概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討_第1頁
概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討_第2頁
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1、概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討    摘要:所謂的概念設(shè)計(jì),一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,尤其在一些難以作出精確力學(xué)分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,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。概念設(shè)計(jì)的思想具有很多優(yōu)點(diǎn),拓寬了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路。文章建筑設(shè)計(jì)論文對(duì)概念設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)的重要性、設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本規(guī)律以及設(shè)計(jì)思想的應(yīng)用等方面作了相關(guān)探討。關(guān)鍵詞:概念設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,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(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲

2、得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)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。運(yùn)用概念性近似估算方法,可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算,具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí),也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)發(fā)展提倡采用概念設(shè)計(jì)思想來促進(jìn)結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造性,推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。一、概念設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)著名的美國工程院院士林同炎教授在結(jié)構(gòu)概念和體系一書中為結(jié)構(gòu)工程師提供了廣泛而又有獨(dú)特見解的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)實(shí)例。該書著重介紹用整體概念來規(guī)劃結(jié)果

3、總體方案的方法,以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系尖的相互力學(xué)關(guān)系和簡化近似設(shè)計(jì)方法。為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性地相互配合,設(shè)計(jì)出令人滿意的建筑奠定基礎(chǔ)。概念設(shè)計(jì)能夠充分地展現(xiàn)結(jié)構(gòu)工程師的先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和理念。結(jié)構(gòu)項(xiàng)目工程師的工作重點(diǎn)就是在特定的建筑空間內(nèi)用整體概念來制定結(jié)構(gòu)總體方案,不僅能精確地計(jì)算和分析一個(gè)給定的分體系和構(gòu)件,而且要有意識(shí)地利用總結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系。國際上公認(rèn)的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),都是由一種或幾種基本分體系有機(jī)地組合而成。因此,要求結(jié)構(gòu)工程師具有不懈追求完美的設(shè)計(jì)思想,同時(shí)要求具備豐富、踏實(shí)的整體結(jié)構(gòu)概念和基本分體系的相互比較的能力。概念設(shè)計(jì)可以借助概念性簡化計(jì)算

4、來完成,雖然存在誤差,但它的概念清楚,定性準(zhǔn)確,能很快選擇和確定最佳方案。同時(shí)也是施工圖設(shè)計(jì)階段判斷計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果可靠與否的主要依據(jù)。概念設(shè)計(jì)可以預(yù)防或減少不均勻沉降的危害,可以從建筑措施、結(jié)構(gòu)措施、地基和基礎(chǔ)方面加以控制。諸如:避免采用建筑平面形狀復(fù)雜、陰角多的平面布置;避免立面形體變化過大;將體形復(fù)雜、荷載和高低差異大的建筑物分成若干單元;加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度;同一建筑物盡量采用同一類型基礎(chǔ)并埋置于同一土層中等一系列措施。對(duì)層建筑而言,從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,一般不愿意采用長樁的方案,但當(dāng)?shù)剀浲翆雍穸容^大時(shí),一般都需要經(jīng)過地基處理的方式來達(dá)到控制建筑物沉降的目的。常用的軟土地基處理方式類型較

5、多,但在選擇地基處理方案前,必須認(rèn)真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點(diǎn)及環(huán)境情況,并根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求,確定地基處理范圍和處理后要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo),以及各種處理方面的適用性,同時(shí)綜合考慮處理方案的成熟程度及施工單位的經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行多方案比較,最終選定安全實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理的處理方案。地基經(jīng)處理后,還必須滿足規(guī)范所規(guī)定的強(qiáng)度和變形要求。因此,概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有計(jì)算機(jī)無法比擬的功能,概念設(shè)計(jì)影響整個(gè)建筑構(gòu)造的可行性,直接影響建筑物的構(gòu)造布局的合理性。二、概念設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本規(guī)律1.確定合適的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案的確定應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件,上部結(jié)構(gòu)類型及荷載分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分

6、析,提出經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計(jì)時(shí)要充分挖掘地基d潛力,同時(shí)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。根據(jù)地質(zhì)情況,寫出詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告,沒有地址勘察報(bào)告的小建筑要進(jìn)行現(xiàn)場勘察和比照附近建筑的地質(zhì)資料。2.結(jié)構(gòu)方案合理化。經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案才是一個(gè)成功的設(shè)計(jì)方案,所以要選擇一個(gè)可行性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系力求做到受力明確,傳力簡捷,同一結(jié)構(gòu)單元宜采用相同結(jié)構(gòu)體系,地震區(qū)應(yīng)按照平面和豎向規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)工程的設(shè)計(jì)要求、地理環(huán)境、材料供應(yīng)、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上,還要與建筑、水、暖、電等專業(yè)充分協(xié)商,進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型,確定合理結(jié)構(gòu)方案。3.使用合適的計(jì)算簡圖。計(jì)算簡圖是結(jié)構(gòu)計(jì)算中必須應(yīng)用的,如果選用

7、不當(dāng)即導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故發(fā)生,因此選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡圖應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證,其誤差應(yīng)嚴(yán)格限定在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。4.正確分析計(jì)算結(jié)果。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用廣泛,由于應(yīng)用軟件種類繁多,不同軟件會(huì)出現(xiàn)不同的計(jì)算結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師在對(duì)程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解的情況下,進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)認(rèn)真分析電算結(jié)果,慎重校核,做出合理判斷。設(shè)計(jì)師的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)是判斷分析結(jié)果不可缺少的。三、概念設(shè)計(jì)思想的實(shí)際應(yīng)用及發(fā)展中遇到的問題概念設(shè)計(jì)的思想,拓寬了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R,因此在施工中出現(xiàn)混凝

8、土的等級(jí)越用越高,配筋量隨之增大,工程造價(jià)必然升高。結(jié)構(gòu)工程師很注意限制最大配筋率,卻忽視了肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)。比如在抗震設(shè)計(jì)中,常規(guī)做法是根據(jù)原先的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,進(jìn)而確定配筋。眾所周知,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(qiáng)。這種做法是通過增加鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵抗地震作用的能力。我們不否認(rèn)前一種做法,但是我們可以考慮換一種思路,通過降低作用效應(yīng)達(dá)到增強(qiáng)地震效應(yīng)的目的。目前在抗震設(shè)計(jì)中,隔震消能的研究是一個(gè)很好的例子。隔震消能的作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物

9、頂部裝一個(gè)“反擺”,地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從而對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)50%以上,同時(shí)提高建筑物的安全性。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用,使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中,打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī),充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力,是相當(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。參考文獻(xiàn):1 武曉璠. 談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)J福建建材, 2007, (05) . 2 侯建娟. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)J工程建設(shè)與設(shè)計(jì), 2009, (06) . 3 ?;劬?馬

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