论文部分内容阅读
摘要：结构概念设计是确保结构能够具有良好抗震性能的一种方法，其包含的内容极为广泛。本文主要阐述了工业建筑中结构概念设计的重要性，并探讨了其概念设计的原则。
关键词：工业建筑；结构；概念设计
中图分类号：TU27文献标识码： A
一、工业建筑中的结构概念设计
在建筑设计中，通过不断的设计研究和实践，结构设计工程师积累了大量的经验，并在行业形成了一系列的设计规范、标准图集和设计手册等。近些年来，计算机技术得到广泛应用和普及，计算及结构程序被大量应用到建筑结构工程中，设计单位开始抛弃图版，开始在计算机上挥动鼠标操作。在此表像下，部分结构工程师通常都会形成一种错觉：建筑结构设计很简单，仅仅需要遵循设计规范、标准图集和设计手册，在根据建造师给出的非结构空间方案，利用计算机完成。在设计中，结构设计师变成了拼图的玩家，被动的操作着建筑的结构设计。这导致建筑结构无法有效运用结构工程的知识，同时也容易造成和建造师发生交流分歧。
二、结构概念设计的重要意义
（一）概念设计能够展现先进的设计思想。
结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识的处理构件与结构、结构与结构的关系。 强调结构概念设计重要，主要还因为现行的结构设计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，需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。
（二）概念设计能够展现一个结构工程师设计思想。
结构工程师的主要任务就是在一定的建筑功能和工艺要求下来完成结构总体的设计, 并能妥善地处理建筑与结构、工艺与结构、构件与结构、结构与结构的关系, 最终设计出合理的产品。强调概念设计的重要, 也是因为计算软件的局限性并不能适应所有的结构问题, 实际存在大量无法运用计算软件进行准确分析的结构构件,它们都需要采用概念设计与结构措施来满足最终的结构设计的目的。同时程序计算结果是根据不同工况提供不同的资料, 究竟哪种工况下的计算结果才是真正需要的, 有时甚至要结合不同工况的计算结果综合分析应用, 结构工程师只有加强结构概念的锻炼, 才能准确地判断计算结果的合理性及准确性, 最终获得我们需要的结果。
（三）概念设计之对于设计时间的重要意义。
在初步设计或方案阶段, 通常需要结构工程师对结构体系, 结构布置等根据工艺布置方案做出规划, 有时候甚至还要进行一定的建模计算, 以便最终确定方案的可行性和合理性。在这一阶段确定的方案, 往往和工艺大的设备选型相辅相成, 由于大型设备的生产制造周期较长, 一旦通过相关部门的审查后, 建设单位就会联系相关制造商, 开始订货, 相应的结构设计方案就会成为下一阶段施工图设计时间的设计依据。如果结构工程师对方案考虑不周, 会给下一阶段的工作带来相当大的麻烦, 有时甚至会给整个项目带来不可估量的损失。这就需要结构工程师在初步设计时间、方案设计时间综合运用其掌握的结构概念, 结合工艺特点, 选择结构性能好、经济效益明显的结构方案, 为此, 需要结构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。结合一定的结构分析软件, 合理的简化模型, 充分利用结构分析软件的强大功能,最终提出经济合理的设计方案, 为下一阶段的施工图设计工作做好准备。
（四）概念设计的重要意义还体现在抗震分析方面
在一些重要的工业建筑中, 基于本身的特殊功能, 关系到国家的经济发展和人民的基本生活保障, 如大型核电厂、大型化工建筑、能源建筑, 对地震作用有着严格的要求, 一旦它們在地震时遭到损毁, 会给救灾和灾后重建带来无法想象的困难。当这些工业建筑遭到损毁时, 其自身带来的损失和灾害甚至要比地震造成的损害更加严重。由于地震作用的不确定因素太多, 仅凭计算软件的分析是不能保证结构安全的, 抗震概念设计就成为抗震设计的一个重要组成部分, 它应该贯穿于结构计算分析和细部构造的全过程。就如砌体结构, 无论纵墙承重、横墙承重还是纵横墙共同承重, 在结构分析软件中都能顺利通过计算, 但是这三种布置方式的地震作用传递途径不同, 当然, 在地震力作用下, 抗震效果也截然不同。因此, 在抗震分析时, 概念设计主要表现在两个方面:
1、必须有明确的计算简图以及科学合理的地震作用传递途径, 对可能出现的薄弱环节, 应采用相对应的构造措施来提升抗震能力,避免因部分结构或构件的局部破坏所导致整个结构失去抗震能力或者对重力荷载的承载能力。
2、结构应具备必要的抗震承载力, 良好的变形能力和消耗地震能量的能力, 宜具有合理的刚度和承载力分布, 避免因局部削弱或突变形成薄弱部位, 产生过大的应力集中或塑性变形集中。最后结构在两个主轴方向的动力特性宜接近, 采用有效的措施防止过早的剪切和受压等脆性破坏。
三、结构概念设计的原则
在初步设计前为所设计的工程项目设计一个概念性的总体方案是结构概念设计的目的，进而为后续的设计工作提供正确的思路，要做好结构概念设计应掌握以下原则：
