結(jié)構(gòu)方案與概念設(shè)計(jì)PPT

1、結(jié)構(gòu)方案與概念設(shè)計(jì)理念、知識(shí)、方法整體是由部分所組成，但決不是部分簡(jiǎn)單的疊加只有知其所以然，才能真正地知其然 基本內(nèi)容結(jié)構(gòu)總體方案與概念設(shè)計(jì)的意義建筑形體和結(jié)構(gòu)總體布置樓蓋體系的方案選擇與設(shè)計(jì) 1 結(jié)構(gòu)總體方案與概念設(shè)計(jì)的意義1.1 引言傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)體制使得結(jié)構(gòu)師基本不參與建筑設(shè)計(jì)的方案階段；傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)教育使得結(jié)構(gòu)師習(xí)慣于從細(xì)節(jié)上考慮問(wèn)題，對(duì)總體方案缺乏興趣；傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)慣將會(huì)導(dǎo)致建筑空間形式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念之間的不協(xié)調(diào)，給設(shè)計(jì)埋下后患；部分結(jié)構(gòu)師會(huì)認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是“規(guī)范計(jì)算”，喪失了一個(gè)工程師基本的判斷力與創(chuàng)造力。1.2 幫助建筑師開(kāi)拓空間形式與功能 創(chuàng)造力和創(chuàng)新是結(jié)構(gòu)師對(duì)設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)真正的結(jié)構(gòu)設(shè)

2、計(jì)不僅是一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，更是一門(mén)藝術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有唯一解，只有通過(guò)不斷探索，優(yōu)化的相對(duì)最優(yōu)。結(jié)構(gòu)師的首要任務(wù)就是以自身?yè)碛械慕Y(jié)構(gòu)體系功能及其受力、變形特性的整體概念和判斷力，幫助建筑師開(kāi)拓或?qū)崿F(xiàn)已初步構(gòu)思的空間形式及其使用、構(gòu)造和形象功能。結(jié)構(gòu)師應(yīng)與建筑師一起構(gòu)思總結(jié)構(gòu)體系，并能明確結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系之間的最佳受力 特征要求；建筑師的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想無(wú)法代替結(jié)構(gòu)師的工程設(shè)計(jì)理念、經(jīng)驗(yàn)和判斷力；結(jié)構(gòu)師必須從整體概念來(lái)構(gòu)思總體方案，創(chuàng)造性地去探索總體系、分體系和構(gòu)件設(shè)計(jì)的關(guān)系，并不斷地反饋、優(yōu)化。習(xí)慣于概念設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)師總是能在不斷比較、反饋和優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中感受到樂(lè)趣。1.3 承載力、剛度、延性為主

3、導(dǎo)的概念設(shè)計(jì) 土木工程師不僅是可靠的應(yīng)力計(jì)算者，更應(yīng)該是一個(gè)有魄力、足智多謀、能正確判斷事物的設(shè)計(jì)者。概念設(shè)計(jì)是在特定條件下，以結(jié)構(gòu)師確定的理想承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，用整體構(gòu)思來(lái)設(shè)計(jì)各部分有機(jī)相連的結(jié)構(gòu)總體系，并有意識(shí)地利用和發(fā)揮結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系、以及分體系與構(gòu)件之間的最佳受力特征與協(xié)調(diào)關(guān)系。利用概念性的近似計(jì)算，迅速有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，估算出主要分體系及其構(gòu)件的基本尺寸，提供基本的結(jié)構(gòu)模型和原始數(shù)據(jù)。 結(jié)構(gòu)中的風(fēng)荷載與地震作用風(fēng)荷載與地震作用是結(jié)構(gòu)兩種主要的水平荷載，其引起的側(cè)移與結(jié)構(gòu)的剛度直接相關(guān)；結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下引起的側(cè)移是截然不同的，結(jié)構(gòu)剛度大對(duì)

4、于抗風(fēng)有利，但會(huì)引起較大的地震作用。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的總體目標(biāo)，有一個(gè)多道防線(xiàn)、剛?cè)峤Y(jié)合的理想剛度目標(biāo)?？拐鹪O(shè)計(jì)中的“三水準(zhǔn)、二階段”方法？結(jié)構(gòu)物應(yīng)具有一定大的剛度和承載力來(lái)抵御風(fēng)荷載和小震，保證結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)；第一道防線(xiàn)有意屈服后，再結(jié)構(gòu)變?nèi)岬耐瑫r(shí)仍具有足夠的彈塑性變形能力和延性耗能能力來(lái)抵御可能出現(xiàn)的罕遇地震；多道防線(xiàn)、剛?cè)峤Y(jié)合作為理想目標(biāo)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)。罕遇地震強(qiáng)度無(wú)法預(yù)估，盲目加大結(jié)構(gòu)整體剛度是不可行的。值得重視的幾條基本原則應(yīng)將復(fù)雜的變成簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑越簡(jiǎn)單、直接和明確越好。避免出現(xiàn)以抗扭為主導(dǎo)的關(guān)鍵性傳力構(gòu)件。應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)平面

