
计算Ae时，按最大桥架高度计算
4．管道摩擦力（沿管道方向）：
管道在开车及停车时，热力管道因温度变化而产生膨胀和收缩，管道与管道支撑梁之间发生相对运动时，产生作用于管道支撑梁的水平摩擦力。当管道布置较密时，按均布荷载作用。
5．管道固定推力（沿管道方向）：
管道固定推力经管道应力分析后提出，并确定管道固定支撑位置，相应设置水平支撑以传递较大的水平力，同时在管廊纵向设置柱间支撑。
6．地震作用：
根据管廊的布置形式，仅考虑管架横向地震作用，采用底部剪力法计算。通过比较美国与我国标准，两国对地震作用计算（底部剪力法）基本一致。
7．该项目典型横向管架计算，见图2：
图2典型管架计算简图示意
四、荷载组合
一般有正常操作状态、安装状态及试压状态三种工况，该装置管廊结构设计时仅考虑正常操作状态下的组合（针对构件强度设计）。
组合序号
五、计算模型
根据该项目规定，本工程采用STAAD-PRO软件进行计算分析，按美国规范验算各构件强度。对于较为规则管廊结构，可以采用平面建模，也可以采用三维建模。本工程分别按平面、三维建模，对两种受力分析情况进行比较，按最不利情况进行构件设计及基础设计。模型见图3。
图3局部管廊模型示意
六、结束语
本文主要结合实际工程实例，对大型石油化工装置管廊结构设计思路进行分析，特别是结构方案的要求和荷载计算部分。从工程中可以看到，影响管廊结构方案的基本因素很多，主要是根据总图及管道专业所提的条件，同时要兼顾周边构筑物的位置，以免上部结构不碰，下部基础打架。对于荷载计算部分，一定要勤与管道专业进行沟通，搞清不同工况下的作用荷载，防止出现荷载漏算情况，这是管廊结构是否安全的关键步骤。希望本文能给要做管廊设计的同仁带来帮助，特别是对于涉外项目。
七、参考文献
关键词;建筑；混凝土结构；裂缝；处理办法；分析探讨；
一、裂缝产生的根源
1.1温度应力
由于混凝土材料是由水泥砂浆与粗细骨料混合而成的混合物，其混合物具有水化凝结硬化过程，特有的水化性质使得混凝土结构在施工中产生温度变化。由于水泥砂浆与骨料的热膨胀系数不同，在水化升温过程中，温度荷载作用下水泥砂浆与骨料所形成的界面首先产生损伤，并随着温度增加而发展，形成界面裂纹，当继续增加的温差达到某一数值后，界面裂纹便向水泥砂浆内部延伸，在以后的温度变化过程中界面裂纹与水泥砂浆中的微裂纹继续发展，以致发展成宏观裂缝。
1.2塑性收缩变形
试验研究表明，在塑性阶段，混凝土只有极低甚至没有抗拉强度，即使较低的收缩变形受到约束时，所产生的拉应力都足以使混凝土开裂或形成大量的微裂缝。混凝土塑性收缩裂缝产生于表层，所受约束主要是内约束，这与混凝土表面快速失水有关。按照规定，炎热气候环境下，当混凝土表面水分蒸发速率达到1kg/(m2•h)时，就必须采取措施，以防止塑性裂缝的产生。
1.3干燥收缩变形
干燥收缩是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论有毛细管张力学说、表面吸附学说和夹层水学说等，不论哪种学说，都是水分蒸发引起的。混凝土的水分蒸发干燥过程是由外向内逐步进行的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有的甚至会在数月或1年～2年以后产生。
1.4地基不均匀沉降
当建筑物建造在不同的地基上，当同一建筑物相邻部分的基础形式、宽度和埋深相差较大时，当同一建筑物相邻部分的高度相差较大、荷载相差悬殊、结构形式变化较大时，当平面形状比较复杂、各部分的连接部位又比较薄弱时，地基将会产生不均匀沉降，使结构体产生由弯曲和剪切引起的附加应力，当结构体产生的这种附加应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝。
1.5结构设计
1)基础设计时，有对于某些平面较复杂的建筑，未充分考虑到建筑物的重心与形心应尽量重合，导致结构体产生差异量沉降引发楼板开裂。
2)大体积钢筋混凝土地面结构设计时，如没有充分考虑到温度应力及收缩变形与结构长度的关系，将导致地面开裂。
3)设计时配置的构造钢筋不足或钢筋间距偏大，特别是楼板、墙板等薄壁构件;埋设的水电管直径过大甚至重叠、交叉，造成局部混凝土截面受到较多削弱，从而引起应力集中，出现裂缝。
1.6混凝土结构施工质量
在混凝土结构浇筑、模板安装、钢筋连接及安装过程中，若施工工艺没有严格按照规范进行，施工质量不能满足要求，将会产生裂缝。裂缝出现的部位和走向，裂缝宽度因产生原因而异。
二、裂缝产生以后采取的处理办法
2.1结构设计裂缝的控制措施
1)应严格执行《混凝土结构设计规范》关于结构伸缩缝最大间距的规定，在未采取切实可靠的技术措施作保障时，伸缩缝间距不得超越伸缩缝最大间距的规定。
2)混凝土结构构件的截面尺寸应符合结构设计规范要求;跨度较大的现浇钢筋混凝土结构构件截面的确定，应考虑到构件在正常使用极限状态下挠度的计算值需符合规范要求。
3)合理布置楼板构造钢筋，按《混凝土结构设计规范》的规定，满足构造钢筋的最小、最大间距限制要求，并保证构造钢筋有必要的配筋面积。
4)对其结构断面突变的结构构件，应避免过多的纵向钢筋突变性截断，在楼板设计中采用分离式切断钢筋，应先考虑配置贯通的温度收缩钢筋，再配置分离式负筋。
5)楼板角部钢筋设计时应布置放射筋，预留洞口等薄弱部位应设置加强筋。
2.2温度裂缝的控制措施
1)选择合适水泥，严格控制水泥用量。可选用低热水泥，减少水化热，降低混凝土的温升值。2)改善骨料级配，采用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施，以减少混凝土中的水泥用量。3)降低水灰比。4)改善混凝土搅拌工艺，拌和混凝土时加水或用水将骨料冷却，以降低混凝土浇筑温度。5)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节应采取保温措施。6)高温季节浇筑混凝土时，适当减小浇筑厚度，控制混凝土浇筑温度。7)大体积混凝土合理安排施工工序，分层分块浇筑，利于及时散热，减小约束，或在大体积混凝土内部设置冷却管道，减小内外温差，加强温度监控，及时采取措施。8)设置温度缝。
