基于建筑結構設計中概念設計的思考與研究

1、<p>　　基于建筑結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涵，然后對結構概念設計中的協(xié)同工作、結構抗震概念設計和結構整體性能控制等方面進行了詳細的論述，最后指出結構概念設計是先進設計思想的關鍵,正確的結構概念設計可使結構更安全有效、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, 并貫徹到結構方案設計、結構構件布置、計算簡圖抽象、計算結果處理中, 對理論無法明確的部位, 要有定性的認識。強調概念設計的重要性, 是因為現(xiàn)行的結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構構件的設計,

4、都需要優(yōu)秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。同時計算機結果的高精度特點, 往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解, 結構工程師只有加強對結構概念的培養(yǎng), 才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。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, 這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念, 選擇效果最好、</p><p>　　二、結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構材料充分利用。在結構設計中, 構件材料的利用率越高, 經(jīng)濟性也就越好。對于建筑結構, 協(xié)同工作的概念即要求結構內部的各個構件相互配合, 共同工作

6、。這不僅要求結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構受力時, 結構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。 </p><p>　　2、結構抗震概念設計。在進行結構抗震設計時, 著眼于結構的總體地震反應, 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構進入彈塑性工作狀態(tài)( 即所謂延性設計)。通過結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, 在地震作用下結構變形較大, 為提高框架結構的剛度, 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, 注意加勁結構剛度與延性的均衡十分重要。

8、砌體結構剛度大, 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。強度均勻指結構在平面和立面上的承載力均勻。結構在立面上強度均勻, 可以避免結構彈塑性反應集中。如果結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。這樣結構塑性變形集中在一層, 很容易使該層發(fā)生破</p><p>　　3、結構整體性能控

9、制。結構整體的科學性和合理性是概念設計的重要內容。用于控制結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。周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效更合理, 使結構不致出現(xiàn)過大的扭轉。也就是說, 周期比不是要求結構足夠結實, 而是要求結構承載布局合理。如果周期比不滿足規(guī)范要求, 說明該結構的扭轉效應明顯, 需要增加結構周邊構件的剛度, 降低結構中間構件的剛度, 以增

10、大結構的整體抗扭剛度。位移比(層間位移比) 是控制結構平面不規(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換結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換結構, 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構豎向不規(guī)則的重要指標。剛重比是結構剛度與重力荷載之比。</p><p><b>　　三、結語 </b></p><p>　　現(xiàn)在隨著社會分工的細化, 大部分結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構程序設計全面應用的今天

12、, 對計算機結果明顯不合理, 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. 混合結構的概念設計 [