结构方案比选

结构方案比选（精选9篇）

结构方案比选 篇1

摘要：本工程为地下3层, 地上7层裙房, 两栋塔楼为一幢23层办公楼, 一幢25层公寓式办公, 分别布置在用地东南和西北角, 七层裙房呈矩形, 塔楼为方形建筑;由于裙房影院开大洞、影院上布置会所导致高位转换及位移比超1.2, 使整体结构为超限高层, 本文通过结构方案的比较来减少不规则性, 避免成为超限高层。

关键词：结构方案比选,超限高层,结构分析

1 工程概况

邯郸友谊时代广场位于邯郸市中心区, 北临人民路, 东临中华大街, 基地位于城市中心区重要区位, 主要为大型城市综合体, 包括零售、餐饮、娱乐、放映厅及公寓式办公及写字楼。地下2~3层为停车库, 地下1层为超市, 地上7层裙房为商业, 两栋塔楼为一幢23层办公楼, 一幢25层公寓式办公, 分别布置在用地东南和西北角, 7层裙房呈矩形, 塔楼为方形建筑;地上一层层高为6.0m, 二~六层为5.1m, 七层为5.4m;公寓式办公层高为3.350m, 总高99.650m, 写字楼层高为3.950m, 总高为99.750m。各层平面、立面及效果图见图1~图3。

2 结构体系及特点

根据本工程建筑特点, 本着“安全、经济、适用”的原则考虑采用如下结构体系。25层高度99.650米的高层公寓式办公楼和23层99.750米高度的写字楼均采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构;整体7层 (局部9层) 36.900米 (44.450米) 高的商业裙房采用现浇钢筋混凝土框架结构。

方案一:在高层公寓式办公楼及高层写字楼之间与裙房 (地上) 中间适当位置设置二条防震-变形缝, 使之形成两栋独立的塔楼及一Z字形裙房, 避免建筑物过长及呈“大底盘多塔”结构形式, 两栋塔楼及裙房各自为一结构体系, 结构设计更加明确。但是, 由于裙房影院楼板开大洞导致楼板局部不连续, 影院上布置会所导致竖向抗侧力构件不连续, 在规定水平力下, 楼层的最大层间位移大于该楼层两端平均值的1.2倍 (经过试算) , 根据《建筑抗震设计规范》规定, 7层裙房为超限高层, 应进行超限审查。给甲方及设计带来很大麻烦。

方案二:两栋塔楼及裙房之间不设缝, 在裙房部分连成整体, 成为多塔结构, 这样就可以避免方案一中的超限问题。

下面对两种方进行比较, 通过详细的结构计算分析来确定哪种结构方案更加合理。

3 结构计算分析

3.1 方案一

两塔楼与裙房设缝, 分成三个独立结构单元;两个塔楼平面为矩形, 内筒与外筒比例协调, 为一般框架-核心筒结构, 比较简单;裙房平面形状为Z字形, 建筑功能较多, 导致结构形式复杂, 由于使用功能上的要求, 影院层大洞导致楼板局部不连续及影院上布置会所导致竖向抗侧力构件不连续已经不可避免, 所以为了避免上述超限审查问题, 只有调整位移比时使其小于1.2, 计算结果如下:

1) 考虑扭转耦联时的振动周期 (秒) 、X, Y方向的平动系数、扭转系数如表1所示:

2) 楼层最小剪重比及有效质量系数均满足要求;

3) X方向最大层间位移角:1/553;Y方向最大层间位移角:1/566;

4) 偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大位移比如表2所示:

从计算结果可以看出, 仅Y方向偶然偏心下的位移比超过规范限值 (1.2) , 但超过不多。

3.2 方案二

两栋塔楼及裙房之间不设缝连成整体, 成为多塔结构, 计算结果如下:

1) 考虑扭转耦联时的振动周期 (秒) 、X, Y方向的平动系数、扭转系数如表3所示:

2) 楼层最小剪重比及有效质量系数均满足要求;

3) X方向最大层间位移角:1/557;Y方向最大层间位移角:1/650;

4) 偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大位移比如表4所示:

从计算结果可以看出, 周期、最大层间位移角及楼层最大位移比均不满足规范要求, 且两栋塔楼及裙房之间不设缝连成整体成为多塔结构, 使结构形式更加复杂。

4 结语

通过方案一与方案二计算结果的比较可以看出, 方案一通过设置抗震缝分成三个独立的结构单元, 各个结构单元形式更加明确, 受力更加合理;方案二不设缝连成整体形成多塔结构, 总体计算参数指标更加难以满足, 使结构形式复杂。所以最终确定为方案一, 其超限问题通过调整计算参数使位移比小于1.2, 即为两项超限, 不需要进行超限审查, 使得结构设计工作更加简单明确。

参考文献

[1]GB50011-2010, 建筑抗震设计规范

[2]JGJ3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程

[3]GB50007-2002, 建筑地基基础设计规范

[4]GB50010-2010, 混凝土结构设计规范

[5]陈岱林, 赵兵, 刘民易。PKPM结构CAD软件问题解惑及工程应用实例解析[M].北京:中国建筑工业出版社

结构方案比选 篇2

介绍了上海外滩交通枢纽工程中地下车道与楼板错层的概况,对1号车道可能采用的`两种结构体系进行比选和优化,得出了采用框架柱墙板体系能够将左右两个方向对称的侧向力平衡掉,因此更合理的结论.