2.3塑性收缩裂缝的控制措施
1)选用干缩性小、早期强度高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。2)严格控制水灰比，添加高效减水剂，减少水泥用量和用水量。3)浇筑混凝土前浇水湿润基层和模板。4)浇筑混凝土后要及时覆盖养护。5)在工程中，除进行施工质量控制外，适当优化混凝土配合比可控制混凝土的塑性收缩，从而控制混凝土裂缝的产生。
2.4干燥收缩裂缝的控制措施
1)选用收缩量较小的水泥，如采用中低热水泥和粉煤灰水泥。2)控制水灰比，掺适量减水剂。3)施工过程中控制混凝土配合比，用水量不得超过配合比中的用水量。4)加强混凝土的养护。5)设置合理的伸缩缝。6)掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土引入的自应力，能够抵消混凝土干燥收缩时产生的拉应力，可以提高混凝土的抗裂能力。
2.5地基沉降裂缝的控制措施
1)设置沉降缝。让各部分自由沉降，互不影响，避免出现由于不均匀沉降时产生的内力。2)采用端承桩或利用刚度很大的基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差;后者则用基础本身的刚度来抵抗沉降差。3)在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。4)在施工过程中留出后浇带作为临时沉降缝，等到各部分结构沉降基本稳定后再连为整体。
2.6提高施工质量，按规范科学施工
1)按建筑工程施工质量验收规范要求对结构构件进行施工。2)在混凝土浇筑前，应审核施工方案，制定合理工期并对施工人员进行详细的技术交底。3)在混凝土浇筑过程中，要严格控制浇筑质量，检查混凝土坍落度，检查振捣情况，不能漏振、过振。4)对梁柱节点部位不同强度等级混凝土的浇筑顺序和浇筑混凝土的强度等要严格检查区分，采取必要的措施，严防低强度等级的混凝土注入高强度等级混凝土部位中。5)对初凝混凝土表面应多次搓压并在终凝之前进行再次抹压。
[关键词]锅炉钢；结构；设计
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0053-01
一、前言
锅炉在便利人们的生产生活的时候，不断朝大容量、高参数发展，锅炉钢结构方面的新材料和新技术也不断涌现，促进了锅炉钢结构设计技术的提高。从钢结构的布置、材料选用、节点连接方式、各参数的计算到钢结构的总体设计等相关技术都不断更新。锅炉应用要求的提高和自身规范与标准的优化，对锅炉钢结构的设计提出了更高的要求，确保锅炉安全运行。
锅炉钢结构主要有悬吊式、半悬吊式和支承式，为锅炉设备中最为重要的组成部分。构架的组成元件包含柱、梁、护板、顶板、平台、盖板、冷灰外壳、楼梯等，柱和梁为主要的承重部件。锅炉钢结构的载荷主要有两个部分，由构架自重、锅筒、燃烧器、平台楼梯、管道、刚性梁、阀门、集箱、炉墙等自身设备形成的本体载荷；还有由地震、雪、风、温度影响、炉内爆炸、安全阀反冲力等因素引起的其他附加载荷。
锅炉钢结构的设计主要有初步、技术、施工这三个设计阶段，分析如下。
二、确定钢结构布置形式
锅炉根据应用场景的不同而分为余热炉、CFB锅炉、煤粉炉等锅炉，锅炉种类不一样其钢结构的布置形式也是有很大差别的，其作用是在确保安全承载和稳定的情形下，并满足其需要的特殊要求，如膨胀中点的设置与否、管道的走向等因素的考虑。结构的布置也受锅炉钢结构的柱接头位置和节点的连接方式等因素的影响。因此，需要按不同的应用要求来选择钢结构的布置方式。
除了最基本的明确锅炉自身的特点和要求、考虑设计院所的管道布置方式等前提，还应充分考虑大板梁、垂直支撑和刚性平台层数等因素的影响，具体要求如下：
（1）大板梁布置。作为锅炉钢结构中最为重要的受力元件，需要确保结构稳定和传力明确的同时还应满足容易安装的要求。运输限制了板梁长度的设计，使其不能超过4m，在长度超过4m时可将其做成叠梁以分段运输。然而，叠梁在很多方面存在安全隐患，如生产、安装和结构处理时。所以，在大板梁布置时应综合考虑这些方面的因素以确定其截面形式，选择安全、合理、经济的断面。
（2）垂直支撑的布置。也称为抗剪平面，为了避免和温度探针、吹灰器、管道（传送汽水和烟风煤粉等管道）间的碰撞，最好将其设置于锅炉外跨。这种布置方式时锅炉主柱传力明确，水平载荷小，使截面减小。
（3）确定刚性平台层数。在达到结构要求的前提下，刚性平台层数越少越好。对于超临界这类大容量机组来说，平台层数常为8～10层左右。
三、选择钢结构材料及节点连接形式
锅炉钢结构材料的选择是确保锅炉安全、可靠运行的重要措施。选用原则是兼顾安全可靠和经济合理两方面，良好选择钢材钢号，并充分考虑其力学性能和化学成分。材料强度和钢材受力特性是确保钢结构强度的前提，但也应避免过度关注强度与质量等级，避免资源浪费。因此材料选择时应考虑以下几点：
（1）合理选择钢种。钢种应根据具体要求选择，构架可选用沸腾刚、镇静或半镇静钢。柱和板梁应选用强度高的合金钢（Q345），而平台、护板和顶板选择一般的低碳钢（Q235）即可。（2）合理选择刚度和强度。强度和刚度的选择要结合工作环境的温度，构架钢材的选择以室温为标准即可，无需满足高温的要求。（3）合理的脆性转变温度。当构架工作在温度较低的环境中时，应选择脆性转变温度较低的材料，最好低于所处工作地的最低环境温度。（4）焊接工艺。构架由焊接加工而成，因此需要选择焊接性能良好的钢材。选择时应正确选择钢进货渠道，钢材质量符合行业标准，在压力、温度、钢板厚度等方面满足要求。
节点连接方式对钢结构的布置形式影响较大，其连接方式有焊接和高强度螺栓这两种。通常，200MW及以下机组选取焊接的方式，而200MW以上机组则选取螺栓连接，这种连接方式易于安装与拆卸。螺栓连接时对钢材、构件摩擦面、螺栓拉力和抗滑移系数等方面有一定的要求，因此设计与施工时应该明确这些指标要求。同时，对钢结构中的化学成分如碳、硫、磷含量的要求也不容忽视。
四、选取合理截面尺寸
