摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì),需要概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng), 才能比較客觀、 真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。本文分析了概念設(shè)計(jì)的重要性，探討了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施。

關(guān)鍵詞：建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);概念設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)工程師的任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì), 并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要, 主要因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論存在許多不可計(jì)算性,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì),需要概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng), 才能比較客觀、 真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。

一、 概念設(shè)計(jì)的重要性

在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)以前的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過不斷的總結(jié)和追求完善，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與理念也在實(shí)際工作中得到進(jìn)步和創(chuàng)新隨著時(shí)間的推移，經(jīng)驗(yàn)不斷豐富，設(shè)計(jì)理念不斷完善，設(shè)計(jì)的作品逐漸成熟。 但是，由于很多工程在創(chuàng)新方面的努力不夠，習(xí)慣于依據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)等傳統(tǒng)書籍，只是借鑒以前的設(shè)計(jì)風(fēng)格和設(shè)計(jì)手法。不僅對(duì)于國(guó)外 、國(guó)內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)和理念沒有給予足夠的重視，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)和運(yùn)用，過分依賴設(shè)計(jì)程序，忠于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)楹ε聞?chuàng)新和手工的設(shè)計(jì)作品不符合設(shè)計(jì)的要求造成不好的后果。還有的工程師在設(shè)計(jì)的過程中，因?yàn)橐蕾囋O(shè)計(jì)程序的運(yùn)用，對(duì)于程序給出的運(yùn)算數(shù)據(jù)不質(zhì)疑，大膽用，沒有足夠的認(rèn)真和質(zhì)疑的精神來對(duì)待設(shè)計(jì)結(jié)果，造成沒有發(fā)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。而且，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要運(yùn)用的知識(shí)涵蓋建筑學(xué)的很多方面，很多知識(shí)是在工作經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)的，或者是自己的想法和領(lǐng)悟，并不是在學(xué)校學(xué)習(xí)的系統(tǒng)知識(shí)，相對(duì)的分散，不容易記憶，因此在設(shè)計(jì)中也不容易進(jìn)行運(yùn)用。概念設(shè)計(jì)的重要性不僅在于概念設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，并在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，將計(jì)算理論的漏洞從整體的角度來進(jìn)行解決 例如，混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 雖然內(nèi)力計(jì)算的理論支持是彈性理論，但實(shí)際上，界面設(shè)計(jì)的計(jì)算支持卻是塑性理論，這個(gè)不同就會(huì)造成計(jì)算得到的結(jié)論與實(shí)際的情況相距甚遠(yuǎn)。 為了避免出現(xiàn)這樣的情況，就需要進(jìn)行良好的概念設(shè)計(jì)的把握計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)在于計(jì)算精度高，計(jì)算速度快但工程師又會(huì)因此對(duì)結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生不明白的地方。因此，工程師有良好的概念設(shè)計(jì)技能，才能正確的理解結(jié)構(gòu)工作性能 設(shè)計(jì)的初期，所有的準(zhǔn)備工作是計(jì)算機(jī)不能勝任的，需要手工進(jìn)行，概念設(shè)計(jì)在這個(gè)階段就顯得非常重要 。結(jié)構(gòu)工程是良好地運(yùn)用概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠讓設(shè)計(jì)的方案更加的合理，性價(jià)比低，更加符合實(shí)際情況。因此，工程師需要在工作中不斷地完善概念，盡自己的能力去了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容和理念，爭(zhēng)取良好地進(jìn)行運(yùn)用。

二、 協(xié)同工作與結(jié)構(gòu)體系

協(xié)同工作的概念廣泛存在于工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中， 對(duì)于任一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，我們均不希望其在遠(yuǎn)未達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命 (負(fù)荷、 功能) 時(shí)， 它的某些部件 (或零件 ) 即出現(xiàn)破壞。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，協(xié)同工作的概念即是要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)

構(gòu)件相互配合，共同工作。 這不僅要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承載能力極限狀態(tài)能共同受力， 協(xié)同工作， 同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)，還要求他們能有共同的耐久壽命。結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作表現(xiàn)在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系上，必須視基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)為一個(gè)有機(jī)的整體，不能把兩者割裂開來處理。舉例而言，對(duì)磚混結(jié)構(gòu) ， 必須依靠圈梁和構(gòu)造柱將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接成一個(gè)整體，而不能單純依靠基礎(chǔ)自身的剛度來抵御不均勻沉降，所有圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置，都必須圍繞這個(gè)中心。目前，部分已建建筑在其四角設(shè)置巨型鋼管柱，從而極大地增強(qiáng)了角柱的強(qiáng)度和抗變形能力。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 柱軸壓比的限值已成為困擾結(jié)構(gòu)工程師的實(shí)際問題，隨著建筑高度的增加， 結(jié)構(gòu)下部柱截面也越來越大， 而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋，即使采用高強(qiáng)混凝土，柱截面也不會(huì)明顯降低。實(shí)際上， 柱的軸壓比大小， 直接反映了柱的塑性變形能力， 而構(gòu)件的變形能力會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)的延性�；炷�土基本理論指出： 混凝土構(gòu)件的曲率延性，即彎曲變形能力主要取決于截面的相對(duì)受壓區(qū)高度和受壓區(qū)邊緣混凝土的極限變形能力。相對(duì)受壓區(qū)高度主要取決于軸壓比、 配筋等， 混凝土的極限變形能力主要取決于箍筋的約束程度，即箍筋的形式和配箍特征值。因此， 為了增大柱在地震作用下的變形能力，控制柱的軸壓比和改善配箍具有同樣的意義，因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值。

