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中圖分類號: TU2 文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
近些年來,我國經濟迅速發展,但是在經濟高速增長的同時,也面臨著嚴峻的能源危機和生態危機,不僅嚴重威脅著國民的生命財產安全,也影響到國民生活質量的提高,更嚴重阻礙了我國可持續發展戰略的貫徹落實。建筑能耗一直在我國能源消耗中占據著很大的比例,降低建筑的能耗,發展綠色節能建筑,不僅僅是我國建筑行業發展的基本趨勢,更是我國全面落實可持續發展戰略的必然要求。加強綠色建筑的概念設計,具有很重要的意義。
二.綠色建筑的概念
建筑行業中,建筑的設計施工是其中很重要的環節,在建筑施工期間,不僅僅會消耗掉各種能源資源,也會使得施工周邊的環境受到一定的污染。首先,由于建筑施工規模的不斷擴大,對各種建筑材料的加工,制作,以及對各種建筑材料的使用都會消耗掉大量的能量,而這些能量在國民整體能源消耗中占據著很大的比重。其次,在建筑施工過程中,很容易產生噪音污染,光污染或者是各種粉塵的污染。同時,在建筑施工過程中,也會產生排放出各種建筑垃圾,比如廢棄的建筑材料,排放的廢氣廢水等。在對所產生的垃圾進行運輸處理時候,會造成很大的能源壓力,又很大程度的產生了新的污染。在建筑業的發展過程中,嚴重增加了我國的能源負擔和生態壓力。
綠色建筑是一種新的建筑設計理念,它要求建筑從設計施工到投入使用后,在其正常的生命周期內部,設計合理,施工規范,維護成本低,維護周期短。既可以滿足人們最基本的生活需求,為居民創造出健康,舒適,安全,生態的生活工作空間,也可以做到資源的最大化利用,最大限度的節約資源,同時很大幅度的降低各種消耗,保護生態環境,減少各種建筑施工污染。綠色建筑要求實用性和生態性結合,促進人與自然的和諧相處,這種建筑設計理念不僅僅可以很大程度的提高人們的生活質量,又可以促進綠色環保節能的進程,日漸成為我國建筑行業發展的趨勢。
我國人口基數大,資源總量相對豐富,但是人均占有量不足,伴隨著經濟的迅速發展,工業化水平不斷提高,城市化進程不斷加快,科學技術得到不斷的突破,對各種能源的需求量也越來越大。在我國經濟高速發展過程中,不僅僅面臨著嚴重的能源危機,也背負著沉重的生態壓力。我國的建筑行業這些年取得了輝煌的發展成果,但也使得我國的能源消耗進一步加劇,發展綠色建筑,已經是我國可持續發展的必然要求。
三、綠色建筑的概念設計方案分析
1.體型設計
建筑形體與建筑節能緊密相關。如果將建筑的體型系數定義為建筑物表面積與體積的比值,則小的建筑體型系數意味著建筑比較規整,可以減少制冷制熱時消耗在外表面上的能量;反之,若建筑體型系數大,則其外表面積相對較大,會增加空調制冷制熱時的能耗。因此,對建筑體形系數設計的合理與否將決定著建筑節能設計的優劣顯而易見,當建筑具有相同的體積時,集中布局模式要比分散布局模式消耗更少的熱量,故從節能的角度,經過比選后宜優先選擇高層和中高層建筑,使建筑布局更加集中。
2. 圍護結構的設計
圍護結構的節能設計可以通過提高和改善圍護結構的熱工性能來實現,例如通過中空玻璃等導熱系數小的高效隔熱材料或外墻外保溫、外墻內保溫、夾心保溫和外墻自保溫等形式提高建筑外墻的熱工性能;根據不同屋面形式選用不同傳熱系數的保溫材料;外遮陽作為最有效的遮陽設施,可顯著降低空調負載,減少能源消耗,提高室內居住舒適性,應根據太陽輻射強度隨地點、日期、時間變化的特點選擇最優的遮陽方案設計。外遮陽的形式通常可分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式4種,一個好的外遮陽設計必定既能滿足建筑夏季的遮陽要求,又不影響采光及冬季的日照要求[3]。除此之外,還應從建筑樓地面的熱工性能考慮,設計良好的樓地面構造。可以說,如何通過設計來有效地做好建筑采暖和隔熱工作,并利用建筑構件調節采光方式,建立可持續發展的建筑環境是值得設計人員探討的問題。
3.加強太陽能等新能源的推廣應用
太陽能具有清潔無污染,可以再生等優勢,是人類可以利用的最為環保,最為豐富的資源能源種類之一。隨著我國建筑行業的發展,在建筑施工過程中,太陽能技術已經得到了廣泛的運用。在建筑施工過程中,太陽能具有很多節能功能,主要表現在以下幾個方面。其一,在建筑的樓頂可以設計安裝太陽能電池發電系統,這種發電系統,可以將太陽能轉化為熱能和電力,并將這些轉化而來的電能或者是熱量通過專業的技術手段進行能量的存儲,在需要使用這種電能和熱能的供電設備上開始接線,如此,可以充分滿足整個建筑物內部的動力和照明系統的各種能量需求。同時,充分利用太陽能作為采暖和供熱功能,既可以減少日常的能源消耗,也使得建筑物的日常熱能得到滿足。同時,在建筑施工過程中,可以利用太陽能來控制建筑物的采光,使得整個建筑內部的環境更為舒適。
4.綠色建筑的節水設計
(一)合理使用洗衣機節水
家用洗衣機主要集中為滾筒式和波輪式,節能方面各有優缺點,綠色建筑設計在選擇洗衣機方面要考慮怎么設計合理的洗滌程序、根據洗衣的多少確定用水量、采用健康、節能的方法,達到節水、節能的目的。
(二)雨水資源的利用
雨水在綠色建筑給排水系統中的應用主要是在雨水來臨之時,采取一定的裝置系統,采用合理科學的方式,將雨水收集起來,集中凈化處理,并采取科學手段進行雨水的存貯,通過一定的方法進行處理后,根據凈化后不同的水質,做出不同的應用選擇,比如可以將雨水收集處理后,當天氣干旱時候進行綠化用地的澆灌,城市水池,噴泉的補水,進行洗車,清洗路面等多種用途,綠色建筑中,通過各種方式將雨水收集凈化,可以用于洗浴,沖洗衛生間,澆灌花木等。既可以節省各種用水成本,有實現了水資源的多元化利用。
(三)推廣優質管材
鍍鋅鋼管很容易由于腐蝕生成物,容易污染水質,在我國新建住宅中,冷鍍鋅鋼管作為生活給水管道被禁使用,不要使用熱鍍鋅鋼管,建議使用新型管材。在建筑給水中,新型管材可以代替鍍鋅鋼管,很好的解決好水質污染、銹蝕、漏水與滲水等浪費事宜。
(四)采用小容積水箱便器
在綠色建筑給排水設計中,可以采用小容積的水箱大便器。在建筑用水中,大便器沖洗的水量占據著著很大的比例,因此,要推進節水措施,必須加強節水型大便器的研究和推廣。在進行綠色建筑給排水設計中,在滿足居民生活需求,提高生活質量的基礎上,推廣安裝小容積大便器,推進節水進程。比如可以推進兩檔水箱的應用,與節水型便器相比,兩檔水箱的便器沖洗也更干凈、更衛生、更合理。
(五)采用節水水龍頭
調節沖洗水量的功能,對節約用水的效用顯著。研制不同出水量的水龍頭來適應不同需求從而達到節水目的。洗滌和盥洗用水量是很大的,洗手、洗碗的時候,需要小水流,如果采用節水龍頭,能夠大量節水。充氣水龍頭,往水中加空氣,達到節水的目的,延時自閉式沖洗閥具有延時自閉功能。要制定—個合理的水龍頭額定流量使用標準,根據需求不同,安裝不同流量的水龍頭,達到不同的節水效果。