截面尺寸的大小对锅炉钢结构的重量影响较大。梁、柱、水平和垂直支撑元件受力情况不同，应尽最大能力减小腹板与翼缘厚度，以使各杆件截面得以充分发挥其力学性能。柱的截面选取应考虑其受力情况的同时调整截面尺寸，如使用拉开的断面而不是宽翼缘的断面。梁的断面尺寸应灵活调整，如对于轴力大而集中力小的梁，应选择较宽的翼缘宽度，反之亦反之。垂直支撑存在轴力过大的情况，若仍然使用从前的W型系列的工字型截面，而导致一些截面钢板厚度达50mm左右。根据垂直支撑的受力特点（大多为垂直受力），可将钢板厚度超过20mm的截面替换为箱型截面。为了确保节点连接方式的不变，可逐渐过渡以使端部仍然为工字型。
五、计算各个参数
锅炉钢结构的设计中涉及到很多参数的计算，如载荷统计、柱脚计算、节点结算和计算分析等部分。
（1）荷载统计及计算简图
钢结构的设计中，载荷统计至关重要。通过分析软件和结构简化模型得到载荷统计形式，按照设计规范的要求选取载荷计算方法与取值。
（2）柱脚计算
为了确定柱脚结构尺寸，以确保柱和基础结构的良好连接为进行的计算。柱脚尺寸的计算方式主要有靴梁式和分离式这两种，同时需确保柱底板厚度小于100mm，以利于材料采购与减轻重量。
（3）节点计算
为了实现结构良好连接，确定节点连接形式中必不可少的计算。以结合编制通用节点和计算的方式进行，如螺栓连接的节点，编制了垂直支撑，水平支撑，柱接头这三个节点标准和梁端连接角钢等标准，辅以经验判断。
（4）计算分析
结构分析常使用专门的结构分析软件进行，关键是按照相应规范、标准和经验确定载荷组合工况。选取刚度、挠度、应力和结构侧移等取值界限，合理选则截面，并结合计算分析选择最经济的截面，最后打印出位移、轴力、应力、弯矩剪力和基础负荷等计算结果。
六、绘制钢结构总图和施工设计
以上所有步骤完成后，可以着手设计钢结构总图和基础负荷。图中应包含材料、截面、节点连接方式、杆件布置和编号和结构要求等。
施工设计为详细设计图，为钢结构的制造图。施工图应使用CAD绘制，包括梁、柱、水平和垂直支撑、支吊梁、支承梁、大板梁、柱底板和小罩支撑等9个部件的参数化施工图绘制，还应列出零件清单和材料的消耗。施工图中还应有零件尺寸、明细表、图像师徒和螺栓汇总等部分。
七、总结
锅炉钢结构的设计繁琐而复杂，如何设计一个安全可靠、功能良好的锅炉钢结构，需要遵守各种标准规范，且需加大锅炉钢结构设计的研究。尽管设计步骤大体相同，但是不同的设计、计算方式，设计者自身水平和经验的差异也会导致不同的而设计结果。总之，钢结构的设计应不断经济合理、安全可靠的设计目标靠拢。
参考文献
[1] 罗邦富.钢结构设计手[M].北京：中国建筑工业出版社，1989.
[2] GB/T22395-2008锅炉钢结构设计规范.
关键词：建筑 结构 安装 设计
中图分类号：F765
一、现代高层建筑的空间构成
1、内核的形成 高层建筑与其它建筑之间的最大区别，就在于它有一个垂直交通和管道设备集中设置，在结构体系中又起着重要作用的“核” （Core）。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑的空间构成模式。
在建筑的中心部分，有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构，形成中央核心筒，而筒体处于几何位置中心，还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合，更加有利于结构受力和抗震。
2 、核的分散与分离 随着时代的发展、技术的进步，人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同，以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空间构成模式开始受到了挑战。
对于结构专业来说，加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏，所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边，则无疑也会对结构抗震有利。同时，这种分散的多个外核的空间构成模式，也正好适用于新兴的巨型框架结构，使这种结构体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。
而从建筑设计的角度来看，核的移动、垂直交通、服务性房间和管道井分散到建筑的周边，对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。它不但适应了其它专业的需求，而且还有利于避难疏散，创造更大的使用空间和使高层建筑的底部获得解放。这种空间构成模式所具有的灵活性和先进性，很快便被推崇技术表现的欧洲建筑师们所发现，并创造性地应用在他们的作品之中。
3 、中庭空间的出现 受高层旅馆的影响，一些办公大楼为了追求气派和空间变化，便在入口处附设一个中庭，实际上，核心筒的分散和分离，中庭空间的介入，已使高层建筑的空间构成模式彻底发生了变化。新一代的高层建筑空间组织更为灵活多样，由于空间设计的侧重点已由追求经济效率向营造宽松舒适的生活环境转变，所以许多新建的高层建筑都以“景观空间”的概念，将共享空间与功能空间相结合，把核分散向四周，垂直交通采用玻璃电梯，直接采光，给人们以开敞明亮、将动线视觉化的空间感受。空间构成模式也由封闭的“积层式”，变为上下贯通的“动态流动空间”。
4 、底部空间的变化 早期的高层建筑多直接面对街道，从街道进入门厅，再由门厅进入电梯厅，垂座电梯至各楼层，这是高层建筑中最为普遍的空间流线组织方式。建筑空间与城市空间之间缺乏过渡，没有“中间领域”的概念，在人流集散的高峰期，对城市交通环境的影响也较大。尽管许多高层建筑都在门厅的艺术处理上颇费心机，设计得非常富丽壮观，但是由于空间组织方面的缺陷，门厅内往往留不住人，形不成公共活动空间，而入口处也常出现人流拥塞的现象。
二、高层建筑结构的演化
1、钢材的国产化 国内钢铁企业根据我国高层建筑钢结构设计标准的要求，制订我国第一部高层建筑钢结构的钢材标准《高层建筑结构用钢板》（YB 4104-2000），比目前仍在实施的《低合金高强度结构钢》（GB/ T1591-94）又前进了一步，其性能指标优于国外同类产品。
