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【摘 要】概念设计一般指不经数值计算,尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,根据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体角度来确定建筑结构总体布置和抗震细部措施的宏观控制。
【关键词】建筑;结构设计;概念设计;结构措施
引言:
建筑结构随着时代的发展,规模和投资力度都大大增加,高层建筑的设计也变得越来越重要,高层建筑的结构设计也成为结构工程设计师设计工作的主要重点和难点。本文就建筑的发展,介绍了概念设计的一些知识,探讨了高层建筑结构中概念设计的有关问题。
一、概述
概念設计的关键,以显示先进的设计理念,建筑使用的整体方案设计的整体结构的概念,在一个特定的空间结构工程师的主要任务,自觉处理的部件和结构,结构和结构设计成果。普遍认为,良好的概念设计与他的不懈追求,其结构的概念,结构工程师将随他的年龄和实践中成长,已成为日益多样化,越来越多的创新和完善。
二、概念设计的重要性
概念设计的重要性,主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点,往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解,结构工程师只有加强结构概念的培养,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。
概念设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,为此,需要工程师不断地丰富自己的结构概念,深入、深刻了解各类结构的性能,并能有意识地、灵活地运用它们。
协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中,对于任一个工业产品,我们均不希望其在远未达到其设计寿命(负荷、功能)时,它的某些部件(或零件)即出现破坏。对于建筑结构,协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合,共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力,协同工作,同时达到极限状态,还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上,必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把两者割裂开来处理。举例而言,对砖混结构,必须依靠圈梁和构造柱将上部结构与基础连接成一个整体,而不能单纯依靠基础自身的刚度来抵御不均匀沉降,所有圈梁和构造柱的设置,都必须围绕这个中心。
三、建筑结构设计中概念设计的重点
1、选择科学可行的设计方案。任何一处的建筑目的都是为了满足人们生活、工作的要求,所以结构设计中的概念设计的方案必须以经济、适用、合理为前提,即选择一个切实可行的结构体系和结构形式,结构体系中包括各种结构措施,例如结构总体布置,主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项[3]。
2、选择合适的建筑场地。合适的建筑场地是保证设计概念可行的基础之一,在选在场地时要尽量选择开阔平坦地带的坚硬场地,统一考虑日照、防火、噪声、通视、噪声及高度等等多个因素,另外,抗震情况时选择场地的一大重要因素,要尽量选择平坦的坚硬场地,避开地震的多发地带,在此强调抗震概念设计是由于地震做的不确定性和结构计算假定与实际情况的差异,使得计算结果并不能完全真实的反应结构的变形、受力等情况,所以选择一个合适的抗震地点显得尤为重要。
3、选择合理的建筑基础。在选择建筑基础上,一般概念设计中包括的箱基、筏基、桩基础。箱型基础是由钢筋混凝土的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙构成封闭的箱体。这种基础整体性和刚度都好,调整不均匀沉降的能力较强,可消除因地基变形使建筑物开裂的可能性,减少基底处原有地基自重应力,降低总沉降量。它适用于作软弱地基上的面积较小,平面形状简单,荷载较大或上部结构分布不均的高层重型建筑物的基础及对沉降有严格要求的设备基础或特殊构筑物。
