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    建筑結構概念設計精選(九篇)

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    建筑結構概念設計

    第1篇:建筑結構概念設計范文

    關鍵詞:建筑結構概念設計

    中圖分類號:TU3文獻標識碼: A 文章編號:

    一、概念設計的地位

    整個建筑結構設計的概念設計的過程中可能會產生巨大的影響,以獲得最佳的設計方案,必須把握正確的概念設計概念。建設的制度設計的初始階段,一般不能結合使用的電腦,以確定最終方案,結構設計的概念下的結構設計理念,綜合考慮各方面因素,選擇能滿足的潛在需求,并確保建設項目的社會和經濟福利計劃的管理結構。從圖中可以看出,概念設計在建筑結構設計工作中占據著重要的地位,結構設計師應該不斷地學習和更新自己的設計知識構成,并進一步了解每種類型的結構特點和性能,并能同意靈活的協調種類型之間的關系。與使用相結合的設計理念的概念的近似估計的形式,可以縮短設計的初始階段,比較和選擇的時間不同結構體系的想法。結構設計有一個清晰的思路,準確的定性,在后期的設計,你不需要再繁瑣的計算,該計劃的整體效果是非常出色的。在同一時間,結構設計師可以正確地確定使用的計算機的內部力分析的數據與預期的精度。概念設計在建筑結構設計中使用,以避免有效的結構形式不合理,能迅速消除所有隱藏的安全造成影響的建設。

    二、案例分析

    隨著建筑設計行業設計周期遭到不斷的壓縮,對所謂高效率的設計更是無止境的追求。迫使一些參加工作時間不長的結構設計人員便要獨立完成一個項目從方案到施工圖的設計。而在計算機硬件、軟件高度發達的今天,結構設計的計算程序化程度也愈發提高。不少的計算軟件往往號稱能給出一個精確的計算結果,并且與規范條文一一對應,可操作性強,這使得對結構設計人員不合理的時間要求也似乎變成了可能。而對于工作時間不長的設計人員,工程經驗是極度缺乏的,甚至對規范學習也未曾深入了解,概念設計這一原則和思想自然也未建立起來,這就使得他們更多的只能依賴于結構設計程序和對規范條文的生搬硬套。但這樣的設計其可能導致的后果也是難以預料的。下面將以一個簡單的工程實例來加以說明。

    某工程為十三層辦公樓,建筑物總高度為62.3 m,其中首層高7.2 m,二層高5. 6 m,其余樓層高4.5m,采用框架—剪力墻結構。建筑方案由某建筑事務所負責設計。因為受建筑使用功能布置以及立面效果的限制,電梯井剪力墻只能集中偏置于一側。而由于結構剛度的需要,電梯井這部分的剪力墻不能減少,由此所帶來的最直接問題就是結構的扭轉效應過大該如何解決,結構設計人員想到的解決辦法理所當然的就是在建筑平面的另一側增設剪力墻。而且,基本的結構概念告訴我們,剪力墻越靠近建筑平面的外側其效果自然也會越明顯。結構設計人員正是憑著這一思路,在方案設計階段先后提出了以下兩個結構平面布置方案( 見圖 1,圖 2) 。

    圖1方案一

    圖2方案二

    其中,方案一是結構設計人員在剛拿到建筑平面方案后,聽取了建筑師簡單的介紹和要求,然后經過試算后提出的結構柱網。若僅看計算程序的輸出結果,包括結構的周期、周期比、位移角、位移比、層剛度比、剪重比、有效質量系數等等所有規范條文所提及的設計參數均能滿足要求。但是,只要我們稍加思考便能發現方案一有一個極大缺陷,而且是安全隱患。那就是左側的剪力墻集中的設置在①軸樓梯平臺端部,只有兩片小墻肢設在②軸,而整個樓梯間只有兩根梁和樓層位于同一標高與樓層相接,根據結構概念,當整個結構受到水平地震作用時根本無法通過樓板有效的將其傳到①軸的剪力墻上。然而,從該片剪力墻的計算結果卻可看到,它承擔了很大一部分的水平地震作用。說明其計算結果與實際受力情況并不相符。

    為了解決方案一的缺陷,結構設計人員克服溝通上的困難,多次主動與國外建筑師進行了的溝通協商達至妥協,在盡可能少影響建筑平面使用功能以及立面效果的前提下,并經過反復的試算,

    最終提出了方案二的結構柱網。其主要處理思路按以下幾個方面進行: 1) 減少①軸上剪力墻的剛度。在滿足基本的豎向承載力需求前提下,把該部分剪力墻截面盡可能做小,以減少它對結構所提供的不真實抗扭剛度,計算時按異形柱錄入,計算結果顯示其所分配到的水平力大幅降低,符合設計設想的效果; 2) 首層在②軸交軸 ~軸處增加兩小片剪力墻,提高結構抗扭剛度同時解決因首層層高過高而相對剛度較弱的問題; 3) 把②軸上原有的兩片剪力墻加厚加長,并在二層~三層軸~軸及軸~軸間增設鋼骨混凝土斜向支撐,以保證結構所受的水平力能有效傳遞并分配到抗側力構件上。在采取了上述的處理方法后,計算結果均能滿足規范的要求,所得到的結果也能符合實際預期。

    三、結束語

    從上述簡單的案例我們可知,若能在形成建筑方案的最初階段,建筑師和結構設計人員經過討論協商,把建筑的不規則性控制得盡量的少,那是最理想的。但是,作為結構設計人員,除了應該更主動與建筑專業加強溝通外,不能把設計過程中遇到的種種困難全都歸結到建筑專業上。而且我們也不能不加思索地去采用計算程序得出的所有結果,否則其后果將會如一些美國專家學者所警告的:“誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是一個時間問題。”而概念設計的原則、思想就是避免導致這種惡果的最有效方法。另外規范所給出的準則便是使概念設計這一原則、思想的具體化,它應當成為結構設計人員實際工作的指引、依據,我們對這些準則要知其然以及知其所以然,切忌一知半解而盲目做設計。所以,培養自身概念設計這一重要思想,使它很好的貫徹在實際設計的全過程,應當成為每個結構設計人員的一個既定目標。

    我們可以遵循以下兩個方面去達至這一目標:

    (一)必須懂得歸納總結。

    因為從概念設計的定義中我們便可以知道,其本身是離不開對過去工程經驗、教訓的總結,對于工作時間不長、實際設計工程經驗不太多的結構設計人員,就應該多學習前人的經驗、經典案例,尤其是規范,不單是表面條文,應盡可能深入了解其內涵及其制定的背景和出發點,并在實際工程中好好的體會、積累,切莫急于求成。

    第2篇:建筑結構概念設計范文

    1概念設計的重要性

    概念設計是展現先進設計思想的關鍵,一個結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計,并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系。一般認為,概念設計做得好的結構工程師,隨著他的不懈追求,其結構概念將隨他的年齡與實踐的增長而越來越豐富,設計成果也越來越創新、完善。遺憾的是,隨著社會分工的細化,大部分結構工程師只會依賴規范、設計手冊、計算機程序做習慣性傳統設計,缺乏創新,更不愿(不敢)創新,有的甚至拒絕對新技術、新工藝的采納(害怕承擔創新的責任)。大部分工程師在一體化計算機結構程序設計全面應用的今天,對計算機結果明顯不合理、甚至錯誤而不能及時發現。隨著年齡的增長 ,導致他們在大學學的那些孤立的概念都被逐漸忘卻,更談不上設計成果的不斷創新。

    強調概念設計的重要,主要還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。同時計算機結果的高精度特點,往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解,結構工程師只有加強結構概念的培養,才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。

    概念設計之所以重要,還在于在方案設計階段,初步設計過程是不能借助于計算機來實現的。這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念,選擇效果最好、造價最低的結構方案,為此,需要工程師不斷地豐富自己的結構概念,深入、深刻了解各類結構的性能,并能有意識地、靈活地運用它們。

