建筑结构设计过程中概念设计的运用

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  摘要:在建筑结构实际中概念设计的应用是非常重要的,概念设计与结构措施优化了实际结构理论中存在无法精确计算的结构构件的设计。因此,需要加强结构概念的培养,以推动结构设计的发展。本文从概念设计重要性的概述出发,分析了介绍了建筑结构设计中概念设计的重要性应用。
  关键词:建筑结构;设计;概念设计
  中图分类号: TU3 文献标识码: A
  前言
  建筑结构概念设计也就是将实际经验作为依据,在没有经过精确计算的基础上,尤其是没有做出准确的力学研究的情况下,站在整体的立场去做结构设计。一般包含整体的设计方案,和针对于抗震的各个方面。概念设计主要就是展现的是一种新型的设计理念,建筑设计工程人员应该对建筑工程的整体设计起到把握的作用。我国当前的建筑设计还存在着很多的问题和不足,就比例说混凝土的结构设计,设计中的力学主要就是以弹性理论为根据的,但是由于截面的设计是根据的塑性理论来进行的,这两种理论显然是相互对立的。因此,所得到的分析结果就和实际的情况相互不符合。对于出现的这种情况来说,应该采取概念设计的合理的理念性。另外,在建筑设计的过程中如果使用计算机的相关技术,而且对于结果所作出的科学的研究,计算机也不可能模拟整个建筑设计的全过程。因此,建筑结构设计人员应该运用概念设计的理论做好相对于投入较少的计划。
  1、概念设计的重要性
  概念设计在建筑结构设计中起着关键性的作用,对概念设计合理有效的应用,不仅可以丰富结构工程师的实践经验,而且使其设计成果和设计理念也得到不断的完善和创新。但是在进行建筑结构设计的过程中,大多数的建筑结构的设计人员将设计的内容局限于相关的规范和设计的手册的范围之内,没有进行新技术的机遇和创新,缺乏创新性的精神和动力,使得建筑结构设计的理念没有进行创新,在进行设计的过程中没有任何的新意。而建筑结构设计理念和设计计算的理论中总会出现技术和实际的情况没有进行两者相互符合或者存在无法对两者进行计算的结构构件设计,这就要求概念设计结合的措施来进行结构的设计优化。而作为建筑结构的工程设计人员来说,需要综合的对于设计的理念和相关的概念进行安全可靠的设计方案,所以,结构工程只有不断的创新和改善结构的设计理念,不断的充分了解各种综合的性能,这样才能保质保量的完成设计的任务。
  2. 概念设计过程
  分析: 在结构设计的过程中有些数据并不能完整提供,具有信息模糊性,这就需要概念设计对数据进行深入了解,然后分析。综合: 综合的过程主要是设计师的灵感和思维起主导作用。设计师结合建筑实际条件和自身的专业知识、理论经验,把建筑结构和设计意图以图形的方式表达出来。评估: 建筑结构设计通常提供多种方案,概念设计能够对方案进行评估和比较。最终选择经济可行性强、技术可行性强的方案。
  3. 概念设计在建筑结构设计中的应用
  3.1、概念设计优化结构方案
  概念设计的最终宗旨是使设计方案更加合理、经济、适用。所以概念设计需要从结构系统的总体布置、抗震点分析、应力等各个方面进行考虑。建筑结构设计师能够在高效合理运用概念设计关系着能够用最经济的方式创造出安全和谐的工作生活环境。在建筑结构整个方案中融入概念设计需要从两个方面做好管控。首先,在建筑整体方案设计的过程中,结构设计师要和建筑师之间进行深入沟通,探索和比较适合建筑环境、经济环境、政治环境和文化环境的设计方案。其次,要从宏观出发,进行整体性考虑,加强对设计中环境、使用、建筑、荷载等各种影响因素的综合考虑,再结合理论设计进行正确的判断。
  3.2、总体指标控制
