论文部分内容阅读
摘要：工程师有良好的概念设计技能，才能正确的理解结构工作性能.设计的初期，所有的准备工作是计算机不能胜任的，需要手工进行，概念设计在这个阶段就显得非常重要。本文分析了概念设计的重要性，探讨了建筑结构设计中的结构措施。
关键词：建筑；结构设计；概念设计；结构措施
Abstract: engineers have good concept design skills to the correct understanding of structure performance. In the early stages of the design, all the preparation is not competent for the computer, the need to manually, concept design at this stage is very important. This paper analyzes the concept of the importance of design, this paper discusses the structure design of structure measures.
Keywords: architecture; Structure design; The conceptual design; Structure measures
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
社会经济的发展和人民生活水平的不断提高, 对建筑结构设计提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型、高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济。其中, 打破建筑结构设计中的墨守成规,充分发挥结构工程师的创新能力, 是相当必要的,推广概念设计思想是一种有效的办法。在建筑结构设计中, 概念设计与结构措施至关重要。
一、 概念设计的重要性
在传统的建筑结构设计中，结构工程师依据以前的设计施工经验，经过不断的总结和追求完善，设计经验与理念也在实际工作中得到进步和创新。随着时间的推移，经验不断丰富，设计理念不断完善，设计的作品逐渐成熟。但是，由于很多工程在创新方面的努力不够，习惯于依据规范和设计手册等传统书籍，只是借鉴以前的设计风格和设计手法。不仅对于国外、国内的先进技术和理念没有给予足够的重视，在设计中进行改进和运用，过分依赖设计程序，忠于传统设计，因为害怕创新和手工的设计作品不符合设计的要求造成不好的后果。还有的工程师在设计的过程中，因为依赖设计程序的运用，对于程序给出的运算数据不质疑，大胆用，没有足够的认真和质疑的精神来对待设计结果，造成没有发现程序设计中的错误。而且，结构设计需要运用的知识涵盖建筑学的很多方面，很多知识是在工作经验中总结的，或者是自己的想法和领悟，并不是在学校学习的系统知识，相对的分散，不容易记忆，因此在设计中也不容易进行运用。概念设计的重要性不仅在于概念设计在传统设计理念的优点结合，并在传统设计的不足之处进行改进，将计算理论的漏洞从整体的角度来进行解决。 例如，混凝土的结构设计，虽然内力计算的理论支持是弹性理论，但实际上，界面设计的计算支持却是塑性理论，这个不同就会造成计算得到的结论与实际的情况相距甚远。为了避免出现这样的情况，就需要进行良好的概念设计的把握计算机的特点在于计算精度高，计算速度快但工程師又会因此对结构性能产生不明白的地方。因此，工程师有良好的概念设计技能，才能正确的理解结构工作性能设计的初期，所有的准备工作是计算机不能胜任的，需要手工进行，概念设计在这个阶段就显得非常重要。结构工程是良好地运用概念设计在结构设计中，能够让设计的方案更加的合理，性价比低，更加符合实际情况。因此，工程师需要在工作中不断地完善概念，尽自己的能力去了解结构设计内容和理念，争取良好地进行运用。
目前的结构设计和计算理论仍然存在着一些缺陷和不可计算性，这些设计和计算理论的缺陷以及解决实际大量存在的结构构件无法计算的设计问题，都可以通过优秀的概念设计和采取合适的结构措施得到解决。此外，由于设计软件计算结果的数字性、高精度等特点，造成结构设计人员对结构的工作性能存在一定的误解，因此，只有通过良好的概念设计学习，才能更为客观、清楚以及深刻地理解结构工作性能。
概念设计的另一个重要作用在于方案设计阶段，这是因为初步设计是无法通过计算机来实现。在这种情况下，就需要结构工程师们在良好掌握结构概念的基础上，选择效果优良而造价较低的结构方案。良好初步设计要求工程师不断丰富自身的结构概念知识，对各类结构的工作性能有着清楚而深刻的认识，并能够在设计工作中灵活运用。
二、结构措施
1、建筑的平立面布置
建筑设计应符合抗震概念设计的要求,建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称, 质量和刚度变化均匀,避免楼层错层及过大的外挑和内收。满足各种结构体系的适用高度和高宽比要求。合理设置防震缝, 将体型复杂的建筑物划分
为规则的建筑物,从而降低抗震设计的难度,提高抗震设计的可靠度。若不设抗震缝时,应对建筑物进行精确的抗震分析, 估计其局部应力和变形集中及扭转影响, 判断易损部位,采取加强措施。
2、场地选择和地基
