我對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的認(rèn)識

1、我對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的認(rèn)識適用、安全、經(jīng)濟、美觀、便于施工是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則。這五個方面各有所重，又互為矛盾，一個優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是這五個方面的最佳結(jié)合。往往設(shè)計人員注意到適用、安全、經(jīng)濟、美觀，而忽略了便于施工。 有時設(shè)計人員為圖方便，用偏于安全的簡化方法計算，雖然既省事又保證安全，卻增加了造價。結(jié)構(gòu)設(shè)計一般在建筑設(shè)計之后，“受制”于建筑設(shè)計，但又“反制” 建筑設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計不能破壞建筑設(shè)計，建筑設(shè)計不能超出結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力范圍。結(jié)構(gòu)設(shè)計決定建筑設(shè)計能否實現(xiàn)，在這個意義上，結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得更為重要。但一棟標(biāo)志性建筑建成后，往往建筑師便成為了人們心目中的建造者，為了實現(xiàn)該建筑設(shè)計而付出辛勤勞

2、動一絲不茍的結(jié)構(gòu)師并不為人們所知。但無論如何，設(shè)計一個適用、安全、經(jīng)濟、美觀、便于施工的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的責(zé)任。根據(jù)我對建筑結(jié)構(gòu)的理解，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為整體設(shè)計和部件設(shè)計兩部分。整體設(shè)計包括結(jié)構(gòu)體系的選擇， 柱網(wǎng)的布置， 梁的布置，剪力墻的分布，基礎(chǔ)的選型等。整體設(shè)計一般分主體和基礎(chǔ)兩部分進(jìn)行。設(shè)計人員根據(jù)建筑物的性質(zhì)、高度、重要程度、當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防列度、風(fēng)力情況等條件來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。是采用磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、筒體，還是巨型框架選定結(jié)構(gòu)體系后，就要具體決定柱、梁、墻的分布和尺寸等。在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算后，主體結(jié)構(gòu)底截面的內(nèi)力成了基礎(chǔ)選型和計算的重要依據(jù)。

3、內(nèi)力計算一般盡量簡化為平面體系來計算，但有時必須采用空間受力體系來計算。無論怎樣，內(nèi)力計算最終是對柱、梁、板、墻和塊體這五種部件的計算。也就是說，進(jìn)行整體設(shè)計后，就要進(jìn)行部件設(shè)計。梁和柱一般可看作細(xì)長桿件，內(nèi)力情況與計算體系相符合。單向板可簡化為單位寬度的梁來計算，雙向板的計算理論也較成熟，異型板的計算就較為復(fù)雜，應(yīng)盡量避免。對于單片的剪力墻，一般把它視作薄壁柱來近似計算，有時要考慮翼緣的作用；對于筒體結(jié)構(gòu)中的剪力墻則要用空間力學(xué)的方法來計算。塊體不同于梁、柱、板、墻，它在空間三個方向的尺寸都比較大，難以視作細(xì)長桿件或簡化為平面體系來計算。如單獨基礎(chǔ)，樁的承臺，深梁都是塊體，受力情況很復(fù)雜，難

4、以精確分析，所以在計算中往往加大安全系數(shù)，以策安全。目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計所用的設(shè)計方法是概率極限狀態(tài)設(shè)計法，作用效應(yīng) S 必須小于等于結(jié)構(gòu)抗力 R，結(jié)構(gòu)要滿足強度條件和位移條件。內(nèi)力計算采用的力學(xué)模型一般是彈性模型，要考慮塑性變形內(nèi)力重分布時，往往是把利用彈性模型計算所得的內(nèi)力乘以一個調(diào)整系數(shù)。手算和計算機算所采用的計算方法、理論、計算模型是有差別的。結(jié)構(gòu)計算的工作量是很大的，采用手算時要在工作量和計算精度之間折衷。手算為降低工作量，受力體系盡量簡化為平面力系，計算中作一些假設(shè)，利用經(jīng)驗值和查用圖表。但隨著高層、超高層建筑的日益增多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，抗震要求越來越高，手算的工作量和計算精度難以滿足