（一）全面考虑原则
在进行结构概念设计时，应该对全面的考虑设计的各个方面。结构方面指结构整体和关键部位受力的合理性， 主要构件连接的牢固性，所选择结构体系的可靠性与经济性，以及材料在长期使用的耐久性。 在施工方面指取材是否方便否，以及成型的可能与做法的合理性。
（二）合理受力原则
概念设计时，应正确运用力学原理对结构构件的受力分析问题进行处理。 从受力和变形看，均匀受力优于集中受力，多跨连续优于单跨简支等，此外，传力简捷比传力曲折好，应避免不明确的受力状态。从受力与变形的分析上看，应尽可能利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性，既要分析各部分构件的直接受力状态，还要分析整体结构的受力状态，要抓住主要的受力状况和变形，忽略次要的受力状况和变形。
（三）减轻自重的原则
结构承受的荷载有两种，竖向荷载和水平荷载。 竖向荷载的 85%以上是建筑物自重， 水平荷载中的地震作用与建筑物自重直接相关。减轻自重不接可以减轻结构承受的荷载而且可以降低建筑造价、加快建造速度、节约建筑材料、减少材料在生产运输方面的工作量
（四）空间作用原则
建筑物本身是一个空间结构， 平时为了结构设计计算工作的简化，将它分解成各种平面受力状态进行量化分析，在结构概念设计时考虑建筑物内各部分结构的空间作用，实际上是还原到他本来的结构面貌。 在概念设计时可利用或构成构件的空间关系，来加大刚度、减小内力。
结构概念设计时掌握以上原则，就能为结构设计勾勒出正确的方向，从而做出安全、美观、经济的结构设计。
（五）优化选型的原则
根据环境的因素、建筑的功能选择合适的结构体系，例如框架结构、剪力墙结构、网架结构、壳体结构、悬索结构等。在符合使用要求的前提下优化结构布置，平立面要求规则、对称，具有良好的整体性，首相除规整外侧向刚度宜均匀变化，自上而下逐渐减小，避免突变。
四、结语
工业建筑的结构概念设计所涉及的内容十分广泛，必须要综合考虑到各种影响因素，把结构概念设计贯穿到设计的每个步骤当中，科学合理的进行设计布置，并保证所需计算数据的准确性，从而确保工业建筑结构具有优良的抗震性能，进而为工业建筑的安全性和稳定性提供有力的保障。
参考文献
[1]谢丽娜.工业建筑中的结构概念设计[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(21).
[2]张煜.论建筑结构的概念设计[J].科技创新与应用,2012,(12).
[3]唐治.刍议建筑结构中的概念设计[J].科技与生活,2010,(20).
关键词：工业建筑；结构；概念设计
中图分类号：TU27文献标识码： A
一、工业建筑中的结构概念设计
在建筑设计中，通过不断的设计研究和实践，结构设计工程师积累了大量的经验，并在行业形成了一系列的设计规范、标准图集和设计手册等。近些年来，计算机技术得到广泛应用和普及，计算及结构程序被大量应用到建筑结构工程中，设计单位开始抛弃图版，开始在计算机上挥动鼠标操作。在此表像下，部分结构工程师通常都会形成一种错觉：建筑结构设计很简单，仅仅需要遵循设计规范、标准图集和设计手册，在根据建造师给出的非结构空间方案，利用计算机完成。在设计中，结构设计师变成了拼图的玩家，被动的操作着建筑的结构设计。这导致建筑结构无法有效运用结构工程的知识，同时也容易造成和建造师发生交流分歧。
二、结构概念设计的重要意义
（一）概念设计能够展现先进的设计思想。
结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识的处理构件与结构、结构与结构的关系。 强调结构概念设计重要，主要还因为现行的结构设计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，需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。
（二）概念设计能够展现一个结构工程师设计思想。
结构工程师的主要任务就是在一定的建筑功能和工艺要求下来完成结构总体的设计, 并能妥善地处理建筑与结构、工艺与结构、构件与结构、结构与结构的关系, 最终设计出合理的产品。强调概念设计的重要, 也是因为计算软件的局限性并不能适应所有的结构问题, 实际存在大量无法运用计算软件进行准确分析的结构构件,它们都需要采用概念设计与结构措施来满足最终的结构设计的目的。同时程序计算结果是根据不同工况提供不同的资料, 究竟哪种工况下的计算结果才是真正需要的, 有时甚至要结合不同工况的计算结果综合分析应用, 结构工程师只有加强结构概念的锻炼, 才能准确地判断计算结果的合理性及准确性, 最终获得我们需要的结果。
（三）概念设计之对于设计时间的重要意义。