    2協同工作與結構體系

    協同工作的概念廣泛存在于工業產品的設計和制造中,對于任一個工業產品,我們均不希望其在遠未達到其設計壽命(負荷、功能)時,它的某些部件(或零件)即出現破壞。對于建筑結構,協同工作的概念即是要求結構內部的各個構件相互配合,共同工作。這不僅要求結構構件在承載能力極限狀態能共同受力,協同工作,同時達到極限狀態,還要求他們能有共同的耐久壽命。結構的協同工作表現在基礎與上部結構的關系上,必須視基礎與上部結構為一個有機的整體,不能把兩者割裂開來處理。舉例而言,對磚混結構 ,必須依靠圈梁和構造柱將上部結構與基礎連接成一個整體,而不能單純依靠基礎自身的剛度來抵御不均勻沉降,所有圈梁和構造柱的設置,都必須圍繞這個中心。

    對協同工作的理解,還在于當結構受力時,結構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。在多高層結構設計時,應盡可能避免短柱,其主要的目的是使同層各柱在相同的水平位移時,能同時達到最大承載能力,但隨著建筑物的高度與層數的加大,巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來越大,從而造成高層建筑的底部數層出現大量短柱,為了避免這種現象的出現,對于大截面柱,可以通過對柱截面開豎槽,使矩形柱成為田形柱,從而增大長細比,避免短柱的出現,這樣就能使同層的抗側力結構在相近的水平位移下,達到最大的水平承載力;而對于梁的跨高比的限制,一般還沒有充分認識到。實際上與長短柱混雜的效果一樣,長、短梁在同一榀框架中并存,也是極為不利的,短跨梁在水平力的作用下,剪力很大,梁端正、負彎矩也很大,其配筋全部由水平力決定,豎向荷載基本不起作用,甚至于梁端正彎矩鋼筋也會出現超筋現象,同時,由于梁的剪力增大,也會使支承柱的軸力大幅增大,這種設計是不符合協同工作原則的,同時,結構的造價必將會上升。多高層結構設計的主要目的即是為了抵抗水平力的作用,防止扭轉,為有效的抵抗水平力作用,平面上兩個正交方向的尺寸宜盡量接近,目的是保證這兩個方向上的“慣性矩”相等,以防止一個方向強度(穩定性)儲備太大,而另一個方向較弱,因此,抗側力結構(柱、剪力墻)宜設置在四周,以增大整體的抗側剛度及抗扭慣性矩,同時,應加大梁或樓層的剛度,使柱(或剪力墻)能承擔較大的整體彎矩,這就是“轉換層”的概念。防止扭轉的目的,是因為在扭轉發生時,各柱節點水平位移不等,距扭轉中心較遠的角柱剪力很大,而中柱剪力較小,破壞由外向里,先外后里。為防止扭轉,抗側力結構應對稱布置,宜設在結構兩端,緊靠四周設置,以增大抗扭慣性矩。因此,高層或超高層建筑中,盡管角柱軸壓比較小,但其在抗扭過程中作用卻很大(若角柱先壞,整個結構的扭轉剛度或強度下降,中柱必定依次破壞),同時,在水平力的作用下,角柱軸力的變化幅度也會很大,這樣勢必要求角柱有較大的變形能力。由于角柱的上述作用,角柱設計時在承載力和變形能力上都應有較多考慮,如加大配箍,采用密排箍筋柱、鋼管混凝土柱。

    目前,部分已建建筑在其四角設置巨型鋼管柱,從而極大地增強了角柱的強度和抗變形能力。在高層建筑結構設計中,柱軸壓比的限值已成為困擾結構工程師的實際問題,隨著建筑高度的增加,結構下部柱截面也越來越大,而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋,即使采用高強混凝土,柱截面也不會明顯降低。實際上,柱的軸壓比大小,直接反映了柱的塑性變形能力,而構件的變形能力會極大地影響結構的延性。混凝土基本理論指出:混凝土構件的曲率延性,即彎曲變形能力主要取決于截面的相對受壓區高度和受壓區邊緣混凝土的極限變形能力。相對受壓區高度主要取決于軸壓比、配筋等,混凝土的極限變形能力主要取決于箍筋的約束程度,即箍筋的形式和配箍特征值(λ=ρfyfc)。因此,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具有同樣的意義,因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值

    3協同工作與材料利用率

    協同工作設計的另一個目的,還在于對材料的充分利用。一般來講,材料利用率越高(即應力水平越高),該結構的協同工作程度也越高(從優化設計的角度,盡管結構性能最好的方案,不一定是材料利用率最高),尤其對我國這樣一個發展中國家,結構設計的目的即是花最少的錢,做最好的建筑,這就要求設計時對結構材料的充分利用,這從梁類構件的演變可以看出。矩形截面梁是最普通的受彎構件,它的材料利用率很低,原因有二:一方面是靠近中和軸的材料應力水平低,另一方面是梁的彎矩沿梁長一般是變化的,這樣對等截面梁來說,大部分區段,即使是拉、壓邊緣,其應力水平均較低。針對梁的這種受力特點,用結構概念分析,主要是因為梁截面存在應變梯度,只有當構件是軸心受力時,材料利用率才可能增大,于是就出現了平面桁架,平面桁架可以理解成“掏空”的梁――將梁中多余材料去除,既經濟,又降低自重;故桁架的上弦相應于梁的受壓邊,下弦相應于受拉鋼筋。規則桁架中腹桿的受力(拉、壓)與梁中主拉、壓應力方向一致,根據上述分析,還可以將桁架的外形設計為與彎矩圖相似的形狀,從而使桁架的弦桿受力均勻。由于桁架中大量存在壓桿,壓桿的強度往往由其穩定性決定,而不是由桿件截面材料強度決定,因此,在平面桁架的設計過程中,應設法降低壓桿的長細比。

    單純增大截面是下策,特別是上弦桿,應努力增加其平面外的剛度(有時上弦采用雙桿形成的復合壓桿),提供平面外約束(增加支撐),如果把這些平面外的支撐再連接成桁架,這樣就使平面桁架變為平面交叉桁架,最后發展為空間網架。空間網架的材料利用率高,應力水平高,故在大跨度、大空間結構中廣泛使用,但網架結構中仍然存在壓桿,壓桿(特別是鋼壓桿)的應力水平不可能太高(因為隨著跨度的增加,網架的高度增大,腹桿的長度將增大,同時節點距離的增大也導致弦桿長度的增大),這樣高強材料就不能使用。因此,努力減少或消除結構中的壓桿,就使我們找到了懸索結構,懸索結構中所有的“桿件”均為拉桿,這樣就使懸索結構中桿件的應力水平極高,材料利用率極大,高強材料得以充分利用,還可施加預應力。因而在超大跨度的結構中,懸索結構(或包括懸索結構的組合結構)是首選的結構類型。就混凝土基本理論的發展來看,也體現了使各種材料充分發揮性能,并相互協同工作的特點。林同炎教授認為:鋼筋混凝土與預應力混凝土之間的區別在于鋼筋混凝土是將混凝土與鋼筋兩者簡單地結合在一起,并讓他們自行地共同工作,預應力混凝土是將高強鋼筋與高強混凝土能動地結合在一起,使兩種材料均產生非常好的性能。反映了人們對混凝土中的協同工作認識和運用過程的加深。

    目前廣泛使用的鋼-混凝土結構 ,是將鋼結構與混凝土結構相互取長補短形成的一種新型的結構形成。尤其是鋼管混凝土,與預應力混凝土相似,更將這兩種材料能動地結合起來,實現了結構材料的又一次革命。鋼管混凝土的原理有二:1)借助鋼管對核心混凝土的約束,使核心混凝土有更高的強度和變形能力;2)核心混凝土又對鋼管壁的穩定提供了有效可靠的支撐。鋼管混凝土的極限承載力遠大于鋼管和核心混凝土兩者的承載力之和,約為兩者之和的17~2 0倍,其極限變形能力是普通鋼筋混凝土的幾倍甚至幾十倍,這是鋼材與混凝土的又一次理想結合。它的出現,使傳統意義上的受壓破壞特征由脆性變為延性,對結構抗震的延性設計意義巨大,也使超高層建筑底層柱的軸壓比限制問題迎刃而解。

    第3篇:建筑結構概念設計范文

    關鍵詞:建筑結構;設計;結構概念;探究

    中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:

    結構概念在建筑結構設計中的意義

    伴隨著我國經濟水平的不斷提高,基礎設施建設的不斷加大,人們在對高質量生活追求的同時也更加注重建筑結構的設計,這對建筑行業提出了更高的要求與挑戰。面對這一情況,結構概念的出現打破了傳統建筑結構設計中效率低下,建筑結構老舊,建筑整體一層不變的模式,從而提高了建筑結構設計工程師的能力,使其在進行建筑設計時設計出更多的創新結構,以此滿足人們的需求。

