淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計
阿不力孜•買買提明
摘要：在概念設(shè)計日益凸顯的今天，就要求結(jié)構(gòu)工程師擁有深厚的基本理論知識，特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的可靠度、設(shè)計計算和配筋構(gòu)造方面就應(yīng)有重大更新和補(bǔ)充，并且能不斷吸取先進(jìn)設(shè)計思想理念。對自己的設(shè)計，應(yīng)該經(jīng)常反思，以求精益求精。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；概念設(shè)計；計算；措施
在建筑設(shè)計中，概念設(shè)計的凸顯和科學(xué)計算的重要。它反映了結(jié)構(gòu)工程師的水平，下面就這個問題談?wù)劚救说目捶ā?br /> 概念設(shè)計的重要性，主要因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計理論與計算理論存在許多缺陷，比如對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，內(nèi)力計算是基于彈性理論計算方法，而截面設(shè)計卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計方法，這使計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對實(shí)際存在的大量無法計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計，都需要概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時計算機(jī)結(jié)果的高精度，往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員帶來對結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)性能。
概念設(shè)計重要，還在于方案設(shè)計階段，初步設(shè)計過程是不能借助于計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)師綜合運(yùn)用其掌握概念，選擇效果最好、造價最低的方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識地運(yùn)用它們。
在協(xié)同工作的概念廣泛存在于設(shè)計中，我們均不希望其在未達(dá)設(shè)計壽命時，某些部件出現(xiàn)破壞。對于建筑結(jié)構(gòu)，協(xié)同工作的概念是要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(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，同時達(dá)到極限狀態(tài)，還要有相同的耐久性。結(jié)構(gòu)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)為一個有機(jī)整體，不能把兩者分開處理。如磚混結(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)連成整體，而不能單純依靠基礎(chǔ)剛度來抵御不均勻沉降，所有圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置，必須圍繞這個中心。
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，柱軸壓比的限值結(jié)構(gòu)師面臨的實(shí)際問題，隨著建筑高度增加，結(jié)構(gòu)下部柱截面增大，而柱縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋，即使用高強(qiáng)混凝土柱截面也不會明顯降低。實(shí)際上，柱的軸壓比大小，反映柱的塑性變形能力，而柱變形能力影響結(jié)構(gòu)的延性�；炷�土基本理論指出．混凝土構(gòu)件的彎曲變形能力主要取決于截面相對受壓區(qū)高度和受壓區(qū)邊緣混凝土的極限變形能力。相對受壓區(qū)高度取決于軸壓比、配筋等，混凝土極限變形能力取決于箍筋的約束程度。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有同樣的意義。
對單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計前幾步主要是對結(jié)構(gòu)整體合理性的計算和調(diào)整，這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個構(gòu)件內(nèi)力和配筋計算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計等，主要有五點(diǎn)：
（1）軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況：1）當(dāng)梁的彎矩設(shè)計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時，提示超筋；2）規(guī)范對混凝土受壓區(qū)高度限制：四級及非抗震：ξ≤ξb；二、三級：ξ≤0.35（ 計算時取AS ’＝0.3 AS ）一級： ξ≤0.25（ 計AS ’＝0.5 AS ）當(dāng)ξ不滿足以上要求時，程序提示超筋；3）《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當(dāng)大于此值時，提示超筋；4）混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求，如不滿足則提示超筋。
�。�2）剪力墻超筋分三種情況：1）剪力墻暗柱超筋：軟件給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設(shè)計人員可以酌情考慮；2）剪力墻水平筋超筋則說明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整；3）剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現(xiàn)塑性變形，即連梁開裂。設(shè)計人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計時，還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。

　　（3）柱軸壓比計算： 柱軸壓比的計算在《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》中的規(guī)定并不完全一樣，《抗震規(guī)范》第6.3.7條規(guī)定，計算軸壓比的柱軸力設(shè)計值既包括地震組合，也包括非地震組合，而《高規(guī)》第6.4.2條規(guī)定，計算軸壓比的柱軸力設(shè)計值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計算柱軸壓比時，當(dāng)工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計值計算；當(dāng)該工程不考慮地震作用時，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計值計算。因此設(shè)計人員會發(fā)現(xiàn)，對于同一個工程，計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結(jié)果會不一樣。

　�。�4）剪力墻軸壓比計算：為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是，軟件在計算斷指剪力墻軸壓比時，是按單向計算的，這與《高規(guī)》中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同，設(shè)計人員可以酌情考慮。

　�。�5）構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計：計算結(jié)構(gòu)不超筋，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理，設(shè)計人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計，使構(gòu)件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理，并節(jié)省材料。但需要注意的是，在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提，因?yàn)闃?gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響，不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。
滿足規(guī)范抗震措施的要求在施工圖設(shè)計階段，還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。《混凝土規(guī)范》、《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定，這些措施是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也是保證結(jié)構(gòu)安全的最后一道防線。

　�。�1）設(shè)計軟件進(jìn)行施工圖配筋計算時，要求輸入合理的歸并系數(shù)、支座方式、鋼筋選筋庫等，如一次計算結(jié)果不滿意，要進(jìn)行多次試算和調(diào)整。

　�。�2）生成施工圖以前，要認(rèn)真輸入出圖參數(shù)，如梁柱鋼筋最小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式，箍筋形式，鋼筋放大系數(shù)等，以便生成符合需要的施工圖。軟件可以根據(jù)允許裂縫寬度自動選筋，還可以考慮支座寬度對裂縫寬度的影響。

　　（3）施工圖生成以后，設(shè)計人員還應(yīng)仔細(xì)驗(yàn)證各特殊或薄弱部位構(gòu)件的最小縱筋直徑、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密區(qū)長度、鋼筋搭接錨固長度、配筋方式等是否滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。規(guī)范這一部分的要求往往是以黑體字寫出，屬于強(qiáng)制執(zhí)行條文，萬萬不可以掉以輕心。

　�。�4）最后設(shè)計人員還應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，對計算機(jī)生成的配筋結(jié)果作合理性審核，如鋼筋排數(shù)、直徑、架構(gòu)等，如不符合工程需要或不便于施工，還要做最后的調(diào)整計算。
在概念設(shè)計日益重要的今天，要求結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)有深厚的基本理論基礎(chǔ)，并能不斷吸取先進(jìn)設(shè)計思想。對自己的設(shè)計，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行反思，要都精益求精。

參考文獻(xiàn)
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