2、钢结构设计国产化 国家标准《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）等有关高层建筑最大高度和最大高宽比的规定，在一般情况下，应遵守规范的规定，否则应进行专项论证或试验研究。建设部第111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和建质[2003]46号文《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，对加强高层建筑钢结构设计质量控制意义重大，具有可操作性。
3、高层及超高层结构体系 对于高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑，建筑总高度超过100m为超高层建筑。
对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
三、建筑安装的协调与配合
1、内部协调与配合 怎样搞好内部协调与配合，实际上是一个怎样处理好内部各专业之间的矛盾，以及各专业与总体要求之间的矛盾。首先，应从书面资料入手，对本专业图纸、会审纪要、工艺标准、质量要求等加以熟悉，做到心中有数。其次，从技术方面讲，搞好各专业协调配合，一定要把好熟悉图纸、认真会审、内部会审、内部技术协调的关口，务必保持解决问题的渠道畅通无阻。再者，高层建筑楼高、层数多、场地窄、专业交叉施工密度大，与工业建筑、一般民用建筑相比，其作业面尤为狭窄，难以满足在有限的作业面内各专业施工同步展开。
2 、外部协调与配合 外部协调与配合主要指土建单位、装修单位的专业之间的协调配合。
就高层建筑整体而言，土建和安装构成了躯干和内脏；装修则是为其着装打扮。根据高层建筑的特点，土建、装修施工阶段划分为：①砼结构施工；②砌体建筑施工；③初级装修施工；④二次装修施工。
既然土建、装修、安装均作为高层建筑的有机组成部分，故其彼此间必然存在着密切的联系，实际是相辅相成、缺一不可的关系。但作为一个独立项目，又有各自的运行规律，只有掌握了这些规律，并了解其间的内在联系，才能有理、有序、有效地搞好各项目之间的协调与配合。
对于安装施工来讲，从整体看，其成品可以说是依附于土建的半成品或成品之上，它们之间的交叉配合贯穿于整个施工过程，且配合密集处主要在“暗”处，如砼结构、砌体内管井等；而装修与安装施工的交叉配合，主要集中在“明”处，如墙面、天花板等。
3、前、后方协调与配合 前、后方协调与配合实际上是人、财、物、机各生产要素的优化组合问题。它对于各类建筑施工是一个带有共性的问题，这个共性问题的关键所在是诸生产要素的优化组合决定权是在前方，还是在后方？是在项目上，还是在大本营里“项目法施工”运用动态管理原理很好地回答和解决了这个问题，使长期以来的前方与后方难以协调与配合的局面得到了根本转变。
有共性必有个性。在高层建筑安装施工中，诸生产要素的优化组合必须紧紧围绕高层建筑安装施工的各项特性来进行。为此，必须了解各专业施工形象进度计划，以便及时、合理地调配人、财、物、机各生产要素。
后期装修改造工程中，针对检测结果和业主的装修需要，在结构上本工程主要有两点变动要求：
（1）舞台上空的屋盖存在安全隐患，立即进行拆除和新建，新建结构方案由设计方合理提出；
（2）底层观众席需要重新设计建造。
二、结构解决方案
因为根据现行规范《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）中1.0.1条的规定：在90年代（按当时施行的抗震设计规范系列设计）建造的现有建筑，后续使用年限不宜少于40年。后续使用年限40年的建筑，简称B类建筑，通常指在89版设计规范正式执行后，2001版设计规范正式执行前设计建造的房屋。其具体要求，基本按照89版抗震设计规范的有关规定，其中凡现行规范比89版规范放松的要求，也反映到条文中。本工程设计建造于1994年，按照当时的结构设计规范和抗震设计规范《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）的要求进行设计，结构本身具备一定的抗震能力。后期改造中为了不改变房屋的整体结构和抗震性能，原则上不对房屋的结构进行改变。现针对业主提出的两点改造要求进行探讨。
1.舞台上空屋盖的结构方案选取
舞台上空的屋盖结构，现在为钢筋混凝土薄腹梁+大型屋面板，经计算，不包括屋面面层重量，本区域屋盖恒载约为2.5kN/m2。本次改造如果采用现浇钢筋混凝土屋盖，现浇结构的恒载超出现有屋盖，对房屋的不均匀沉降控制有不利影响。同时，若采用现浇钢筋混凝土结构屋盖，改变了舞台区域框架柱上端点的连接体系，现在薄腹梁铰接搁置于框架柱上端，现浇屋盖则需要采用植筋技术连接为刚节点，同时不可避免破坏到框架柱的现有结构。本舞台区域为大空间，平面轴网尺寸为15×30m，为了不增加此区域屋盖的重量，同时做到美观、经济，并且不改变屋盖的受力体系，不破坏周边结构构件，尽量消除对原有结构的不利影响，我们考虑将此区域屋盖改作为网架结构。由于上面屋面会做成一个网架，网架支座一般设在柱顶，由于PKPM对真实的网架建模比较麻烦，如果我们把屋面层假定为混凝土屋面或无楼板的屋面，都与实际情况差别比较大。如何模拟网架的水平刚度对柱的约束情况是非常重要的。而我们知道一般构件的挠度与刚度成反比，所以我们可以在PKPM模型里用比较大的钢梁来模拟网架，如果网架的竖向挠度刚好等于网架结构用作屋盖的容许挠度限值1/250，那我们可以就能很好地进行模拟网架。但是在进行利用钢梁模拟的时候，务必要把钢梁与柱的顶部的节点都设成铰接，这样才能反映网架在支座处与柱是进行铰接的。按照《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）3.2.11条估算结果，网架自重约为25kg/m2，计算时考虑网架屋面面层标准防水保温做法，下部布置设备500kg/m2取值，而到了施工图阶段，我们一般是要求网架公司以周边的柱顶设为网架的支座，按此进行网架设计，设计出来的网架支座内力加在柱顶，这样就能很好地模拟网架上传来的荷载。网架结构本身较轻，加之本工程建成至今近20年，基础沉降已经完成，因此，不会引起局部基础的再次沉降。这里当然会出现另一个问题：置换的网架结构比原有结构轻，会不会因为水浮力影响而造成局部基础上浮？根据地质勘查报告，本工程处于山区，且地势较高，±0.000相当于黄海高程103.5m，地下水位非常低，因此，也消除了水浮力的不利影响。因此，舞台区域上空屋盖采用网架结构，我们认为是一个非常好的思路，上部结构形式上不改变结构的受力体系，同时不增加局部荷载。地基基础方面，由于工程所处的土层地质条件，也不会产生不均匀沉降等不利影响。同时造价方面，每平米结构造价约350元。达到安全、适用、美观经济的要求。