作 者：邹定芮 ZOU Ding-rui  作者单位：同济大学地下建筑与工程系,上海,92 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 35(2) 分类号：U291 关键词：地下车道   错层   结构体系   比选   优化  

结构方案比选 篇3

桥梁方案比选中，在桥型方面往往首先考虑上部结构的问题，而将下部结构放在从属的地位。但下部结构的重要性绝对不容忽视，因为桥梁的关键首先是下部结构。在施工中，如果所选方案不能满足技术可行性与经济合理性两项要求，则须另找方案，甚至是新桥位。而在施工方案中，首先要在下部结构内尤其是在基础工程中寻找合理的设计与施工方案，而这又涉及工程地质问题，有时会因地质不佳而需另选桥位。因此，桥梁下部结构的各项工作，对方案比选的结果有着极大影响。

1 地质钻探

以往设计者对中小桥往往是在两岸各钻一孔，对大桥则沿桥中心线多钻几个孔，便进行桥墩 (台) 的布置。当遇到不良地质时，再移动墩位或修改方案。若从新的钻孔中再发现不良地质情况，只好再作修改，这样做费时费事。若用新的仪器设备雷达电测各深层一次探明沿桥长与宽约50m范围内的所有地下情况，可一目了然的看出何处有断层、溶洞、破碎带和其他不良地质情况，而后就可进行墩台位置的选择。

2 桥位

桥位的选择是一项十分重要的事情。我们不但要从三维空间的概念出发，还应考虑到时间这个十分重要的因素。在一般情况下“小桥服从路线，路线服从大桥”，但在某些特殊情况下就不一定非要服从这两条原则不可。

在折角转弯的公路跨河桥中，当车速较大时，往往都要做成斜交桥，一边加大转弯角度。在高速公路和准高速公路上此斜交角往往更大，从而导致桥梁长度变长，为此可用斜拉桥来做。因为它不仅跨度长达几百米而毫无困难，而且可在桥头两端将部分斜索面转向圆心一侧，以便曲线转弯，只需在端横梁下略加悬臂就能满足要求。

如有几个桥位可供比较，可对所有桥位的地质情况进行深度普查，并选择其中较好者进行方案设计。设计者常会考虑地质较可靠与基础施工较方便的桥位。

3 施工安全与经济

在比选方案阶段尽管还未深入到基础的详细设计与计算，但必须估计到基础施工的安全与经济。例如深水基础所用的施工方法能否保证在洪水到来之前赶出设计洪水水位。甚至也要考虑如果洪水提前来临时，有无补救的施工方法可以保证安全渡洪。如果不能保证，则要考虑其他方案。另外，在有水平力的桥梁中，还要考虑到日后有无土的流变影响和地震力作用下的位移，及早预计补救的方法及其安全与经济性；若无法解决，就要另选其他方案。

4 墩台基础

在桥梁工程中常用的墩台基础有：明挖浅基础、桩基础、地下连续墙、沉井、气压沉箱、大型管柱、组合式基础和特种基础。用地下连续墙或沉井作锚碇，如不能深达岩层而停留在中层的砂土中，因摩擦系数较小而不能很经济的抵抗水平力的作用，会留下滑动和唯一隐患；尤其在地震力作用下会产生不良后果，这是要避免的。而采用增加桩基的办法形成混合基础亦是可取的。

5 桥墩

下部结构在方案比选中的重要性，还必须从桥型选择、桥孔布置与施工方法三方面来思考。桥墩是将上部结构的竖向力与水平力传给基础的承重结构。在铁路桥中，因活载重，水平力也大，所以桥墩做得粗壮厚实，以增大承受能力，故大桥中常用重力式桥墩。为了不让水平力与竖向力的合力越出桥墩基础的核心距，足够的重力式必要的。不过在加大重力与加大核心距这两种方法进行选择时，要慎重考虑桥墩本身的造价和由于重力引起的基础负担。

公路桥活载不重，水平力也小。如仍用重力式桥墩，则往往会增加不必要的投资，故在公路桥的高桥墩中常用箱形截面，用预制块拼装而成。桥墩的形式不仅影响本身造价，还能直接影响到方案比选。如设计者不对高桥墩的设计构造与施工方法作充分的研究与论证，则此方案是不易被提出和最终在比选中取胜的。

总之，在深而宽的山谷中考虑方案时，除按旧习惯提出方案外，还可以根据混凝土强度的提高和施工方法的发展，在无水或浅水处采用混凝土梁和钢梁，在深水处采用结合梁。这是因为混凝土梁和钢梁都需全截面顶推，水平顶推力较大，对高墩不利，而结合梁中的下部钢梁则轻得多。全用钢梁虽较混凝土轻，但造价较昂贵，且不利于养护。

在宽达几十公里的海峡大桥中，下部结构对方案选择的重要性更为明显，由于水深和海轮通航要求，每孔跨度至少为500米。跨度愈大，桥墩愈少，上部结构的难度就愈大。反之跨度愈小，桥墩就愈多，此时，上、下部结构的设计与施工都会方便一些。所以在跨度的选择方面就有不少比较的方案，尤其在深水中，下部结构的技术可行性与经济合理性必须首先予以慎重考虑。

6 深水基础

在现实的设计来看，深水基础的主要困难是恶劣的地质条件，如水深有较厚而且软的淤积层或冲刷层、不规则的底面岩层等。这些问题再加上深水，对机械设备、仪表和材料等方面都提出了很苛刻的要求。除此之外，船舶可能引起的撞击力对深水基础能产生很大的弯矩，特别是对于一些通航净空要求较高的大桥，有可能受到更大吨位船只的撞击；如是大型油轮或载有危险化学物品的船只，因碰撞而引起的毒气泄漏或大火，设计者也须事先有考虑。高纬度地区的桥梁，还应考虑寒冷气候下冰冻和冰凌冲击的危险。

此外，还有基础的抗震问题。基础在上部结构与持力层之间主要起了传力的作用。一般情况下，设计者多注重于由上部结构的恒载与活载共同作用下的力学效应。而在要求考虑抗震问题时，对跨度较小的桥梁，一般是在静力分析的基础上引入一个安全系数；对于较大跨度的桥梁，用反应谱法和时程分析法，两者都依赖于对现实情况的模拟程度，需要有比较可靠的记录，并考虑由于跨度增大而造成的时滞影响。目前有用振动台试验的方法来作抗震方面的模型检验。地震影响一般认为主要是基础与埋层之间的直接作用。但在此过程中，水体与其所夹带的大量泥沙的动力效应也应加以考虑。从国外海洋石油平台施工所获得的经验来看，深水的柔细墩对地震和大浪都会有很大的动力响应。从地震力影响来看，地震所引起的桥墩自身产生的弯矩或剪力值要大大超过由上部结构传来的相应值，所以也会影响上部结构的安全。

7 防撞措施

在大桥方案中，防撞措施是必不可少的，而且越来越重视。与下部基础的关系主要有一体化或分离式两种。一般认为对于单独一孔的大桥最好将主墩设计在岸上或离岸不远的浅水中，以便不让吃水深的巨轮靠近主墩。如果主墩不能靠岸太紧，则必须修筑人工岛以减少水深。当防撞措施与桥墩基础一体化时，防撞措施只能起到缓冲作用，最后还要靠桥墩与基础自身的强度来抗撞。所以桥墩自身要具备纵横两向的刚度与强度，并在必要时依靠上部结构的帮助来抵抗船的撞击力。桥跨大小也有很大影响，所以防撞问题是与桥梁方案直接有关的。

8 结束语

桥梁设计中，方案比选是必不可少的步骤，在遵循安全、适用、经济、美观、环保的原则同时，不可忽略的是桥梁下部结构的重要地位，设计人员要把握上述各项内容，力求桥梁方案更合理更经济。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程:上、下册.北京:人民交通出版社, 2001.