地震造成建筑物的破坏, 情况是多种多样的: 1) 由于地震时的地面强烈运动,使建筑物在振动过程中, 因丧失整体性或强度不足,或变形过大而破坏; 2) 由于水坝坍塌、 海啸、 火灾、 爆炸等造成的; 3) 由于断层错动、山崖崩塌、 河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形造成的。前两种情况可以通过工程措施加以防治, 而后一情况, 单靠工程措施很难达到预防的目的。因此,选择工程场址
时,应避开地震危险地段和抗震不利地段, 选择位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土等抗震有利地段。此外,在选择高层建筑场地时,应尽量建在具有较大平均剪切波速的坚硬场地土上,以减少输入建筑物的地震能量, 从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。同时,同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上,不宜采用部分天然地基部分桩基的基础形式,地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时, 应估计地震时地基不均匀沉降,并采取相应措施。
3、结构选型与结构布置
单从抗震角度考虑, 好的结构形式应具备下列性能: 延性系数高,强度/ 重力比值大,匀质性好, 正交各向同性, 构件的连接具有整体性、 连续性和较好的延性, 能发挥材料的全部强度。确定结构抗震体系时,应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径; 应具有多道抗震防线, 避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力; 应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力; 应具有合理的刚度和强度分布,避免因突变形成薄弱部位, 对可能出现的薄弱部位采取加强措施。对一般建筑尽可能做框剪结构, 避免做纯框架结构, 以节约建筑材料。有足够剪力墙或有核心筒的建筑对维持整体稳定有利,并在很大程度上减弱框架的受力。对异形建筑的局部薄弱环节和容易产生工程塑性铰的部位,用局部加强的办法解决。选择结构体系,要考虑建筑物刚度与场地条件的关系。当建筑物自振周期与地基土的卓越周期一致时, 容易产生类共振而加重建筑物的震害。建筑物的自振周期与结构本身刚度有关, 在设计房屋之前, 应先了解场地和地基土及其卓越周期, 调整结构刚度,避开共振周期。还要选择合理的基础形式, 基础应有足够的埋深, 对于层数较多的房屋宜设置地下室, 对于软弱地基宜选用桩基础、 筏板基础或箱形基础。
4、多道抗震防线
多道抗震防线对抗震结构是必要的。如果建筑物采用的是单一结构体系, 仅有一道抗震设防,该防线一旦破坏后,接踵而来的地震动就会促使建筑物倒塌。如果建筑物采用的是多重抗侧立体系,第一道防线的抗侧立构件在强烈地震下破坏后,第二道乃至第三道防线的抗侧立构件立即接替,抵挡住后续地震动的冲击,可保证建筑物最低限度的安全,免于倒塌。选择第一道抗震防线的主力构件时, 应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑,或者选择轴压比较小的抗震墙、实墙筒体等, 一般情况下,不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧立构件。如因条件所限,只能采用单一的框架体系,框架就成为整个体系中唯一的抗侧立构件,就应采用“强柱弱梁”型延性框架。强柱型框架在水平地震作用下,梁的屈服先于柱的屈服,可以利用梁的变形来消耗地震能量, 使框架柱退到第二道防线的位置, 同时控制框架柱的轴压比限值, 提高最小配筋率和最小配箍率。
5、刚度、 承载力和延性的匹配
地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关。建筑物的抗侧移刚度大,可以减小结构侧移, 减轻地震的损失,但结构刚度大,自振周期短, 地震作用就大,要求结构具有与较大地震反应对应的较高水平抗力, 提高结构的抗侧移刚度,也会提高工程造价及降低结构延性指标。因此,在确定结构体系时,需要在结构刚度、承载力及延性之间达到较好的匹配。在结构抗震设计中, 对结构中重要构件的延性要求, 高于对结构总体的延性要求;对构件中关键杆件或关键部位的延性要求,又高于对整个构件的延性要求。
6、确保结构的整体性
结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。结构应具有连续性,施工质量好的现浇钢筋混凝土结构及型钢混凝土结构具备较好的连续性和抗震整体性。地震区的砖混房屋应按规定设置圈梁和构造柱, 加强纵横墙体的连接,增强房屋的整体性。构件间应有可靠连接,保证各个构件充分发挥承载力,使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。
在建筑结构设计的不断改革和创新中，前人积累了非常多的技术和经验。 其中，概念设计作为打破设计理念墨守成规，将结构设计进行优化和创新的方式方法，在我国建筑结构设计行业越来越重要。 工程师良好地运用概念进行结构设计，对于建筑方案的设计和优化都有非常重要的作用。
参考文献：
[ 1] 陈翠榮.关于工程抗震设计中应注意的问题[ J] . 山西建筑,2007, 33( 3) : 44 - 45.