2.底层观众席的改造思路
根据检测结果，并参考原设计图纸，本工程的底层观众席结构为下部架空，采用砖块砌筑砖墩，踏步板均采用小型预制板，上部做现浇面层。底层观众席与剧院房屋的结构在完全脱开，独立架设在室内地坪上。后期改造，如果采用现浇钢筋混凝土结构浇筑观众席，会有以下不利因素：
（1）由于维护墙体的存在和门窗洞口相对较小，现场混凝土浇筑施工难以实施；
（2）现浇钢筋混凝土结构相对比较笨重，同时观众席区域周边结构联系相对薄弱，很可能会引起不均匀沉降，造成周边结构变形；
关键词：钢结构；厂房设计；柱距选择
中图分类号：TU746.3
1.引言
门式刚架结构因其自重轻、施工速度快、工业化程度高、抗震性能好、构件工厂制作、安装方便、综合经济和社会效益好、环保等优点在工业建筑工程中被广泛应用，并因此成为钢结构房屋体系中发展最快的一种。2002年国家颁布了CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[1] （以下简称《门刚规程》），2012年中国工程建设标准化协会对此规程进行了修订，为门式刚架结构的应用和发展创造了更有利的条件。
2.项目概况
西安某有限责任公司厂房为大跨度单层五跨厂房，厂房上部结构采用钢结构，基础采用钢筋混凝土独立基础。跨度为21+24+21+24+24m，柱距为7.5m，全长180m，车间内每跨设有两台吊车，除第二跨吊车为32/5t桥式吊车外，其余均为20/5t桥式吊车，吊车的工作级别均为A5， 吊车梁采用工字形焊接钢吊车梁，吊车轨顶标高为9.8m柱顶标高为11.3m，每跨均带门式电窗天窗，屋面及外墙围护均采用彩色钢板夹玻璃丝绵保温板。抗震设防烈度为8度，场地类别为II类。
3.设计方案
3.1结构形式分析
对于设计人员，如何确定工业厂房结构形式是非常重要的。工业厂房一般有以下几种结构形式：砌体结构、钢筋混凝土排架结构、钢结构。砌体结构适用于跨度比较小、无起重或小起重设备的厂房；钢筋混凝土排架结构是工业厂房最常用的结构形式之一，但由于其刚度大、自重大，地震力也大，占用场地大、施工工期较长；而钢结构厂房（特别是门式刚架厂房）相比有以下优点：
（1）自重轻、柔性好、抗震性能好。
（2）安装方便、施工工期短。
（3）轻钢结构是一种绿色环保结构，具有较高的利用价值。由于本工程厂房跨度较大，起重吊车吨位较高，施工场地小，工期要求短，所以选择了门式刚架结构。但由于《门钢规程》1.02条规定：本规程适用于桥式吊车不大于20t的厂房，故本工程第二跨不能按《门钢规程》设计，应按GB50017-2003《钢结构设计规范》[2]进行设计。
3.2计算软件
常见的门刚计算软件有同济的3D3S和建研院的PKPM系列中的STS，本工程采用STS软件进行设计分析。
3.3柱距、跨度设计
本工程跨度根据工艺要求有两种21m和24m，柱距一般6-9m，参照标准图集04SG518-3选用刚架、屋面檩条、墙面檩条，按每平米折算（墙檩按立面面积折算），吊车梁按标准图集08SG520-3选取，按每平米折算按屋面实际做法计算，屋面选用双面彩钢板夹50厚玻璃绵，加上檩条折算荷载，加上悬挂灯及管道荷载，一般可取0.3KN/ m2。
3.5.2屋面活荷载
计算钢梁时《门刚规程》规定屋面活荷载为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2时，取值为0.3kN/m2；因此一般檩条取0.5kN/m2；刚架取0.3kN/m2。
3.5.3雪荷载
雪荷载按照《建筑结构荷载规范》中的要求进行计算，屋面均布活荷载不应与雪荷载同时组合。
3.5.4 吊车荷载
吊车荷载是工业厂房的最主要荷载，分为吊车竖向荷载和吊车水平荷载。按照《建筑结构荷载规范》[3]中的要求，吊车竖向荷载标准值，应采用吊车最大轮压或最小轮压；吊车横向水平荷载取值时一定要分清软钩吊车和硬钩吊车，取值是不一样的。在此特别注意的是GB50017-2003钢结构设计规范在计算重级工作制（A6～A8）吊车梁及其制动结构的强度、稳定性以及连接的强度时，应考虑由吊车摆动引起的横向水平力HK（此水平力不与建筑结构荷载规范规定的吊车横向水平荷载同时考虑），HK=apk.max，通常情况下此横向水平力要比建筑结构荷载规范规定的吊车横向水平荷载大。
3.5.5风荷载
3.6设计参数
3.6.1 门式刚架柱、梁平面外计算长度的选取
采用平面分析程序，由于没有平面外信息，程序自身无法正确判断平面外计算长度的选取，程序默认取的平面外计算长度为杆件自身的长度，工程设计人员应对平面外计算长度进行确认和修改。
平面外的计算长度应取平面外有效支撑之间的间距。门式刚架类型，对于边柱和屋面梁，当采用压型钢板屋面、墙面，且压型钢板与檩条有可靠连接时，墙梁和檩条设置隅撑的情况下，隅撑能起到边柱和屋面梁的平面外支撑作用，则边柱和屋面梁的平面外计算长度可以取设置隅撑的间距。对于有吊车或跨度较大的厂房，柱平面外计算长度建议按柱间支撑选取。
3.6.2吊车超过20t的门式刚架形式单层厂房设计
对于吊车吨位超出20吨，但又不是特别大吨位（≤50吨）的单层厂房，采用了一种与门式刚架形式相似的结构形式：如本实例，焊接工形实腹梁柱截面形式的门形刚架、轻型的屋面墙面体系。从这类结构的特殊性和设计的安全性考虑，对这类结构的计算，提供以下建议：
