基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的思考與研究

1、<p>　　基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的思考與研究</p><p>　　摘要：本文首先分析了概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，然后對(duì)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中的協(xié)同工作、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)整體性能控制等方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述，最后指出結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵,正確的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)可使結(jié)構(gòu)更安全有效、經(jīng)濟(jì)合理。本文是個(gè)人的一些見解，希望同行參考借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)； 協(xié)同工作；

2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 剛度； </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　一、概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵分析 </p><p>　　概念設(shè)計(jì)是運(yùn)用人的判斷和思維力, 從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問題。概念設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)的思路, 可以認(rèn)為是定性的設(shè)計(jì); 概念設(shè)計(jì)不以精確的力學(xué)分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù), 而是對(duì)工程進(jìn)行概括的分析, 制

3、定設(shè)計(jì)目標(biāo), 采取相應(yīng)措施。概念設(shè)計(jì)概念包括安全度的概念、力學(xué)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(shè)計(jì)要求融合這些概念, 并貫徹到結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置、計(jì)算簡(jiǎn)圖抽象、計(jì)算結(jié)果處理中, 對(duì)理論無法明確的部位, 要有定性的認(rèn)識(shí)。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要性, 是因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論中存在許多缺陷或不可計(jì)算性, 為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論的缺陷, 或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì),

4、都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn), 往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的誤解, 結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng), 才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。概念設(shè)計(jì)之所以重要, 還在于在方案設(shè)計(jì)階段, 初步設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的, 這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念, 選擇效果最好、</p><p>　　二、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)可以對(duì)材料充分利用。一般來講, 材料利用率越高( 即應(yīng)力水平越高), 該結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作程度也越高, 尤其對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)發(fā)展中國(guó)家, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的即花最少的錢, 做最好的建筑, 這就要求設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)材料充分利用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 構(gòu)件材料的利用率越高, 經(jīng)濟(jì)性也就越好。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu), 協(xié)同工作的概念即要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)構(gòu)件相互配合, 共同工作

6、。這不僅要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承載能力極限狀態(tài)能共同受力, 協(xié)同工作, 同時(shí)達(dá)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(dāng)結(jié)構(gòu)受力時(shí), 結(jié)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)件能同時(shí)達(dá)到較高的應(yīng)力水平。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí), 著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng), 靈活運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則, 既注意總體布置上的大原則, 又考慮關(guān)鍵部分的細(xì)節(jié), 從而全面、合理地解決結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中

7、的基本問題。從經(jīng)濟(jì)合理的觀點(diǎn)出發(fā), 在強(qiáng)烈的地震作用下應(yīng)允許結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)( 即所謂延性設(shè)計(jì))。通過結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件屈服所產(chǎn)生的塑性變形來消耗地震能量, 從而達(dá)到抗震的目的。試驗(yàn)和實(shí)踐都證明, 框架結(jié)構(gòu)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(gòu)變形較大, 為提高框架結(jié)構(gòu)的剛度, 常設(shè)剪力墻、支撐等加勁構(gòu)件, 這些加勁構(gòu)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(gòu)剛度與延性的均衡十分重要。

8、砌體結(jié)構(gòu)剛度大, 但延性差, 為提高其延性, 常加設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱, 構(gòu)造柱連同圈梁, 實(shí)際形成一個(gè)弱的框架。強(qiáng)度均勻指結(jié)構(gòu)在平面和立面上的承載力均勻。結(jié)構(gòu)在立面上強(qiáng)度均勻, 可以避免結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)集中。如果結(jié)構(gòu)某一樓層的強(qiáng)度相對(duì)較小, 則在地震作用下, 這一層首先屈服, 同時(shí)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(gòu)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(gòu)整體性能控

9、制。結(jié)構(gòu)整體的科學(xué)性和合理性是概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。用于控制結(jié)構(gòu)整體性的主要指標(biāo)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(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效更合理, 使結(jié)構(gòu)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(gòu)足夠結(jié)實(shí), 而是要求結(jié)構(gòu)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(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯, 需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度, 降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度, 以增

10、大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。位移比(層間位移比) 是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。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(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。規(guī)范有三種剛度比的計(jì)算方式, 分別是剪切剛度、剪彎剛度和地震力與相應(yīng)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(gòu)及對(duì)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(gòu), 地震力與層間位移比是抗震規(guī)范的相關(guān)規(guī)定, 通常絕大多數(shù)工程都可以

11、用此法計(jì)算剛度比。層間受剪承載力之比也是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。剛重比是結(jié)構(gòu)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(huì)分工的細(xì)化, 大部分結(jié)構(gòu)工程師只會(huì)依賴規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、計(jì)算機(jī)程序做習(xí)慣性傳統(tǒng)設(shè)計(jì), 缺乏創(chuàng)新, 有的甚至拒絕采納新技術(shù)、新工藝, 使得大部分工程師在一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)全面應(yīng)用的今天

12、, 對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)果明顯不合理, 甚至錯(cuò)誤則不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。文中就概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提出了若干建議。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1] 郁彥. 高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[ M ] . 北京: 中國(guó)鐵道出版社1999. </p><p>　　[2] 楊熙坤, 王景文, 楊 冰. 混合結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì) [