[2]周念先.桥梁方案比选.上海:同济大学出版社, 1997.

栖霞互通立交方案比选 篇4

栖霞互通立交方案比选

结合栖霞互通立交的建设背景,制约因素等提出三种不同的互通方案,并对其进行比较和分析,根据分析结果和工程规划计算,最终选出最佳的方案,提出理想的`互通立交方案应经济美观与环境协调,且具有较高服务水平和完善的交通功能.

作 者：杨超 YANG Chao 作者单位：江苏省交通规划设计院有限公司,江苏,南京,211100刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：35(14)分类号：U412关键词：互通立交 方案 比选 影响 因素

结构方案比选 篇5

随着国内房地产市场发展的不断扩大,地下室尤其是大型住宅小区的地下室面积也在不断增加,地下室的结构设计往往是业主方重点关注的部位,尤其是竞争日趋白日化的房地产市场,成本控制是地产公司考核设计院设计质量一个重要的指标。其中人防地下室顶板结构设计考虑以下两个方面因素成为地下室设计中的一个重点和难点:其一,所受荷载大,包括覆土、消防车荷载及人防荷载;其二,受设备专业空间要求限制,地下室层高要求较高,地下室顶板的造价在整个地下室中占较大比重,因此,业主方尤其是国内大型地产公司往往要求设计方在初步设计阶段进行地下室顶板结构多方案的优化比选。

目前,国内就此方面的研究也比较多,有综合考虑造价、施工因素、结构性能等因素,认为地下室顶板采用无梁楼盖方案和加腋梁板方案相比于传统的主次梁结构方案具有更加广泛的应用前景[1]。有对四种不同梁截面的普通梁板楼盖与无梁空心楼盖作了详细分析,比较了各方案的优缺点[2]。有认为无梁楼板时可降低层高,减小地下室埋深,有明显的综合经济效益[3]。以上关于地下室顶板的结构设计方案比选还不是很全面,本文研究方案的制定包含了目前地下室顶板常规八种做法,然后计算各方案单位工程混凝土用量、单位工程钢筋用量及单位工程模板工程量,较系统地分析和论证了各方案的优缺点,可为设计院方案选择提供参考。

1 研究方案制定

1.1 方案基本情况

方案制定依托长沙某项目的人防地下室进行,地下室层数为一层,层高为3.6m,东西向长约139m,南北向长约98.5m,标准柱网尺寸为7.8m×8.0m,为甲六级全人防地下室,平时为停车库,建筑面积约11960m2,地库上部分布着六栋25层的高层建筑住宅,高层住宅为剪力墙结构,主体结构设计使用年限50年。地下室顶板覆土厚度1.5m,恒载取值27k N/m2;活荷载考虑消防车荷载,且考虑1.5m厚覆土按GB 5009—2012《建筑结构荷载规范》的附录B进行折减;人防荷载取值为70k N/m2。本工程抗震设防类别为标准设防类,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,水平地震影响系数αmax=0.04,设计特征周期Tg=0.35s;设计地震分组为第一组;建筑场地类别为Ⅱ类。主楼抗震等级为三级,抗震基本参数见表1;基本风压0.35k N/m2,地面粗糙度类别为B类,基本雪压0.45k N/m2(50年一遇),建筑结构的安全等级为二级。

1.2 各方案拟定及主要构件参数

1.2.1 各方案的拟定

地下室标准柱网大小为7.8m×8.0m,研究时按长、宽方向均为5跨进行计算,主要研究甲六级人防地下室顶板采用以下八种结构形式的优缺点及主要经济指标,以下八种方案基本涵盖了目前国内地下室顶板的常规做法,其中方案1、方案2、方案3、方案6为较常采用的做法。

方案1:仅设置框架主梁的大板方案;方案2:设置框架主梁和一根次梁的“十字梁”方案;方案3:设置框架主梁和两根次梁的“井字梁”方案;方案4:设置框架主梁和单向加一根次梁的方案;方案5:设置框架主梁和单向加两根次梁的方案;方案6:普通无梁楼盖方案;方案7:预应力混凝土无梁楼盖;方案8:无梁空心楼盖,梁板混凝土标号为C35。各方案的布置简图见图1。

1.2.2 各种方案主要构件参数情况

各方案主要结构构件参数统计见表2。

mm

2 各种方案的工程量计算和比选分析

2.1 顶板结构多方案的工程量计算和预算比较

根据各个方案,计算其总工程量及其各个方案的综合经济指标,见表3。

2.2 各个楼盖方案对比分析

从地下室净高考虑,此工程地下室层高3.6m,扣除梁高和板厚后,地下室结构净高见表4,假设设备管线要求占用梁或板下0.6m高度,扣除设备管线高度后地下室建筑高度汇总见表4,各方案的裂缝和挠度结果见表5。

从表5可知,根据JGJ 100—2015《车库建筑设计规范》4.2.5及4.3.6条,方案一(大板)、方案二(十字梁)、方案三(井字梁)的建筑和结构高度达不到规范要求,采用此三个方案,需要地下室的最小层高为3.7m;方案六(普通无梁楼板)、方案七(预应力无梁楼板)和方案八(无梁空心楼盖)则有较高的结构高度和建筑高度,地下室无压抑感,使用舒适;方案四(单个方向一根次梁)、方案五(单个方向两根次梁)则不能满足规范净高要求,如需要达到规范要求,采用方案四(单个方向一根次梁)要求地下室最小层高3.8m,方案五(单个方向两根次梁)则要求地下室最小层高3.95m。