三、提高材料的利用率。

從某種程度看，提高材料的利用率也是協(xié)同工作設(shè)計(jì)的另一個(gè)目的，材料利用率越高(即應(yīng)力水平越高)，該結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作程度也就越高。 尤其對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，即是花最少的錢，做最好的建筑，這就更要求設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的充分利用。例如：對(duì)鋼筋混凝土矩形截面梁 。由于靠近截面中和軸的材料應(yīng)力水平低，且梁受到的彎矩沿梁長(zhǎng)度方向一般是變化的，使等截面梁大部分區(qū)段應(yīng)力水平較低，從而導(dǎo)致材料的利用率較低;針對(duì)這種受力特性，如果將梁中多余材料去除，會(huì)出現(xiàn)工字型梁、箱型梁空間網(wǎng)架等多種結(jié)構(gòu)形式.從而大大增加了材料的利用率，提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)性能和相互協(xié)同性。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

概念設(shè)計(jì)應(yīng)該貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的始終, 從方案制定,初步設(shè)計(jì), 到結(jié)構(gòu)計(jì)算和施工圖繪制, 甚至包括現(xiàn)場(chǎng)的工地服務(wù)。所以,平時(shí)的設(shè)計(jì)工作中應(yīng)注意:

1、選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地, 對(duì)于不利地段, 結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)提出避開要求;當(dāng)無法避開時(shí),應(yīng)采取有效措施, 這就考慮了地震因場(chǎng)地條件間接引起結(jié)構(gòu)破壞的因素。

2、建筑的平立面布置應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案。

3、結(jié)構(gòu)體系的確定應(yīng)符合抗震結(jié)構(gòu)的要求。采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較綜合確定。同時(shí)力求結(jié)構(gòu)的延性好、 勻質(zhì)性好, 盡量降低房屋重心。

4、盡可能設(shè)置多道抗震防線。地震有一定的持續(xù)時(shí)間, 而且可能多次往復(fù)作用。適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系, 使其形成多道防線,是增加結(jié)構(gòu)抗震能力的重要措施。

5、具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度,往往是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法。

6、用概念來判斷計(jì)算的合理性。這其實(shí)是對(duì)概念設(shè)計(jì)的一種延伸。現(xiàn)在的計(jì)算絕大多數(shù)都是靠計(jì)算機(jī)完成的,如何科學(xué)、 理性地運(yùn)用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 結(jié)合施工中有可能遇到的問題去綜合分析計(jì)算結(jié)果,并在畫圖中進(jìn)行合理調(diào)整, 是非常重要的。

7、結(jié)構(gòu)材料的選用應(yīng)減少材料的脆性,優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋和規(guī)定強(qiáng)度等級(jí)范圍內(nèi)的混凝土。材料的選用應(yīng)能滿足抗震設(shè)計(jì)的要求,并最大限度地發(fā)揮材料的強(qiáng)度。

8、確保結(jié)構(gòu)的整體性。其中既包括滿足抗震的構(gòu)造連接,又包括經(jīng)過計(jì)算的節(jié)點(diǎn)連接。節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn),弱桿件”的基本設(shè)計(jì)理念, 但構(gòu)造連接應(yīng)在規(guī)范允許的情況下,注意度的把握,那種認(rèn)為構(gòu)造連接越剛越好的觀點(diǎn)是不正確的。

9、施工中實(shí)際問題的現(xiàn)場(chǎng)處理。由于施工現(xiàn)場(chǎng)有諸多不確定因素,因而實(shí)際施工中經(jīng)常有無法操作或者出現(xiàn)施工誤差等各種情況,這些問題往往不是計(jì)算就能得出答案的, 所以要求設(shè)計(jì)人員不但要有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 更應(yīng)該利用自己掌握的設(shè)計(jì)技術(shù),同施工、 監(jiān)理、 甲方協(xié)商, 對(duì)這些問題做出準(zhǔn)確、 合理的解決。

在概念設(shè)計(jì)日益重要的今天, 要求結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)有扎實(shí)的基本理論基礎(chǔ),并能不斷吸取他人先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想, 對(duì)自己的作品、 設(shè)計(jì), 經(jīng)常進(jìn)行深刻的反思,對(duì)每項(xiàng)設(shè)計(jì)都精益求精。

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