四、結束語
伴隨著我國建筑環境友好型,資源節約型社會的理念提出,節能理念在建筑施工過程中得到了更為廣泛的應用,不僅僅很大程度的降低了各種資源能源的消耗,也很大程度上改善了居民的生活環境和生活質量。推進了我國和諧社會的進程。
參考文獻:
[1]中華人民共和國國家標準.GB/T53078-2006 綠色建筑評價標準[S]
[2]朱宏偉 淺談農村地區推行綠色建筑的可行性 [期刊論文] 《科學與財富》 -2011年7期
【關鍵詞】建筑;建筑學;釋義
無論說建筑是空間還是場所或是別的什么,大家都有共識:建筑決不只是一個房子,決不只有一個物質的殼,它還必須包含與人類生活密切相關的社會意義、經濟意義、精神與情感意義、文化意義等。原始人類為了避風雨、御寒暑和防止其他自然現象與野獸的侵襲,需要有一個賴以棲身的場所――空間,這就是建筑的起源。建筑對于人來說,具有實用價值的不是圍成空間的實體的殼,而是空間本身。當然,要圍成一定的空間就必然要使用各種物質材料,并按照一定的工程結構方法把這些材料拼湊起來,但這些都不是建筑的目的,而是達到目的所采用的手段。
中國古代把建造房屋以及從事其他土木工程活動統稱為“營建”或“營造”。“建筑”一詞是從日語引入漢語的。漢語“建筑”是一個多義詞。它既表示營造活動,又表示這種活動的成果――建筑物,也是某個時期、某種風格建筑物及其所體現的技術和藝術的總稱,如隋唐建筑、文藝復興建筑、哥特式建筑。建筑與空間密不可分,人類在有意識地創造并美化環境,其意在營造良性空間,在建筑活動過程中積累知識,總結經驗,不斷創新,逐漸形成建筑學。
因此,建筑學是研究建筑物及其環境的學科,旨在總結人類建筑活動的經驗,以指導建筑設計創作,創造某種體型環境。其內容包括技術和藝術兩個方面。傳統的建筑學的研究對象包括建筑物、建筑群以及室內家具的設計,風景園林和城市村鎮的規劃設計。隨著建筑事業的發展,園林學和城市規劃逐步從建筑學中分化出來,成為相對獨立的學科。建筑學作為一門綜合性的學科,兼有自然科學、社會科學、工程和美學等多種學科專業的知識特征。同時,隨著社會發展,其內容和結構還在不斷拓展。它是建筑活動經驗與設計方法的集合,通過已有的經驗與方法運用到新的設計中,為人類提供更美好的建筑環境。
建筑學是人類建立生活環境的綜合藝術和科學。建筑技術和藝術密切相關,相互促進。技藝在建筑學發展史上通常是主導的一方面。在一定條件下,藝術又促成技術的研究。它與大千世界的辯證關系,歸根到底,集中于建筑的空間與形式的創造。在我們的時代,近代建筑的主要問題已不再是純體積的視覺表演,而是創造人們能生活的空間,不管它有多美、多講究,要強調的已不再是外殼而是內容;不再是孤獨的建筑,而是城市組織結構的連續性。
就工程技術性質而言,建筑師總是在建筑技術所提供的可行性條件下進行藝術創作,因為建筑藝術創作不能超越當時技術上的可能性和技術經濟的合理性。埃及金字塔如果沒有幾何知識、測量知識和運輸巨石的技術手段是無法建成的。人們總是可能使用當時可以利用的科學技術來創造建筑文化,現代科學的發展使建筑不僅可以向高空、地下、海洋發展,而且為建筑藝術創作開辟了廣闊的天地。建筑學在研究人類改造自然的技術方面和其他工程技術學科相似。但是,建筑物又是反映一定時代人們的審美觀念和社會藝術思潮的藝術品,“建筑應該是時代的鏡子”。建筑學有很強的藝術性質,在這一點上和其他工程技術學科又不相同。就藝術性質而言,建筑學必須研究建筑的形式美的規律與特征以及建筑美學理論,空間和實體所構成的藝術形象,包括建筑的構圖、比例、尺度、色彩、質感和空間感,以及建筑的裝飾、繪畫、花紋和雕刻以至庭園、家具陳設等等。建筑藝術主要通過視覺給人以美的感受,這是和其他視覺藝術相似之處。建筑可以像音樂那樣喚起人們的某種情感。但是建筑又不同于其他藝術門類。它需要大量的財富和技術條件,大量的勞動力和集體智慧才能實現。它的物質表現手段規模之大,為任何其他藝術門類所難以比擬。建筑藝術是一門綜合性很強的藝術。
建筑,同社會生產力、生產關系、意識形態,全都關系密切。不但建筑的藝術風格反映歷史,十分靈敏,它的形制也一樣反映。小而至于一朵裝飾花紋,大而至于一座城市,人們可以從上面讀出生動的歷史。
社會在發展,建筑學在開拓。現代建筑關懷人,從“雅典”到“北京”,建筑師的責任不斷提高――要把已有的和新建的、自然的和人造的因素結合起來,并通過設計符合尺度的空間來提高城市面貌的質量;保護和發展社會的遺產;為社會創造新的形式并保持文化發展的連續性。這就構成了對設計專業的新的挑戰和新的社會職責。建筑師應該把自己看成是社會的公仆。建筑師必須將社會整體作為最高的業主,承擔其義不容辭的社會責任。建筑設計、建筑質量、建筑與環境的結合、對自然與城市景觀和我們傳統的尊重,都為公眾所關注;建筑師把自己的智力與職業活動視為對地方、民族和國際社會的發展所提供的一種服務。建筑,不僅用來滿足個人或家庭的生活需要,而且也用來滿足整個社會的各種需要。建筑學的基本精神是關懷人,即“對人的關懷”。方便而舒適的房屋是有感情的,它使人覺得溫暖。因此,它能凈化人的心靈,促進社會的和諧。其實是在培養我們的職業道德,即人道主義。設計建筑,在一定程度上就是設計生活。我們設計了什么樣的城市和房屋,人們就得按照這個城市和房屋的特點來生活。設計生活還可以在更高的水平上進行。
因此要把建筑與社會生活聯系起來。討論建筑的基本問題,要把建筑與它的過去、現在和可見的未來存在于其中的人文環境盡可能全面的聯系起來。因為建筑與它的人文環境本來就是全面聯系著的,它是“石頭的史書”。我們的國家正處于一個全面現代化的重大的歷史轉折時期,在這樣一個嚴峻的時刻,在一切領域里,都必然有一個破除舊觀念、建立新觀念的歷史任務。不完成這個任務,國家的現代化是不可能的。而破舊立新的根據就是生活。只有根基正確,社會中人們的精神狀態、思維方式、觀念意識才可能現代化。
參考文獻:
1.1概念設計概述
概念設計是通過一種較為抽象的方式,在腦中將對象的進行感知和概括。這種設計方式一般不是基于計算結果產生,尤其是對于那些難以通過計算做出精確分析或是在規范中難以進行規定的相關問題,需要通過概念設計的方式,對不同的建筑環境和空間進行詳細的分析,對整體的結構進行優化。概念設計主要通過對建筑的結構以及相互之間的力學關系的經驗判斷,在抗震設計的方案階段對整體方案進行選擇和優化,這種方式概念清楚、定性準確、算法簡便,能夠快速選擇出最佳方案并確定結構構件的基本尺寸。
1.2概念設計與結構計算的關系
隨著科學技術的不斷發展,采用計算機技術進行結構抗震計算已成為不可阻擋的趨勢,這種方式快捷精確,受到了廣泛的應用。然而這導致了很多設計人員盲目相信計算結果,而忽略了工程的實際情況及概念設計的重要性,不注重保證結構的整體抗震性,這樣一來只會影響到房屋的抗震穩定性。因此在進行抗震設計時,應將概念設計與結構計算相互結合,通過概念設計對結構計算進行總體的指導,通過結構計算對設計進行進一步的驗算以及修改,保證兩者之間的平衡,提高房屋的整體抗震性能。