筏基是筏板基础的简写,是把柱下独立基础或者条形基础全部用联系梁联系起来,下面再整体浇注底板。一般说来地基承载力不均匀或者地基软弱的时候用笩板型基础。而且笩板型基础埋深比较浅,甚至可以做不埋深式基础。由底板、梁等整体组成。建筑物荷载较大,地基承载力较弱,常采用砼底板,承受建筑物荷载,形成筏基,其整体性好,能很好的抵抗地基不均匀沉降。
4、选择合理的结构刚度。刚度是指单位变形条件下,结构或构件在变形方向所施加的力的大小,在结构静力或动力分析时需要用到,刚度是和材料特性及截面特性直接相关。在工程结构设计中,应按照刚度理论的要求去选择结构体系,调整并注重结构构件,从而设计出刚度适中的结构,减少不必要的耗材,有效减少空间,提高平面建筑的理由率,满足经济合理的要求。
5、选择合理的计算简图。计算简图是将构件及支撑按结构力学进行简化,用点、线描述构件受力情况和稳定状况的图形,是概念设计起步的基础,可见,计算简图可能影响甚至是危害整个建筑结构,选择合理的计算简图是避免发生危害的防范措施之一。
四、建筑结构设计中应用概念设计、结构措施
1.钢混结构
应用钢管混凝土在当下建筑施工当中是时常应用的,是一种将钢材料和混凝土进行混合。继而达成扬长避短成效的新型模式,能够让钢度和建筑稳定性拥有一定程度的提升。应用钢管混凝土相结合主要应用的原理有两个方面可以体现。
A:外部钢管能够较好的对内部混凝土有所约束,让混凝土强度可以有所加大,对变形的几率能够有效减少。钢筋混凝土中的结构促使建筑物中的抗震能力不断加强,合理的解决了超高层底柱轴压受到局限的问题。 B:内部混凝土能够对外部钢管有力支撑,钢管和内部混凝土能够有效结合,从而构成具备一定优势的互补型效果,让自身的优势都可以显现出较好的补充,所存在的缺陷也能够互相弥补,让承载的能力有所加大,相互结合之后的承载力是两者承载之和的18倍左右。
2.协同工作
A:对材料的充分利用是开展协同工作的核心任务,往往利用率不断提升,协同工程强度就会逐渐升高。我国是发展较快的国家,开展结构设计的目标主要就是使用较少的支出来达成较为优质的设计成效。那么在一定程度上就要在开展结构设计的过程中,细致的分析到要充分的利用材料,利用梁构件的不断更改就能够证明材料的重要。矩形截面梁中的受弯构件在材料利用率方面较低,具体是由于梁弯曲主要是顺着梁的实际长度开展变化,因此盈利水平非常低。同时在中和轴有所靠近的材料,其应力水平方面非常低。因此按照这样的特征,再不断的分析结构概念。因为梁截面所产生的应变梯度,材料在利用率方面若获得了提升。
B:具体在设计和制作工业产品过程中,会应用到协同工作,主要是一种结构设计的概念。就建筑结构而言,协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合,共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力、协同工作。同时达到极限状态,还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上,必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把两者割裂开来处理。
3、悬索结构
在悬索结构当中应用的一般都是拉杆,使得材料在结构应用水平上以及材料利用率方面都会越来越高。能够妥善的使用强度较高的材料,还需要施加预应力,并且还包含和悬索结构相互辉映和结构模式等。因此,悬索结构一般较为适合使用在较大跨度的建筑结构当中。混凝土理论主要反映出充分利用材料,同时工作能够相互协同的特点。预应力的混凝土能够将强度较高的混凝土和钢筋有效的融合在一起,让它们都可以发挥出优质的特性。然而钢筋混凝土只是将混凝土和钢筋进行简单的融合,这样的情况就体现出了人们在协同工作的利用上以及认知上有所深入。
结束语:
我们将概念设计应用到了建筑结构设计中,成就了结构概念设计,它是在实践和理论相结合的基础上形成的。概念设计在建筑结构设计发挥了重要的作用,提高了结构设计的可靠性、创新性,改变了计算机设计中的不足,使结构设计方案更加完美,使建筑结构设计水平进一步提高。笔者结合自己的工作经验,对我国建筑结构设计中的概念设计的应用必要性和作用进行了探讨。
参考文献:
[1]刘伟;;建筑结构设计中的概念设计与其措施[J];现代装饰(理论);2011年06期
[2]涂其付;;建筑结构中概念设计应用的探析[J];江西建材;2011年02期
[3]陈锐兰.探讨概念设计与结构措施在建筑结构设計中的应用[J].四川建材,2013(04)..
