建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計

陳宗飛

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計是新興的設(shè)計理念，逐漸被建筑結(jié)構(gòu)工程師運用于現(xiàn)代建筑設(shè)計之中。這種理念的逐漸成熟，促進了我國建筑行業(yè)的進步和發(fā)展，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計的改革也有很重要的意義。本文從概念設(shè)計的重要性以及概念設(shè)計的推廣方面來闡明概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用。

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

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，我國人民的生活水平的提高，人民對生活質(zhì)量的要求也逐漸提高。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求和滿足消費者的需要，我國的建筑行業(yè)在建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計也在變革。在國外先進設(shè)計理念的影響下，我國結(jié)構(gòu)工程師也在總結(jié)自身的設(shè)計經(jīng)驗，利用概念設(shè)計的新理念來進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 概念設(shè)計的概念

所謂的概念設(shè)計一般指是以工程概念為依據(jù)，不經(jīng)數(shù)值計算，用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法，對所設(shè)計的對象作宏觀的控制。尤其在一些難以作為精確力學(xué)分析或現(xiàn)存規(guī)范中難以顧及的問題，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的基本設(shè)計原則的設(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(xì)部措施的宏觀控制。

2 概念設(shè)計的重要性

在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)以前的設(shè)計施工經(jīng)驗，經(jīng)過不斷的總結(jié)和完善，設(shè)計經(jīng)驗與理念在實際工作中得到發(fā)展和創(chuàng)新。隨著時間的推移，經(jīng)驗不斷豐富，設(shè)計理念不斷更新，設(shè)計的作品也逐漸成熟。但是，由于很多工程在創(chuàng)新方面的努力不夠，習(xí)慣依據(jù)規(guī)范和設(shè)計手冊等傳統(tǒng)方式，只是借鑒以前的設(shè)計風(fēng)格和設(shè)計手法。不僅對于國外、國內(nèi)的先進技術(shù)和理念沒有給予足夠的重視，在設(shè)計中進行改進和運用上也過分依賴設(shè)計程序，熱衷于傳統(tǒng)設(shè)計，缺乏創(chuàng)新導(dǎo)致手工的設(shè)計作品不符合設(shè)計的要求。有的工程師在設(shè)計的過程中，因為過度依賴設(shè)計程序，對運算數(shù)據(jù)不質(zhì)疑、不驗證，沒有足夠認(rèn)真和質(zhì)疑的精神來對待設(shè)計結(jié)果，造成遺漏程序設(shè)計中的錯誤。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要運用的知識涵蓋建筑學(xué)等很多方面，很多知識是在實際工作經(jīng)驗中總結(jié)的，或者是自己的領(lǐng)悟得出，并非在學(xué)校學(xué)習(xí)的系統(tǒng)知識，比較分散又不容易記憶，導(dǎo)致在設(shè)計中也不容易運用。概念設(shè)計的重要性不僅在于概念設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計理念的優(yōu)點融合，而且可對傳統(tǒng)設(shè)計的不足之處進行改進，將計算理論的漏洞從整體的角度來進行解決。

3 概念設(shè)計的所要遵循的原則

3.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)體系

建筑結(jié)構(gòu)體系是概念設(shè)計的重要體現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)體系中，設(shè)計人員能夠?qū)⒄麄€建筑的構(gòu)成完整、清晰地呈現(xiàn)出來。在建筑結(jié)構(gòu)體系中，我們看到的每一個結(jié)構(gòu)組成部分都是統(tǒng)一、不可分割的完整實體，而不是建筑中單一部件的個性呈現(xiàn)，各個部件之間只有組合在一起時才具備建筑實體的具象涵義和建筑結(jié)構(gòu)價值，倘若將其中某個部分分割開來，結(jié)構(gòu)便不是真正意義的結(jié)構(gòu)，體系也無法繼續(xù)發(fā)揮其應(yīng)有的效能。因而在規(guī)劃結(jié)構(gòu)體系時，切不可將其中某個部件拿出來，否則將失其特定的內(nèi)涵和價值。