2抗震概念設計的原則
2.1選擇合適的場地
地震對建筑的影響很大部分原因與其場地的選擇有關,一般而言地震導致建筑的破壞主要是由于地震時所產生的地面劇烈運動而導致房屋的破壞,第二類是由于各類災害導致的房屋失穩,第三類則是由于各種斷層錯動、山崖崩塌、河岸滑坡、地層陷落等地面嚴重變形直接造成。而這些都與結構選擇的場地有直接的關系,在進行房屋的場地選擇時,應進行詳細的地質勘察和考察,盡量避免對房屋抗震不利的地段,選擇有利于進行抗震并危險性較小的場地。一方面提高建筑抗震安全性,一方面也能提高建筑的經濟性。
2.2結構方案的選擇
結構的方案設計應考慮到建筑的實際情況以及下部的工程地質結構,在保證周圍建筑以及環境的安全性的基礎上,選擇經濟性較高的方案。在進行設計時,應充分發揮地基的潛力,根據不同地基的情況進行基礎方案的設計,必要時需要對地基的變形進行驗算。同時在設計時可以參考周邊相似建筑的抗震資料,保證建筑基礎方案的合理性。對于結構上部方案的設計與選擇,則需要與相應的基礎進行合理配置,保證結構整體的安全性。
3抗震概念設計的應用
3.1建筑結構體系
建筑結構體系對于建筑的抗震有很大的影響,好的建筑結構體系能提高房屋的整體性和穩定性。科學的建筑結構體系能夠有效的抵抗外界的變形和抗沖擊力,滿足建筑的整體剛度要求。因此在建筑的結構體系選擇時,應根據建筑的實際情況,保證建筑能夠承受自身的荷載又能在地震發生時充分抵抗外部的巨大應力而不發生過大的變形和破壞,在進行結構選擇時,要注意建筑物傳力途徑和受力計算的明確性,盡量避免使用轉換層,防止地震作用下建筑物發生局部破壞或傾斜現象。
3.2抗震防線的綜合布置
在進行抗震放線的布置時,應采取多條放線共同系統布置的方式。由于單一的抗震防線往往比較單一,若發生地震則可能由于單條放線的破壞而造成整棟建筑的坍塌,這樣既不利于房屋的抗震穩定性。而通過多種抗震防線相互組合的方式,則能很好的結合不同房屋的實際情況,對不同的部位進行不同的防護措施,通過強弱的結合,保證房屋的整體性和抗震的強度。
3.3高質量結構材料
建筑結構的抗震性能除了基本的結構設計之外,還在很大程度上與其使用的建筑材料有關,建筑的質量、強度以及連續性與均勻性都會影響到建筑結構的抗震性能。因此在進行建筑結構材料的選擇時,應根據建筑的抗震要求選擇連續性好的材料,保證材料的質量和強度要求。同時在選擇時,也行考慮到建筑的經濟性,因此應綜合考慮材料的性能與價格,保證材料性能與結構整體性能的最優。
3.4結構中薄弱部位的加固設計
建筑的結構是一個整體,任何一個部位失穩都會對整棟建筑造成影響,因此對于建筑結構中較為薄弱的部位,需要通過加固設計的方式保證其抗震的強度,保證各個部位共同工作。對于結構中的強剪弱彎、強柱弱梁以及柱、梁、節點處應尤其加以重視,通過箍筋加密等措施,保證建筑各個部位的構造整體性和延展性。
4結語
關鍵詞:概念設計;建筑結構設計
1設置少量抗震墻的框架結構體系
2010版新規范實施后,荷載增加,地震作用增大,這使得有些結構按純框架進行抗震計算時其層間位移角不能滿足1/550的限值要求;也有些純框架在抗震計算時,抗扭指標不滿足要求,或是扭轉位移比超過了1.5的限值,或是扭轉周期比Tt/T1,超過了0.9的限值。
為了解決上述問題,一些結構設計中采用了設置少量抗震墻的框架結構,在剛度相對較弱的一側增設少量抗震墻,或將樓、電梯間做成混凝土筒體而形成框架加少量抗震墻的結構。對于這種結構體系,2010版新抗規6.1.3條及條文解釋已有明確的說明,主要有二條:①結構體系為框架結構②剪力墻抗震等級同框架;前提條件是在規定的水平力作用下,底層框架部分所承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%,但是對于布置少量抗震墻的框架結構來說,這條是一般滿足的。這里涉及到的概念主要是對這種結構體系的界定和剪力墻抗震等級的認定上。當然在新規還沒用出來之前也有不同的做法,一種常用的做法為在設計時按純框架結構進行計算,抗震墻作為安全儲備,并按構造配置鋼筋。現重點來談論這種做法;計算結果,側移雖然較按框剪結構計算增大,但能滿足純框架結果要求。但是,由于抗震墻是客觀存在的,鋼筋混凝土墻有極大的剛度,一片墻的剛度往往超過幾十根柱子的剛度,也就是說,由于抗震墻的客觀存在的使結構周期縮短,地震力大增,且地震力大部分集中在抗震墻上。在地震力作用下,抗震墻混凝土墻體將產生脆性破壞。由于抗震墻的存在,使框架梁受力產生較大變化,框架梁負筋受影響較大,與按框架一抗震墻結構設計比較,按框架結構計算的下部幾層框架負筋增加,而上部幾層框架負筋減少。這是因為,對于框架一抗震墻結構,抗震墻是堅向懸臂彎曲構件、其整體變形曲線為彎曲型,越往上,側移增加越塊,而框架則類似堅向懸臂剪力梁,其整體變形曲線為剪切型,越往上側移增加越慢。但是,它們在同一樓層中,剛性的樓板將它們連結在一起,兩者的位移協調,相應的內力也互相傳遞和重分配。
2抗震墻及連梁的布置在地震作用下,聯肢墻可發生下列破壞形式:
2.1墻肢由于抗剪力不夠而發生剪力破壞。此種破壞為脆性破壞,這會使抗震墻很快喪失承載能力,甚至造成結構突然倒塌,這在設計時應該絕對避免的,現行《建設設計抗震規范》規定了抗震墻截面的剪壓比限值和墻底部設計值的放大系數,就是為了防止墻肢發生剪切破壞。
2.2墻肢發生彎曲破壞。此時,連梁尚未屈服,這種墻肢在破壞時極限變形很小,它雖然是一種延性破壞但吸收地震能量是有限的,設計中應避免這種情況出現。
2.3連梁發生剪切破壞。連梁發生剪切破壞會使聯肢墻各肢喪失連梁的約束作用,在沉墻全高所在連梁均發生剪切破壞時,聯肢墻的各墻肢成為單片的獨立剪力墻,這會使結構的側向剛度大大降低,墻肢彎矩增大。但是和墻肢發生剪切破壞相比,連梁發生剪切破,結構尚未喪失承載力,由于剛度降低,地震力隨之降低,還不會造成結構的倒塌。
2.4連梁先屈服,最后是墻肢屈服。當連梁有足夠的延性時,它通過塑性的變形吸收大量的地震能量,由于產生塑性鉸,使結構周期變長,地震力降低,同時通過塑性鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力,對墻肢起到一定的約束作用,使墻肢繼續保持足夠的剛度和強度。這是設計中應首先考慮做到的。
在實際工程設計中,由于有些工程結構平面復雜,且受建筑功能的限制,抗震墻布置數量較少,如果增加抗震墻數量可以收到明顯效果,但增加抗震墻,必須布置均勻、合理,否則由于抗震墻增加,剛度加大,地震力增加,抗震墻受力不均勻,效果反而不好。
在抗震墻數量不能滿足要求的情況下,加開結構洞,降低連梁高度,降低結構剛度,使地震力減小,同時使各片抗震墻受力不均勻,使連梁承受的剪力相應減少,使抗震墻滿足抗震要求,連梁滿足強剪弱彎的要求,從而達到在強震作用下,連梁先于抗震墻屈服的情況。
3不到頂的抗震墻