从模板指标来看,方案六(普通无梁楼板)、方案七(预应力无梁楼板)和方案八(无梁空心楼盖)支模工程量比较少,能大大节约施工周期,其次是方案一(大板),支模工程量也不大,支模工程量最大的是方案三(井字梁)和方案五。

从含钢量方面分析,方案八(无梁空心楼盖)由于采用空心无梁楼盖,减轻了结构自重,含钢量最少;方案六(普通无梁楼板)为59.545kg/m2,相比方案一(大板)、方案二(十字梁)、方案三(井字梁)分别少13.191kg/m2、10.579kg/m2、9.0kg/m2;除去方案八(无梁空心楼盖),由于方案五(单个方向两根次梁)的主梁截面较高,钢筋用量就下降明显,为前七个方案中含钢量最少的方案,为57.52kg/m2,但是此方案的主梁截面达到了1.15m,要求地下室净高3.85m,因此,目前选择方案五(单个方向两根次梁)的项目并不多。

从每m2的综合单价来看,方案八(BDF空腹楼盖)由于采用空心无梁楼盖,减轻了结构自重,含钢量最少,综合单价也是最省。方案六(普通无梁楼板)为626.91元/m2,相比方案一(大板)、方案二(十字梁)、方案三(井字梁)分别少80.35元/m2、45.29元/m2、59.55元/m2,节约造价非常明显,以此地下室为例,使用无梁楼盖部分的地库面积约为8960m2,能节约总造价约71.99万元、40.58万元、53.36万元;除去方案八(无梁空心楼盖),由于方案五(单个方向两根次梁)的主梁截面较高,钢筋用量就下降明显,前七个方案中方案五(单个方向两根次梁)的每平米综合单价最少,为590.90元/m2,但此方案的缺点同前。

就裂缝和挠度分析,方案七(预应力无梁楼板)控制裂缝效果十非明显,但是预应力钢筋施工的时候需要混凝土达到一定强度,且张拉耗费较多人力、物力,综合单价达到698.21元/m2,相比方案六(普通无梁楼板)贵71.3元/m2,因此,此方案的应用也受到一定限制。

3 结论及建议

(1)上述楼盖方案中,方案六(普通无梁楼板)的适用性、经济性和可行性均较好,应作为地下室顶板楼盖方案的首选方案。

(2)采用方案六(普通无梁楼板),理论上地下室层高可以控制在2.2+0.4+0.6=3.2m,这样对地下车库工程造价的节省是明显的,如:能够减少基坑的土方工程开挖量;减少了底板的抗浮水头,从而降低了地下室底板梁、板的工程造价;节约了墙、柱的竖向高度,按3.2m地下室和3.7m地下室比,墙、柱高度减少了13.5%。

(3)采用方案八(无梁空心楼盖),能够减轻结构的自重,减少模板用量,缩短工程,其经济性也是比较明显的,但是目前存在如下问题:从计算层面上看,目前计算软件分析空心楼盖都存在一定缺陷;从施工层面考虑,需要专业队伍配合,涉及两个队伍的合作,协调事情较多;根据目前使用方案八(无梁空心楼盖)的工地情况反馈,本方案最大缺陷是裂缝较明显,且由于模盒为空心,处理裂缝较为麻烦,往往漏点较多,因此应用上受到很多甲方的排斥。

(4)方案七(预应力无梁楼板)控制裂缝效果十分明显,但是综合单价较高,建议在对地下室顶板裂缝要求较严格时采用,比如地下室顶板有大型景观水池时。

4 地下室顶板方案比选其它几个问题的讨论

地下室顶板合理方案的选择所涉及的面很宽,需要分析的问题也比较多,很难一概而论说某个方案是最优的,实际设计时往往对特定的项目需要进行特定的分析,本课题就以下常见的几个问题进行了探讨。

(1)关于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的6.1.14条及JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》3.6.3条的讨论

根据GB 50011—2010[4]中的第6.1.14条以及JGJ 3—2010[5]中的3.6.3条:“地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下室在地上结构的相关范围的顶板应采用现浇梁板结构”,由于大部分情况下地下室顶板均为地上部分的嵌固部位,因此,采用方案六(普通无梁楼板)时受到制约,审图专家一般要求在主楼外3跨且不少于20m采用无梁楼盖,这样一来,地下室顶板可以采用无梁楼盖的区域就大大地受到了限制,故方案六(普通无梁楼板)的实施意义不大。

参考朱炳寅著《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》[6],笔者认为,如果无梁楼盖厚度达到板跨的1/18,基本考虑可以作为上部结构的嵌固端,因此,如果采用方案六,并且地下室顶板又是地上部分的嵌固端,则最好在方案阶段和初步设计阶段提前和施工图审查中心沟通,以使所订方案得以顺利实施。

(2)关于地下室采用小柱网时的顶板方案比选探讨

目前,大部分地下室都采用7.8m跨的柱网,可停3台车;如果采用5.4m跨的柱网,则停两台车,地下室顶板方案又是以哪个最为优化,需另行进行细化分析研究。

(3)关于有消防车和没有消防车两种情况下顶板方案的比选探讨

目前,很多项目在地下室顶板设计时,甲方往往要求除了消防车道和消防扑救面外不考虑消防车荷载,而本课题分析研究的是有消防车情况作用下,因而,没有消防车的情况如何,还需要另行比较分析研究。

摘要：依托实际工程项目,对人防地下室顶板比较全面地制定了方案一方案八共计八个方案,绘制详细施工图并进行详细工程量和经济指标的计算;从地下室净高、经济指标、施工情况等多方面综合分析各个方案的优缺点,为在实际项目应用时选择最优的人防地下室顶板方案提供参考。

关键词：人防地下室,经济指标,顶板方案

参考文献

[1]徐建明.地下室顶板结构多种方案的经济性分析[J].工程建设与设计,2012(1):111-113.

[2]张圣海,覃维.某工程8.1×8.1柱网地下室顶板楼盖方案结构选型[J].四川建筑,2012(4):169-171.