5、布置的正交抗側(cè)力剛度中心與荷載作用中心或質(zhì)心靠近，重合，以避免或減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及其相應(yīng)的破壞。豎向抗側(cè)力構(gòu)件的剛度最好設(shè)計(jì)成均勻、連續(xù)，避免軟弱層和層間位移角、內(nèi)力及傳力途徑的突變。應(yīng)重視上部結(jié)構(gòu)與其支承結(jié)構(gòu)整體共同作用的機(jī)理，即傳力者與受力者共同抗力的概念。建筑物是整體的三維空間結(jié)構(gòu)，所有的構(gòu)件都是以相當(dāng)復(fù)雜的方式在共同協(xié)調(diào)工作，而不是脫離總結(jié)構(gòu)體系的孤立構(gòu)件。應(yīng)遵循能有效增大結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向力和側(cè)移能力，而無(wú)需增加更多成本的基本理念：1）盡可能加大抗測(cè)構(gòu)件的抗傾覆力臂；2）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分體系，應(yīng)使其構(gòu)件能以有效方式共同作用；3）絕大部分荷載應(yīng)有抗傾覆構(gòu)件直接承擔(dān)；4）在抗測(cè)體系中應(yīng)合理布置剪力墻或柱

6、間支撐；5）每層樓蓋都應(yīng)起到水平隔板的作用，以保證各豎向構(gòu)件能共同協(xié)調(diào)工作。1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有唯一解 結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)不斷探求應(yīng)用自然法則，而不是盲從規(guī)范實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)是整體的三維空間結(jié)構(gòu)，所有的構(gòu)件都是以相當(dāng)復(fù)雜的方式在共同協(xié)調(diào)工作，而不是脫離總結(jié)構(gòu)體系的孤立構(gòu)件。建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范只是提供建筑物所應(yīng)具有的“最低”要求的標(biāo)準(zhǔn)，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，規(guī)范條文永遠(yuǎn)是滯后的。應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)記“小心”二字。一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師一方面必須熟悉、了解和吃透規(guī)范條文的真實(shí)含義，另一方面也只能把規(guī)范作為一種指導(dǎo)、依據(jù)，而不是當(dāng)作圣旨。1.5 運(yùn)用正確的判斷力把握設(shè)計(jì)即使在電子計(jì)算機(jī)時(shí)代，設(shè)計(jì)者仍應(yīng)運(yùn)用自身的結(jié)構(gòu)概

7、念、經(jīng)驗(yàn)、判斷力和最新觀念來(lái)主導(dǎo)設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)雖有一定誤差，但概念清楚、定性準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單快捷，能很快選出最佳方案和估算出構(gòu)件的基本尺寸，也是判斷計(jì)算機(jī)軟件輸出數(shù)據(jù)是否可靠的依據(jù)。任何計(jì)算分析程序都有其基本假定、應(yīng)用范圍和限制條件。手算雖有一定誤差，但難出大錯(cuò)；計(jì)算機(jī)固然先進(jìn)，但其計(jì)算結(jié)果必須要用正確的判斷力來(lái)把握，決不可完全被程序計(jì)算結(jié)果左右。作為一個(gè)設(shè)計(jì)者，這是不可動(dòng)搖的原則。一個(gè)好的設(shè)計(jì)主要靠設(shè)計(jì)人員自身的概念、經(jīng)驗(yàn)、悟性、判斷力和創(chuàng)造力，這是結(jié)構(gòu)計(jì)算分析程序所無(wú)法取代的。1.6 寄語(yǔ)珍惜每一次的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，無(wú)論大小，都是一個(gè)完整的有機(jī)結(jié)構(gòu)，都應(yīng)激發(fā)自我的挑戰(zhàn)感、創(chuàng)造感和樂(lè)趣感。概念、悟性、判

8、斷力和創(chuàng)造力不會(huì)憑空而來(lái)，都是在每一各工程的概念設(shè)計(jì)中，通過(guò)自身不斷的反饋、比較、總結(jié)才能逐漸積累和充實(shí)。2 建筑形體和結(jié)構(gòu)總體布置2.1 結(jié)構(gòu)總體布置原則結(jié)構(gòu)師根據(jù)承受豎向荷載、抗風(fēng)、抗震的要求，布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)總體布置與建筑體形密切相關(guān)?？拐鸱课莸慕ㄖw形和結(jié)構(gòu)總體布置原則： 1）采用對(duì)抗震有利的平面、立面和結(jié)構(gòu)布置，即采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)。 2）具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖。 3）具有合理的、直接的傳力途徑。 4）具有整體的牢固性和盡量多的結(jié)構(gòu)贅余度。 5）構(gòu)件與構(gòu)件之間，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間應(yīng)有明確的連接方式。 6）設(shè)置多道抗震防線(xiàn)。2.2 對(duì)抗震有利和不利的建筑平面 和結(jié)構(gòu)布置抗震

