建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念應(yīng)用分析

摘要：當(dāng)前，隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，概念設(shè)計憑借其多樣性和靈活性在建筑領(lǐng)域越來越普遍的被采用。正確地應(yīng)用概念設(shè)計，可以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體素質(zhì)，使施工建筑本身贏得更大的社會效益效率。本文主要分析了建筑結(jié)構(gòu)中對結(jié)構(gòu)概念應(yīng)用的意義及其實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)概念；應(yīng)用

1概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

1.1結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化

概念設(shè)計的最終宗旨是使設(shè)計方案更加合理、經(jīng)濟(jì)、適用。所以概念設(shè)計需要從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的總體布置、抗震點分析、應(yīng)力等各個方面進(jìn)行考慮。值得注意的時，在建筑結(jié)構(gòu)整個方案中融入概念設(shè)計需要從兩個方面做好管控。首先，在建筑整體方案設(shè)計的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計師要和建筑師之間進(jìn)行深入溝通，探索和比較適合建筑環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、政治環(huán)境和文化環(huán)境的設(shè)計方案。其次，要從宏觀出發(fā)，進(jìn)行整體性考慮，加強(qiáng)對設(shè)計中環(huán)境、使用、建筑、荷載等各種影響因素的綜合考慮，再結(jié)合理論設(shè)計進(jìn)行正確的判斷。

1.2建筑場地的優(yōu)選

建筑場地的選擇是設(shè)計的首要步驟，對整個建筑項目都起著決定性作用。在場地概念設(shè)計中要通過對基礎(chǔ)資料的搜集、整理、分析、研究，明確各種制約因素和有力條件進(jìn)行分析，盡量避免不利于抗震的地段建造建筑。

1.3基礎(chǔ)方案的選擇

基礎(chǔ)設(shè)計也對建筑結(jié)構(gòu)有著很大的影響。概念設(shè)計就是要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特征和荷載分布、相鄰建筑等多種條件進(jìn)行綜合分析，選擇合理經(jīng)濟(jì)的建筑基礎(chǔ)。一般而言，建筑基礎(chǔ)形式主要有樁基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)三種。此三種基礎(chǔ)形式各有所長，樁基礎(chǔ)適用于地質(zhì)松軟，負(fù)載較大的多層建筑；箱形基礎(chǔ)適合高層建筑，有較強(qiáng)的抗震抗災(zāi)能力；筏形基礎(chǔ)事業(yè)低承載力地基、大荷載上部結(jié)構(gòu)的建筑工程?；A(chǔ)設(shè)計的過程中需要借助詳細(xì)的地質(zhì)勘測報告以及鄰近建筑資料進(jìn)行分析，從而確定最適宜的基礎(chǔ)形式，最大限度發(fā)揮地基的作用。

1.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計

在概念設(shè)計之前要掌握好基本構(gòu)件的受力特征和變形特征等，然后根據(jù)建筑要求、環(huán)境、荷載條件選擇符合的基本構(gòu)件，形成基本結(jié)構(gòu)單元。特別是在建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計過程中要確保構(gòu)件強(qiáng)度和剛度達(dá)到建筑抗震等級的需求，根據(jù)“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉”的原則加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)弱關(guān)系的處理，形成多道抗震防線。

1.5結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)體系中的概念設(shè)計主要是合理設(shè)計建筑物的的高度和抗震等級，保證抗側(cè)力體系的合理性。概念設(shè)計為了符合抗震要求，應(yīng)多采取規(guī)則設(shè)計方案；建筑和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)平面應(yīng)均勻、對稱，并且具有良好的整體性，結(jié)構(gòu)對稱的原則是：結(jié)構(gòu)剛心、建筑物質(zhì)心、平面形心的距離越小越好；建筑結(jié)構(gòu)的豎向剖面除規(guī)整外側(cè)向剛度要均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截而尺寸和材料強(qiáng)度自下而上逐漸減小，避免沖突。

1.6計算簡圖的確定

結(jié)構(gòu)計算簡圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析之前，首先將實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象和簡化，使之反映實際受力特征，同時又能使計算大大簡化。不正當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D能夠引起安全事故，影響建筑的安全和穩(wěn)定性。因此，設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算前，應(yīng)全面了解該程序軟件的適用范圍和技術(shù)條件，使用時要避免操作失誤，對電算的結(jié)果再用概念設(shè)計進(jìn)行科學(xué)分析，從而做出正確判斷。

