概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用探析

1、概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用探析摘要：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

2、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)果總體方案的方法，以及結(jié)構(gòu)

3、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)算來

4、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) 地軟土層厚度較大時(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

5、土地基處理方式類型較 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

6、筑物影響及施工 條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，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

7、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 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)

8、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、観等級(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)、