建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)

■趙 冰，萬 磊 ■.身份證號碼:36040398060038;.身份證號碼:360403980400

如今伴隨著人們生活水平的提高，科技的發(fā)展，社會人們以及國家對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就有了更高的要求。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)其實(shí)涉及的范圍是非常廣的，其內(nèi)容主要包括有方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布置、構(gòu)件配筋的構(gòu)造、截面配筋的構(gòu)造、以及選擇計(jì)算簡圖等等。在進(jìn)行建筑的抗震設(shè)防過程中，因?yàn)榈卣鸬奶匦源嬖诓豢深A(yù)見性以及其作用存在著不確定性，所以就更加需要建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)了。其中要注意的是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中計(jì)算和概念設(shè)計(jì)兩者之間相輔相成，計(jì)算一定要有概念設(shè)計(jì)作為引導(dǎo)，進(jìn)而作出判斷。一般計(jì)算都是在概念設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下才可以完成的。由于概念設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中是非常重要的，因此在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)一定要綜合多方面因素進(jìn)行考慮。

1 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性

建筑結(jié)構(gòu)中的概念設(shè)計(jì)可以說是建筑設(shè)計(jì)展現(xiàn)先進(jìn)思想的關(guān)鍵，對于一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)工程師而言，其主要的任務(wù)就是用整體的概念去表達(dá)特定建筑空間，進(jìn)而完成建筑結(jié)構(gòu)總體上的方案設(shè)計(jì)。其中要能夠意識到結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與處理構(gòu)件之間的關(guān)系。通常對做得好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師有一個(gè)認(rèn)知，認(rèn)為他們會伴隨其不懈追求以及實(shí)踐和年齡的增長，他們的建筑結(jié)構(gòu)概念會變得愈來愈豐富，其設(shè)計(jì)的成果也會越來越完善，有新意?？墒沁€有一點(diǎn)不令人滿意，當(dāng)今社會其分工變得更加細(xì)化，許多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師它們指揮都是按照計(jì)算機(jī)程序、設(shè)計(jì)手冊或者是規(guī)范進(jìn)行傳統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，因此他們的設(shè)計(jì)就缺乏創(chuàng)新，不敢甚至不愿意創(chuàng)新，他們對于新技術(shù)有時(shí)會保持一種拒絕的態(tài)度。很多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在面對計(jì)算機(jī)程序一體化的現(xiàn)代，卻不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)結(jié)果的存在的錯(cuò)誤。伴隨著它們歲數(shù)的上升，使他們在大學(xué)時(shí)學(xué)的概念都慢慢的淡忘了，所以更不用說對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行創(chuàng)新了。因此一定要對概念設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，如今我國計(jì)算理論以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論仍舊有很多不可計(jì)算性或缺陷存在，就舉混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這個(gè)例子來說，對其內(nèi)力計(jì)算就是建立在彈性理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的，而截面設(shè)計(jì)卻是建立在塑性理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種極性狀態(tài)的設(shè)計(jì)方式，而這些就導(dǎo)致了建筑的實(shí)際受力情況與計(jì)算的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，要想對這一計(jì)算缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，又或是完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的那些無法計(jì)算的設(shè)計(jì)，這些都要優(yōu)良的結(jié)構(gòu)措施以及概念設(shè)計(jì)來使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以滿足?？偟膩碚f，之所以概念設(shè)計(jì)很重要，主要是由于在建筑方案設(shè)計(jì)的初級階段是不可以利用計(jì)算機(jī)來完成的，因此這就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行綜合性的應(yīng)用了，保證設(shè)計(jì)出來的方案既經(jīng)濟(jì)，效果又好。為此，建筑工程師就要對已有的結(jié)構(gòu)概念不斷地去豐富，只有對各類的結(jié)構(gòu)性能有了深入的了解，并靈活運(yùn)用，才可以建造出安全、美觀、舒適的優(yōu)質(zhì)建筑物。

2 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)所要考慮的幾個(gè)問題

2.1 如何選擇結(jié)構(gòu)剛與柔

在建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)師應(yīng)將其設(shè)計(jì)的柔一些還是剛一些，這是建筑抗震設(shè)計(jì)概念的初級階段人們經(jīng)常所爭論的問題。由于建筑結(jié)構(gòu)剛度大的，其地震力的作用就很大，所以這就要求加大鋼材的用量以及用較大尺寸的構(gòu)件，可是這顯然不是很經(jīng)濟(jì)的?？墒墙ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果較柔的的話，則對地震的作用較小，可是它的變形比較大，能夠節(jié)省很多的材料。我們在進(jìn)行高層的建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不能夠直接就去判斷‘柔些好’或者是‘剛些好’。要與建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際高度、場地條件以及體系相結(jié)合進(jìn)而作出合理的判斷。不管怎樣，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要對變形進(jìn)行限制，要使變形控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。注意要讓建筑結(jié)構(gòu)的剛度足夠大，要想提升結(jié)構(gòu)承載力或者降低結(jié)構(gòu)的變形程度可設(shè)置些剪力墻。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要以場地條件作為基礎(chǔ)，如果是硬土地基就采用較為柔些的，反之就采用剛些的。