[3]李国胜,闫颖.高层建筑地下室及地下车库结构选型的经济比较[C].第十九届全国高层建筑结构学术会议论文,2006:795-800.

[4]中华人民共和国建设部.GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[5]中华人民共和国建设部.JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

结构方案比选 篇6

目前公路隧道多采用水泥混凝土(刚性路面),它在隧道潮湿的使用条件下不易发生结构性破坏,路面耐久性和反光度相对较好,但与沥青混凝土柔性路面相比具有行驶性能差异较大、抗滑性能衰减快、平整性差、灰尘大、行车噪声大等缺点,不利于隧道内车辆高速、安全、舒适地行驶。同时,由于公路隧道内路面处于一个相对封闭的环境中,因而外界大气环境的变化对其影响并不显著,但隧道内封闭潮湿的环境又对路面提出了其他特殊要求,因此,隧道路面要求具有优良的抗滑、降噪、防水和耐久性。

近年来国内外出现了在水泥混凝土路面上加铺沥青层,修筑水泥混凝土与沥青混凝土(CC-AC)复合式路面结构,即在刚性基层上铺设沥青面层,不仅可以减少沥青用量(与柔性面相比),又可弥补刚性路面的不足,这样刚柔相济,可大大改善路面的适用性能[1]。如将碾压混凝土或贫混凝土作为刚性基层,普通混凝土为下面层,加铺透水、抗滑、降噪的OGFC上面层,形成水泥混凝土刚性基层+沥青混凝土(AC+OGFC)面层的复合路面,以更好地满足公路隧道路面对多项性能的要求。

1 项目背景

某高速公路隧道路面,设计基准期为30 a,设计车道交通量折算成标准轴载 BZZ100为 3 800 pcu/d,设计基准期内标准轴载累计作用次数为2.027 315×107,路面承受的交通等级属于特重交通等级,行驶方向分配系数为1,车道分配系数为1,轮迹横向分布系数为0.22 。笔者提出了隧道路面结构方案1～3,并进行结构分析比选。相关计算参数为:变异水平的等级取低级可 靠 度 系 数1.33, 混凝土下面层板长度为4 m,地区公路自然区划为Ⅲ,面层最大温度梯度为90 ℃/m,接缝应力折减系数为0.87。

2 设计指标分析

根据方案1隧道路面均设计为复合式路面,混凝土面层和碾压混凝土基层设计指标为综合应力,即考虑了可靠度系数的行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力之和[2],沥青层考虑底面弯拉(压)应力和路表计算弯沉[3]。

对于初拟方案1,当普通混凝土面层H为210 mm时,混凝土面层γr(σpr+σtr)=5.0≤5.0 MPa ,满足设计验算要求;碾压混凝土基层γr(σpr)=3.25<4.0 MPa,满足设计验算要求;所以不考虑沥青上面层影响时混凝土下面层设计厚度为227 mm。考虑沥青上面层影响折减后的混凝土下面层设计厚度,并取整为210 mm。 沥青混凝土面层弯拉应力和弯沉AC13底面σmax=-0.344 MPa(压应力),路表弯沉ls为8.6(1/100 mm)。其中:γr为可靠度系数,σpr为行车荷载疲劳应力,σtr为温度梯度疲劳应力,σmax为沥青混凝土面层弯拉(压)应力,ls为路表计算弯沉。

同理,求得初拟方案2的设计验算指标:混凝土面层γr(σpr+σtr)=5.0≤5.0 MPa ,满足设计验算要求; 碾压混凝土基层γr(σpr)=3.25<4.0 MPa,满足设计验算要求;沥青混凝土面层弯拉应力和弯沉:OGFC底面σmax=-0.33 MPa(压应力),AC20底面σmax=-0.32 MPa(压应力),ls路表弯沉为9(1/100 mm)。

初拟方案3的设计验算指标:混凝土面层γr(σpr+σtr)=5.0≤5.0 MPa,满足设计验算要求; 碾压混凝土基层γr(σpr)=3.25<4.0 MPa,满足设计验算要求;沥青混凝土面层弯拉应力和弯沉:OGFC底面σmax=-0.35 MPa(压应力),AC20底面σmax=-0.34 MPa(压应力),路表弯沉ls为7(1/100 mm)。

对比上述3个方案,混凝土面层和混凝土基层综合应力:方案1、方案2和方案3均满足设计验算要求;沥青混凝土面层弯拉应力(压应力储备):方案1<方案2 <方案3;说明方案3强度储备相对较优。路表弯沉:方案2>方案1>方案3;说明方案3路面整体刚度相对较优。因此,方案3为路面结构性能相对优化方案。

3 结 论

1) 公路隧道路面如采用水泥混凝土刚性基层上铺设降噪、抗滑、透水OGFC面层的多功能复合式路面结构,可以满足路面耐久性和功能性的多方面要求。

2) 通过对几个方案的结构分析和必选,提出了一个满足设计要求且性能相对优化的公路隧道多功能复合路面的结构组合形式,供公路隧道路面结构设计参考。

摘要：公路隧道路面要求有优良的抗滑、降噪、防水和耐久性。以某高速公路隧道路面为研究对象,提出了水泥混凝土刚性基层+沥青混凝土(AC+OGFC)面层的多功能复合路面形式,并对初拟方案进行结构分析比选,结果表明路面新型组合形式满足设计要求。

关键词：公路隧道,多功能复合式路面,结构方案分析

参考文献

[1]孙家驷,高建平.道路设计资料集4:路面设计[C].北京:人民交通出版社,2003

[2]JTG D40-2002公路水泥混凝土设计规范[S].北京:人民交通出版社,2002

仙龙潭大桥主桥下部结构比选 篇7

1 总体设计

仙龙潭沟为底部比较宽阔的梯形沟, 沟底距离路线设计高程81m。万白铁路与路线交角145°, 并且铁路路基下边坡较陡, 为1:0.75;铁路上边坡比较松散、破碎, 桥梁施工应尽可能不开挖路基下边坡、不破坏路基上边坡的稳定和在施工期间不影响铁路的正常运营。结合实际地形、路线与铁路的关系、施工安全性及对铁路上下边坡的稳定性等控制因素进行桥梁布孔, 确定桥墩的高度, 4号桥墩高度46 m, 5号桥墩高度70 m, 6号桥墩高度23 m, 3号桥墩和7号桥墩高度分别为36 m、16m, 从桥梁的受力考虑, 为尽量减小桥梁的温度力, 将6号桥墩墩顶约束释放, 成为连续梁, 4号桥墩和5号桥墩墩顶固结, 全桥成为连续-刚构组合梁体系, 主梁施工采用悬臂浇筑施工法, 边跨合龙采用导梁施工。