    (一)結構概念具有先進意義

    我國的建筑結構設計計算經歷了利用經驗進行估算、容許應力法、建筑極限狀態計算、直到現在普遍采用的概率極限狀態理論計算法的發展過程。但是概率雖然具有一定的科學先進性,但是在實際的建筑結構設計運算過程中,會出現一定的相似情況,只能看作是最為接近的極限狀態,這樣一來對于建筑真實的承載能力就很難進行有效的估算。

    同時建筑是一個三維空間結構,其中的構件是以相當復雜的方式進行相互的協同工作的,它們彼此之間具有極強的關聯性,不能脫離整體構件體系而單獨進行工作。同時整體結構體系與各個基本分體系之間都有著極為緊密的力學聯系,所以把結構概念應用到實際具體的建筑設計工程當中來,對調節構件之間的聯系,優化建筑結構起著積極促進的作用。

    (二)結構概念是決定建筑抗震性能的關鍵

    在傳統的建筑結構分析工作上,時常會出現因設計人員沒有將建筑結構的空間作用、建筑結構材料的非彈性性質以及時效性等多種關鍵因素進行充分考慮的情況,導致在進行建筑結構分析時存在著不準確性,影響建筑結構的抗震設計。所以說,建筑工程抗震的問題不能僅單單依靠計算設計來進行解決,必須在結構概念上找到立足點。因此將結構概念應用到實際的建筑結構分析中來,可以使建筑的抗震設計得到有效的加強,是對地震災害來臨時消散其能量的關鍵所在,避免了結構出現薄弱敏感的部位。

    結構概念在建筑結構設計中的應用

    (一)結構概念在拓寬設計思路中的應用

    傳統建筑設計在進行結構的計算理論研究和結構設計中,似乎只關注如何提高建筑的結構抗力,以至于在進行混凝土的施工時,其配比等級越來越高,鋼筋的配量越來越大,從而導致了工程建設的造價成本也越來越高,極大的降低了其經濟效益。而結構設計工程師也因此只注意不超過最大的鋼筋配比率,結果導致了肥梁、深基礎等現象隨處可見。

    在這里我們用建筑的抗震設計作為例子。傳統建筑在進行抗震設計時,一般是根據最初確定的結構尺寸以及混凝土的等級計算出建筑結構的剛度,然后再利用其數值計算出建筑最高承受的地震率,從而計算出建筑所用的鋼筋配比率。這樣為了抵御地震而進行建筑的鋼筋配比,增強建筑結構剛度的做法,反而增強了地震的作用效率。

    所以,只有將結構概念運用到實際的建筑抗震設計中,才有助于思路的拓寬,才能用科學的建筑結構來減小地震對建筑產生的作用效應,才能起到事半功倍的效果。

    (二)結構概念在建筑抗震設計中的應用

    為了保證在進行建筑結構設計時,建筑具有良好的抗震性能,將結構概念運用到實際設計工作中,可以從宏觀意義上有效的進行結構抗震性能的控制。而在其應用到抗震設計時要充分考慮到以下幾點因素:

    1、設計時進行對抗震有利的場地以及地基的選擇,從而避免地面變形造成的直接危害,采取有效措施來保證地基的相對穩定性。

    2、在進行合理的基礎建設設計時,同一個結構單元不應該設置在性質不相同的地基土之上,最好采用相同的基礎形式,以此在設計時最大限度的發揮出地基的潛力。

    3、選擇出合理的結構體系,抗側構件最好能做到均勻對稱,進行多道抗震防線的設置,避免出現局部薄弱的問題,導致在地震發生時其抗震設計沒有起到相應作用的情況發生。

    4、在進行各個構件的連接時,必須進行可靠的施工,來保證彼此之間的聯系,同時各個構件還應該具有必要的強度和變形的能力,從而加強整體建筑結構的抗震能力。

    5、盡量的減輕建筑自身結構的重量,減少對地基土產生的壓力,從而降低在發生地震災害時建筑受到地震能量的影響。

    結構概念應用到建筑設計中時的原則

    (一)對合理的結構方案進行選擇的原則

    在進行建筑的結構設計過程當中,設計人員必須要對整個設計方案進行基礎階段的構建,并且重視基礎階段對整個建筑結構的設計中起到的關鍵作用。這是因為,建筑結構方案的設計合理性直接影響到日后建筑施工的質量,對建筑能否以高質量竣工起著關鍵的決定作用。所以,一個成功的設計方案必須要根據建筑工程的實際情況和要求,制定出一個切實可行的結構設計體系,這樣才能保證建筑結構設計的合理性,提高建筑的質量,增加工程的經濟效益。所設計的結構體系中建筑的受力情況必須要明確,對承載力的傳遞要盡量簡潔,力求做到建筑平面和豎向的規則。所以說在將結構概念應用到建筑的結構設計中時,必須對工程的具體設計要求、周邊的地質條件、材料的選用和施工工藝等進行充分的了解,作出綜合分析以后,才能進行建構設計方案的確定。

    (二)對計算簡圖進行精選的原則

    將結構概念應用到建筑結構設計時,對計算簡圖的選擇必須要結合到工程建筑結構的實際要求中來進行選擇,要盡量選擇能明確進行結構表達、結構設計合理、經濟效益較高的計算結構簡圖,以此來保證建筑結構設計方案的確實可行。這是因為計算簡圖的正確選用,可以引導設計時正確的進行建筑的結構設計,并且在工程的實際施工環節里為施工提供保證,在整個工程中起著不可或缺的重要作用,最大程度保證了工程在施工時的效率,降低了施工的成本,增加了建筑工程的經濟效益。

    (三)對數據結果進行準確分析的原則

    在將結構概念應用到建筑結構設計中時,其數據結果的準確性是設計師進行建筑結構設計的根本依據,能正確引導設計師進行準確的建筑結構設計,所以在建筑設計環節中,必須要保證其運算結果數據的準確性。對此在進行了設計運算后,設計師都應該對其數據進行準確的驗算,并對最后結果進行詳細的比對分析,以探究其準確性與合理性,只有這樣才可以保障建筑結構設計方案,能對建筑的抗震、優化、創新發揮積極促進的作用,才能保證施工的順利進行,提高建筑工程的整體質量。

    總結

    結構概念運用到建筑結構設計中來,是建筑行業的一次革命性創舉,其作用是有目共睹的。而將結構概念應用到實際的建筑結構設計中時,設計師要正確了解結構概念的含義與重要性,遵守結構概念的應用原則,將結構概念確切實際的應用到最需要它的地方,這樣才能保證建筑結構設計的合理性,才能保證建筑的施工質量,才能積極推進建筑行業的發展,滿足社會和人民的需求。

    參考文獻:

    [1]楊向華.建筑結構設計中的結構概念應用[J].中國房地產業,2011,(7)

    [2]李濤.建筑結構設計探析[J].中國科技博覽,2011,(26)

    第4篇:建筑結構概念設計范文

    關鍵詞:建筑結構設計結構概念應用

    中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:

    隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高,對建筑結構設計也提出了更高的要求。發展先進計算理論,加強計算機的應用,加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用, 使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。其中,打破建筑結構設計中的墨守成規,充分發揮結構工程師的創新能力,是相當必要的。因為他們是結構設計革命的推動者和執行者。這則需要工程界和教育界進行共同的努力。推廣概念設計思想是一種有效的辦法。

    一、概念設計在建筑結構設計中的應用

    1、合理選擇利于建設的建筑場地

    建筑場地的選擇時設計的首要必經階段,一個合理的利于項目建設的場地對整個結構概念設計后期階段起到重要的作用。建筑場地的選擇首先應遵循這幾個基本要素:建筑退界、防護距離、防火間距、日照間距、防噪間距、建筑高度控制、通視要求、現有地形分析等。同時在建筑結構設計體系中,建設的場地應盡量選擇有利于抗震的地點,盡量避免在不利于抗震的危險地段建造建筑,如果實在無法避免,也應采取有效措施盡量減少和消除不利影響,一般在初步設計前就要進行勘探和選址。