5、要求，計算機已被大量利用到結(jié)構(gòu)計算中來。計算機的工作量和速度非人所及， 機算采用更科學(xué)、 精度更高的計算方法，機算的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了手算。要充分發(fā)揮計算機的優(yōu)勢，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算，需要優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)計算程序。這些程序一般以空間力系作計算模型，以有限元的方法計算。例如著名的 TBSA 的計算模型是空間桿件體系。要編寫優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)計算程序，開發(fā)人員除了必須具備編程技巧外，還要掌握科學(xué)的先進(jìn)的結(jié)構(gòu)計算方法。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員也應(yīng)學(xué)習(xí)計算機所用的計算理論，不應(yīng)只停留在會用結(jié)構(gòu)計算程序，而不知所以然。結(jié)構(gòu)設(shè)計程序的出現(xiàn)并沒有降低對設(shè)計人員的要求，相反，它要求設(shè)計人員學(xué)習(xí)更先進(jìn)的計算理論。目前結(jié)構(gòu)計算程序有一

6、個弊端：就是計算過程的屏蔽。使用者只管輸入數(shù)據(jù)和會看結(jié)果，對計算過程一無所知，不知道計算是建立在什么基礎(chǔ)上，不知道適用范圍，這是潛在的危險。一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)計算程序還應(yīng)該提供程序采用的計算理論的詳細(xì)說明，說明其采用的計算模型、計算假設(shè)、適用范圍等，另外應(yīng)允許使用者干預(yù)計算過程，充分發(fā)揮設(shè)計者的主觀能動性和創(chuàng)造力。結(jié)構(gòu)計算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗估算，容許應(yīng)力法，破損階段計算，極限狀態(tài)計算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段。概率極限狀態(tài)設(shè)計法更科學(xué)、更合理。作用效應(yīng) S 小于等于結(jié)構(gòu)抗力 R 是結(jié)構(gòu)計算的普遍適用公式。目前結(jié)構(gòu)計算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力 R，以至混凝土的等級越用

7、越高， 配筋量越來越大， 造價越來越高。我把提高抗力 R 的設(shè)計方法稱之為被動設(shè)計法。以抗震設(shè)計為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強。這樣便會出現(xiàn)為抵御地震而配的鋼筋，因為增加了結(jié)構(gòu)的剛度反而使地震作用效應(yīng)增強的情況。其實，為什么不考慮降低作用效應(yīng) S 呢？我把降低作用效應(yīng) S 的設(shè)計方法稱之為主動設(shè)計法。國外在抗震設(shè)計中，已有在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)一彈性層，以降低地震作用效應(yīng)的設(shè)計；有的在建筑物頂部裝一個“反擺”，地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從而對建筑物的

8、振動產(chǎn)生阻尼作用，減少建筑物的位移，降低地震作用效應(yīng)。國內(nèi)的設(shè)計以被動設(shè)計為主，當(dāng)然也有主動設(shè)計，如設(shè)置“塑性鉸” . 我認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該被動設(shè)計與主動設(shè)計相結(jié)合，但要實現(xiàn)主動設(shè)計需要先進(jìn)理論和高科技的支持。隨著社會的需求，計算理論的發(fā)展，計算機的應(yīng)用，新型建材的研究與應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計將面臨前所未有的機遇。最后，我想大膽的預(yù)測今后結(jié)構(gòu)設(shè)計的方向概念設(shè)計將發(fā)揮越來越大的作用。概念設(shè)計是指正確的解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計的目的。概念設(shè)計是根據(jù)抗震設(shè)計的復(fù)雜性，難以精確計算而提出來的一種從宏觀上實現(xiàn)合理抗震，避免無必要的繁瑣計算，同時為抗震計算創(chuàng)造有利條件，使計算分析結(jié)果更能反映地震時結(jié)構(gòu)反應(yīng)的實際情況的設(shè)計方法。采用先進(jìn)的計算理論?？臻g受力分析，非彈性變形分析，塑性內(nèi)力分析，由加載到破壞的全過程受力分析，時程分析，最優(yōu)化設(shè)計，方案優(yōu)化等先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計方法、設(shè)計理論將得到越來越多的應(yīng)用