2 主桥下部结构比选

合理选择桥墩的结构形式是连续刚构桥设计的关键。由于墩梁固结, 梁体受到桥墩的约束, 墩梁按照其刚度比分配相应的弯矩, 墩身刚度越小, 对梁体的约束作用越弱, 梁体的受力越接近于连续梁受力状态。所以, 墩身截面的选择应在满足自身强度及稳定性的条件下, 尽可能减小墩身的纵向抗推刚度, 利用墩身的柔度来适应由施工、运营、混凝土收缩、徐变及温度变化引起的纵向位移。

为选取合适的高桥墩结构型式, 对单薄壁空心墩和双薄壁空心墩进行了分析比较, 采用的截面如图2所示, 桥墩高度取5号桥墩高度70 m。

根据文献《高墩大跨连续刚构桥》[1]的建议, 最大双悬臂施工阶段为最不利阶段, 故对于单薄壁空心墩和双薄壁空心墩仅进行施工阶段的分析和对比, 运营阶段无论纵横向位移还是扭转角均较最大双悬臂施工阶段有利, 不再进行分析和对比。同时为了显示桥墩的自稳定性, 增加桥墩自身稳定性的分析, 故对两者进行以下三方面的分析, 即桥墩自身稳定性的分析、最大悬臂施工阶段桥墩纵向稳定性的分析及最大悬臂施工阶段桥墩横向风载作用下墩顶位移和扭转角分析。

2.1 桥墩自身稳定性的分析

此阶段, 计算荷载为桥墩自重、纵向及横向风荷载, 采用Midas2010进行分析, 主要计算结果见表1。

对比分析:

a.在裸墩施工阶段均不会发生失稳, 单薄壁空心墩的稳定性介于设置一道系梁和两道系梁的双薄壁空心墩之间;

b.以计算截面而言, 单薄壁空心墩的纵横向墩顶位移较大, 说明单薄壁空心墩的纵横向刚度均比双薄壁空心墩小, 但两者刚度相差不大;

c.对于双薄壁空心墩, 增加系梁后可以明显改善双薄壁空心墩的稳定性, 对桥墩的顺桥向刚度有所提高, 但对于桥墩的横桥向刚度没有影响。

2.2 最大悬臂施工阶段桥墩纵向稳定性的分析

此阶段, 计算荷载为恒载 (包括桥墩自重和梁体自重) 、挂篮荷载、梁段施工误差 (按50%不平衡梁段自重计) 、梁体自重误差 (按5%反向计) 、纵向风载 (包括桥墩和一侧悬臂) , 采用Midas2010进行分析, 主要计算结果见表2。

对比分析:

a.在最大悬臂施工阶段, 双薄壁空心墩的稳定性较单薄壁空心墩好, 但稳定性差别不大;

b.对于双薄壁墩, 在最大悬臂施工阶段, 增加系梁, 对于桥墩的稳定性提高不大;

c.以计算截面而言, 单薄壁空心墩的顺桥向墩顶位移较大, 说明其纵向刚度比双薄壁空心墩小, 但两者刚度相差不大。

2.3 最大悬臂施工阶段桥墩横向风载作用下墩顶位移和扭转角分析。

此阶段, 采用Midas2010分三种工况进行分析和对比:

工况1:悬臂一侧主梁100%风载+另一侧0+桥墩风载。

工况2:悬臂一侧主梁100%风载+另一侧主梁50%风载+桥墩风载。

工况3:悬臂一侧主梁100%风载+另一侧主梁100%风载+桥墩风载。

主要计算结果见表3。

对比分析:

a.以计算截面而言, 单薄壁空心墩墩顶扭转角较双薄壁空心墩小, 说明单薄壁空心墩的抗扭刚度比双薄壁空心墩大;

b.增加系梁对于桥墩的横向刚度和抗扭刚度没有影响。

2.4 桥墩形式的选用

基于以上对单薄壁空心墩和双薄壁空心墩的分析和对比, 无论采用单薄空心墩还是双薄壁空心墩, 均可以满足施工和运营阶段的要求。由于桥墩处于万白铁路下边坡旁, 双薄壁桥墩的墩中心距离较大, 导致桥墩承台较大, 承台开挖后对铁路边坡影响较大, 容易引起铁路边坡的滑塌。经综合比较后, 4号桥墩和5号桥墩均采用单薄壁空心墩, 其纵桥向宽度分别取用4.5m和6.0m, 对于连续梁处6号桥墩其纵桥向宽度取用4.0m, 所有桥墩的横桥向宽度均取与主梁底同宽 (6.5m) , 墩身采用C40混凝土。

结束语

仙龙潭大桥是一座典型的高墩大跨桥梁, 由于桥墩高度相差较大, 从结构受力考虑, 采用了连续-刚构组梁桥的形式, 在下部结构比选过程中有以下几点认识和体会:

a.双薄壁空心墩增加系梁可以显著提高其自身稳定性。

b.最大悬臂施工阶段, 双薄壁空心墩的桥墩纵向稳定性较单薄壁墩好, 双薄壁空心墩间系梁对其稳定性提高不大。

c.单薄壁墩抗扭刚度比双薄壁空心墩大, 增加系梁对于桥墩的横向刚度和抗扭刚度没有影响。

d.通过以上比较, 三种桥墩形式均可满足桥梁受力要求, 在实际使用中应结合实际地形, 择优选取。本桥由于地形的限制, 选取了单薄壁空心墩作为桥梁下部的结构形式。

目前万源 (川陕界) 至达州 (徐家坝) 高速公路已经建成通车。仙龙潭大桥是本路上唯一一座连续-刚构梁桥, 从施工监控结果和目前运营状况看, 桥梁受力性能良好。

参考文献

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[2]中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004) [S].北京:人民交通出版社, 2004, 11.