    2、合理選擇建筑基礎

    完成建筑場地的選擇后,再根據不同建筑的地形特征和結構形式選擇合理的建筑基礎。一般常包括有樁基礎,箱形基礎和筏形基礎這三種建筑基礎形式。

    (1)樁地基:普遍應用于地質松軟并且負載較大的多層建筑結構。使用天然地基無法足夠承載時,而采用樁地基可將荷載由上部結構傳送到下部堅實的持力層。

    (2)箱形基礎。箱形基礎廣泛應用于高層建筑中,其整體剛度適當,可以將荷載通過上部結構均勻地傳至下部基礎中,從而使結構組成良好地得以嵌固,并且降低了箱基不均勻沉降的問題,增強了建筑物的抗震抗災承受力。

    (3)筏形基礎。該基礎適用于低承載力地基、大荷載上部結構的建筑工程。其特點是剛度大結構整體良好,可以將上部結構的超荷載有效地進行分散從而將基地的壓力有效的調整并解決不均勻沉降的問題。

    3、合理選擇結構規則和對稱的建筑主體

    主體建筑結構選擇必須合理、簡單和對稱,布局合理的結構可減小扭轉力,穩定非結構件工作狀態,降低耗材成本。通常建筑結構的對稱是指抗側力主體結構的對稱,可選擇較容易對稱的平面結構如簡體框架結構、剪力墻結構等。另外,建筑內結構的對稱亦需要結合建筑平面工程對其進行合理布置。實現結構基本對稱的方法可通過調整結構剛心、建筑物質心及平面形心的距離,使三者盡可能靠近。

    4、合理設計抗震抗災防線

    作為一個建筑最基本的要求就是必須具備良好的抗震和重力承載的能力。設計中應設計多道抗震防線避免和消耗地震發生時的破壞性。可以采用適當的控制結構動力來減輕建筑物受震動時破壞程度。若建筑結構遭受強烈震動的時候,通過贅余桿件的變形和屈服可以耗散地震的能量,同時可使贅余桿件停止工作從而將避開共振效應,使整個建筑結構過渡到另一種穩定的體系。

    5、合理選擇結構剛度

    設計中選擇的建筑結構必須具備一個適當合理的剛度,同時也是建筑結構設計中的不可忽略的指標之一。選擇合理的結構剛度,可加長結構的基本自振周期,從而減小地震作用的危害。合理的結構剛度,主體承受的水平力,傾覆彎矩,地基基礎負擔都能有效的減少,從而配置合理數量的建筑構造材料,減少耗材。同時,合理的主體結構剛度,可有效減少結構占用空間,提高建筑平面的利用率,做到既經濟又合理。

    6、合理選用計算簡圖

    計算簡圖是概念設計結構計算的基礎,選擇合理的計算簡圖可以保證建筑的安全和穩定,否則,不當的計算簡圖可能引發安全事故的隱患及發生。設計合理的計算簡圖的同時,設計師應同時提供構造措施進行相應的保證。

    二、概念設計中的結構措施

    協同工作與結構體系。對于建筑結構,協同工作的概念即是要求結構內部的各個構件相互配合,共同工作。這不僅要求結構構件在承載能力極限狀態能共同受力,協同工作,同時達到極限狀態,還要求他們能有共同的耐久壽命。結構的協同工作表現在基礎與上部結構的關系上,必須視基礎與上部結構為一個有機的整體,不能把兩者割裂開來處理。例如,對磚混結構,必須依靠圈粱和構造柱將上部結構與基礎連接成一個整體,而不能單純依靠基礎自身的剛度來抵御不均勻沉降,所有圈粱和構造柱的設置,都必須圍繞這個中心。

    對協同工作的理解,還在于當結構受力時,結構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。在多高層結構設計時,應盡可能避免短柱,其主要的目的是使同層各柱在相同的水平位移時,能同時達到最大承載能力,但隨著建筑物的高度與層數的增加,巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來越大,從而造成高層建筑的底部數層出現大量短拄,為了避免這種現象的出現,對于大截面柱,可以通過對柱截面開豎槽,使矩形柱成為田形柱,從而增大長細比,避免短柱的出現,這樣就能使同層的抗側力結構在相近的水平位移下,達到最大的水平承載力;而對于梁的跨高比的限制,一般還沒有充分認識到。實際上與長短柱混雜的效果一樣,長、短梁在同一榀框架中并存,也是極為不利的,短跨粱在水平力的作用下,剪力很大,梁端正、負彎矩也很大,其配筋全部由水平力決定,豎向荷載基本不起作用,甚至于粱端正彎矩鋼筋也會出現超筋現象?同時,由于梁的剪力增大,也會使支承柱的軸力大幅增大,這種設計是不符臺協同工作原則的,并使結構的造價上升。多高層結構設計的主要目的即是為了抵抗水平力的作用,防止扭轉,為有效的抵抗水平力作用,平面上2個正交方向的尺寸宜盡量接近,目的是保證這z個方向上的“慣性矩”相等,以防止1個方向強度(穩定性)儲備太大,而另一個方向較弱。因此,抗側力結構(柱、剪力墻)宜設置在四周,以增大整體的抗側剛度及抗扭慣性矩,同時,應加大梁或樓層的剛度,使柱(或剪力墻)能承擔較大的整體彎矩,這就是“轉換層”的概念。防止扭轉的目的,是因為在扭轉發生時,各柱節點水平位移不等,距扭轉中心較遠的角柱剪力很大,而中柱剪力較小,破壞由外向里,先外后里。為防止扭轉,抗側力結構應對稱布置,宜設在結構兩端,緊靠四周設置,以增大抗扭慣性矩。因此,高層或超高層建筑中,盡管角柱軸壓比較小,但其在抗扭過程中作用卻很大(若角柱先壞,整個結構的扭轉剛度或強度下降,中柱必定依次被破壞),同時,在水平力的作用下,角柱軸力的變化幅度也會很大,這樣勢必要求角柱有較大的變形能力。由于角柱的上述作用,角柱設計時在承載力和變形能力上都應有較多考慮,如加大配箍,采用密排箍筋柱、鋼管混凝土柱。目前,部分建筑在其四角設置巨型鋼管柱,從而極大地增強了角柱的強度和抗變形能力。在高層建筑結構設計中,柱軸壓比的限值已成為困擾結構工程師的實際問題,隨著建筑高度的增加,結構下部柱截面也越來越大,而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋,即使采用高強混凝土,柱截面也不會明顯降低。實際上,柱的軸壓比大小,直接反映了柱的塑性變形能力,而構件的變形能力會極大地影響結構的延性。混凝土基本理論指出:混凝土構件的曲率廷性,即彎曲變形能力主要取決于截面的相對受壓區高度和受壓區邊緣混凝土的極限變形能力。相對受壓區高度主要取決于軸壓比、配筋等,混凝土的極限變形能力主要取決于箍筋的約束程度,即箍筋的形式和配箍特征值。因此,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具有同樣的意義,因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值。

    總之,運用概念設計方法,可以在建筑設計的方案階段就迅速有效地對結構體系進行構思、比較與選擇,從而使方案概念清晰和定性正確,避免在后期設計階段出現一些不必要的繁瑣運算,具有良好的經濟性和可靠性,同時也可作為判斷計算機程序內力分析輸出數據是否可靠的主要依據。對于實際存在的大量無法計算的結構構件的設計,可以運用優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的,彌補現行結構設計理論與計算理論之間存在的某些缺陷或不可計算性。

    參考文獻:

    [1] 侯小紅.結構概念設計與結構措施[J]. 山西科技. 2008(06)

    [2] 楊名三.建筑結構設計中協同工作思想的認識[J]. 科技信息(科學教研). 2007(35)

    作者簡介:

    第5篇:建筑結構概念設計范文

    關鍵詞:建筑結構、概念設計、結構設計、設計原則

    現今的建筑結構中主要采用的還是傳統的結構設計方法,缺乏創新,然而要想取得快速的發展,就必須要融入新的理念――概念設計。有些設計人員雖然對概念設計的基本思想有一定的了解,但還是存在著偏差,沒有理解概念設計的本質。概念設計的應用范圍很廣,應用在建筑結構的設計中主要是對總體進行構思設計,這是計算機算代替不了的,因為即便計算得再準確,它畢竟是機器是靠程序來執行的,相對來說比較死板,而且不能對結構的總體進行構思。

    一、什么是概念設計

    概念是人對某種有代表性的事物或是形成的過程中所表現出來的特點的一種思維解釋。概念設計可以解釋為從需求入手經過一系列有序的設計而得到一個完整的產品或是總體的構思,總的來說就是一個全面而完整的過程。但是在不同的領域,概念設計又有不同的定義。