[4]布伟钦,布海斌.关于建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J].科技致富向导,2013(07)
[5]周西明.浅谈高层建筑结构设计应用[J].科技促进发展(应用版),2010(10)
【关键词】建筑;结构设计;概念设计;结构措施
引言:
建筑结构随着时代的发展,规模和投资力度都大大增加,高层建筑的设计也变得越来越重要,高层建筑的结构设计也成为结构工程设计师设计工作的主要重点和难点。本文就建筑的发展,介绍了概念设计的一些知识,探讨了高层建筑结构中概念设计的有关问题。
一、概述
概念設计的关键,以显示先进的设计理念,建筑使用的整体方案设计的整体结构的概念,在一个特定的空间结构工程师的主要任务,自觉处理的部件和结构,结构和结构设计成果。普遍认为,良好的概念设计与他的不懈追求,其结构的概念,结构工程师将随他的年龄和实践中成长,已成为日益多样化,越来越多的创新和完善。
二、概念设计的重要性
概念设计的重要性,主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点,往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解,结构工程师只有加强结构概念的培养,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。
概念设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,为此,需要工程师不断地丰富自己的结构概念,深入、深刻了解各类结构的性能,并能有意识地、灵活地运用它们。
协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中,对于任一个工业产品,我们均不希望其在远未达到其设计寿命(负荷、功能)时,它的某些部件(或零件)即出现破坏。对于建筑结构,协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合,共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力,协同工作,同时达到极限状态,还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上,必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把两者割裂开来处理。举例而言,对砖混结构,必须依靠圈梁和构造柱将上部结构与基础连接成一个整体,而不能单纯依靠基础自身的刚度来抵御不均匀沉降,所有圈梁和构造柱的设置,都必须围绕这个中心。
三、建筑结构设计中概念设计的重点
1、选择科学可行的设计方案。任何一处的建筑目的都是为了满足人们生活、工作的要求,所以结构设计中的概念设计的方案必须以经济、适用、合理为前提,即选择一个切实可行的结构体系和结构形式,结构体系中包括各种结构措施,例如结构总体布置,主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项[3]。
2、选择合适的建筑场地。合适的建筑场地是保证设计概念可行的基础之一,在选在场地时要尽量选择开阔平坦地带的坚硬场地,统一考虑日照、防火、噪声、通视、噪声及高度等等多个因素,另外,抗震情况时选择场地的一大重要因素,要尽量选择平坦的坚硬场地,避开地震的多发地带,在此强调抗震概念设计是由于地震做的不确定性和结构计算假定与实际情况的差异,使得计算结果并不能完全真实的反应结构的变形、受力等情况,所以选择一个合适的抗震地点显得尤为重要。
3、选择合理的建筑基础。在选择建筑基础上,一般概念设计中包括的箱基、筏基、桩基础。箱型基础是由钢筋混凝土的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙构成封闭的箱体。这种基础整体性和刚度都好,调整不均匀沉降的能力较强,可消除因地基变形使建筑物开裂的可能性,减少基底处原有地基自重应力,降低总沉降量。它适用于作软弱地基上的面积较小,平面形状简单,荷载较大或上部结构分布不均的高层重型建筑物的基础及对沉降有严格要求的设备基础或特殊构筑物。
筏基是筏板基础的简写,是把柱下独立基础或者条形基础全部用联系梁联系起来,下面再整体浇注底板。一般说来地基承载力不均匀或者地基软弱的时候用笩板型基础。而且笩板型基础埋深比较浅,甚至可以做不埋深式基础。由底板、梁等整体组成。建筑物荷载较大,地基承载力较弱,常采用砼底板,承受建筑物荷载,形成筏基,其整体性好,能很好的抵抗地基不均匀沉降。