當底部幾層裙房與主樓連為一體時,有時設計人員只考慮到底部幾層剪力大,且樓梯多,在裙房部分設置較多的抗震墻;這部分抗震墻只在群樓設置不到頂;由于裙房部分層數少,地震力降低較少,且抗震墻不到頂,剛度的突變對結構抗震墻更加不利。
4沉降縫的設置
在一般房屋結構總體布置中,考慮到沉降、混凝土收縮、溫度應力和體型復雜對房屋結構的不利影響,常常用沉降縫、伸縮縫或防震縫將房屋分成若干獨立部分,從而消除沉降差,溫度應力和復雜體型對結構的危害。但高層建筑中,常常由于建筑使用要求和立面效果考慮,以及防水處理困難等等,希望少設縫或不設縫。希望能在結構總體布置上或采取一些構造措施來減少沉降差、溫度應力和體型復雜引起的問題。
特別對于公共建筑的高層建筑一般高達十五層以上,而裙房一般3~4層,由于二者高差十分顯著,上部結構荷載和剛度相差很大,對地基基礎而言。這種情況往往造成基礎內力和地基反力的差異,且變化很大,導致基礎發生過大的沉降差異,如果高層建筑主樓和裙房之間的基礎設計和連接不當,過大的沉降差將引起次應力,造成建筑開裂。
4.1設置沉降縫
設置沉降縫交將主樓和裙房基礎分開。是一種傳統的設計方法,按建筑地基基礎規范,在建筑高度和荷載差異部位,結構或基礎類型不同的部位,宜設沉降縫。但由于沉降縫帶來使用上的不方便(容易漏水,影響正常使用),還影響整個建筑物的美觀,造價也有所增加,因為這種處理方法較少被采用。
4.2采用整體基礎
高層建筑主樓和裙房采用整體基礎,二者同置于剛度很大的箱基或厚筏基礎上,用基礎本身抵抗差異沉降產生的內力;或者基礎通過樁支承在基巖或變形較小的持力層上,這樣,可以使主樓和裙房基礎之間產生很小的沉降差異。
4.3聯合設計
主樓和裙房基礎的聯合設計,是指主樓和裙房采用不同的基礎形式,但中間不設沉降縫。這種方法通常主樓是采輕質材料減少自重或采取補償基礎以減少主樓附加壓力。在主樓和裙房之間設置后澆帶,主樓施工期間可以自由沉降,待主樓結構施工完畢后再澆后澆帶中混凝土,使余下的不均勻沉降可以忽略或按經驗方法處理。
當主樓和裙房之間不設沉降縫時,應從下面幾個方面考慮。
4.3.1建筑平面簡單,裙房位置比較有利,當體形復雜時,需要加強結構整體性的措施。
4.3.2裙房面積小,根據裙房伸出主樓的長度,確定采用整體基礎
4.3.3采用樁基,使樁支承在基巖上,或采取減少沉降的有效措施,并經計算,將沉降差和對傾斜控制在規范允許范圍內。
5.結語
5.1在框架結構中設置少量抗震墻,用來提高框架結構的剛度,滿足位移角限值的要求,是一種非常實用合理的結構布置,應該會得到大量的推廣運用。但是由于少量抗震墻客觀存在,同純框架相比,基底剪力和框架梁支座負彎矩都大大增加,因此將抗震墻作為安全儲備,按純框架結構設計,是不恰當的。抗震墻應該按照框架的抗震等級,參與模型的整體計算且應符合規范的要求配筋設計,不能按構造配筋。
5.2在抗震墻數量較少,以不能增加抗震墻數量的情況下,通過結構合理布置,開結構洞,降低地震力,使抗震墻均勻受力,可滿足抗震要求,連梁滿足強剪弱彎要求。
【關鍵詞】概念設計;建筑結構;優化設計
隨著我國國民經濟的不斷發展,房屋建筑行業也隨之發展起來。特別是在城市化建設發展下,我國建筑行業日趨興旺。在現代城市化建筑工程中,施工設計、工程設計以及施工建筑原材料是整個建筑施工中重要的構成因素。建筑結構是否合理、美觀都會對整個施工建筑實用性、安全性以及經濟性將會帶來一定影響。工程建筑概念設計的提出是工程設計人員憑借自身專業知識以及豐富社會實踐經驗提出的建筑設計方案。因此概念設計出的建筑物和周邊的環境以及整個社會文化內涵更加融合。
一、概念設計概述
工程結構設計一師在工程建筑中運用概念設計進一步完成整體工程施工建筑的整體方案。在整個工程過程中,工程設計師積極調動自身專業知識以及實踐經驗對整個建筑結構布置、構件、選型以及細節進行詳細的計算和分析。并對設計過程中出現的問題,結合建筑知識、力學知識以及自身的社會實踐經驗進行全方面的考慮,并得出可行性和有效解決問題的方案,最后得出一個符合實際和具有創新性!而看操作性的建筑設計。
隨著現代化城市的建設和發展,人們的思維和理念越來越開闊,對建筑物結要求越來越高,已經不在是具有實用性,還要求具有一定的美觀性"所以,在建筑施工企業為了更好的適應當今社會潮流需求,不斷重視概念性設計,工程設計師不斷接納和采取這樣的設計思維,因此概念設計被不斷應用于建筑結構優化設計中。由于概念設計對工程設計師的要求很高,所以建筑設計師一定要具備較強的建筑方面知識以及過硬的專業知識的能力,特別是較強的力學原理架構知識,這樣才會使建筑工程設計方案具有一定的可行性,確保建筑施工工程的安全。
二、概念設計在建筑結構優化設計中應用
(一)概念設計要遵守工程結構規律
建筑建筑結構中廣泛的應用概念設計,一定要遵循建筑施工結構的顧慮,要充分的做好實用化和合理化。第一,建筑施工結構外形,套具備一定的規則性和對稱性,剛度分布和質量分布要均勻,不要在局部位置出現過大剛性,或者是質量上出現不均勻的分布現象,否則將會造成房屋建筑物出現倒塌狀況;第二,建筑物布局和結構是否合理,是否具有一定程度的抗震性,這些因素都是工程設計師進行概念設計必須要涉及和考慮的問題。建筑結構對稱、簡單、規則性,容易實現抗震的作用,但是在一定程度上不能夠滿足創新性的需求,立體、多面、錯層以及凹凸的建筑結構創新性和藝術性較強,容易達到人們對建筑結構美觀性的需求,但是美觀性好的建筑缺乏一定的抗震能力。
(二)優選合理建筑結構施工設計方案
概念設計工程施工放那在實際建筑工程施工應用中要達到實用性、合理性以及經濟性的目的,同時這還是概念設計的主要目標。所以,如何選擇具有一定科學性、可行性的建筑結構形式和建筑結構體系在建筑工程施工設計方案中顯得尤為重要。總體而言,施工結構設計方案中展現的抗震系統和建筑結構體系的整體布置等方面的進行詳細的分析,同一個建筑結構單元中通常不要用其他結構的體系,并做到縱向和平面上具有一定的規則性。針對建筑結構施工條件、施工特點以及工程施工原材料供應等方面,工程設計師要進行綜合、系統、全方面分析和研究,采用多種方案進行對比,最后做出合理有效建筑結構施工設計方案。
(三)概念設計中抗震能力設計
建筑施工工程抗震能力設計直接關系當人們生命安全和財產安全,所以建筑工程中抗震設計尤為重要,同時備受人們的重視和關注。但是由于建筑物整體結構設計會涉及到一些實際問題,例如土質、地勢、周圍環境以及氣候等因素影響,因此在建筑工程中抗震設計復雜且因素較多。所以,大多數建筑結構中抗震設計并不是由計算機設計出來的,而是由工程設計師概念設計出來的。例如底部設置加強區這樣的問題,不管是建筑工程構造鋼筋配率要求問題還是邊緣構建問題,都是要建筑工程設計師利用概念設計解決問題,工程設計師通過概念設計,補充計算機抗震設計模擬計算的不足之處,才能夠最終確保建筑工程施工中抗震設計的安全性和合理性。建筑結構優化設計中抗震能力還涉及結構構件問題,只要建筑構件完好,建筑工程中抗震能力才會充分的發揮和進一步提高。所以,工程設計師在建筑物抗震結構設計的過程中,要利用概念設計進一步保證工程施工設計中每一種建筑構件的強度和剛度在一定程度中滿足工程實際的抗震需求,確保建筑構件和構件之間緊密聯系,保證工程施工安全。此外,由于當前我國工程施工建筑結構大多數采用的是多次超靜定建筑結構,因此在工程施工優化設計中建筑物的抗震設計還需要進行幾道抗震防線,防止在發生地震中建筑物由于構件容易發生破壞或者是扭曲現象進而降低了建筑物抗震的能力。