    在建筑領域中,概念設計是指根據一些力學的原理和實踐中得來的經驗從整體的角度來設計出對抗震有利的結構布置。在方案階段可以方便快捷地對總體結構進行比較,概念設計運用的是概念性近似計算,因此可以通過手算來做出選擇。概念設計是一種定性的設計,它選擇出的方案一般思路清晰,可靠性強。同時概念設計也可以作為判斷計算機分析出的數據準確性的依據,計算機的計算程序本身沒有什么問題,但是由于上機計算人員的人為因素可能就會造成計算結果出現差錯,而相對來說人工手算出現的誤差要小一些,因此對于計算機算出的數據必須要通過概念設計進行核對,這一步很關鍵,以免釀成大錯。

    二、建筑結構的概念設計與結構設計

    概念設計不同于結構設計,它是從豐富的實踐經驗中慢慢摸索出來的一種模式,概念設計是結合實際的建筑要求(包括功能要求,抗震要求等)由粗到細地進行定量設計的一種設計方法。而結構設計則是跟它相反的過程,結構設計是用結構語言來表達一些有用的東西,首先需要知道力學、數學等一些專業知識,然后依賴于計算機得到定量的數據,再根據這些數據對一些指標進行定性的設計,使其滿足建筑結構的要求。概念設計會影響到建筑物的總造價、施工進度等整體性問題,如果概念設計出了問題,會對以后的整個施工過程造成一定程度的影響。結構設計是通過定量計算選好結構體系后再對局部進行定性的分析,如果出現了問題,會影響到結構局部的安全性能。然而對于一個優質的工程項目來說,總體和局部的安全性和合理性都是同等重要的,所以概念設計和結構設計應該是相輔相成的關系,而不是對立的,只要二者兼顧才能設計出好的構思和方案。

    三、概念設計的重要性及意義

    隨著建筑行業的快速發展和人們對生活水平要求的不斷提高,工程師在工程結構設計上推出新的思路使建筑更加的安全、舒適、經濟就顯得十分必要。概念設計就是目前一種非常好的體現工程師創新能力的設計方法。一個結構工程師的工作主要是在一個給定的空間里運用整體的理念設計出總體的結構布局,并且還要處理好局部構件和總體結構的關系,優秀的設計都是有分體系有機地結合起來的。因此要求工程師要有很好的分體系的比較能力,而且還需要豐富的經驗,這樣才能做好概念設計,使設計的作品達到盡善盡美的水平。

    概念設計是整體性的設計,因此對于建筑的整個設計過程起著重要的作用。一個工程如果沒有經過總體的概念設計,即使分體系設計得再好,計算得再準確,也不能把他們有機地結合在一起成為完美的設計。現在的很多建筑都要求具有優良的抗震能力,所以設計人員應該及早進入概念設計階段,設計的內容包括選擇提高抗震性能的方案、加強抗扭剛度的措施、設計延展結構等,采用二道防線設計來實現設防要求。

    概念設計的重要性還體現在可以彌補一些計算理論的缺陷。目前使用的結構設計理論和計算理論都存在著缺陷,可能使計算結果和結構實際的受力情況不符,因而為了能夠實現對無法進行計算的構件的設計,彌補計算上的缺陷,都可以用概念設計和結構措施來完成,因此概念設計具有計算機不可替代的功能,

    概念設計是一種發展的趨勢也是必然的產物,現在的建筑行業競爭非常激烈,傳統性的設計理念和方法終將被社會所淘汰,概念設計會影響建筑結構整體的可行性和合理性,因此通過概念設計產生的造價低、性能好、舒適度高的建筑方案才會成為業主的新寵兒。

    四、概念設計的設計原則

    1制定適合的設計方案

    在制定設計方案時,應綜合考慮到施工地的地質條件、載荷的分布及周圍建筑物的影響等因素,使得設計的方案能最大程度發揮地基的潛能。在勘探地質時要寫出詳盡的地質勘查報告,沒有報告的要進行現場實地的考察。

    2.結構的合理性和整體性

    概念設計要設計一個合理的結構體系,在受到載荷作用時受力明確,而且有簡捷直接的傳力途徑,這樣有利于建立結構計算模型。建筑平面內部結構和豎向結構應規則、均勻,使地震應力能快速地傳遞,平面規則使質量與剛度之間分布協調,豎向規則避免傳力途徑和剛度發生改變有過大的外長和內收。結構平面的兩個主軸要用一定的剛度和抗扭轉剛度的能力,抗震和抵抗扭轉振動的能力。同一結構單元不適宜混用不同類型的結構體系。考慮到結構的整體性,內力計算模型的假設是樓蓋平面內具有無限大的剛度,所以在設計時就應滿足假設條件讓樓蓋平面內有足夠大的剛度,并且豎向的結構連接緊密,保證梁板和柱墻能相互協調地工作。

    3謹慎選用計算簡圖

    結構計算離不開計算簡圖,如果計算簡圖使用的不謹慎,不合理往往會導致安全事故的發生。因此要保證結構的安全性不受到威脅,合理謹慎的選用計算簡圖十分重要。此外,計算簡圖還需要配有相應合理的構造措施。實際結構與計算簡圖的誤差應控制在設計允許的范圍之內。

    4認真分析結果

    目前的建筑結構設計中計算機使用的非常普遍,而由于處理問題時可選用的軟件種類繁多,不同的軟件內部的程序算法不同,所以使用起來可能會得到不同的結果。因此設計師應該先了解每種軟件的適用范圍和技術特點,然后再根據實際情況合理選用進行輔助設計。在使用計算機時,還可能出現由于人工輸入有誤或是軟件自身存在缺陷等問題而使計算結果錯誤,這時就要求結構工程師對結果要進行認真的分析和校驗,同時也可適當結合設計師的的知識和經驗,最終做出一個合理的判斷。

    5合理采取構造措施

    要注意到結構構件應該具有適當的延性、剛度、承載力等性能。特別是耗能的構件要有較高的延性和剛度,耗能構件不宜選擇那些承受豎向載荷的構件。設計鋼筋的錨固長度應考慮溫度應力的影響,平面和豎向的布置要規則、均勻、對稱,抗震的房屋要設立多道抗震防線,并考慮內力重分布后也不能發生坍塌,加強薄弱的部位。

    五、結束語

    現如今為了順應時代的發展,概念設計的思想已經被越來越多的結構工程師所接受,而事實證明,概念設計在建筑結構的設計中確實起到了重要的作用。只有結構工程師不斷地創新,才能帶來結構設計的革命,推動結構設計的發展。同時概念設計的思想也對結構工程師提出了更高的要求,扎實地掌握基礎知識,充實結構概念,并積極地從實踐中總結經驗,這樣才能設計出更加完美的作品。

    參考文獻

    [1]丁亞紅等.建筑結構抗震概念設計探討.煤炭工程,2005(10)

    第6篇:建筑結構概念設計范文

    關鍵詞:高層建筑:結構分析:結構布置;概念設計

    中圖分類號:[TU208.3] 文獻標識碼:A 文章編號:

    引言

    所謂概念設計是指依據地震震害和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,不經數值計算而確定建筑結構的總體布置和抗震措施的宏觀控制,是一種區別于“數值設計”的設計

    過程。概念設計能力主要來自工程師本人所具有的設計經驗,包括力學知識、專業知識、對結構地震破壞機理的認識,對地震震害經驗教訓和試驗破壞現象認識的積累等。由于結構抗震設計中存在著許多不確定或不確知因素,加之抗震設計的復雜性,目前還不能完全依靠計算設計來確保結構安全可靠,很大程度上還要依賴概念設計,因此安全、合理而經濟的結構設計必須注重概念設計,運用“概念”(而不是只依賴計算)進行分析,作出判斷,采取相應措施。

    不論是建筑抗震設計規范(GB50011—2010),還是高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)在通讀其全部條文后深感對各種建筑結構的抗震設計尤其是高層建筑混凝土結構,抗震概念設計對結構的抗震性能起決定性作用,因此新規范(規程)均在相關條文中強調了建

    筑與結構概念設計的重要性,要求建筑師和結構工程師在高層建筑設計中應特別重視有關概念設計的條文規定。抗震規范中還將其列為強制性條文:即建筑結構設計應符合抗震概念設計的要求。