2.2 均勻布置建筑結(jié)構(gòu)平面剛度

在進(jìn)行平面布置時(shí)一定要以規(guī)則、簡單、突出少為原則。對于那些復(fù)雜的平面或者是比較重要的平面在進(jìn)行布置的過程中一定要使建筑結(jié)構(gòu)的平面剛度均勻，也就是要使平面剛度質(zhì)心與重心兩者盡量的重合，這樣對于降低地震作用時(shí)的扭轉(zhuǎn)有很大的作用。由于扭轉(zhuǎn)對于建筑結(jié)構(gòu)有很大的危害，因此一定要對結(jié)構(gòu)扭曲加以重視。我們一般會從兩個(gè)方面去降低結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的危害，其一就是降低在地震過程中所造成的扭轉(zhuǎn)，其二就是使建筑結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)的能力增強(qiáng)。其中導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)的一個(gè)重要的原因就是平面剛度的均勻程度。就比如說曾經(jīng)的“5 12”汶川大地震，其中很多的建筑磚混機(jī)構(gòu)，規(guī)則，開間非常小的建筑大多都沒有倒塌，對其破壞也不是很大?？墒悄切┎灰?guī)則且開間大的建筑就遭到了嚴(yán)重的破壞。要想降低地震時(shí)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)程度，一定要對平面質(zhì)量的分布加以注意，如果質(zhì)量出現(xiàn)偏心就有可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)、另外如果質(zhì)量在周邊集中也是會加大扭轉(zhuǎn)程度。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)沿豎向剛度要均勻

對于建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度而言一定要沿高度均勻，也可以沿高度慢慢的減少。對于框支層它的變形較大，屬于薄弱層面，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)很可能發(fā)生震害。所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要注意對框支剪力墻數(shù)量的控制，一定要有一些剪力墻落地。通過落地的剪力墻來使薄弱層的框支剪力墻加強(qiáng)，也降低了地震給薄弱層所帶來的震害。在上部柔軟的塔樓下面通常會設(shè)置大底盤(多個(gè)塔樓或是獨(dú)立塔樓)，或者也可以是鞭鞘效應(yīng)所引起的塔樓的地震反映加大。如果從總高度來看大底盤所占比例較大，就會使鞭鞘效應(yīng)加大，所以要盡量的使上部塔樓與下部大底盤的剛度差減少。當(dāng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)大多都是取振型數(shù)，這樣可以使計(jì)算結(jié)構(gòu)更加有效的反映鞭鞘效應(yīng)所帶來的影響:第一是要想采取一定的措施來降低鞭鞘效應(yīng)所帶來的影響，第二就是構(gòu)件的設(shè)計(jì)一定要有對應(yīng)的措施，比如說有些樓層鞭鞘效應(yīng)非常大一定要增強(qiáng)設(shè)計(jì)的內(nèi)力以及其承載力。

2.4 關(guān)于延性構(gòu)件、延性結(jié)構(gòu)以及多道設(shè)防

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要堅(jiān)持“小震不壞、中震能修、大震不倒”這一原則，注意要把鋼筋混凝土設(shè)計(jì)成延性的結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，部分的部件允許有塑性鉸存在，這一狀態(tài)就是“中震能修”，要注意對塑性鉸的部位進(jìn)行合理的控制，對于構(gòu)件器延性一定要足夠，在發(fā)生大震時(shí)，要保證結(jié)構(gòu)不塌。延性的建筑結(jié)構(gòu)其塑性變形對于地震能量的消耗能起到很好的效果，雖然結(jié)構(gòu)的變形程度會加大，可是對于作用在建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及慣性力都不會再加大，所以這可以使承載力對延性結(jié)構(gòu)的要求降低。屬于一種即安全有經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中要保證“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱強(qiáng)、墻弱連梁”，而這也是滿足延性要求的解決措施。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要把其設(shè)計(jì)成超靜定結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)有多個(gè)破壞點(diǎn)，因此建筑結(jié)構(gòu)就應(yīng)該設(shè)計(jì)多道設(shè)防，比如說那些剪力墻中帶有連梁的結(jié)構(gòu)，就要把連梁設(shè)置稱第一道防線。注意要把連梁設(shè)計(jì)的柔軟些。對于那些高層的建筑，樓層較高，如果開設(shè)洞口，就會導(dǎo)致連梁高度非常大，不能滿足延性構(gòu)件的要求，要想降低連梁高度，就把連梁設(shè)在洞口上部，以滿足延性設(shè)計(jì)的要求，而這些就是多道設(shè)防。

3 結(jié)束語

近年來，由于建筑行業(yè)崛起，國家對其的重視程度越來越高。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)師一定要注意其中的概念設(shè)計(jì)，并加以重視，只有這樣才可以保證建筑工程質(zhì)量達(dá)到要求。

［1］王羽.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)要求［J］，中國建筑，2011(12):23－24.

［2］于飛揚(yáng).中國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題［J］.河南科技，2009(08):12－13.