三、概念設計在建筑結構優化設計中應用的意義
(一)拓寬建筑結構設計思路
傳統的建筑結構設計主要研究的是如何提高建筑結構抗力性,造成鋼筋棍凝土等不斷增高,配筋量不斷變大,工程造價提高。我們以建筑抗震設計為實例,通常是按照初定硅等級和尺寸計算出建筑結構的剛度,并由建筑結構剛度計算出抗震力,最后進行鋼筋配筋。合理的概念設計可以降低地震作用的效應,并在這樣的情況下提高房屋建筑工程質量和安全性。概念設計被廣泛應用在建筑結構優化設計中,被工程設計師接納和采用,并在建筑結構優化設計中發揮著至關重要的作用。
(二)概念設計在建筑結構優化設計中具有實踐意義
概念設計廣泛應用,通常蘊含了所有的工程建筑結構設計中。在不確定的受力狀況和因素中變化比較大的高層建筑設計、抗震設計以及基礎實施設計中,概念設計應用突出和重要。
1、由于現行的建筑結構理論性設計和計算機設計存在著一定的不可計算性和缺點。為了進一步彌補計算理論的不足之處,或者是實現實際施工操作過程中建筑結構構件的設計,需要概念設計來滿足建筑建筑結構的優化設計目的;
2、在工程施工方案設計階段,初步實際不能依靠計算機來實現,這就需要工程設計師通過了解和掌握概念設計,優選造價低!效果好的設計方案"概念設計施工人員通常會片面的理解,認為主要是用在一些較大的原則上,例如結構布置、確定結構方案等。在實際工程施工設計中任何一個施工都離不開科學概念設計作為指導方向。
3、建筑結構設計的整體方案,建筑工程設計師要聯系緊密,互相合作與探討。經過相互之間的學識和經驗的探討,得出最優的設計方案。例如建筑物的抗震設計,這個問題在建筑工程中是比較復雜的,它需要考慮建筑物的多方面因素。
四、結語
綜上所述,概念設計在建筑結構中占據著重要的作用,不僅是建筑結構設計中工程師設計的理念,還是衡量工程結構設計師專業技術水平的標準。本篇文章闡述概念設計在建筑結構優化設計中應用問題,提供參考。
參考文獻:
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[3]楊鎮峰.概念設計在建筑結構設計中的應用[J].山西建筑,2010年24期.
(1)對于建筑設計中的結構設計來說,最為主要的就是針對結構的抗震性進行設計和規劃,在概念設計中存在兩種較為有效的抗震設計模式,一種是隔震效能模式,其主要的抗震方式就是在建筑物內部構建一個夾層,這種柔性夾層的設置能夠起到較好的隔震效果,另一種模式則是通過在建筑結構中的頂部裝置一個反擺,顧名思義,一旦建筑物受到某一方向的震動,反擺就朝著相反的方向擺動,進而對于震動載荷產生一個反作用力,起到一定的保護作用,切實保障建筑物的安全;
(2)我們都知道建筑結構的設計是極為復雜的,概念設計在建筑結構設計中的作用不僅僅表現在抗震設計上,但是其在抗震設計中的效果是最為明顯的,這主要是因為在建筑物遭遇地震的過程中,很多的數據和載荷大小是無法進行量化處理的,也無法進行直接的計算,這就在很大程度上給我們的抗震工作帶來了麻煩,而概念設計并不需要針對地震中的數據進行計算,這無形中就減少了很多的麻煩,也就突顯出了概念設計的重要性。
2建筑設計中概念設計運用的原則
概念設計在建筑設計中合理運用的效果極為突出,但是對于如何充分的發揮概念設計的作用,使其在建筑設計中做出更為突出的貢獻就需要我們在概念設計的應用中遵循必要的原則,具體來說,當前建筑設計中運用概念設計需要遵循的原則主要有以下三點。
2.1優化選型原則
建筑設計中運用概念設計的一個最為主要的原則就是優化選型原則,優化選型原則主要包括兩方面的內容:
(1)第一方面是對于建筑結構體系進行優化設計,建筑物的結構體系是最為關鍵的部分,對于結構體系進行優化能夠起到保障建筑物穩定性的目的,在優化之前,我們應該首先對于建筑物所需要的結構構件進行全面的了解,進而根據建筑物特點以及周圍的環境因素進行認真選擇和判定,最終選擇最佳的支承方法以確定基本的結構單元;
(2)優化建筑物的結構布置,對于建筑物結構布置來說,其最為主要的目的就是支撐建筑物,避免建筑物的變形,因此,對其進行優化極為關鍵。
2.2空間作用原則
針對建筑結構進行設計其實也就是針對建筑物的內部空間進行必要的設計,所以說,在我們采用概念設計進行相關設計時就必須加強對于建筑物內部空間相互作用的注意。
2.3合理受力原則
建筑設計還必須充分考慮建筑物的合理受力特點,這也是概念設計應用的一個基本要求,從建筑物受力的特點以及其發生形變的狀況來看,建筑物發生形變不僅僅和其自身的強度和剛度有關,在很大程度上還建筑物的受力狀態之間存在著密切的聯系,所以,我們應該盡可能的使建筑物的受力狀態較為平均,尤其是要使其在整個的建筑物空間結構內進行平均分布,避免力作用于一點或者是一個平面,盡可能的避免建筑物發生形變的可能性。
3建筑設計中概念設計的作用
3.1建筑場地的選取
對于建筑施工來說首先需要我們確定的一點就是建筑場地的選擇,一般說來,我們在選擇建筑場地時應該盡可能的選擇便于施工的場所,不要給施工過程帶來麻煩。在具體的建筑場地選擇過程中,需要我們重點關注的要點和參考的要素有以下幾個:建筑物的高度、建筑的邊界、地形特點等,根據這些基本要素,結合建筑物的基本要求選擇最佳的施工場所,確保建筑施工的順利進行。
3.2建筑結構基礎的選擇
確定好建筑施工場所之后,還需要我們確定好建筑結構的基礎,在具體的施工中,較為主要的基礎主要包括箱形基礎、樁基礎和筏形基礎三種,對于這三種基礎的選取應該根據建筑物的要求和當地的地形地質特點進行合理的選取,選擇最適合于進行施工建設的基礎結構。
3.3建筑主體的選擇
建筑主體是整個建筑物中最為核心的內容,也是需要我們慎重選擇和設計的核心部分,在建筑主體的選擇中,我們應該盡可能的選取較為規則和對稱的結構,這種結構的選擇能夠在很大程度上確保建筑主體的穩定性,并且還能夠有效節約施工成本。
3.4抗震的設計
對于建筑物來說合理的設計必要的防震抗震是極為關鍵的,尤其是對于建筑物抗災防線的設計作用重大,一般說來,我們在進行施工建設中,首先在設計中應該盡可能多的設置抗震防線,如此才能在遭遇地震時切實保障建筑物的穩定性,避免建筑物遭遇較大的損害。
4結語
