基于建筑結(jié)構設計中概念設計的思考與研究

1、<p>　　基于建筑結(jié)構設計中概念設計的思考與研究</p><p>　　摘要：本文首先分析了概念設計的內(nèi)涵，然后對結(jié)構概念設計中的協(xié)同工作、結(jié)構抗震概念設計和結(jié)構整體性能控制等方面進行了詳細的論述，最后指出結(jié)構概念設計是先進設計思想的關鍵,正確的結(jié)構概念設計可使結(jié)構更安全有效、經(jīng)濟合理。本文是個人的一些見解，希望同行參考借鑒。 </p><p>　　關鍵詞：概念設計； 協(xié)同工作；

2、 結(jié)構設計； 剛度； </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　一、概念設計的內(nèi)涵分析 </p><p>　　概念設計是運用人的判斷和思維力, 從宏觀上決定結(jié)構設計中的基本問題。概念設計是一種設計的思路, 可以認為是定性的設計; 概念設計不以精確的力學分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù), 而是對工程進行概括的分析, 制

3、定設計目標, 采取相應措施。概念設計概念包括安全度的概念、力學的概念、材料的概念、荷載的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。概念設計要求融合這些概念, 并貫徹到結(jié)構方案設計、結(jié)構構件布置、計算簡圖抽象、計算結(jié)果處理中, 對理論無法明確的部位, 要有定性的認識。強調(diào)概念設計的重要性, 是因為現(xiàn)行的結(jié)構設計理論與計算理論中存在許多缺陷或不可計算性, 為了彌補這類計算理論的缺陷, 或者實現(xiàn)對實際存在的大量無法計算的結(jié)構構件的設計,

4、都需要優(yōu)秀的概念設計與結(jié)構措施來滿足結(jié)構設計的目的。同時計算機結(jié)果的高精度特點, 往往給結(jié)構設計人員帶來對結(jié)構工作性能的誤解, 結(jié)構工程師只有加強對結(jié)構概念的培養(yǎng), 才能比較客觀、真實地理解結(jié)構的工作性能。概念設計之所以重要, 還在于在方案設計階段, 初步設計過程是不能借助于計算機來實現(xiàn)的, 這就需要結(jié)構工程師綜合運用其掌握的結(jié)構概念, 選擇效果最好、</p><p>　　二、結(jié)構概念設計中的問題分析 </

5、p><p>　　1、協(xié)同工作。協(xié)同工作的原則也就是整體工作的原則。協(xié)同工作設計可以對材料充分利用。一般來講, 材料利用率越高( 即應力水平越高), 該結(jié)構的協(xié)同工作程度也越高, 尤其對我國這樣一個發(fā)展中國家, 結(jié)構設計的目的即花最少的錢, 做最好的建筑, 這就要求設計時對結(jié)構材料充分利用。在結(jié)構設計中, 構件材料的利用率越高, 經(jīng)濟性也就越好。對于建筑結(jié)構, 協(xié)同工作的概念即要求結(jié)構內(nèi)部的各個構件相互配合, 共同工作

6、。這不僅要求結(jié)構構件在承載能力極限狀態(tài)能共同受力, 協(xié)同工作, 同時達到承載能力極限狀態(tài), 還要求在正常使用狀態(tài)下有共同的耐久性。協(xié)同工作的概念還包括當結(jié)構受力時, 結(jié)構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。 </p><p>　　2、結(jié)構抗震概念設計。在進行結(jié)構抗震設計時, 著眼于結(jié)構的總體地震反應, 靈活運用抗震設計準則, 既注意總體布置上的大原則, 又考慮關鍵部分的細節(jié), 從而全面、合理地解決結(jié)構抗震設計中

7、的基本問題。從經(jīng)濟合理的觀點出發(fā), 在強烈的地震作用下應允許結(jié)構進入彈塑性工作狀態(tài)( 即所謂延性設計)。通過結(jié)構某些構件屈服所產(chǎn)生的塑性變形來消耗地震能量, 從而達到抗震的目的。試驗和實踐都證明, 框架結(jié)構具有良好的延性性能。但是,純框架剛度差, 在地震作用下結(jié)構變形較大, 為提高框架結(jié)構的剛度, 常設剪力墻、支撐等加勁構件, 這些加勁構件剛度大, 但延性較差, 一旦破壞, 幾乎喪失承載力。因此, 注意加勁結(jié)構剛度與延性的均衡十分重要。

8、砌體結(jié)構剛度大, 但延性差, 為提高其延性, 常加設鋼筋混凝土構造柱, 構造柱連同圈梁, 實際形成一個弱的框架。強度均勻指結(jié)構在平面和立面上的承載力均勻。結(jié)構在立面上強度均勻, 可以避免結(jié)構彈塑性反應集中。如果結(jié)構某一樓層的強度相對較小, 則在地震作用下, 這一層首先屈服, 同時通過該層塑性變形的發(fā)展, 使其他樓層不繼續(xù)屈服。這樣結(jié)構塑性變形集中在一層, 很容易使該層發(fā)生破</p><p>　　3、結(jié)構整體性能控

9、制。結(jié)構整體的科學性和合理性是概念設計的重要內(nèi)容。用于控制結(jié)構整體性的主要指標有: 周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。周期比是控制結(jié)構扭轉(zhuǎn)效應的重要指標。它的目的是使抗側(cè)力構件的平面布置更有效更合理, 使結(jié)構不致出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說, 周期比不是要求結(jié)構足夠結(jié)實, 而是要求結(jié)構承載布局合理。如果周期比不滿足規(guī)范要求, 說明該結(jié)構的扭轉(zhuǎn)效應明顯, 需要增加結(jié)構周邊構件的剛度, 降低結(jié)構中間構件的剛度, 以增

10、大結(jié)構的整體抗扭剛度。位移比(層間位移比) 是控制結(jié)構平面不規(guī)則性的重要指標。需要指出的是, 規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定做出的。剛度比是控制結(jié)構豎向不規(guī)則的重要指標。規(guī)范有三種剛度比的計算方式, 分別是剪切剛度、剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比, 剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構及對地下室嵌固條件的判定, 剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構, 地震力與層間位移比是抗震規(guī)范的相關規(guī)定, 通常絕大多數(shù)工程都可以

11、用此法計算剛度比。層間受剪承載力之比也是控制結(jié)構豎向不規(guī)則的重要指標。剛重比是結(jié)構剛度與重力荷載之比。</p><p><b>　　三、結(jié)語 </b></p><p>　　現(xiàn)在隨著社會分工的細化, 大部分結(jié)構工程師只會依賴規(guī)范、設計手冊、計算機程序做習慣性傳統(tǒng)設計, 缺乏創(chuàng)新, 有的甚至拒絕采納新技術、新工藝, 使得大部分工程師在一體化計算機結(jié)構程序設計全面應用的今天

12、, 對計算機結(jié)果明顯不合理, 甚至錯誤則不能及時發(fā)現(xiàn)。文中就概念設計在結(jié)構設計中的應用提出了若干建議。 </p><p><b>　　參考文獻: </b></p><p>　　[1] 郁彥. 高層建筑結(jié)構概念設計[ M ] . 北京: 中國鐵道出版社1999. </p><p>　　[2] 楊熙坤, 王景文, 楊 冰. 混合結(jié)構的概念設計 [