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

楊志艷　王卉

摘要：文章分析了概念設(shè)計(jì)的定義以及重要性與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，探析了概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，旨在為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員提供一定的參考。

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

中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674--3024（201 7）05--45--02

1概念設(shè)計(jì)的定義以及重要性

1.1概念設(shè)計(jì)的定義。概念設(shè)計(jì)指的是不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其是在沒有在設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定或者無法進(jìn)行精確的理論性分析狀況時(shí)，綜合分體系與整體結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理等，以宏觀、整體地角度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)主要是從建筑結(jié)構(gòu)的整體方案入手，嚴(yán)格的處理建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的力學(xué)分布計(jì)算、結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等問題。

1.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)的重要性。概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，通過合理的應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，不僅能夠不斷的完善設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)成果.還能夠豐富結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用過程中，許多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師把設(shè)計(jì)鎖定在設(shè)計(jì)手冊(cè)以及規(guī)范等范圍內(nèi)，不敢承接新技術(shù)的挑戰(zhàn)以及機(jī)遇，這種缺乏創(chuàng)新動(dòng)力與精神的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以創(chuàng)新與突破。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論以及計(jì)算理論中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)際與計(jì)算不相符的問題，這就需要采用概念設(shè)計(jì)措施對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，應(yīng)該綜合的利用概念設(shè)計(jì)以及自身的經(jīng)驗(yàn)，選擇安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用的設(shè)計(jì)方案，以此保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性，成功的完成建設(shè)設(shè)計(jì)任務(wù)。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，因此在盡心建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該采取以下措施：其一，應(yīng)該選擇有利于抗震設(shè)計(jì)的建筑場(chǎng)地，盡可能的避開在不利地段建設(shè)工程，以此提高建筑的穩(wěn)定性：其二，應(yīng)該選擇抗震性能高的建筑結(jié)構(gòu)材料，以此保證建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的均質(zhì)性以及延性，進(jìn)而保證建筑結(jié)構(gòu)體系能夠滿足建筑抗震要求：其三，優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，盡可能多的設(shè)置抗震防線，這樣能夠保證建筑結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)往復(fù)的作用下，依然保持較高的抗震能力：其四，選擇延性高的建筑構(gòu)件，提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度，合理的分布建筑結(jié)構(gòu)的承載力，這樣能夠有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能：其五，保證抗震的計(jì)算節(jié)點(diǎn)以及構(gòu)造連接，合理的掌握整個(gè)建筑構(gòu)造連接在范圍內(nèi)的度的問題，以此保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性：其六.不僅僅應(yīng)該利用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方式，還應(yīng)該結(jié)合使用概念設(shè)計(jì)理念，然后再結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有效的分析建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際問題，以此保證建筑結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度：其七，保證建筑物的立面布置、平面布置負(fù)荷概念設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，禁止出現(xiàn)不規(guī)則方案。