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[4]项海帆, 姚玲森.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社, 2001, 11.

特大基坑围护结构安全设计比选 篇8

依托工程位于太仓市娄江路与县府东街交叉口西南侧, 分为住宅区和商业区:住宅区东西向长约258.0 m, 南北向长约153.0 m, 地下室底板垫层设计标高为-10.30 m, 承台垫层底设计标高为-11.00 m;商业区东西向长约245.0 m, 其南北向长约148.0 m, 地下室底板垫层标高为-11.85 m, 承台垫层底设计标高为-12.55 m, 商务酒店筏板垫层底设计标高为-12.75 m。

2 基坑围护结构安全设计要点

根据场地地质条件和周边环境条件, 本基坑围护设计重点和难点主要体现在如下几个方面:1) 本工程地下室基坑开挖深度较深, 最深开挖深度达11.70 m, 基坑周长和面积大, 商业区周长达790.0 m, 住宅区面积达3.90万m2, 如此大面积的基坑, 必须选用合理的围护结构和支护形式, 以做到在安全、合理的前提下, 缩短施工工期、方便土方开挖和结构的施工、节省工程造价。2) 工期要求紧。根据业主施工节点, 地下室围护和挖土施工不超过5个月, 对如此深大基坑来说, 围护形式的选用至关重要。在确保安全的前提下, 应尽可能缩短施工工期。3) 根据地质勘察报告, 场地地面以下6.0 m即分布有厚度约16.40 m的流塑状的淤泥质粉质粘土, 该土层呈流塑状, 是场地主要软弱土层, 具有含水量高、孔隙比大、强度低等特点, 基坑施工易产生滑动和整体失稳。围护设计须采取有效的止水和隔水措施, 并选用具有相应强度和刚度的围护结构, 避免基坑施工中对周边环境产生影响。

3 基坑围护设计方案比选

按照施工进度和安全质量要求, 拟对两种方案进行比选。方案一:双排钻孔灌注桩+水平旋喷土锚+坑外止水帷幕;方案二:钻孔灌注桩+两道混凝土内撑+坑外止水帷幕。

3.1 方案一安全性评价

本方案采用双排钻孔灌注桩作为围护结构, 通过水平旋喷土锚形成内支撑体系, 通过坑外止水帷幕隔断坑内外水源联系。1) 优点:a.本基坑工程具有面积大、深度深、土质较差的特点, 通过双排桩门架支护形式, 增强围护结构刚度, 控制基坑开挖的位移、增强基坑开挖的安全。b.坑内采用水平旋喷土锚, 实现坑内无支撑开挖, 方便土方开挖和土建结构的施工, 大大节约施工工期。c.通过增强围护结构的刚度, 可适当减小土锚的道数和总数量, 由此可节省后续土锚施工的总周期。2) 缺点:为确保基坑安全, 坑外需要一定范围进行适当卸土, 同时双排桩施工需要相对宽裕的施工场地, 在场地有限的情况下, 有其局限性。

3.2 方案二安全性评价

本方案采用单排钻孔灌注桩作为围护结构, 相对于方案一而言, 围护结构刚度较低, 因而施加两道混凝土支撑加强支护体系刚度。

1) 优点:采用钻孔桩作围护结构, 坑内采用两道混凝土内撑, 支护体系刚度较大, 基坑施工过程中比较安全, 并可有效控制对周边环境的影响。

2) 缺点:坑内的支撑、立柱等对挖土和土建施工影响较大, 总体施工工期较长, 同时主体结构施工过程中需要换撑, 严重影响工期, 增加施工成本。

3.3 比选结果

经过上述技术经济性比较, 本着安全、合理、经济、方便施工的原则, 确定方案一的支护方案 (见图1) 。该方案目前在依托工程中得到了成功应用, 取得了良好的施工效果。

4 结语

针对依托工程深度面积大、地层较软、施工工期紧等特点, 对两种备选基坑支护体系方案进行了比选, 本着节约成本、施工安全和节约工期的原则, 通过对比分析, 最终采用“双排钻孔灌注桩+水平旋喷土锚+坑外止水帷幕”方案, 目前该方案已在依托工程中得到了成功的应用, 达到了施工预期效果。

参考文献

[1]王卫, 许联.土方开挖对土钉墙支护和管桩的影响及措施[J].山西建筑, 2008, 34 (20) :105-107.

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[3]王庆辉.钻孔灌注桩和旋喷桩在深基坑支护中的应用[J].山西建筑, 2009, 35 (2) :112-113.

[4]朱瑞钧, 高谦, 齐干.深基坑支护桩周边建筑物沉降分析[J].重庆建筑大学学报, 2006 (2) :32-34.

[5]陈培帅, 张永涛, 唐冬云, 等.模拟退火法与有限元耦合反演技术研究[J].现代隧道技术, 2013 (4) :57-59.

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[7]李云安, 张鸿昌, 糜崇蓉.深基坑工程变形控制及其影响因素的有限元分析[J].水文地质工程地质, 2001 (4) :24-25.

结构方案比选 篇9

因此深基坑支护结构要满足“保障安全、方便施工、经济合理”的要求, 如何根据实际情况选择合适的支护方案是非常重要的。本文结合某高层建筑的工程实际, 常见的深基坑支护结构, 对基坑支护方案进行了比选分析, 这些分析内容可为类似工程提供相关实践依据。

1 工程概况

本工程为33层的框架剪力墙结构, 设有1层地下室。高层结构计算以地下室顶面为嵌固点, 单体按单塔计算。地下室不设缝, 通过掺加膨胀剂及设加强带和后浇带等措施解决温度应力及沉降差异问题。本工程属丙类建筑。结构安全等级为二级, 设计使用年限50年。剪力墙抗震等级为三级。

地层由全新统粘性土、砂性土及砂卵石层构成。区内原有众多湖泊、堰塘、残存的沼泽地及暗沟、暗浜等。根据野外钻孔岩性描述, 原位测试结果及室内土工试验成果可将拟建工程场地勘探深度范围内地层划分为五大层十八个亚层。

