概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用探討

1、概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用探討    摘要:所謂的概念設(shè)計，一般指不經(jīng)數(shù)值計算，尤其在一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。概念設(shè)計的思想具有很多優(yōu)點,拓寬了結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路。文章建筑設(shè)計論文對概念設(shè)計在設(shè)計的重要性、設(shè)計應遵循的基本規(guī)律以及設(shè)計思想的應用等方面作了相關(guān)探討。關(guān)鍵詞:概念設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計；應用所謂的概念設(shè)計一般指不經(jīng)數(shù)值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲

2、得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計的方案階段迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計階段一些不必要的繁瑣運算，具有較好的的經(jīng)濟可靠性能。同時，也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。當今建筑設(shè)計發(fā)展提倡采用概念設(shè)計思想來促進結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造性,推動結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。一、概念設(shè)計的優(yōu)點著名的美國工程院院士林同炎教授在結(jié)構(gòu)概念和體系一書中為結(jié)構(gòu)工程師提供了廣泛而又有獨特見解的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計基礎(chǔ)知識和設(shè)計實例。該書著重介紹用整體概念來規(guī)劃結(jié)果

3、總體方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個分體系尖的相互力學關(guān)系和簡化近似設(shè)計方法。為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在設(shè)計中創(chuàng)造性地相互配合，設(shè)計出令人滿意的建筑奠定基礎(chǔ)。概念設(shè)計能夠充分地展現(xiàn)結(jié)構(gòu)工程師的先進的設(shè)計思想和理念。結(jié)構(gòu)項目工程師的工作重點就是在特定的建筑空間內(nèi)用整體概念來制定結(jié)構(gòu)總體方案,不僅能精確地計算和分析一個給定的分體系和構(gòu)件,而且要有意識地利用總結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學關(guān)系。國際上公認的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)設(shè)計,都是由一種或幾種基本分體系有機地組合而成。因此,要求結(jié)構(gòu)工程師具有不懈追求完美的設(shè)計思想,同時要求具備豐富、踏實的整體結(jié)構(gòu)概念和基本分體系的相互比較的能力。概念設(shè)計可以借助概念性簡化計算

4、來完成,雖然存在誤差,但它的概念清楚,定性準確,能很快選擇和確定最佳方案。同時也是施工圖設(shè)計階段判斷計算機計算結(jié)果可靠與否的主要依據(jù)。概念設(shè)計可以預防或減少不均勻沉降的危害,可以從建筑措施、結(jié)構(gòu)措施、地基和基礎(chǔ)方面加以控制。諸如:避免采用建筑平面形狀復雜、陰角多的平面布置；避免立面形體變化過大;將體形復雜、荷載和高低差異大的建筑物分成若干單元；加強上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度;同一建筑物盡量采用同一類型基礎(chǔ)并埋置于同一土層中等一系列措施。對層建筑而言,從經(jīng)濟的角度考慮,一般不愿意采用長樁的方案,但當?shù)剀浲翆雍穸容^大時,一般都需要經(jīng)過地基處理的方式來達到控制建筑物沉降的目的。常用的軟土地基處理方式類型較

5、多,但在選擇地基處理方案前,必須認真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點及環(huán)境情況,并根據(jù)工程設(shè)計要求,確定地基處理范圍和處理后要求達到的技術(shù)指標,以及各種處理方面的適用性,同時綜合考慮處理方案的成熟程度及施工單位的經(jīng)驗,進行多方案比較,最終選定安全實用、經(jīng)濟合理的處理方案。地基經(jīng)處理后,還必須滿足規(guī)范所規(guī)定的強度和變形要求。因此,概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有計算機無法比擬的功能,概念設(shè)計影響整個建筑構(gòu)造的可行性,直接影響建筑物的構(gòu)造布局的合理性。二、概念設(shè)計應遵循的基本規(guī)律1.確定合適的設(shè)計方案。設(shè)計方案的確定應根據(jù)工程地質(zhì)條件,上部結(jié)構(gòu)類型及荷載分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分

6、析,提出經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計時要充分挖掘地基d潛力,同時進行地基變形驗算。根據(jù)地質(zhì)情況,寫出詳盡的地質(zhì)勘察報告,沒有地址勘察報告的小建筑要進行現(xiàn)場勘察和比照附近建筑的地質(zhì)資料。2.結(jié)構(gòu)方案合理化。經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案才是一個成功的設(shè)計方案,所以要選擇一個可行性強的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系力求做到受力明確,傳力簡捷,同一結(jié)構(gòu)單元宜采用相同結(jié)構(gòu)體系,地震區(qū)應按照平面和豎向規(guī)則進行設(shè)計。在對工程的設(shè)計要求、地理環(huán)境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析的基礎(chǔ)上,還要與建筑、水、暖、電等專業(yè)充分協(xié)商,進行結(jié)構(gòu)選型,確定合理結(jié)構(gòu)方案。3.使用合適的計算簡圖。計算簡圖是結(jié)構(gòu)計算中必須應用的,如果選用

7、不當即導致結(jié)構(gòu)安全的事故發(fā)生,因此選擇恰當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖應有相應的構(gòu)造措施來保證,其誤差應嚴格限定在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。4.正確分析計算結(jié)果。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中計算機技術(shù)應用廣泛,由于應用軟件種類繁多,不同軟件會出現(xiàn)不同的計算結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在對程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解的情況下,進行計算機輔助設(shè)計時,應認真分析電算結(jié)果,慎重校核,做出合理判斷。設(shè)計師的知識、經(jīng)驗是判斷分析結(jié)果不可缺少的。三、概念設(shè)計思想的實際應用及發(fā)展中遇到的問題概念設(shè)計的思想,拓寬了結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R,因此在施工中出現(xiàn)混凝

8、土的等級越用越高,配筋量隨之增大,工程造價必然升高。結(jié)構(gòu)工程師很注意限制最大配筋率,卻忽視了肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)。比如在抗震設(shè)計中,常規(guī)做法是根據(jù)原先的尺寸、砼等級算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,進而確定配筋。眾所周知,結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這種做法是通過增加鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,從而增強結(jié)構(gòu)抵抗地震作用的能力。我們不否認前一種做法,但是我們可以考慮換一種思路,通過降低作用效應達到增強地震效應的目的。目前在抗震設(shè)計中,隔震消能的研究是一個很好的例子。隔震消能的作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物

9、頂部裝一個“反擺”,地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從而對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應。合理設(shè)計可降低地震作用效應達50%以上,同時提高建筑物的安全性。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求。發(fā)展先進計算理論，加強計算機的應用，加快新型高強、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟是當務之急。其中，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當必要的。因為他們是結(jié)構(gòu)設(shè)計革命的推動者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進行共同的努力。推廣概念設(shè)計思想是一種有效的辦法。參考文獻：1 武曉璠. 談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計J福建建材, 2007, (05) . 2 侯建娟. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計J工程建設(shè)與設(shè)計, 2009, (06) . 3 ?；劬?馬