4、选择合理的结构刚度。刚度是指单位变形条件下,结构或构件在变形方向所施加的力的大小,在结构静力或动力分析时需要用到,刚度是和材料特性及截面特性直接相关。在工程结构设计中,应按照刚度理论的要求去选择结构体系,调整并注重结构构件,从而设计出刚度适中的结构,减少不必要的耗材,有效减少空间,提高平面建筑的理由率,满足经济合理的要求。
5、选择合理的计算简图。计算简图是将构件及支撑按结构力学进行简化,用点、线描述构件受力情况和稳定状况的图形,是概念设计起步的基础,可见,计算简图可能影响甚至是危害整个建筑结构,选择合理的计算简图是避免发生危害的防范措施之一。
四、建筑结构设计中应用概念设计、结构措施
1.钢混结构
应用钢管混凝土在当下建筑施工当中是时常应用的,是一种将钢材料和混凝土进行混合。继而达成扬长避短成效的新型模式,能够让钢度和建筑稳定性拥有一定程度的提升。应用钢管混凝土相结合主要应用的原理有两个方面可以体现。
A:外部钢管能够较好的对内部混凝土有所约束,让混凝土强度可以有所加大,对变形的几率能够有效减少。钢筋混凝土中的结构促使建筑物中的抗震能力不断加强,合理的解决了超高层底柱轴压受到局限的问题。 B:内部混凝土能够对外部钢管有力支撑,钢管和内部混凝土能够有效结合,从而构成具备一定优势的互补型效果,让自身的优势都可以显现出较好的补充,所存在的缺陷也能够互相弥补,让承载的能力有所加大,相互结合之后的承载力是两者承载之和的18倍左右。
2.协同工作
A:对材料的充分利用是开展协同工作的核心任务,往往利用率不断提升,协同工程强度就会逐渐升高。我国是发展较快的国家,开展结构设计的目标主要就是使用较少的支出来达成较为优质的设计成效。那么在一定程度上就要在开展结构设计的过程中,细致的分析到要充分的利用材料,利用梁构件的不断更改就能够证明材料的重要。矩形截面梁中的受弯构件在材料利用率方面较低,具体是由于梁弯曲主要是顺着梁的实际长度开展变化,因此盈利水平非常低。同时在中和轴有所靠近的材料,其应力水平方面非常低。因此按照这样的特征,再不断的分析结构概念。因为梁截面所产生的应变梯度,材料在利用率方面若获得了提升。
B:具体在设计和制作工业产品过程中,会应用到协同工作,主要是一种结构设计的概念。就建筑结构而言,协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合,共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力、协同工作。同时达到极限状态,还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上,必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把两者割裂开来处理。
3、悬索结构
在悬索结构当中应用的一般都是拉杆,使得材料在结构应用水平上以及材料利用率方面都会越来越高。能够妥善的使用强度较高的材料,还需要施加预应力,并且还包含和悬索结构相互辉映和结构模式等。因此,悬索结构一般较为适合使用在较大跨度的建筑结构当中。混凝土理论主要反映出充分利用材料,同时工作能够相互协同的特点。预应力的混凝土能够将强度较高的混凝土和钢筋有效的融合在一起,让它们都可以发挥出优质的特性。然而钢筋混凝土只是将混凝土和钢筋进行简单的融合,这样的情况就体现出了人们在协同工作的利用上以及认知上有所深入。
结束语:
我们将概念设计应用到了建筑结构设计中,成就了结构概念设计,它是在实践和理论相结合的基础上形成的。概念设计在建筑结构设计发挥了重要的作用,提高了结构设计的可靠性、创新性,改变了计算机设计中的不足,使结构设计方案更加完美,使建筑结构设计水平进一步提高。笔者结合自己的工作经验,对我国建筑结构设计中的概念设计的应用必要性和作用进行了探讨。
参考文献:
[1]刘伟;;建筑结构设计中的概念设计与其措施[J];现代装饰(理论);2011年06期
[2]涂其付;;建筑结构中概念设计应用的探析[J];江西建材;2011年02期
[3]陈锐兰.探讨概念设计与结构措施在建筑结构设計中的应用[J].四川建材,2013(04)..
[4]布伟钦,布海斌.关于建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J].科技致富向导,2013(07)
[5]周西明.浅谈高层建筑结构设计应用[J].科技促进发展(应用版),2010(10)