2 常见的深基坑支护结构

支护体系按其工作机理和材料特性, 主要分为水泥挡土墙系、排桩和板墙式支护体系以及边坡稳定式三类。

关于支护结构有多种不同的分类方法, 结合《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120-99) , 支护结构应具有挡土, 防渗功能。支护结构中, 有的类型除了能挡土外, 本身亦具备或基本具备挡水防渗功能, 如深层搅拌水泥桩、高压旋喷桩、地下连续墙、组合式支护结构等。

而有些类型的支护结构本身不具备挡水防渗功能, 如排桩式支护结构, 用于地下水位较高的地区则需要在其背后加做防水帷幕, 最常用的防水帷幕是一定厚度的深层搅拌水泥土桩或高压旋喷桩挡墙。

常见的支护结构有:

1) 深层搅拌水泥土挡墙;

2) 钢板桩挡墙;

3) 钢筋混凝土板桩挡墙;

4) 钻孔灌注桩挡墙;

5) 地下连续墙;

6) 土钉墙;

7) 组合式挡墙。

3 基坑支护方案的选择

长久以来, 对于基坑支护方案的具体操作, 主要有两种方法, 其中一种是定性的方法, 主要是依靠专家的经验和实际工程实践形成的经验来选择方案。《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120-99) 指出支护结构可根据周边环境, 开挖深度, 工程地质和水文地质, 施工作业设备和施工集结等条件, 按规程推荐的支护结构选型表确定。见表1所示。

3.1 基坑支护的要求

护设计的要求如下:

1) 本基坑属于一级基坑支护, 基坑重要性系数γ=1.1。

2) 该基坑支护结构应该满足城市规划要求。

3) 支护结构的尺寸应该满足地下室净空、建筑边界的要求, 并适当预留富余量, 以满足测量误差、施工误差、结构变形的要求。

4) 针对场地的工程地质与水文地质条件, 结合周围地面建筑物, 地下建筑物, 管线及道路交通情况, 合理选择施工方法和支护结构型式。以保证施工过程中, 对上述设施无危害。

5) 支护结构的施工操作可行, 造价经济合理。

6) 支护结构还应该方便开挖、地下式结构及外包防水层的施工。

3.2 围护结构设计方案比选

基坑开挖深度13.7~41m, 根据地质条件, 周边环境以及本工程的实际情况, 从施工工艺、工程安全、经济型角度出发, 本工程可采用钻孔灌注桩+止水帷幕与地下连续墙围护结构进行比选。

3.2.1 钻孔灌注桩+止水帷幕

钻孔灌注桩+止水帷幕法的平面示意图如图1所示。

灌注排桩的优点:对于临时支护体系, 造价较地下连续墙经济, 施工工艺成熟, 平面布置灵活;具有一定的刚度, 随着桩径以及桩长的增加, 可有效的提高围护结构的刚度以及基坑侧壁的稳定性, 增加基坑工程的安全度。

灌注排桩的缺点:当灌注桩刚度与相应的地下连续墙刚度相当时, 整体性却不如地下连续墙;实际工程中, 围护结构及周围地层变形也要比地下连续墙大。

止水帷幕的缺点:随着开挖深度的加深, 止水帷幕的施工工艺要求会比较严格, 止水效果会受到施工工艺, 施工水平, 结构刚度等限制而逐渐变差;搅拌桩施工垂直度控制较难, 桩体均匀性较差。

3.2.2 地下连续墙

周边环境要求较高的基坑, 采用地下连续墙围护形式是一传统的成熟的形式。地下连续墙的平面示意图如图2所示。

地下连续墙的优点:止水效果好, 可大大减少基坑施工过程中的地下水渗漏问题;地下连续墙方案工艺成熟, 成墙可靠性高, 施工风险较小占用空间也较小;地下连续墙刚度大, 对周边环境影响也较小, 无噪音, 有利于周边环境保护。

地下连续墙的缺点:地下连续墙围护结构造价相比于其他板式围护结构造价略高。在淤泥层较厚的区段, 为保证成槽的稳定性, 还需采取槽壁加固措施。

地下连续墙作为围护结构又可以分为两种情况:仅作为临时性结构的地下连续墙;“两墙合一”的地下连续墙, 即作为挡土墙与隔水帷幕的围护结构同时兼作永久性地下室外墙。两墙合一的地下连续墙, 可以节约部分地下室外墙造价。

3.2.3 地下连续墙与钻孔灌注桩方案的比较与选择

地下连续墙与钻孔灌注桩方案的比较如表2所示。

本工程基坑开挖深度大, 普遍存在杂填土、砂层、粉土层, 其中杂填土层、砂层的涌水量较大透水性较强, 下伏基岩中强风化, 地下水位埋深较浅, 存在出现流砂和管涌的风险;工程地处闹市, 用地紧张, 周边环境对围护结构约束多, 变形控制严格。

鉴于地下连续墙整体性好, 止水相对灌注桩+止水幕墙可靠, 并且在此开挖深度下, 其工程造价与钻孔灌注桩接近。

综上所述, 本基坑支护工程推荐采用地下连续墙。

4 结语

在深基坑围护结构中, 地下连续墙方案虽然造价较高, 但施工方案工艺成熟, 成墙质量可靠, 施工风险较小, 占用空间也比较小, 以其止水效果好, 刚度大, 对周边环境影响小, 因此可以在市中心基坑围护中得以推广应用。地下连续墙在高层建筑的基坑工程中具有广阔的应用前景。

摘要：随着高层建筑的大量出现产生了大量的深基坑工程。在基坑开挖过程中必然会涉及到深基坑的支护。基坑的支护方法很多, 每一种都有各自的实用性和局限性。因此深基坑支护结构要满足“保障安全、方便施工、经济合理”的要求, 如何根据实际情况选择合适的支护方案是非常重要的。本文结合某高层建筑的工程实际, 常见的深基坑支护结构, 对基坑支护方案进行了比选分析, 这些分析内容可为类似工程提供相关实践依据。

关键词：高层建筑,基坑工程,支护结构,比选

参考文献

[1]丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2002.

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[4]刘建航, 侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.