    1、抗震概念設計的一般原則

    需要強調的是設計不能陷入只憑計算的誤區,若結構嚴重不規則,整體性差,僅按目前的結構設計計算水平,是難以保證結構的抗震、抗風性能,尤其是抗震性能。因此,要求建筑師與結構工程師要共把好初步設計這一環節。關于高層建筑混凝土結構概念設計的一般原則和具體內容,高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)有關章節作了規定。

    (1)結構的簡單性,結構簡單是指結構在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑。建筑抗震設計規范(GB50011—2010)第3.5.2條終為強制性條文要求,“結構體系應有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。”只有結構簡單,才能夠對結構的計算模型、內力與位移分析,限制薄弱部位的出現易于把握,因而對結構抗震性能的估計也比較可靠。

    (2)結構的規則性和均勻,性建筑抗震設計規范(GB50011—2010)第3.4.2條要求,“建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則、對稱,并應具有良好的整體性;建筑的立面和豎向剖面布置宜規則,結構的側向剛度宜均勻變化,豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小,避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。”建筑平面比較規則,不應采用嚴重不規則的平面布置,對A級高度建筑宜平面簡單、規則、對稱、減小偏心;而對B

    級高度建筑則應簡單、規則、減小偏心。平面置均勻規則,使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞,并使質量分布與結構剛度分布協調,限制質量與剛度之間的偏心。結構布置均勻、建筑平面規則,有利于防止薄弱的子結構過早破壞、倒塌,使地震作用能在各子結構之間重分布,增加結構的贅余度數量,發揮整個結構耗散地震能量的用。沿建筑物豎向,建筑造型和結構布置比較均勻,避免剛度、承載力和傳力途徑的突變,以限制結構在豎向某一樓層或極少數幾個樓層出現敏感的薄弱部位。

    (3)結構的剛度和抗震能力水平地震作用是雙向的,結構布置應使結構能抵抗任意方向的地震作用。通常,可使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力,結構的抗震能力則是結構強度及延性的綜合反映。結構剛度的選擇既要減少地震作用效應又要注意控制結構變形的增大,過大的變形會產生重力二階效應,導致結構破壞、失穩。結構應其有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉振動的能力,現有的抗震設計計算中不考慮地震地面運動的扭轉分量,在抗震概念設計中應注意提高結構的抗扭剛度和抵抗扭轉振動的能力。

    (4)結構的整體性在高層建筑結構中,樓蓋對于結構的整體性起到非常重要的作用,樓蓋相當于水平隔板,它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力子結構,而且要求這些子結構能協同承受地震作用,特別是當豎向抗側力子結構布置不均勻或布置復雜或抗側力子結構水平變形特征不同時,整個結構就要依靠樓蓋使抗側力子結構能協同工作。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的平面內剛度和內力,并與豎向子結構有效連接,當結構空曠、平面狹長、平面凹凸不規則,樓蓋開大洞口時更應特別注意,設計中不能錯誤認為,在多遇地震作用

    計算中考慮了樓板平面內彈性變形影響后,就可以削弱樓蓋體系。

    例1地震區的底框房屋設計時應注意到上下是兩類受力性質截然不同的結構,極限變形能力相差懸殊。在小震作用下是上部磚房起控制作用,當處于彈性階段時,驗算的重點是磚墻部分;當磚墻開裂時,驗算的重點是框架部分。另一方面還要注意底框房屋其側向變形協調是靠樓板有足夠的水平剛度來實現的。因此,底層樓板不僅需要現澆來達到其應有的水平剛度,且還需要有一定的厚度。

    例2 某地區地震,一幢15層的中央銀行大廈其平面布置圖見圖l,結構嚴重破壞。分析其結構體系,存在許多概念設計的錯誤。平面、立面布置嚴重不均勻、不連續等,地震時產生較大的偏心轉效應,最終導致柱子嚴重開裂,鋼筋被壓曲,電梯井、樓梯間也遭到嚴重

    破壞。

    圖l 某銀行大廈其平面布置圖

    例3 一個典型的例子是著名結構設計大師林同炎于1963年在尼加拉瓜首都瑪那瓜市設計的美洲銀行大廈其平面布置圖見圖2。這幢樓的設計是林同樣運用概念設計思想的早期代表之作,堪稱概念設計之典范。在1972年南美洲尼加拉瓜首都馬那瓜市發生的強烈地震,多座樓房倒塌,而美洲銀行大廈雖位于震中,承受了比設計地震作用0.06 g大六倍的地震作用而未倒塌,墻體僅有很小裂縫。該建筑由四個柔性筒組成,對稱地由連梁連接起來,在風荷載和多遇地震作用下,結構表現為剛性體系,在大震作用下,通過連梁的屈服,四個柔性筒相對獨立,成為具有延性的結構體系,結構的地震作用明顯減小,由于結構對稱布置,防止了明顯的扭轉效應。

    圖2美洲銀行大廈其平面布置圖

    2優化準則其保證措施

    考慮地震作用時必須充分領會和靈活運用抗震概念設計的優化準則和采取相應的構造措施。

    (1)優化準則“強節弱桿”——防止節點破壞先于構件;“強柱弱梁”—防止桿系發生樓層傾移破壞機制,要求柱的抗彎能力高于梁的抗彎能力;“強剪弱彎”—防止構件剪力破壞,要求桿件的受剪承載力高于受彎承載力;“強壓弱拉”——對桿件截面而言,為避免桿件在彎曲時發生受壓區混凝土破裂的脆性破壞,使受拉區鋼筋承載力低于受壓區混凝土受壓承載力。

    (2)保證措施 保證措施有兩個方面:一是調整或限制構件的荷載效應,二是強制規定必要的構造措施。這兩個方面在高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)有詳細的規定,有的則是以強制性條文提出嚴格要求。如:高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)中第6.3.2條的第l點限制梁端截面混凝土受壓區高度與有效高度之比,就是保證梁的變形能力,而它又決定于梁端塑性轉動量,而塑性轉動量又與截面混凝土受壓區的相對高度密切相關;試驗研究結果表明要使鋼筋混凝土梁的位移延性系數達到3~4,混凝土受壓區相對高度必須控制在0.25~0.35。又如:對鋼筋混凝土桿件而言,桿件截面的平均剪應力過高,都會降低箍筋的抗剪效果,平均剪應力較小時,可以避免出現剪切破壞,所以建筑抗震設計規范(GB50011.2010)中第6.2.9條規定鋼筋混凝土結構的梁、柱、抗震墻和連梁的

    截面組合剪力設計值應符合下式要求:

    總之,高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)中許多條文以及強制性條文都是與這

    “四強四弱”密切相關,因此,必須在充分理解規范、規程中的具體條文的基礎上加以運用相應的構造措施。

    3 結論

    本文僅對高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)和建筑抗震設計規范(GB50011—2010)中有關加強概念設計的部分內容加以理解和研究。作為土木工程技術人員在高層建

    筑的研究和工程設計中,應從整體宏觀的觀點出發,在設計的整個過程中更好地運用概念設計,綜合處理好建筑功能、技術、藝術、安全可靠性和經濟合理等幾方面內容,從而創造出更加安全、適用、經濟美觀的高層建筑。

    參考文獻

    第7篇:建筑結構概念設計范文

    關鍵詞:高層建筑結構概念設計

    0 前言

    近些年來,建筑業有了突飛猛進的發展,城市建設的發展中,高層建筑越來越廣泛地應用,在不斷的結構設計研究與實踐中,人們積累了大量的實踐經驗。計算機技術的迅猛發展,為結構設計提供了快速、準確的設計計算工具。然而有很多設計還存在諸多缺陷,主要原因就是在總體方案和構造措施上未采用正確的構思,即未進行概念設計所致。所謂概念設計就是運用人的思維和判斷力,在設計前期從宏觀上決定結構設計的基本問題。一般指不經數值計算,是從結構概念入手,依據整體結構體系與結構子體系之間的力學關系、相對剛度關系、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,從整體角度來確定建筑結構的總體布置和結構措施。

    一概念設計的意義

    由于結構方案設計階段,是不需要借助于計算機來實現的,這就需要我們綜合運用其掌握的結構概念,能做到結構功能與外部條件一致,充分展現先進的設計,發揮結構的功能并取得與經濟性的協調。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、有效的對結構體系進行構思、比較與選擇。所得設計方案往往概念清晰、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。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。