孰料無獨有偶,在2009年,南京因老城南拆遷改造爆出了上書國務院總理的新聞,與發生在北京的“梁林故居”保拆之爭可謂同出一轍。老城南是南京歷史最悠久的傳統舊城區,也是南京城的發源地。進入20世紀90年代以來,隨著南京市“推平式”的舊城改造步子不斷加快,一片片歷史街區瀕臨消失,于是老城南成了守護古城的最后“領地”。《南京市城市總體規劃(1991-2010)》,曾將老城南劃定為“歷史文化保護區”,即后來被《文物保護法》和《歷史文化名城名鎮名村保護條例》所稱的歷史文化街區。依據《江蘇省歷史文化名城名鎮保護條例》,2002年《南京歷史文化名城保護規劃》和2003年《南京老城保護與更新規劃》都重申了對老城南的保護。然而南京市政府確定2009年全市十大項目工程時,竟將危舊房改造規模最大的項目———南捕廳四期工程選定在這里。于是居住在這里的4200戶居民被告知:必須在6月底前完成動遷。頓時引起了當地居民強烈不滿。老城南該不該列為危舊房改造項目?南捕廳該不該大量拆遷改建?在很長一段時間里,江蘇省和南京市學術界本來就有兩種迥然不同的聲音。此時的動遷通知無疑提供了一個引爆燃點。當地居民、志愿者、新聞媒體、學術界紛紛加入,瞬間掀起軒然大波。以致29名專家學者集體上書國務院總理,呼吁南京歷史文化名城保護告急。根據總理批示,住房城鄉建設部和國家文物局很快組成聯合調查組前往南京。至此老城南拆建叫停。南捕廳一帶的房屋大都建在清末民初以來的不同歷史時期,如今這里已經看不到集中成片的明清建筑。建筑形式和房屋結構混雜,密度高,日照通風條件差,市政設施不配套,院落擁擠,明顯具有棚戶區的一些聚落形態特征。盡管在危舊房屋改造的前期調查中,了解到這一帶零星散落地保存著幾十處重要近現代建筑,不過根據《歷史文化名城名鎮名村保護條例》和《歷史文化名城保護規劃規范》,以及《江蘇省歷史文化名城名鎮保護條例》的規定,許多專家學者認為南捕廳街區已經達不到歷史文化街區的法定條件,主張劃定為歷史文化風貌區,在盡可能多地保護傳統街道格局和重要近現代建筑的前提下,實施拆遷改造。而上書疾呼的專家學者和志愿者并不認同這種觀點,認為老城南位于秦淮河兩岸,是南京的根,承載著厚重的歷史文化。南京的方言、云錦、絨花、白局、燈會、鹽水鴨等傳統民俗和非物質文化遺產大都發源于此,有些重要歷史事件也發生在這里,還有許多歷史名人曾在這里居住。所以即使老城南現存建筑質量和居住條件比較差,也不等于沒有保留價值。他們反對降低歷史文化街區定位,改為歷史文化風貌區,一再要求完整保護現存的南捕廳街區,停止破壞性的“舊城改造”。顯而易見,學術界分歧的焦點同樣集中在如何界定歷史文化街區和歷史建筑的概念。正是由于我國目前沒有明確統一的價值標準,無法可依,無章可循,因此才形成兩種截然對立的主張,不僅圍繞“梁林故居”和南捕廳街區的拆與留展開了激烈博弈,釀成尖銳的社會矛盾,而且也將歷史文化名城的保護和監管置于尷尬境地。北京與南京分處大江南北,是中國歷史上兩座著名的古代都城。無論過去,還是現在,不僅擁有優越的行政資源、智力資源和豐厚的文化底蘊,而且還是不同時期國家最高權力的象征。發生在兩“京”的大小事,無不具有指標性、普適性和示范性,足以影響全國,起著牽一發而動全身的作用。如今圍繞梁林故居引發保拆之爭和南京老城南拆遷改造掀起軒然大波,絕非巧合與偶然,而是蓄勢已久的各地大量同類矛盾和問題的集中反映。出現這些矛盾和問題,反映出我國歷史文化名城保護制度存在思想理論缺失,乃至連構成歷史文化名城基本要素的概念界定也含混不清,無怪乎保護監管難以適從。
解析歷史文化街區概念界定的模糊與缺憾
歷史文化街區概念在我國最早出現在2002年公布的《文物保護法》。2007年修訂后的《文物保護法》原文保留了這部分內容。《歷史文化名城名鎮名村保護條例》和《歷史文化名城保護規劃規范》延展了《文物保護法》的法定概念,并在行政法的基礎上,對歷史建筑的定義分別作了表述。但是在實施過程發現,目前我國法律、法規和技術規范確定的概念比較寬泛模糊,表述不盡一致,尚存頗多缺憾。《文物保護法》第十四條第二款確定:“保存文物特別豐富并且具有重大歷史價值或者革命紀念意義的城鎮、街道、村莊,由省、自治區、直轄市人民政府核定公布為歷史文化街區、村鎮,并報國務院備案。”在這部經過修訂的行政法里,將歷史文化街區與歷史文化名城的核定公布條件完全等同起來,只字不差,本身就是一大缺陷。從理論上說,“街”與“城”在歷史城市的空間結構上處于兩個完全不同的層次,不僅聚落規模差異很大,而且兩者空間形態、文化內涵及其屬性特征也都有著本質的區別,不應等量齊觀。一律采用寬泛的概念,要求“街”也像“城”那樣,保存特別豐富的文物,同時具有重大歷史價值或者革命紀念意義,委實很難。姑且不說評價“保存文物特別豐富”,是評價保存文物的數量多寡,還是文物的品位和等級高低,對此法律法規并沒有作出明確規定,更沒有對保存文物的豐富程度制定量化標準。如此一來,必然會給人們的主觀評價預留下很大的自由裁量空間,不可避免地帶來隨意性。至于對核定的對象是否同時“具有重大歷史價值或者革命紀念意義”,法律法規同樣缺乏明晰準確的規定,反映了我國歷史文化名城保護監管具有初始階段的粗放式特征。按照現行《歷史文化名城保護規劃規范》規定,“歷史文化街區用地面積不小于1公頃”。試想在如此狹小的地塊里,怎么可能擁有“特別豐富”的文物?又怎么可能同時“具有重大歷史價值或者革命紀念意義”?從我國已經核定公布的118個歷史文化名城了解,目前真正原汁原味保留完貌的歷史文化街區所剩無幾。即使比較完美的歷史文化街區,也很難完全符合法定概念給出的三個條件。由此可見,無論理論,還是實踐,都要求對于歷史文化街區的概念界定,有別于歷史文化名城,凸顯街區的屬性特征,并且做到概念明晰化。《歷史文化名城名鎮名村保護條例》屬于行政法規,關于歷史文化街區的概念雖然有所延展,但是將其定義放在了條例附則里表述,第四十七條第二款作出這樣的規定:“歷史文化街區,是指經省、自治區、直轄市人民政府核定公布的保存文物特別豐富、歷史建筑集中成片、能夠較完整和真實地體現傳統格局和歷史風貌,并具有一定規模的區域。”這里沿用了“保存文物特別豐富”的寬泛模糊概念,但沒有就此進行細化分解,同時卻又令人費解地刪去了法律規定的“并且具有重大歷史價值或者革命紀念意義”內容,另外增加了三項構成要素,一是“歷史建筑集中成片”,二是“體現傳統格局和歷史風貌”,三是“具有一定規模”。也就是說,行政法規在界定歷史文化街區的概念時,進一步強化了其空間形態特征的重要性,弱化了其歷史文化內涵。應當說強調空間形態特征是完全必要的,然而忽視對歷史文化內涵的價值評估,無異于失去了保護的根本。發生在北京和南京的兩起風波,追根溯源,均與此息息相關。《歷史文化名城保護規劃規范》是2005年7月15日由建設部的國家標準規范。但是該規范對歷史文化街區概念的界定卻與《文物保護法》表述不一。其中術語解釋2.0.4規定:“經省、自治區、直轄市人民政府核定公布應予重點保護的歷史地段,稱為歷史文化街區。”這里所稱由省級人民政府核定公布“應予重點保護的歷史地段”,不僅于法無據,而且對“應予重點保護的歷史地段”既沒有明確其空間形態特征,也沒有涉及到它的歷史文化價值所涵蓋的內容。至于何謂“重點保護”,什么條件或什么情況下“應予重點保護”,規范沒有說明。目前法律、法規和技術規范對歷史文化街區確定的概念過于寬泛模糊,看似明確,實則含混不清,相互之間對法定概念表述缺乏有機銜接,甚至出現矛盾,這是導致思想認識出現分歧和混亂的重要原因之一。尤其在歷史文化名城保護監管中,這種狀況使得規劃、文物行政主管部門無所適從,操作層面面臨著許多困難,很難適應經濟社會全面轉型發展的需要。