（1）对于吊车吨位超出20吨的单层钢结构厂房，已经超出门规的适用范围，应该按照钢结构设计规范来进行设计与控制，如：长细比、局部稳定、挠度、柱顶位移等项控制指标，其中长细比、挠度、柱顶位移项控制指标在参数输入中的设计控制参数中可以按照钢结构设计规范进行人为指定，局部稳定控制程序会根据指定的构件验算规范按对应规范自动进行控制；
（2）结构类型应该选择“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且选择了地震作用于计算，程序会自动按照抗震规范第九章关于单层钢结构厂房的规定进行控制；
（3）柱构件应条用刚接柱脚，不宜采用摇摆柱，构件的验算规范应指定为钢结构设计规范。梁构件考虑到一般采用坡面梁，会存在一定的轴力影响，尤其是采用变截面梁的情况下，如果采用钢结构规范计算：第一，没有考虑轴力影响（纯弯构件计算）；第二，钢结构规范没有规定相应变截面梁的稳定计算，采用钢结构规范计算，程序对变截面梁的稳定没有计算。建议这类梁构件承载力的校核采用按门式刚架规矩进行校核，以考虑轴力的影响与变截面梁的稳定计算。梁构件尽量采用等截面构件。
（4）对于柱的计算长度系数，默认程序自动计算为按照总的参数输入的验算规范进行确定（与单个构件的验算规范无关），如果在参数输入中选择的是钢结构规范，对于有吊车作用的柱，程序按钢结构规范5.3.4单层厂房阶形柱方式进行确定，无吊车作用的柱按钢结构设计规范5.3.3条线刚度比方法确定；如果在参数输入中选择的是门式钢架规程，则对所有的柱计算长度系数按门式钢架规程3.1（3）条的一阶分析法确定。
对于吊车作用柱，如果上下柱段采用相同截面（非阶梯形），梁柱连接采用刚接，如果采用钢结构规范计算，程序对应采用钢结构规范附表D-4、D-6刚接排架柱确定计算长度，实际计算发现，对于这种形式的刚架按对应附表中的公式计算，下柱的计算长度系数经常出现非常小的情况（有时
对于上下柱采用变截面的阶形柱，计算长度系数的确定，建议还是按钢结构设计规范阶形柱的方法确定。梁柱采用刚接连接的刚接排架柱，如果考虑到与排架连接的实腹梁刚度达不到刚性约束，可以考虑先把排架柱顶设为铰接计算，程序这时按钢结构规范附表D-3、D-5铰接排架柱确定计算长度系数（柱顶可移动、也可转动），记录该计算长度系数结果，然后再把模型中的柱顶连接改回刚接连接，人为按铰接排架柱确定的结果进行修改排架柱的平面内计算长度系数，这也是一种偏于安全的处理方式，或者也可以直接在“参数输入”中勾选“当实腹梁与作用有吊车荷载的柱刚接时，该柱按照上端为自由的阶形柱确定计算长度系数” [7] 。
3.7刚架梁柱设计
门式刚架是梁、柱单元构件的组合体，是主要的承重构件。刚架梁柱的截面尺寸应根据其跨度、柱距、屋面荷载及吊车吨位确定。一般门式刚架由变截面的实腹焊接工字型或轧制H型截面柱和梁组成。刚架斜梁一般情况下，当跨度小于24m时采用等截面，当跨度不小于24m时采用变截面。在门式刚架厂房结构体系中，常采用单跨、双跨、多跨、双坡或单坡的单层门式刚架。 一般可以先按标准图集或类似项目选用截面，符合软件优化条件的可以让软件优化；不符合软件优化条件的要多次试算，得出既安全又经济的截面。
屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条；外墙宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。通常厂房外墙在离地面1.0m高范围内采用砖砌体，以防腐蚀、碰撞发生损坏。
檩条可以直接按标准图集选用。
抗风柱可按标准图集选用并进行风荷载验算得出。
3.8钢材设计
作为设计人员，应充分了解各种型号钢材市场价格后，对钢材的选用进行优化设计，并根据截面强度和结构变形等不同强度选用相应的钢材。一般厂房的门式刚架等构件宜采用Q345-B的钢。檩条、支撑、拉杆等宜采用Q235-B钢。
4.支撑布置
4.1屋面支撑、刚性系杆布置
对于符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，可按《门刚规程》的要求布置屋面支撑及刚性系杆；对于不符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，应按钢结构规范及抗震规范的要求布置屋面支撑及刚性系杆。
4.2柱间支撑布置
对于符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，可按《门刚规程》的要求布置柱间支撑并验算；对于不符合《门刚规程》适用范围的门式刚架，应按钢结构规范及抗震规范的要求布置柱间支撑并验算。
5.连接节点设计分析
连接节点的设计是钢结构设计中重要内容之一。钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、普通螺栓连接、高强螺栓连接。
5.1梁柱或横梁节点设计
工业厂房一般情况下梁柱或横梁节点的连接采用高强螺栓连接或高强螺栓焊连接。
端板连接是门式刚架目前实际工程中应用最多的梁柱或横梁间节点连接类型，主要有外伸式、平板式、外伸式加肋等几种形式。加劲肋能大大提高节点抗弯能力，有效减少螺栓数量和端板厚度，故一般优先选用外伸式加肋的节点形式。
对于有吊车及大跨度，大荷载厂房的梁柱节点，应采用全焊与螺栓焊连接节点，此焊连接节点具有节点转动刚度大，工程费用低，但高空焊接工作量大。
该节点应按《门刚规程》的2012修订版7.2.21条验算，确保梁柱节点为刚性节点；对于该规程未提及的构造及验算方法，可详见陈绍番《轻型门式刚架梁柱连接如何设计成刚性节点》[9]。
5.2柱脚连接设计
厂房的钢柱与混凝土基础通过锚栓连接形成了柱脚。柱脚根据能否抵抗弯矩分为刚接柱脚或铰接柱脚。确定柱脚的刚接和铰接，关键在于锚栓布置。柱脚的区别在于对侧移的控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，其余情况下，柱脚可设计成铰接。另外，如果底板和基础顶面的摩擦不能满足柱底剪力的传递要求，则须设置抗剪键，通常对有吊车的厂房需设置抗剪键。对于吊车其中量大于5t的桥式吊车厂房柱脚应采用插入式柱脚，确保柱与基础的刚性连接。见图2[5]，对于吊车其中量大于15t的桥式吊车厂房的插入式柱脚应加焊栓钉。其他柱脚刚接时宜优先采用插入式柱脚。