在初步设计或方案阶段, 通常需要结构工程师对结构体系, 结构布置等根据工艺布置方案做出规划, 有时候甚至还要进行一定的建模计算, 以便最终确定方案的可行性和合理性。在这一阶段确定的方案, 往往和工艺大的设备选型相辅相成, 由于大型设备的生产制造周期较长, 一旦通过相关部门的审查后, 建设单位就会联系相关制造商, 开始订货, 相应的结构设计方案就会成为下一阶段施工图设计时间的设计依据。如果结构工程师对方案考虑不周, 会给下一阶段的工作带来相当大的麻烦, 有时甚至会给整个项目带来不可估量的损失。这就需要结构工程师在初步设计时间、方案设计时间综合运用其掌握的结构概念, 结合工艺特点, 选择结构性能好、经济效益明显的结构方案, 为此, 需要结构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。结合一定的结构分析软件, 合理的简化模型, 充分利用结构分析软件的强大功能,最终提出经济合理的设计方案, 为下一阶段的施工图设计工作做好准备。
（四）概念设计的重要意义还体现在抗震分析方面
在一些重要的工业建筑中, 基于本身的特殊功能, 关系到国家的经济发展和人民的基本生活保障, 如大型核电厂、大型化工建筑、能源建筑, 对地震作用有着严格的要求, 一旦它們在地震时遭到损毁, 会给救灾和灾后重建带来无法想象的困难。当这些工业建筑遭到损毁时, 其自身带来的损失和灾害甚至要比地震造成的损害更加严重。由于地震作用的不确定因素太多, 仅凭计算软件的分析是不能保证结构安全的, 抗震概念设计就成为抗震设计的一个重要组成部分, 它应该贯穿于结构计算分析和细部构造的全过程。就如砌体结构, 无论纵墙承重、横墙承重还是纵横墙共同承重, 在结构分析软件中都能顺利通过计算, 但是这三种布置方式的地震作用传递途径不同, 当然, 在地震力作用下, 抗震效果也截然不同。因此, 在抗震分析时, 概念设计主要表现在两个方面:
1、必须有明确的计算简图以及科学合理的地震作用传递途径, 对可能出现的薄弱环节, 应采用相对应的构造措施来提升抗震能力,避免因部分结构或构件的局部破坏所导致整个结构失去抗震能力或者对重力荷载的承载能力。
2、结构应具备必要的抗震承载力, 良好的变形能力和消耗地震能量的能力, 宜具有合理的刚度和承载力分布, 避免因局部削弱或突变形成薄弱部位, 产生过大的应力集中或塑性变形集中。最后结构在两个主轴方向的动力特性宜接近, 采用有效的措施防止过早的剪切和受压等脆性破坏。
三、结构概念设计的原则
在初步设计前为所设计的工程项目设计一个概念性的总体方案是结构概念设计的目的，进而为后续的设计工作提供正确的思路，要做好结构概念设计应掌握以下原则：
（一）全面考虑原则
在进行结构概念设计时，应该对全面的考虑设计的各个方面。结构方面指结构整体和关键部位受力的合理性， 主要构件连接的牢固性，所选择结构体系的可靠性与经济性，以及材料在长期使用的耐久性。 在施工方面指取材是否方便否，以及成型的可能与做法的合理性。
（二）合理受力原则
概念设计时，应正确运用力学原理对结构构件的受力分析问题进行处理。 从受力和变形看，均匀受力优于集中受力，多跨连续优于单跨简支等，此外，传力简捷比传力曲折好，应避免不明确的受力状态。从受力与变形的分析上看，应尽可能利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性，既要分析各部分构件的直接受力状态，还要分析整体结构的受力状态，要抓住主要的受力状况和变形，忽略次要的受力状况和变形。
（三）减轻自重的原则
结构承受的荷载有两种，竖向荷载和水平荷载。 竖向荷载的 85%以上是建筑物自重， 水平荷载中的地震作用与建筑物自重直接相关。减轻自重不接可以减轻结构承受的荷载而且可以降低建筑造价、加快建造速度、节约建筑材料、减少材料在生产运输方面的工作量
（四）空间作用原则
建筑物本身是一个空间结构， 平时为了结构设计计算工作的简化，将它分解成各种平面受力状态进行量化分析，在结构概念设计时考虑建筑物内各部分结构的空间作用，实际上是还原到他本来的结构面貌。 在概念设计时可利用或构成构件的空间关系，来加大刚度、减小内力。
结构概念设计时掌握以上原则，就能为结构设计勾勒出正确的方向，从而做出安全、美观、经济的结构设计。
（五）优化选型的原则
根据环境的因素、建筑的功能选择合适的结构体系，例如框架结构、剪力墙结构、网架结构、壳体结构、悬索结构等。在符合使用要求的前提下优化结构布置，平立面要求规则、对称，具有良好的整体性，首相除规整外侧向刚度宜均匀变化，自上而下逐渐减小，避免突变。
四、结语
工业建筑的结构概念设计所涉及的内容十分广泛，必须要综合考虑到各种影响因素，把结构概念设计贯穿到设计的每个步骤当中，科学合理的进行设计布置，并保证所需计算数据的准确性，从而确保工业建筑结构具有优良的抗震性能，进而为工业建筑的安全性和稳定性提供有力的保障。
参考文献
[1]谢丽娜.工业建筑中的结构概念设计[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(21).
[2]张煜.论建筑结构的概念设计[J].科技创新与应用,2012,(12).
[3]唐治.刍议建筑结构中的概念设计[J].科技与生活,2010,(20).