關鍵詞:建筑;概念設計;結構設計
前言
隨著科技的快速發展,時代不斷進步,,國內人們的生活水平越來越高,對生活質量的要求也逐漸提高。為了滿足人們日益增長的物質文化需要,滿足消費者的需求,我國的建筑行業在建筑結構方面的設計也在改革發展。在國外先進設計理念的影響下,我國結構工程師也在總結自身的設計經驗,利用概念設計的新理念來進行建筑結構設計。概念設計是指在沒有經過計算的前提下,特別是在沒有條件進行精確的力學分析,或者在設計規范中沒有定義的情況下,從整體的角度來進行結構設計。通常包括整體的設計布置,以及抗震方面的細節設計。通過整體來進行建筑結構設計的宏觀調控。
一、概念設計的重要性
在傳統的建筑結構設計中,結構工程師依據以前的設計施工經驗,經過不斷的總結和追求完善,設計經驗與理念也在實際工作中得到進步和創新。隨著時間的推移,經驗不斷豐富,設計理念不斷完善,設計的作品逐漸成熟。但是,由于很多工程在創新方面的努力不夠,習慣于依據規范和設計手冊等傳統書籍,只是借鑒以前的設計風格和設計手法。不僅對于國外、國內的先進技術和理念沒有給予足夠的重視,在設計中進行改進和運用,也過分依賴設計程序,忠于傳統設計,因為害怕創新和手工的設計作品不符合設計的要求造成不的后果。還有的工程師在設計的過程中,因為依賴設計程序的運用,對于程序給出的運算數據不質疑,大膽用,沒有足夠的認真和質疑的精神來對待設計結果,造成沒有發現程序設計中的錯誤。而且,結構設計需要運用的知識涵蓋建筑學的很多方面,很多知識是在工作經驗中總結的,或者是自己的想法和領悟,并不是在學校學習的系統知識,相對的分散,不容易記憶,因此在設計中也不容易進行運用。概念設計的重要性不僅在于概念設計在傳統設計理念的優點結合,并在傳統設計的不足之處進行改進,將計算理論的漏洞從整體的角度來進行解決。例如,混凝土的結構設計。雖然內力計算的理論支持是彈性理論,但實際上,界面設計的計算支持卻是塑性理論。這個不同就會造成計算得到的結論與實際的情況相距甚遠。為了避免出現這樣的情況,就需要進行良好的概念設計的把握。計算機的特點在于計算精度高,計算速度快。
但工程師又會因此對結構性能產生不明白的地方。因此,工程師有良好的概念設計技能,才能正確的理解結構工作性能。設計的初期,所有的準備工作是計算機不能勝任的,需要手工進行。概念設計在這個階段就顯得非常重要。結構工程是良好地運用概念設計在結構設計中,能夠讓設計的方案更加的合理,性價比低,更加符合實際情況。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構設計內容和理念,爭取良好地進行運用。
二、建筑結構設計中的概念設計
我國在概念設計方面還不十分完善,在整體設計的技術上還存在一定的局限性。也就是說,在我國傳統的結構設計中,在設計內容上很多都進行了假設和簡化。這就讓工程師在設計的過程中,進行自主的選擇和判斷,照搬設計的方法是行不通的。而是應該將規范當作一種工具,為自己的設計提供思路。所以,工程師應該將概念設計運用到實際的設計中區,將自身對結構設計的理解和創新將結構設計進行得更加完美。
概念設計在整體結構體系方面的理念的運用相較于傳統設計更加深入。分體系力學方面也是。尤其是在結構破壞機理的理解和運用方面有很強的宏觀性。在規范不能規定以及不能精確分析的情況中,概念設計可以從整體的視角來處理問題。運用類似估算的方式,將設計方案進行改革。使其能夠在結構體系方面的設計更加直白,方便理解和計算。這種設計通常在概念方面的定性準確,沒有歧義。在設計的時候能夠避免某些不必要的計算,安全可靠性高。同時,也是能夠對計算機得出的數據結論進行判斷。例如,在底層框架的計算中,傳統的結構設計途徑很多。可以通過多、高層結構三維空間分析程序來進行。某些工程師習慣設置抗震強。這樣不僅在底層框架的承受能力上沒有得到真實反映。在剛度比上也不能滿足。這個情況的癥結在于結構概念設計沒有在不同的結構體系的不同之處著想。而且,對計算機的過度依賴也會造成一定的后果。如果沒有能及時地發現計算機結論的錯誤,那么還不如不用計算機程序來進行設計。否則,發生事故是遲早的問題。結構設計中經常會碰到這樣的問題。例如在傳統結構設計中,對結構抗力的關注度很高。要對其進行提高,就需要相應地提高混凝土等級、配筋量。這就造成工程的成本提高。工程師在這方面的注意力只在于不超過最大配筋率。往往就造成肥梁、深基礎。與我們要的良好的經濟性、適用性結果不符。概念設計能很好地解決這個問題。概念設計的優點不僅在于提供設計的新思路,也能夠一定程度地避免舊的設計理念的干擾。
三、概念設計的問題
雖然概念設計在我國的應用越來越廣泛,這一設計理念也在工程師的設計之間經常見到。但是,在我國的高校相關專業科目的教學中,在力學概念的教授方面還比較片面。大多數比較重視單獨構件和孤立分體系的學習。特別是在高校的專業課中,教師的講課內容多是圍繞單項計算進行。在綜合練習的方面比較不足,這對于學生在整體上對設計進行把握不利。而且,教師的這種教學理念通過考試等方式的結合,深深地融入到學生的學習中,讓其對這樣的思維方式進行強化。久而久之,學生就會變得只會在解題的時候將公式帶入進行計算,而不知道為什么。隨著計算機網絡的普及,畢業設計也過于依賴計算機。計算機對設計思路的屏蔽,讓學生在手算方面顯得更加不足。這樣的教學就會造成學生的實際操作能力下降,對概念的理解和把握不足。這些將會成為工程師的學生的設計思路會因此受到影響。
四、建議和意見
人們對建筑設計的要求越來越高,因此設計也要進行創新。建筑架構設計應該建立在計算機的良好運用的基礎上,還要結合概念設計,將結構設計進行優化。環保、優質建材的使用,只是建筑結構設計的一部分。最重要的是對概念設計的理解。通過對結構設計的創新,才能夠將建筑設計的創新和發展進行得更加順利。所以,可以說,推廣概念設計,將其深刻的進行理解,是工程師的首要任務。結合教育機構對于教材和教學方式的改革,將概念設計在學生時代就進行培養,對于我國的建筑結構設計方面的進步非常重要。
關鍵詞:概念設計;結構設計;原則
所謂概念設計,一般指不經數值計算,尤其在一些難以做出精確理性分析時,依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法,可以在建筑設計方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算,具有較好的經濟可靠性能。
1概念設計的重要性