[2] 刘慧芝, 李福来. 浅析建筑结构设计中的概念设计与技术措施[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2009,(04)
[3]张元 建筑结构中的概念设计初探 中国新技术新产品2010
[4] 孙晓霞. 概念设计与措施[J]. 山西建筑, 2008,(33)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：建筑；结构设计；概念设计；结构措施
Abstract: engineers have good concept design skills to the correct understanding of structure performance. In the early stages of the design, all the preparation is not competent for the computer, the need to manually, concept design at this stage is very important. This paper analyzes the concept of the importance of design, this paper discusses the structure design of structure measures.
Keywords: architecture; Structure design; The conceptual design; Structure measures
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
社会经济的发展和人民生活水平的不断提高, 对建筑结构设计提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型、高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济。其中, 打破建筑结构设计中的墨守成规,充分发挥结构工程师的创新能力, 是相当必要的,推广概念设计思想是一种有效的办法。在建筑结构设计中, 概念设计与结构措施至关重要。
一、 概念设计的重要性
在传统的建筑结构设计中，结构工程师依据以前的设计施工经验，经过不断的总结和追求完善，设计经验与理念也在实际工作中得到进步和创新。随着时间的推移，经验不断丰富，设计理念不断完善，设计的作品逐渐成熟。但是，由于很多工程在创新方面的努力不够，习惯于依据规范和设计手册等传统书籍，只是借鉴以前的设计风格和设计手法。不仅对于国外、国内的先进技术和理念没有给予足够的重视，在设计中进行改进和运用，过分依赖设计程序，忠于传统设计，因为害怕创新和手工的设计作品不符合设计的要求造成不好的后果。还有的工程师在设计的过程中，因为依赖设计程序的运用，对于程序给出的运算数据不质疑，大胆用，没有足够的认真和质疑的精神来对待设计结果，造成没有发现程序设计中的错误。而且，结构设计需要运用的知识涵盖建筑学的很多方面，很多知识是在工作经验中总结的，或者是自己的想法和领悟，并不是在学校学习的系统知识，相对的分散，不容易记忆，因此在设计中也不容易进行运用。概念设计的重要性不仅在于概念设计在传统设计理念的优点结合，并在传统设计的不足之处进行改进，将计算理论的漏洞从整体的角度来进行解决。 例如，混凝土的结构设计，虽然内力计算的理论支持是弹性理论，但实际上，界面设计的计算支持却是塑性理论，这个不同就会造成计算得到的结论与实际的情况相距甚远。为了避免出现这样的情况，就需要进行良好的概念设计的把握计算机的特点在于计算精度高，计算速度快但工程師又会因此对结构性能产生不明白的地方。因此，工程师有良好的概念设计技能，才能正确的理解结构工作性能设计的初期，所有的准备工作是计算机不能胜任的，需要手工进行，概念设计在这个阶段就显得非常重要。结构工程是良好地运用概念设计在结构设计中，能够让设计的方案更加的合理，性价比低，更加符合实际情况。因此，工程师需要在工作中不断地完善概念，尽自己的能力去了解结构设计内容和理念，争取良好地进行运用。
目前的结构设计和计算理论仍然存在着一些缺陷和不可计算性，这些设计和计算理论的缺陷以及解决实际大量存在的结构构件无法计算的设计问题，都可以通过优秀的概念设计和采取合适的结构措施得到解决。此外，由于设计软件计算结果的数字性、高精度等特点，造成结构设计人员对结构的工作性能存在一定的误解，因此，只有通过良好的概念设计学习，才能更为客观、清楚以及深刻地理解结构工作性能。
概念设计的另一个重要作用在于方案设计阶段，这是因为初步设计是无法通过计算机来实现。在这种情况下，就需要结构工程师们在良好掌握结构概念的基础上，选择效果优良而造价较低的结构方案。良好初步设计要求工程师不断丰富自身的结构概念知识，对各类结构的工作性能有着清楚而深刻的认识，并能够在设计工作中灵活运用。
二、结构措施
1、建筑的平立面布置
建筑设计应符合抗震概念设计的要求,建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称, 质量和刚度变化均匀,避免楼层错层及过大的外挑和内收。满足各种结构体系的适用高度和高宽比要求。合理设置防震缝, 将体型复杂的建筑物划分
为规则的建筑物,从而降低抗震设计的难度,提高抗震设计的可靠度。若不设抗震缝时,应对建筑物进行精确的抗震分析, 估计其局部应力和变形集中及扭转影响, 判断易损部位,采取加强措施。
2、场地选择和地基