  计算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值;地震作用下,结构的振型曲线,自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中,总体指标对建筑物的总体判别十分有用。若刚度太大,周期太短,导致地震效应增大,造成不必要的材料浪费;但刚度太小,结构变形太大,影响建筑物的使用。因此,在小高层建筑房屋中,结构构件宜采用高强度材料,非结构构件和围护墙体应用轻质材料。减轻房屋自重,既减小了竖向荷载作用下构件的内力,使构件截面变小,又可减小结构刚度与地震效应,不但能节省材料,降低造价,还能增加使用空间。
  3.3、合理的选择建筑的基础
  根据选择好的建筑场地的地形特征和结构形式进行结构基础的选择。如果是松软的地质且要建造高层建筑,天然的地基无法承受起荷载,需要采用桩地基,把建筑物的荷载传递到下面坚实的持力层中;如果建筑场地土质不均匀,为了改善不均匀沉降的问题,从而增加建筑物的抗震抗灾能力,则可以选择箱型基础;最后一种建筑基础是筏型基础,它整体的刚性大结构稳定性好,可以解决建筑物上部的超荷载,还可以解决其压力分布不均的问题。
  3.4、合理的选择建筑的主体结构体系
  建筑主体是一个空间的结构体系,目前我们在空间结构体系整体研究中还有一定的局限性,在设计工程中用了许多假定和简化理论,作为结构工程师我们更应该通过强化概念设计,灵活运用规范,运用概念设计理论对整个结构体型与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识,做到结构体型布局合理,受力明确,抗震性能好。结合建筑平面工程对结构体系进行合理的布置,通过调整结构刚心、建筑物质心及平面形心三者之间的距离使三者尽可能地靠近,以利于减小結构体系的扭转力,增强整个结构的稳定性,提高结构的抗震能力,同时也能节约工程造价。
  3.5、坚持合理受力的原则
  从受力与变形的角度来讲,集中受力不如均匀受力的效果好,单跨简支不如多跨连续,在平面内的作用效果不如其在整个空间内的作用效果,铰接梁的受力效果不如刚性梁的连接效果好,静定的受力结构体系的受力效果明显不如超静定受力结构体系的受力效果。从受力和变形的角度来讲,应该充分使用建筑刚度的相对性、变形的协调性和连续性以及结构的对称性。不但要对其部分构件的受力情况进行分析,还必须对其整体结构的宏观受力情况进行分析。对重要的受力情况以及变形情况加以重视,对于不是很重要的受力与变形情况可以忽视不计。
  4.结构概念设计的措施
  为保证建筑结构的安全可靠性,提高建筑物的抗震性能结构概念设计所采用的措施应该从保证安全、全面防震方面下手,主要有:(1)选择有利于抗震的建筑场地条件,提高建筑物稳定性,避开不利地段或采取有效防震措施;(2)选用符合抗震要求的高强度结构材料,同时保证建筑结构的延性和均质性,使建筑结构体系能达到建筑要求的抗震目的;(3)让建筑物的平、立面布置与概念设计的要求相符,杜绝不规则方案;(4)合理优化各结构构件的强弱,尽可能多设置抗震防线,使抗震防线在地震持续往复作用下能增加结构的抗震能力;(5)保证抗震的构造连接与经过计算的节点连接,把握好整个构造连接在规范内的度的问题,确保结构的整体性;(6)在对抗侧移刚度的结构进行提高的过程中,必须要选择性的提高构件的延性,使得建筑物的结构可以达到合理的刚度和承载能力,加强建筑物的抗震的性能;(7)在对计算机完成计算公式的过程中,必须要合理的运用设计的实践经验,并且需要和概念相互结合,对综合的问题进行解决和计算,并且进行合理的调整。
  结束语
  在现在的结构设计中,概念设计的应用越来越被工程师所接受,对它们的应用也越来越多。在结构设计中,概念设计的应用能够减少资源的浪费,保障建筑的安全。因此,结构设计师要善于创新,并合理分析结果,在设计的过程中不断改进和完善,从而提高概念设计的水平。
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