6.防腐蚀和防火设计分析
6.1防腐蚀设计
钢结构的优点非常多，但它生锈腐蚀是一个致命的缺陷。钢结构的腐蚀不仅可能造成巨大的经济损失，也给结构的安全带来了隐患。本人曾经遇到过某选煤厂主洗煤车间，由于经常用水，车间内环境非常潮湿，导致钢结构厂房下部工字形钢柱结构腐蚀非常严重，有的柱腹板、翼缘板局部已腐蚀透，给主洗煤车间造成非常大的安全隐患。所以钢结构的防腐蚀设计和施工非常重要。
钢结构的防腐包括防锈和涂装：
（1）钢结构的防腐关键在于除锈。只有彻底除锈才能消除隐患。除锈宜用喷砂或抛丸除锈，除锈等级不低一般为Sa2.5。
（2）钢结构表面在涂底漆之前，应彻底清除铁锈、焊渣、毛刺、油污、漆层、积水、积雪及泥土等。
（3）在钢结构表面刷防腐涂料，并应给定涂膜厚度。
6.2防火设计
根据GB50016-2006建筑设计防火规范中的要求进行防火设计。钢结构耐火性能差，其耐火极限仅为15min，厂房是否进行防火设计应根据厂房的生产类别和耐火极限来确定，对于耐火等级为二级的厂房，当厂房的生产类别为丁、戊类时可不进行防火设计；对于厂房的生产类别为甲、乙、丙类时应进行防火设计。必须对钢结构构件表面采取防火措施，主要有：涂抹防火涂料；将耐火轻质板作为防火外包层；在构件浇筑混凝土或砌筑耐火砖。一般门式刚架的承重钢结构宜采用防火涂料防火。板、梁一般采用超薄型及薄型防火涂料，柱采用厚型防火涂料。
7.门式刚架厂房设计建议
通过上述实例的分析，得出如下设计建议：
（1）对照《门刚规程》的适用条件，满足该规程条件的按该规程计算；对不满足《门刚规程》的适用条件的部分按钢结构规范及抗震规范计算。
（2）一般情况下，该类型厂房7.5米最经济，其次为6米柱距；如无特殊要求建议采用7.5m柱距。
（3）门式刚架梁柱连接应设计成刚性节点，应按《门刚规程》的2012修订版7.2.21条验算，现有计算软件尚未进行此项验算，设计人员应手算复核。
（4）对于吊车其中量大于5t的桥式吊车厂房柱脚应采用插入式柱脚，确保柱与基础的刚性连接；对于吊车其中量大于15t的桥式吊车厂房的插入式柱脚应加焊栓钉。其他柱脚刚接时宜优先采用插入式柱脚。
（5）应加强钢结构厂房的防腐蚀和防火设计。
参考文献：
[1]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[J].中国工程建设协会标准，CECS102：2002（2012修订版）.
[2]钢结构设计规范[J]. 中华人民共和国国家标准，GB50017-2003.
[3]建筑结构荷载规范[J].中华人民共和国国家标准，GB50009-2012.
[4]《建筑抗震设计规范》[M].中国建筑工业出版社，2010.
[5]《门式刚架轻型房屋钢结构》[M].中国计划出版社，2006.
[6]钢吊车梁[J].国家建筑标准设计图集，08SG520-3，2008（8）.
[7]中国建筑科学研究院工程部.钢结构设计软件STS应用讲解，2010.
关键词：华月线，梅溪河，顶管，沉井，电缆
前言：随着社会经济的快速发展，电网建设的架空模式已不适应城市空间的环境要求，城市电网地下电缆化的趋势已不可逆转。在电缆敷设工程中，采用传统的开挖埋管的施工方法，存在着作业面大、拆迁量大、劳动强度高、对周围环境的影响也较大等弱点，同时受场地、安全、文明施工以及周围建筑物和地下管线等因素的制约，采用开槽埋管施工比较困难，在这种情况下，就必须采用暗挖方式来敷设电缆。顶管作为暗挖法的重要方式之一，依靠其便捷的施工方式，在城市地下管道的施工中得到了广泛应用，但其施工引起的地表变形对周边环境的影响应引起足够的重视。
本文结合220KV华月线电缆隧道工程顶管穿越梅溪河的工程实例，重点分析顶管施工中的地面沉陷及隆起等变形的原因、预防措施，以及电缆敷设工艺的研究。
工程概况
1.1 工程概况
过梅溪河电缆隧道工程，位于汕头市金风西路金风桥南侧，为钢顶管工程，管道中心标高为－11.00~-11.55m，埋深为13.92~15.27m。过河管道工程范围和走向:自梅溪河东岸始发工作井～跨越梅溪河水域～梅溪河西岸接收工作井，隧道全长323米，设置两个顶管工作井。该管道与金风大桥和自来水公司的过河管相邻。
工程由以下部分组成：①内径为Φ1800mm、长度约为323m的钢顶管；②顶管工作井，圆形沉井结构，内径Φ10m，有效深度18.55 m；③顶管接收井，圆形沉井结构，内径Φ8m，有效深度17.03m。
1.2工程地质和水文条件
顶管管道穿越地层为灰色淤泥质粘土，层底标高为-12.5米，夹薄层状粉砂、粉土。地下水位标高为3.4米。
顶管总体设计方案
2.1设计原则及技术标准
2.1.1结构设计原则
①施工过程中须满足工程自身安全要求。
结构安全等级为二级；砼结构的耐久性满足二类环境类别。
③结构设计荷载分析按最不利荷载组合进行分析计算。
④管道稳定抗浮安全系数为1.1。
⑤抗震设防烈度为7度。
2.1.2防水、防腐设计原则
① 防水等级为三级。
② 结构设计在满足强度和刚度的前提下，同时满足防水要求。
2.1.3设计应遵循的技术规范
设计除满足“工程设计合同”中的技术要求外，尚需遵循国家及行业设计规范。
2.2顶管总体设计
工程位于金风大桥南侧，和自来水管相邻。顶管穿越断面的地势，两岸平坦。本顶管段长度约323.0m，全段横穿梅溪河河道。穿越陆地场地地形较为平坦，地面标高约2.1~2.6m。
在梅溪河东岸侧设置工作井，用作顶管工具头和每节过河管的进入口，井内逐段焊接钢管，由后座千斤顶逐段定向顶向对岸接收井。在梅溪河西岸侧设置接收井作为顶管的最终出口和用作工具头的回收，工作井和接收井为钢筋混凝土结构，采用沉井法施工。
过梅溪河电缆隧道不考虑人员通行，隧道内拟充填砂料，两端封堵，但隧道内需预留电缆管孔以便将来维修和电缆更换。
顶管工作井位于现有主河道东侧，接收井位于现有主河道西侧平地。两井北侧为自来水管和金风桥；南侧紧邻民宅和厂房。
本工程顶管轴线成～0.16%坡度，最小覆土深度6m。
沉井设计
3.1沉井结构计算