地震造成建筑物的破坏, 情况是多种多样的: 1) 由于地震时的地面强烈运动,使建筑物在振动过程中, 因丧失整体性或强度不足,或变形过大而破坏; 2) 由于水坝坍塌、 海啸、 火灾、 爆炸等造成的; 3) 由于断层错动、山崖崩塌、 河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形造成的。前两种情况可以通过工程措施加以防治, 而后一情况, 单靠工程措施很难达到预防的目的。因此,选择工程场址
时,应避开地震危险地段和抗震不利地段, 选择位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土等抗震有利地段。此外,在选择高层建筑场地时,应尽量建在具有较大平均剪切波速的坚硬场地土上,以减少输入建筑物的地震能量, 从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。同时,同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上,不宜采用部分天然地基部分桩基的基础形式,地基为软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土时, 应估计地震时地基不均匀沉降,并采取相应措施。
3、结构选型与结构布置
单从抗震角度考虑, 好的结构形式应具备下列性能: 延性系数高,强度/ 重力比值大,匀质性好, 正交各向同性, 构件的连接具有整体性、 连续性和较好的延性, 能发挥材料的全部强度。确定结构抗震体系时,应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径; 应具有多道抗震防线, 避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力; 应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力; 应具有合理的刚度和强度分布,避免因突变形成薄弱部位, 对可能出现的薄弱部位采取加强措施。对一般建筑尽可能做框剪结构, 避免做纯框架结构, 以节约建筑材料。有足够剪力墙或有核心筒的建筑对维持整体稳定有利,并在很大程度上减弱框架的受力。对异形建筑的局部薄弱环节和容易产生工程塑性铰的部位,用局部加强的办法解决。选择结构体系,要考虑建筑物刚度与场地条件的关系。当建筑物自振周期与地基土的卓越周期一致时, 容易产生类共振而加重建筑物的震害。建筑物的自振周期与结构本身刚度有关, 在设计房屋之前, 应先了解场地和地基土及其卓越周期, 调整结构刚度,避开共振周期。还要选择合理的基础形式, 基础应有足够的埋深, 对于层数较多的房屋宜设置地下室, 对于软弱地基宜选用桩基础、 筏板基础或箱形基础。
4、多道抗震防线
多道抗震防线对抗震结构是必要的。如果建筑物采用的是单一结构体系, 仅有一道抗震设防,该防线一旦破坏后,接踵而来的地震动就会促使建筑物倒塌。如果建筑物采用的是多重抗侧立体系,第一道防线的抗侧立构件在强烈地震下破坏后,第二道乃至第三道防线的抗侧立构件立即接替,抵挡住后续地震动的冲击,可保证建筑物最低限度的安全,免于倒塌。选择第一道抗震防线的主力构件时, 应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑,或者选择轴压比较小的抗震墙、实墙筒体等, 一般情况下,不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧立构件。如因条件所限,只能采用单一的框架体系,框架就成为整个体系中唯一的抗侧立构件,就应采用“强柱弱梁”型延性框架。强柱型框架在水平地震作用下,梁的屈服先于柱的屈服,可以利用梁的变形来消耗地震能量, 使框架柱退到第二道防线的位置, 同时控制框架柱的轴压比限值, 提高最小配筋率和最小配箍率。
5、刚度、 承载力和延性的匹配
地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关。建筑物的抗侧移刚度大,可以减小结构侧移, 减轻地震的损失,但结构刚度大,自振周期短, 地震作用就大,要求结构具有与较大地震反应对应的较高水平抗力, 提高结构的抗侧移刚度,也会提高工程造价及降低结构延性指标。因此,在确定结构体系时,需要在结构刚度、承载力及延性之间达到较好的匹配。在结构抗震设计中, 对结构中重要构件的延性要求, 高于对结构总体的延性要求;对构件中关键杆件或关键部位的延性要求,又高于对整个构件的延性要求。
6、确保结构的整体性
结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。结构应具有连续性,施工质量好的现浇钢筋混凝土结构及型钢混凝土结构具备较好的连续性和抗震整体性。地震区的砖混房屋应按规定设置圈梁和构造柱, 加强纵横墙体的连接,增强房屋的整体性。构件间应有可靠连接,保证各个构件充分发挥承载力,使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。
在建筑结构设计的不断改革和创新中，前人积累了非常多的技术和经验。 其中，概念设计作为打破设计理念墨守成规，将结构设计进行优化和创新的方式方法，在我国建筑结构设计行业越来越重要。 工程师良好地运用概念进行结构设计，对于建筑方案的设计和优化都有非常重要的作用。
参考文献：
[ 1] 陈翠榮.关于工程抗震设计中应注意的问题[ J] . 山西建筑,2007, 33( 3) : 44 - 45.
[2] 刘慧芝, 李福来. 浅析建筑结构设计中的概念设计与技术措施[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2009,(04)
[3]张元 建筑结构中的概念设计初探 中国新技术新产品2010
[4] 孙晓霞. 概念设计与措施[J]. 山西建筑, 2008,(33)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。