概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

楊鎮(zhèn)峰

1 概念設(shè)計(jì)的定義及其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,以及城市發(fā)展的需要,現(xiàn)代建筑向大型化、復(fù)雜化發(fā)展。工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)。如何保證計(jì)算模型的合理性及計(jì)算結(jié)果的可靠性,已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)工程師們面對(duì)的首要問(wèn)題。解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵就是概念設(shè)計(jì)。所謂“概念”指的是“反映對(duì)象的本質(zhì)屬性的思維方式”是“人們通過(guò)實(shí)踐,從對(duì)象的諸多屬性中,抽出其特有屬性概括而成”的。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)概念指的是建筑結(jié)構(gòu)各種情況下工作的一般規(guī)律(主要是建筑、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的基本理論)。設(shè)計(jì)人員從結(jié)構(gòu)的選型、布置、分析、計(jì)算、截面設(shè)計(jì)到細(xì)部處理的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都時(shí)刻以概念設(shè)計(jì)貫穿始終,對(duì)于所遇到的問(wèn)題,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),綜合考慮各方面因素,確定合理的分析、處理的方法。

概念設(shè)計(jì)所包括的內(nèi)容十分廣泛,只要是需要設(shè)計(jì)人員從主觀(guān)上進(jìn)行分析、判斷,做出選擇的地方,就存在概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)運(yùn)用的好,就能使結(jié)構(gòu)盡量滿(mǎn)足外部條件,并以最直接的方式將荷載傳遞到基礎(chǔ)、地基中,創(chuàng)造更為安全、舒適的工作生活環(huán)境,并節(jié)約材料和資金。由此可見(jiàn),在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,充分的正確掌握設(shè)計(jì)概念,運(yùn)用概念把控設(shè)計(jì)、計(jì)算過(guò)程,運(yùn)用設(shè)計(jì)概念檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的可靠性,并能夠運(yùn)用概念對(duì)不可靠結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精髓,是做出完美建筑工程的前提。

2 概念設(shè)計(jì)的原則及應(yīng)用

2.1 協(xié)同工作原則

協(xié)同工作指的是結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào),共同有效承擔(dān)自重及外部荷載。在結(jié)構(gòu)選型中,充分重視協(xié)同工作的設(shè)計(jì)概念,特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震的整體性考慮,協(xié)同工作尤為重要。眾所周知,地震是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象,對(duì)于建筑物的地震破壞機(jī)理還不是很清楚,對(duì)于地震的破壞現(xiàn)象還停留在感性認(rèn)識(shí)階段,建筑物抗震設(shè)計(jì)的原理只是一種近似方法,所以在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),協(xié)同工作是首位的。例如:抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu),不應(yīng)采用部分由砌體墻承重的混合形式。由于框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)是兩種截然不同的結(jié)構(gòu)體系,兩種結(jié)構(gòu)體系所采用的承重材料的性質(zhì)也完全不同(前者采用的是鋼筋混凝土,可以認(rèn)為是延性材料;后者采用的是磚或砌塊,是脆性材料),其側(cè)向剛度、變相能力等,相差亦很大,在地震作用下不能協(xié)同工作。震害表明,如果將它們?cè)谕唤ㄖ镏谢旌鲜褂?而不以防震縫分開(kāi),地震發(fā)生時(shí),抗側(cè)剛度遠(yuǎn)大于框架的砌體墻會(huì)首先遭到破壞,導(dǎo)致框架內(nèi)力急劇增加,然后導(dǎo)致框架破壞甚至倒塌。

因此,在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中,必須注重協(xié)同工作原則,使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度均勻變化,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變,保證各構(gòu)件間的協(xié)同工作,從而保障結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2 務(wù)實(shí)性原則

概念設(shè)計(jì)的務(wù)實(shí)原則是指,概念是實(shí)際的,可行的,有科學(xué)根據(jù)的,我們利用概念進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),必須能夠辨別概念的真?zhèn)?能夠?qū)⒑线m的概念用到適合的設(shè)計(jì)中去。例如:前面所提到的框架結(jié)構(gòu)中不應(yīng)采用部分由砌體墻承重的混合形式這一例子,框架中部分采用砌體墻承重,表面看上去框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu)屬于剛性結(jié)構(gòu),合用在一起,正好符合“剛?cè)嵯酀?jì)”的思想,其實(shí)不然。在1976年,唐山大地震波及到天津市,該市有許多的辦公樓和多層廠(chǎng)房采用砌體墻和框架結(jié)構(gòu)混合承重,地震時(shí)承重砌體墻出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫,局部屋頂、電梯間因采用砌體承重墻,不僅嚴(yán)重開(kāi)裂,有的甚至嚴(yán)重破壞被甩出。

然而,框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)合卻與它們截然不同。因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)合真正體現(xiàn)了“剛?cè)嵯酀?jì)”的思想,是實(shí)際的,可行的。

2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)在保證結(jié)構(gòu)可靠性的前提下,要力求經(jīng)濟(jì)節(jié)約,將經(jīng)濟(jì)性原則貫穿概念設(shè)計(jì)的始終。

3 結(jié)語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天,我們更應(yīng)該加強(qiáng)概念設(shè)計(jì),要具備扎實(shí)的理論功底,不斷豐富自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),充分發(fā)揮概念設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì),更有效利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件做出優(yōu)秀的工程。

[1] 張雷陽(yáng).概念設(shè)計(jì)之中的協(xié)同工作原則[J].科技信息,2007(32):24-25.