    二 做好概念設計因思考的問題

    1 結構方案要根據建筑使用功能、房屋高度、地理環境、施工技術條件和材料供應情況、有無抗震設防, 選擇合理的結構類型。

    2 分析結構破壞的機制和過程, 以加強結構的關鍵部位和薄弱環節。

    3 分析豎向荷載、風荷載及地震作用對不同結構體系的受力特點及傳遞途徑。

    4 注意非結構構件對主體結構抗震產生的有力和不利影響, 協調布置, 并保證與主體結構連接構造的可靠性。

    5 承載力和剛度在平面內及沿高度盡量均勻分布,避免突變和應力集中, 有利于防止薄弱的子結構過早破壞、倒塌, 使地震作用能在各子結構之間重分布, 充分發揮整個結構耗散地震能量的作用。

    6 抗震房屋應設計成具有高延性的耗能結構, 并具有多道防線。

    7 預估和控制各類結構及構件塑性鉸區可能出現的部位和范圍。

    8 掌握各類結構材料的特性及其受溫度變化的影響。

    三 結構體系設計

    1 結構形式與特點

    高層建筑對內部空間的要求,因其使用性質和功能不同,建筑平面布置也就隨之變化。小空間平面布置方案僅適用于住宅及旅館;辦公室要求大小空間兼有;餐廳、商場、展覽廳等,則要求有能靈活分隔的大空間;舞廳,宴會廳和報告廳等,又要求內部為無柱大空間。隨著結構技術的發展, 一些較新穎結構體系的運用,如懸挑、懸掛、巨型等結構,為滿足各種使用功能要求創造了有利的條件。

    懸挑結構:體型獨特,外觀新穎,在建筑藝術上有特色,加之外柱截面很小,四周開敞,很受建筑師的歡迎。其特點是圍繞核心筒在各個方面作出懸挑,由核心承受所有的荷載,圍繞核心筒可以創造出沒有任何垂直支撐的平面形式,這使室內空間的使用更加方便、靈活。但這種結構類型建筑體型上大下小,形成了上層質量大、剛度大,而下層質量小、剛度小的不合理分布,因而上部樓層產生很大的水平作用使底部中央筒體受力很大,使用時要慎重對待。

    懸掛結構:是指采用吊桿將高樓各層樓蓋分段懸掛在主構架上所構成的結構體系。主框架與矩形框架相類似,承擔全部側向和豎向荷載,并將它直接傳至基礎。除主框架落地外,其余部分均從上面吊掛, 可以不落地。

    矩型結構:一般有矩形框架結構和矩形桁架結構。矩形框架結構由樓、電梯井組成大尺寸箱形截面矩形柱,有時也可以是大截面實體柱,每隔若干層設置一道1-2層樓高的矩形梁。它們組成剛度極大的矩形框架,是承受主要的水平力和豎向荷載的一級結構。上下層矩形框架梁之間的樓層梁柱組成二級結構,其荷載直接傳遞到一級結構上,其自身承受的荷載較小,構件截面較小,增加了建筑結構布置的靈活性和有效使用面積。緊靠上層矩形梁的樓層,甚至可以不設柱,形成較大空間,以滿足建筑需要。矩形桁架結構以大截面的豎桿和斜桿組成懸臂桁架,主要承受水平和豎向荷載。樓層豎向荷載通過樓蓋、梁和柱傳遞到桁架的主要桿件上。因此,矩形結構亦被稱為“超級框架結構”。

    2 結構平面設計原則

    在水平荷載作用下結構側移已成為高層建筑設計中的關鍵控制因素,如何在滿足相關要求的前提下選擇更好的抗側力體系成了結構工程師追求的重大目標。建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式,并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響,還必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載。在地震作用下,建筑平面要力求簡單規則,風荷載作用下則可適當放寬。因為結構整體彎曲變形所引起的側移與結構體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關系,所以不宜建造寬度很小的建筑物。一般應將結構的高寬比H /B控制在5-6以下, 當設防烈度在8度以上時,H /B限制應更嚴格一些。另外,建筑平面的長寬比也不宜過大,一般宜小于6,以避免兩端相距太遠,振動不同步,產生扭轉等復雜的振動,而使結構受到損害。在規則平面中,如果結構平面剛度不對稱,仍然會產生扭轉。所以,對任何平面形式的高層建筑來說,其抗側力結構的布置原則都是盡量使平面的質量中心接近于抗側力結構的剛度中心。因此,簡潔、規整、均勻對稱的平面設計,對于合理布置抗側力結構是有利的。由于質量分布很難做到均勻對稱,在結構布置時,除要求各向對稱外,還最好能具有較大的抗扭剛度,在滿足建筑功能的條件下,把抗測力構件從中心布置和分散布置,改為沿建筑周邊或四個角上布置,就大大提高結構的抗扭能力。

    3 選擇合理結構布置, 協調建筑與結構的關系

    高層建筑結構體系確定之后,結構布置的合理與否很大程度影響著建筑的使用,結構的經濟性和施工的合理性,特別是地震區會影響結構的抗震性能,結構布置不當,常常造成薄弱環節,引起震害。在高層建筑的設計中,結構布置一般應考慮以下幾點:

    (1)高層建筑控制位移是主要矛盾,除應從平面體型和立面變化等面考慮提高結構的總體剛度以減少結構的位移。在結構布置時,應加強結構的整體性及剛度,加強構件的連接,使結構各部分以最有效的方式共同作用;加強基礎的整體性,以減少由于基礎平移或扭轉對結構的側移影響,同時應注意加強結構的薄弱部位和應力復雜部位的強度。此外增強結構整體寬度也可減少側向位移,在其它條件不變時,變形與寬度的三次方成正比。因此,宜對建筑物的高寬比加以限制,體型扁而重的建筑是不合適的,宜采用剛度較大的平面形狀,如方形、接近方形的矩形、圓形、Y形和#形等塔式建筑,即把使用要求及建筑體型多樣化和結構的要求有機地結合起來,又可形成側向穩定的體系。

    (2)在地震區為了減少地震作用對建筑結構的整體和局部的不利影響,如扭轉和應力集中效應,建筑平面形狀宜規正,避免過大的外伸或內收,沿高度的層間剛度和層間屈服強度的分部要均勻,主要抗側力豎向構件,其截面尺寸、砼強度等級和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內,應糾正“增加構件強度總是有利無害”的非抗震設計概念,在設計和施工中不宜盲目改變砼強度等級和鋼筋等級以及配筋量。簡單地說就是使結構各部分剛度對稱均勻,各結構單元的平面形狀應力求簡單規則,立面體型應避免伸出和收進,避免結構垂直方向剛度突變等。平面的長寬比不宜過大,以避免兩端相距太遠,振動不同步,應使荷載合力作用線通過結構剛度中心,以減少扭轉的影響。尤其是布置樓電梯間時不宜設在平面凹角部位或端部角區,它對結構剛度的對稱性有顯著的影響。

    (3)應滿足建筑功能要求,做到經濟合理,便于施工。建筑物的開間、進深、層高、層數等平面關系和體型除滿足使用要求外,還應盡量減少類型,盡可能統一柱網布置和層高,重復使用標準層。

    第8篇:建筑結構概念設計范文

    摘要: 筆者對概念設計的有關內容進行了陳述,還分析了概念設計對建筑結構設計的重要性及其應用,為提高建筑結構設計水平提供參考。

    Abstract: The author expounded the relevant contents of the conceptual design, and also analyzed the importance of the conceptual design for building structure design and its application, to provide reference for improving the design level of the building structure.