分别按施工和使用阶段进行结构内力与稳定性计算、强度和裂缝开展宽度验算。结构分析模拟按以下原则和假定进行：
⑴反映周围地层的影响，按板膜（壳）支承在弹性地基上的空间结构进行内力和变形分析。
(2) 根据坑底土层的工程力学指标进行基底土的抗隆起和抗管涌稳定性验算。
(3) 结构计算根据施工过程分阶段进行内力计算，并对结构进行强度、变形验算。
(4) 井壁与底板之间采用伸出钢筋相连接，顶管过程其结合面按刚接考虑。
3. 2荷载取值
结构设计荷载分为永久荷载、 可变载荷、 偶然载荷。永久荷载包括结构自重、地层压力、静水压力及浮力、侧向地层抗力及地基反力；可变载荷包括地面车辆载荷引起的侧向土压力、施工载荷等；偶然载荷本处即为地震作用。
3.3 主要技术要求
⑴沉井施工精度见下表：
沉井制作精度要求
项 次 项 目 允 许 偏 差
1 平面尺寸
(1). 长、宽
(2). 曲线部分半径
(3). 两对角线的差异
±0.5%;并不得大于100mm
±0.5%;并不得大于50mm
1%对角线长
2 井壁厚度 ±15mm
⑵沉井下沉精度：刃脚平均标高与设计标高的偏差一般不得超过100mm；高差允许偏差为±50mm，左右允许偏差为±50mm。
顶管设计
4.1 顶管结构设计
顶管内径1.80m，壁厚20mm，全长323m，管节长度定为6m，钢材选用Q235镇静钢，管节之间采用K型剖口焊接连接。
4.3 主要技术要求
⑴管节几何尺寸允许偏差
管节几何尺寸允许偏差表
注： 1. D为管内径(mm)，t为壁厚(mm)；2. 圆度为同端管口相互垂直的最大直径与最小直径之差(mm)。
⑵顶管轴线允许偏差
高差允许偏差为±50mm，左右允许偏差为±50mm。由于本工程顶管精度要求较高，故施工测量必须须达到相应的准确度，要求施工单位须采取切实可行的测量手段，以确保顶管工程的顺利进行。
在顶管内高压气管及相关设备安装完毕后，对管内剩余空间进行水泥浆充填，以此来保证高压气管的轴线位移稳定。
顶管施工引起的地面变形原因分析
5.1地层变形的主要因素分析
（1）工具管开挖面引起的地层损失V1
根据现场实际情况，土压平衡刀盘掘进机能通过控制顶进速度来平衡挖掘面的土压力，使机头前方的主动土压力和被动土压力达到平衡，减少土体扰动和土体的损失。V1取2.5%。
（2）工具管纠偏引起的地层损失V2
由于在顶管施工过程中顶进的轴线和设计轴线不可能完全吻合，只有通过不断的纠偏使管道的顶进轴线尽量接近设计轴线，因此纠偏引起的地层损失也就在所难免。为保证地表沉降控制，并满足顶管质量要求，一般最大偏差控制在10CM以内，工具管纠偏时，其轴线与管道形成一个夹角，因此工具管在顶进中，开挖的坑道线为椭圆形，此椭圆形面积与管道外圆面积之差值，即为工具管纠偏引起的地层损失，该项地层损失按下式计算：
V2=D.π.L.α%/4=3.14x1.90x4.6x(0.1/4) % /4=0.171%
式中:D-工具管外径
L-工具管长度
α%-工具管轴线与管道轴线的夹角
（3）管道外周环形空隙引起的地层损失V3
一般工具管外径较管外径大，因此，顶管过后管道外周产生环形空隙，导致地层损失；同时，由于本段顶管长达323M，因此将采用2套中继间，而中继间的外径也大于管道外径，在管道顶进过程中将带走一些环形空隙中的泥浆，如补浆不及时，也会导致地层损失。从工程实践中可以得到这样的认识：顶管中管道外周环形空隙所引起的地层损失是产生地表沉降的主要因素。这种地层损失的计算如下：
工具管外周半径与管道外周半径之差
V31=π. D.α2.K2=3.14x1.90x0.01x0.7=4.17%
式中:D-工具管外径
α2-工具管外周半径与管道外周半径之差
K2-注浆未充满度,取0.70
中继间外径与管道外径不同而引起地层损失V32
V32=π. D.α2.K2=3.14*1.90*0.00253*0.7=1.07%
（4）工具管与管道与周围地层磨擦而引起的地层损失V4
掘进工具管在顶进中对土体发生剪切扰动，因此也产生地层损失，在工具管后的管道，因其有触变泥浆减摩，对土体的剪切扰动可减少。由于由此引起的土体损失较小，因此在此忽略不计。
（5）工具管进出洞时引起的地层损失
工具管进出工作井洞口时，因洞口空隙中发生水土流失或上体坍陷而产生局部的较大幅度的地面沉降，由于本工程工作井距铁路较远，为50米左右，且在顶管施工中已做好相应的措施，防止洞口的水土流失，由此产生的地面沉降对铁路的影响不大，也可忽略不计。
（6）管道接头及中继间与管道接头不密封，在饱和含水砂性土层中容易引起水土流失而造成地面沉降严重，但本工程顶进的土层为淤泥质粘土，而且采用的管材是“F”型接口的钢筋砼管材，密封性能良好，因此不会产生泥土流失。
2.2沉降量的计算：
对上述地层损失按派克法(Peck)公式预测沉降槽, 在正常顶管施工的条件下，预测和实测结果是比较接近的。
（1）土体总损失量：V＝V1＋V2＋V31＋V322＝7.911%
（2）沉降槽宽度系数i：i= 2.948（3）最大沉降量
hmax= 0.05873m
（4）沉降槽宽度
w=2.5i=7.37
（5）沉降槽高度比
k=hmax/w=0.05873/7.37=0.008
根据以上计算得出的结论，沉降值未超出规定的范围。但是在施工中还应采取相应的措施，以防止出现意外，确保铁路的行车安全。
隧道内的电缆敷设
电缆经由电缆沟进入隧道工作井，进而在隧道里敷设，在进入工作井时需在工作井井壁上预埋穿墙套管，并在工作井内设置支架，见下图示意：
本工程中工作井内的电缆敷设方式是依照电气安装及使用的要求来设计的，施工过程中电缆的施放比较顺利，对未来此类工程的设计思路是一个很好的参照。
电缆在顶管隧道内采用垂直蛇形的敷设方式，隧道内支架的布置图见下图：
参考文献：
夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册.中国建筑工业出版社，1999.
地基基础设计规范，上海市工程建设规范，1999.
基坑工程手册，刘建航，侯学渊，1998.
实用给水排水工程施工手册. 北京：中国建筑工业出版社，1999
张倩，朱振宇. 顶管工程产生偏差原因与预防. 黑龙江水利科技，2004.04