9、有利平面：簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)、長(zhǎng)寬比較小抗震不利平面：平面狹長(zhǎng)、突出過(guò)多、細(xì)腰型、角部重疊抗震有利的結(jié)構(gòu)布置： 1）剛心與質(zhì)心盡量重合，減小地震作用下結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)； 2）增大結(jié)構(gòu)抗扭剛度，減小地震作用下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。2.3 對(duì)抗震有利和不利的建筑立面 和結(jié)構(gòu)布置抗震有利立面：規(guī)則、均勻、外形不變或變化較小，無(wú)過(guò)大的外挑或內(nèi)收結(jié)構(gòu)構(gòu)件沿高度布置應(yīng)連續(xù)、均勻，抗側(cè)剛度及承載力上下相同或下大上小，避免剛度突變。底層或中部應(yīng)避免形成軟弱層、薄弱層，頂部剛度不易過(guò)小，否則會(huì)形成鞭梢效應(yīng)。3 樓蓋體系的方案選擇與設(shè)計(jì)3.1概述樓蓋體系作為結(jié)構(gòu)水平分體系，在垂直方向通過(guò)抗彎起支承樓面和屋面荷載的作用；在水平

10、方向起隔板和連接豎向構(gòu)件的作用，并作為抗測(cè)體系的一部分。樓蓋體系方案的選擇應(yīng)考慮：建筑空間功能要求的開(kāi)間大小及其跨度的長(zhǎng)寬比、活荷載的大小、規(guī)劃設(shè)計(jì)所限定的結(jié)構(gòu)層間允許高度、所需對(duì)結(jié)構(gòu)總體系整體剛度的貢獻(xiàn)和邊支承條件。樓蓋的結(jié)構(gòu)高度在高層建筑中尤為重要。3.2 平板體系主要形式為支承在方形柱網(wǎng)上的無(wú)梁樓板。無(wú)梁樓板可分為柱上板帶和中間板帶經(jīng)濟(jì)適用跨度：預(yù)應(yīng)力平板：7.210.5m， 跨高比45鋼筋砼平板：4.5 7.2 m 跨高比30363.3 梁板體系3.3.1 單向板梁體系當(dāng)某一方向的梁承擔(dān)的板面荷載小于等于總荷載的20時(shí)，為單向板梁結(jié)構(gòu)。均布荷載下構(gòu)件變形與其承擔(dān)的荷載和跨度的四次方成正

11、比，與彈性模量和截面慣性矩成反比長(zhǎng)向/短向1.5時(shí)可按單向板梁體系設(shè)計(jì)3.3.2 雙向板梁體系當(dāng)長(zhǎng)向/短向1.5時(shí)可按單向板梁體系設(shè)計(jì)由于框架梁截面高度受限，梁剛度不可能很大，所以應(yīng)考慮梁板的共同作用隨梁板剛度比減小，邊緣板帶所承受的彎矩會(huì)快速加大通常的計(jì)算是以梁絕對(duì)剛性為假定的3.3.3 現(xiàn)澆梁板共同作用的設(shè)計(jì)概念現(xiàn)澆梁板共同作用不僅增加了框架梁的剛度，還提高了梁端負(fù)屈服彎矩的承載力。兩個(gè)問(wèn)題：1）彈性受力分析時(shí)框架梁的合理截面形式2）梁端負(fù)彎矩鋼筋的合理分布3.4 主次梁體系主次梁樓蓋體系實(shí)質(zhì)上就是對(duì)單向板梁樓蓋結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，用較大跨度的主梁取代短向密布的柱子，取得更為寬敞的無(wú)柱空間。具

12、有如下優(yōu)點(diǎn)：1）主次梁樓蓋砼平均折算厚度很小，重量輕；2）開(kāi)間大，PC(912)(13.518)m RC(68.1)(912)m 3）承載能力大，活載可達(dá)1020kN/m2,甚至更大； 4）對(duì)框架結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn)比平板和雙向密肋要大的多。 5）結(jié)構(gòu)受力清楚，傳力途徑簡(jiǎn)單明確。 主次梁樓蓋設(shè)計(jì)中應(yīng)如何布置柱網(wǎng)間距，以取得最佳的綜合經(jīng)濟(jì)效益？ 三個(gè)問(wèn)題：1）究竟選擇短跨還是長(zhǎng)跨作為主梁？2）如何調(diào)整連續(xù)框架的端跨才更有利？3）如何利用邊支承的優(yōu)勢(shì)來(lái)擴(kuò)大結(jié)構(gòu)跨度？3.4.1 柱網(wǎng)與主、次梁的合理布局結(jié)構(gòu)布置一方面要考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性，另一方面還要考慮建筑的功能要求。例1：連續(xù)大空間建筑往往要求主、次梁所占結(jié)構(gòu)空間最小。這就要求通過(guò)調(diào)整主、次梁的跨度，最好做到主、次梁的截面高度相同。從結(jié)構(gòu)受力要求還應(yīng)將主梁的變形控制在次梁的1/21/3。柱網(wǎng)亦設(shè)計(jì)成矩形，短跨與長(zhǎng)跨之比在0.650.7比較合適。 例2：建筑在某一方向需要連續(xù)空間，另一方向有墻體。3.4.2 邊跨的合理設(shè)計(jì)在其它條件相同時(shí)，等跨框架梁截面的最大正負(fù)彎矩都出現(xiàn)在邊跨。有兩