3概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要包括以下兩個(gè)方面：

3.1協(xié)同工作和結(jié)構(gòu)體系。協(xié)同工作廣泛的存在與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，協(xié)同工作的概念要求建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)構(gòu)件相互配合，并進(jìn)行共同工作，這不僅要求各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承受能力極限狀態(tài)下共同受力并協(xié)同工作，還要求各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在極限狀態(tài)下具有共同的耐久壽命。建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作主要表現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)系上，應(yīng)該講上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)當(dāng)做一個(gè)有機(jī)的整體，以磚混結(jié)構(gòu)為例，必須將構(gòu)造柱和圈梁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，而不能單純的根據(jù)基礎(chǔ)或者上部結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的協(xié)同工作，應(yīng)該從結(jié)構(gòu)受力入手，保證建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件痛死處于較高的應(yīng)力水平，在進(jìn)行多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證同一層各個(gè)結(jié)構(gòu)處于相同的水平位移，這樣能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件同時(shí)達(dá)到最大承載能力，但是隨著建筑層數(shù)與高度的增加，巨大的水平與豎向荷載對(duì)于底層截面造成的壓力越來越大，導(dǎo)致高層建筑的底部出現(xiàn)許多短柱，為了防止該種現(xiàn)象的發(fā)生，通過對(duì)柱截面開豎槽，將矩形柱轉(zhuǎn)變成田形柱，有效的增加長(zhǎng)細(xì)比，防止出現(xiàn)短柱，這樣能夠保證同層抗側(cè)里結(jié)構(gòu)在發(fā)生水平位移時(shí)，同時(shí)達(dá)到最大水平承載能力。建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，存在長(zhǎng)柱、短柱混雜的現(xiàn)象，同一框架中既存在長(zhǎng)梁又存在短梁，這種設(shè)計(jì)方式是非常不合理的，短跨量在受到水平力作用時(shí)，梁端負(fù)彎矩與正彎矩都相對(duì)較大，配筋通常全部由水平力決定，豎向荷載基本上起不到作用，再加上剪力增大，會(huì)導(dǎo)致支撐柱的軸力顯著增加，該種設(shè)計(jì)方式不滿足協(xié)同工作的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還會(huì)增加建筑設(shè)計(jì)的成本。因此，在進(jìn)行高層或者超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡可能防止扭轉(zhuǎn)，防止扭轉(zhuǎn)的目的在于：當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)不同的水平位移，在扭轉(zhuǎn)中心較遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生很大的角柱監(jiān)理，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)由外向里、先外后里破壞現(xiàn)象，因此應(yīng)該保證平面上兩個(gè)正交方向的尺寸盡可能的接近，其目的在于防止在一個(gè)方向上存在過大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，另一個(gè)方向上過弱現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，還應(yīng)該增加樓層或者梁的剛度，保證剪力墻或者柱能夠撐到建筑結(jié)構(gòu)的整體彎矩。

目前.許多建筑結(jié)構(gòu)采用的在四角設(shè)置巨型鋼柱的方式，有效的增加了建筑結(jié)構(gòu)的抗變形能力以及角柱的強(qiáng)度。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，柱軸壓比的限值已經(jīng)成為困擾建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的主要問題，隨著建筑層數(shù)以及高度的增加，柱的軸壓比直接決定了柱的塑性變形能力。因此，為了能夠增加柱在地震作用下的變形能力，應(yīng)該嚴(yán)格的控制柱的軸壓比，例如，采用鋼管混凝土、密排螺旋箍筋柱的方式，都能夠提高柱軸壓比的限值。

3.2協(xié)同工作以及材料利用率。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的協(xié)同工作還有另一種含義，即全面的利用建筑材料。一般狀況下，建筑工程利用的材料越多，則表明其應(yīng)力水平越高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的要求也相對(duì)較高，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的另一個(gè)方面來看，提高材料的利用率對(duì)于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有非常重要的做有關(guān)，尤其是對(duì)于處在發(fā)展階段的我國(guó)建筑行業(yè)來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的在于提高建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量和節(jié)約成本。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能的提高材料的利用率。以梁類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料利用率為例，矩形截面量的受彎構(gòu)件相對(duì)常見，但是材料的利用率相對(duì)較低，主要是應(yīng)為彎矩受到結(jié)構(gòu)梁的影響，接近中和面的交線位置存在較低的應(yīng)力水平，不論邊緣是否受到拉力或者壓力的影響，都會(huì)存在較低的水平應(yīng)力。通過應(yīng)用概念設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)措施，分析梁結(jié)構(gòu)的受力狀況，采用平面桁架的結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式能夠?qū)⒘航Y(jié)構(gòu)中的材料去除，可以理解為梁結(jié)構(gòu)被“掏空”，保證平面桁架的下弦對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)受力的鋼筋，平面桁架的上弦對(duì)應(yīng)梁結(jié)構(gòu)的受力邊緣，這樣能夠保證梁結(jié)構(gòu)中拉力、壓力始終處于相同的受力方向，該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式既能夠降低梁結(jié)構(gòu)的自重，又能夠節(jié)約材料，有效的節(jié)約成本。

4結(jié)束語(yǔ)

總之，概念設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)措施的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)被廣泛的推廣和應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，應(yīng)該具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，不斷的學(xué)習(xí)、總結(jié)以及進(jìn)步，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更多、更加杰出的建筑作品。