強調概念設計的重要,主要因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性,比如對混凝土結構設計,內力計算是基于彈性理論的計算方法,而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法,這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態差之甚遠,為了彌補這類計算理論的缺陷,或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計,都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。概念設計的重要,還在于在方案初步設計階段,初步設計過程是不能借助于計算機來實現的,它需要綜合運用結構概念,選擇效果最好、造價最低的結構方案。
綜上所述,做好結構概念設計是做好結構設計的前提,也是工程設計方法發展的必然趨勢。基于建筑結構的復雜多樣性,結構的概念設計也存在著廣闊的空間。
2.結構概念設計需遵循的原則
(1)全面綜合考慮原則。結構概念設計時,首先要對其所設計工程的各個方面做全面的考慮,包括建筑、結構和施工等方面。建筑方面要考慮空間、尺度等使用要求,采光、通風、防火等功能要求,美學、風格等美觀要求;結構方面要考慮結構整體和關鍵部位受力的合理性,主要構件連接的牢固性,所選擇結構體系的可靠性、經濟性,以及材料在長期使用環境下的耐久性;施工方面要考慮取材的方便與否,成型的可能,以及做法的合理性。做好上述考慮,就為做好結構概念設計奠定了基礎。
(2)合理受力原則。概念設計是要正確運用力學原理處理結構的一般受力分析問題。結構的構造做法必須與結構的受力分析一致:①從受力和變形看,均勻受力優于集中受力,多跨連續優于單跨簡支,剛性連接優于鉸連接,空間作用優于平面作用,超靜定的受力體系優于靜定的受力體系。傳力簡捷比傳力曲折好,要避免不明確的受力狀態;要盡可能利用結構的對稱性、剛度的相對性、變形的連續性和協調性,既要分析各部分構件的直接受力狀態,還要分析整體結構的受力狀態,要抓住主要的受力狀態和變形,忽略次要的受力狀態和變形;②從抗力和材料看,要盡可能選用以軸向受力為主的受力狀態,盡可能增加結構和構件的截面慣性距和抗彎剛度、抗剪剛度,合理的選用材料和構件的截面;③從構件自身看,混凝土構件要避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋和混凝土的粘結破壞先于構件自身破壞,以避免造成脆性失效;構件間和連接應使節點和預埋件的破壞不先于其連接件以便充分發揮構件自身的作用。
(3)減輕自重原則。結構所承受的荷載有兩種,豎向荷載和水平荷載。豎向荷載的85%以上是建筑自重,水平荷載中的地震作用與建筑物自重直接相關。減輕自重不僅可以減輕結構承受的荷載,而且可以降低工程造價、加快施工速度。減輕自重可采取以下措施:①采用輕質高強材料;②采取高效能的結構型式;③選擇優越的結構體系;④選擇合理的結構。
(4)優化選型原則。根據環境、建筑功能選擇適合的結構體系,如框架結構、剪力墻結構、框剪結構等。在滿足使用要求的前提下優化結構布置,平立面宜規則、對稱,具有良好的整體性,豎向除規整外側向剛度宜均勻變化,自下而上逐漸減小,避免突變。
(5)空間作用原則。建筑物本身是一個空間結構,平時為了結構設計計算工作的簡化,將它分解成各種平面受力狀態進行量化分析,在結構概念設計是考慮建筑物內各部分結構的空間作用,實際上是還原到他本來的結構面貌。
3.概念設計在建筑結構設計中的應用
運用概念性近似估算方法,可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇,同時也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
比如,有的設計人員用多、高層結構三維空間分析程序來計算底層框架,還人為的布置一些抗震墻,既不能滿足樓層間的合理剛度比,也不能正確地反映底層框架在地震時受力狀態。問題在于結構概念不明確,沒考慮這兩種結構體系的差異。軟件的選擇和使用不當,造成危害是不容忽視的。
運用概念設計的思想,也使得結構設計的思路得到了拓寬。傳統的結構計算理論的研究和結構設計似乎只關注如何提高結構抗力,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價越來越高。結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。以抗震設計為例,一般是根據初定的尺寸、混凝土等級算出結構的剛度,再由結構剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結構剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結構的剛度,反而使地震作用效應增強。其實,為什么不考慮降低作用效應呢?目前在抗震設計中,隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層;加設消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個“反擺”,地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應。合理設計可降低地震作用效應達60%,提高建筑物的抗震安全性。
4.概念設計在建筑結構中的意義
(1)概念設計體現了設計的創新性。由于傳統的設計方法需要通過設計師查找手冊、計算機程序等進行循規蹈矩的方式進行,從而缺少設計風格以及創新性。而使用概念設計可以允許工程師在設計過程中根據自己的經驗以及理論知識,同時結合概念設計的新方法以及新思路得出具有合理性以及一定創新性的設計。
(2)概念設計可以有效地提升工程師的設計能力。概念設計允許工程師在遵循一定要求的條件下進行一定程度的發揮,從而可以有效地解決設計中存在的問題。同時通過概念設計中的正確理念與原則的指引,便于工程師從根源查找問題,從而使得計算計算結果更為準確。
(3)概念設計可以優化設計結果。采用概念設計方案可以在方案的對比中選擇出更加優秀的設計方案,這種優選方案不僅體現了方案的可靠性與經濟性,同時也有效地避免了設計后期出現的繁瑣計算。
5.結語
在結構概念設計時掌握好以上原則和方法,就能為結構設計勾勒出正確的方向,從而做出在結構上安全經濟、在建筑上美觀的結構設計。概念設計是結構設計的核心和靈魂,它統領結構設計的全過程。作為一名結構設計工程師應該注重提高概念設計的能力,才能將結構設計做得更好。
參考文獻:
[1]方鄂華.高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計[M].北京:機械工業出版社,2004.