1.7抗震設(shè)計中的概念設(shè)計

抗震概念設(shè)計的一個重要原則是：結(jié)構(gòu)應(yīng)有必要的贅余度和內(nèi)力重分配的功能。利用贅余桿件的變形和屈服來耗散地震能量，還可以使贅余桿件退出來避開共磁效應(yīng)，達(dá)到穩(wěn)定體系的目的，這種方式結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中對付高烈地震的一種有效方式。

2 工程實例

2.1工程概況

某大廈為高層建筑，其高度為90.5m，面積為30948m2，平面形狀較為復(fù)雜。該建筑地下1層是六級人防地下室；地上1-2層是幼兒園，平面形狀是工字型，層高為3.8m；3-30層是標(biāo)準(zhǔn)層住宅，平面形狀是凸字型，層高為3.0m。

2.2結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

經(jīng)過勘查發(fā)現(xiàn)，該工程項目所處的場地地質(zhì)條件較好，沒有不利地段。該工程采用的為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，因為抗震設(shè)防列度是7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，除了通過計算達(dá)到規(guī)范的要求，還應(yīng)采取有效的抗震構(gòu)造措施。為了保證結(jié)構(gòu)的安全、舒適與經(jīng)濟(jì)，概念設(shè)計主要是通過以下幾點來體現(xiàn)：

①結(jié)構(gòu)工程師在建筑工程的方案設(shè)計階段，根據(jù)建筑平面布置與使用功能的要求，將結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計融入到初步設(shè)計方案當(dāng)中，例如：把電梯、樓梯、管道井等豎向公共設(shè)施盡可能地布置于建筑物的中心部位，同時利用樓梯、電梯間設(shè)置剪力墻筒體；此外，在建筑物外周邊轉(zhuǎn)折處布置水平抗側(cè)力構(gòu)件（剪力墻），從而加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)移與扭轉(zhuǎn)剛度，并盡量保證剛心和質(zhì)心的重合，以降低水平作用下因為結(jié)構(gòu)偏心而導(dǎo)致的空間扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

②合理考慮樓層的平面布置，增大外周邊框架梁、連梁斷面，增大豎向剛度變化大的樓層平面剛度，將三層樓板板厚設(shè)為120mm，從而加強(qiáng)周邊抗側(cè)力構(gòu)件的聯(lián)系，提高結(jié)構(gòu)整體性與空間協(xié)同工作的能力。

③在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算時，首先應(yīng)根據(jù)工程項目的實際情況，正確設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù)與特殊構(gòu)件。其次，按照初算結(jié)果，根據(jù)規(guī)范限值調(diào)整調(diào)整剪力墻沿豎向的厚度變化，控制周期比、層間位移以及層間位移比。此外，注意控制框架柱與小墻肢的軸壓比，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的延性，從而保證經(jīng)濟(jì)和安全的統(tǒng)一。

④進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計時，應(yīng)有針對性地對轉(zhuǎn)折部位、連接部位以及因為水平力作用引起結(jié)構(gòu)受力變形復(fù)雜或是相對薄弱部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)造與配筋的加強(qiáng)，保證主要受力構(gòu)件具有良好的變形能力與耗能能力，從而提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)變形性能。例如：對建筑物中部的樓梯、電梯、管道井和周邊的梁板進(jìn)行加強(qiáng)，將其板厚增加到150mm，從而降低該處樓板開洞對于平面內(nèi)剛度的削弱影響。

⑤盡可能地使用輕質(zhì)墻體，從而降低樓層自重；同時加強(qiáng)地下室外回填土的夯實，通過人防地下室高強(qiáng)度的側(cè)壁和周邊回填土的共同作用，增強(qiáng)其對結(jié)構(gòu)的約束力，以提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)的整體穩(wěn)定性，減少地震能量的放大。

⑥在構(gòu)造措施中遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉”的設(shè)計要求，調(diào)整梁柱墻的承載力，并適當(dāng)提高框架柱縱向鋼筋的最小配筋力率。

2.3工程評價

通過上述概念設(shè)計，本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件在延性、剛度以及承載力等方面相匹配，形成了一個在抗震、抗風(fēng)中能夠高效協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)整體，從而使建筑物實現(xiàn)了安全、適用、經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。該工程竣工之后投入使用，各方對工程質(zhì)量均給予了高度的評價。

結(jié)語

綜上所述，概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中能夠綜合分析各種因素，提出有效的解決方案和措施，保證結(jié)構(gòu)體系的合理性和安全性。在今后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)積極應(yīng)用結(jié)構(gòu)概念，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體性的設(shè)計；同時，我們也要在實際的應(yīng)用中，不斷積累寶貴的經(jīng)驗，從而使得結(jié)構(gòu)概念設(shè)計不斷完善。

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