3.2 要選用適用的計算簡圖

在進行計算簡圖選用時，要明確的選擇那些能夠有某些構(gòu)造措施來保證的計算結(jié)構(gòu)簡圖。作為結(jié)構(gòu)計算的重要組成部分，計算簡圖的選用是否得當(dāng)一定程度上來說是決定結(jié)構(gòu)計算是否準(zhǔn)確、能夠確保結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵前提。所以說，在計算簡圖的選用上要慎之又慎。

3.3 數(shù)據(jù)結(jié)果精確分析

建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)果是結(jié)構(gòu)計算的重要目的，所以說，在這一過程中，要嚴(yán)格對待，不能盲目進行。能否實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，是決定建筑結(jié)構(gòu)能否順利進行、確保建筑結(jié)構(gòu)安全的重要途徑和重要條件。從計算數(shù)據(jù)的輸入、計算過程、計算結(jié)果的三部分嚴(yán)格審查。同時，外部因素同樣可導(dǎo)致數(shù)據(jù)計算結(jié)果不精確，例如不同計算工具的使用、不同程序軟件的使用等都可造成計算結(jié)果不精確。所以在計算機結(jié)果時，設(shè)計師應(yīng)該更多的給予人的思維，而非機器化處理的結(jié)果。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要結(jié)構(gòu)措施

4.1 建筑結(jié)構(gòu)體系和協(xié)同工作

協(xié)同工作概念在工業(yè)產(chǎn)品的制造和設(shè)計中廣泛地應(yīng)用，主要的含義是針對任意一個工業(yè)產(chǎn)品，在沒有充分達(dá)到使用壽命規(guī)定的時間，在生產(chǎn)過程中每一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件倘若出現(xiàn)損害，都會造成機器的非正常運行。但是在工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，協(xié)同工作通常是指在工程建筑過程中每一個構(gòu)件都可以發(fā)揮其自身作用，還會和工程建筑中其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互配合。這不僅要求工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定長的使用壽命，同時還需要構(gòu)件所承受的荷載力保持一致，不能出現(xiàn)長期受力不均的現(xiàn)象。建筑工程結(jié)構(gòu)協(xié)同工作中，應(yīng)該正確處理上部結(jié)構(gòu)和樁筏基礎(chǔ)之間的關(guān)系，并有機結(jié)合在一起。例如建筑工程磚混施工中，這就需要依靠構(gòu)造柱和鋼圈之間形成一個統(tǒng)一的整體來預(yù)防自身剛度所帶來的不均勻沉降的現(xiàn)象。

當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受力時，在工程施工中每一個部件都可以達(dá)到較高的應(yīng)力水平，并能設(shè)計出較為理想的運行狀態(tài)。建筑工程進行多層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，盡量避免出現(xiàn)短柱現(xiàn)象，主要目的是為了提高在相同建筑平面中所承載的能力，在逐漸增加的高層建筑中，出現(xiàn)短柱現(xiàn)象日趨增多，為了降低這種狀況，需要使同層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力在相同的水平位置上發(fā)生位移現(xiàn)象。

4.2 協(xié)同工作中建筑材料的利用率

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中協(xié)同工作不但可以提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時還可以提高建筑材料利用率。通?？梢岳斫鉃椋ㄖ牧侠寐试酱?，協(xié)同工作能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越大。我國在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，最根本的目標(biāo)是要求用少量的投入獲得最大的收益。因此，針對建筑材料使用是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中最根本的要求。例如在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中矩形截面是普遍存在的受壓構(gòu)件，矩形截面主要的構(gòu)成材料在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中利用率過低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中軸周圍建筑材料應(yīng)力水平較低，還有一個原因是由于工程中梁的彎矩程度隨著梁長的變化而不斷的變化。針對等截面梁而言，在工程結(jié)構(gòu)中絕大部分區(qū)域中應(yīng)力較低。基于這種受力情況下，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用概念設(shè)計結(jié)構(gòu)進行分析研究，調(diào)整梁截面中應(yīng)變梯度的變化，使得構(gòu)件保持一定的軸心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同時，通過一段時間的研究和探索，產(chǎn)生了平面桁架結(jié)構(gòu)，平面桁架結(jié)構(gòu)是將工程中多余的建筑材料去除，不僅可以節(jié)約成本，還可以減少建筑材料的自重。最后，協(xié)同工作的原則也是整體工作的原則。

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