    關鍵詞 : 概念設計;建筑結構;優化設計

    Key words: conceptual design;building structure;optimal design

    中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A

    文章編號:1006-4311(2015)06-0104-02

    0 引言

    建筑結構設計中應用概念設計是最新推出的一種建筑結構設計理念,由建筑結構設計通過理性的分析和感性的規劃進行的綜合運用,在建筑設計行業中運用概念設計,能夠幫助設計師正確、合理地處理在建筑結構設計中可能會遇到的具體問題。越來越多的建筑設計師采用概念設計理念完成了眾多的成功建筑案例,概念設計的理念被我國的建筑設計行業廣泛地應用,特別是在智能建筑、高層建筑等要求高的建筑設計中發揮著巨大的作用。

    1 概念設計及其重要性

    簡單說來,所謂概念是指你方案的根本出發點——比如你是要看場地內部的樹或者外圍的景色,或者其他的想法。設計的深入就是通過建筑的手法把概念實現和貫徹出來,特別是那些難以做出精確分析,并且難于規范的結構體系,是從工程經驗中獲得的一些宏觀可行的設計角度。你想要的空間就是通過建筑的設計來體現的;所有的外觀和細部的創意都是為了體現你的概念。從整體的角度來確定建筑結構的總體布局和設計重點,并能得出估算值,與實際相差不遠,所得方案具有一定的經濟可靠性,但又避免了繁瑣的計算。

    所謂概念設計指的是一個由粗到精、由模糊到清晰、由具體到抽象的不斷提高和優化的過程。也就是在進行設計的過程中,以設計概念為主線,從而對全部的設計過程進行貫穿,整個設計過程較為完全、全面。同時通過設計概念,有效將設計者的瞬間思維、感性認識兩者結合,使其統一上升至理性思維后完成設計。

    2 建筑結構總體概念設計

    2.1 建筑結構的對稱性的重要性

    高層建筑體系中,對稱性主要是指抗側力主體結構對稱,在平面設計中。一般比較容易實現平面設計中簡體框架結構、框架結構和剪力墻結構的對稱。而在豎向結構布置中,無論是那些幾何圖形還是樓層剛度的相關的變化,對稱性都應該是立面設計中最值得考慮的問題。不對稱的布置會產生剛度以及強度上的突變,使得豎向的應力集中或者是變形集中,從而導致建筑在中小型地震中遭到了損壞、而在大震時就會面臨倒塌的嚴重后果。對于L型、T型、S型等不對稱的平面復雜結構,主要取決于建筑功能和設計風格和方向,但這種結構內部結構的基本對稱也是可以實現的,結構工程師會對這樣的平面做合理的結構布置。設計結構的不對稱除了引起變形不利于抗力承重以外,也容易造成材料浪費,成本增加。在水平荷載作用下結構側移已成為高層建筑設計中的關鍵控制因素,建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式,并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響,還必須考慮有利于抵抗能力和豎向荷載,在地震作用下,建筑平面要力求簡單規則。風荷載作用下則可適當放寬,因為結構整體彎曲變形所引起的側移與結構體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關系,所以不宜建筑寬度很小的建筑物。

    2.2 合理的建筑結構體系選擇

    ①概念設計應對建筑物結構體系有明確的簡圖和合理的抗震說明。②設計應對整體抗震能力和重力荷載有一定承載能力和防御能力,不能因為部分結構的破壞而影響整體結構。③結構體系宜具有合理的剛度。主體抗側力結構的剛度合理是高層建筑結構設計的重要指標之一。1)主體抗側力結構剛度過大,結構的基本自振周期縮短,地震作用加大,結構承受的水平力,傾覆彎矩加大,地基基礎的負擔加大,此時結構的截面和相應的構造配筋增加較大,不經濟。2)主體抗側力結構剛度過大,勢必造成結構所占的面積,空間加大,影響建筑作用,降低建筑平面利用系數,不合理。

    3 建筑結構的簡化計算

    3.1 科學選用結構方案 科學的結構方案包含結構體系以及結構形式的合理性,要確定結構體系的整體布置、抗震節點設計等。在設計時,建筑師對建筑體要求,材料,結構特征以及地質條件施工技術等做整體評估,并同施工方和業主方協商,簡化計算,確定結構,擬定策略,方案結構的初選是概念設計的必選之路,也是切實可行的最簡單快捷的方法。

    3.2 使結構設計經濟合理 住宅建筑越來越商品化,作為投資方總是希望利潤最大化。由此在結構設計時不僅要滿足“規范化計算”,而且還要在安全、符合現行國家規范前提下,從各個環節進行優化設計,多個方案做比較,使最終的成品要安全可靠、經濟合理,節能節材,降低造價。概念設計通過對高層建筑簡化計算,先確定主體抗側力結構并合理規劃樓層結構和截面,再通過電算對概念設計進行深化和精確,這樣不僅能節省電算時間,結果也比較準確,從而使結構設計更加經濟合理。

    3.3 確保計算結果的準確性 現代基本上采用計算機軟件設計建筑結構,這樣的設計軟件較多,往往各類軟件計算的結果存在一定差異。因此,設計師不能太依賴軟件,而應從實際出發,并根據自己多年的經驗,對數據進行具體分析,并嚴格按照制度進行。

    4 概念設計在建筑結構設計中的應用

    4.1 平面設計 平面設計總圖用來正確確定臨時建筑及其他設施位置,以及修建工地運輸道路和解決排水等所需的資料;一切已有和擬建的地下、地上管道位置。用來決定原有管道的利用或拆除以及新管線的敷設與其他工程的關系,并注意不能在擬建管道的位置上搭設臨時建筑。

    4.2 剖面設計 建筑剖面設計主要解決層高 (凈高)、室內外高差、垂直交通(樓梯的豎向布置)這三個問題。是建筑師對建筑物內部的處理,結構工程師能夠在剖面圖中得到更為準確的層高信息及局部地方的高低變化,剖面信息直接決定了剖切處梁相對于樓面標高的下沉或抬起,又或是錯層梁,或有夾層梁,短柱等,對剖面的設計能直觀的反應設計要點。

    4.3 建筑基礎設計 建筑基礎設計不僅與地基相互作用,也牽涉到上部結構的穩定性。要考慮到地區的原始材料,如氣候問題,交通、公共排水溝,易燃易爆妨礙人體健康的設施布置等。也要考慮到建筑地域的豎向資料和土方平衡,用來解決水、點管線的布置和土方的填挖,取土、棄土位置,還要考慮到樓層材料和承重力,控制高低層的沉降差很重要,地基沉降量不能過大,過深。依附于天然地基的建筑,低層一般采用雙向條形或單獨地基,若高低層不分開,應確保地基條件好,或者直接采用樁基,地下室有直通要求或上部結構層數差別大,必須做成整體基礎就可采用這種形式。通往地下車庫的通道應平行于外壁,便于鋪設防水層,也能保證高層建筑的整體連接。

    5 結束語

    總而言之,概念設計是建筑結構設計中不可或缺的一部分,建筑設計人員在進行結構設計時,應該重視相關結構的概念設計,而不是僅僅依靠先進的計算機技術來進行設計,充分利用自身的設計經驗和實踐實際,不斷提升自身的設計專業技能,才能不斷提高概念設計的水平,從而提升建筑結構設計的品質。

    參考文獻:

    [1]牛慧娟,馬小龍.淺議建筑結構設計中的概念設計[J].內江科技,2008(02).

    第9篇:建筑結構概念設計范文

    廣而言之,概念設計,就是以人的構思為主體的設計。這種設計不需要經過計算機來進行精確的數據計算,而是由建筑設計人員依據自己的工作經驗以及對整體結構布局的了解和判斷,來對建筑的設計方案進行正確的構思。從宏觀上來決定需要建造建筑的結構等基本問題。每一件設計作品的任何環節都離不開概念設計的指導,不管是整體部分的大方向,還是關鍵部分的精細部分。不管科學技術如何突飛猛進地發展,設計始終是一件以人的思維為主題的事情,計算機技術再高端也只是人類制造出來按照一定的模式計算的工具,永遠不能取代人的思維在設計中起到的掌控大局,指領方向的作用。一件好的設計作品,必須得有正確的概念設計來引導方向。這樣才能避免由于自身經驗不足或誤判而產生的不符合客觀事實的建筑設計作品。進而產生出考慮周到,結構設計合理,外形美觀,富于美學效果的優秀作品。

    二、概念設計的一般原則

    1選擇合適的基礎方案

    對于一件建筑設計作品來說,方案的敲定對最終成品的影響非常之大。建筑基礎選型設計不僅關系到住戶的生活體驗感受,更會影響到住戶的人身安全。在許多建筑工程中,一些建筑的結構與所處的地基條件非常不協調,有些建筑上部體積非常大,但是基座僅有幾根柱子作為支撐,這樣的建筑不僅在美學上不具有美學效應,而且連基本的安全保障都不能提供。因此,建筑設計人員和施工人員在進行建造之前,就應該調查分析好各方面的環境因素,調查地質條件,結合實踐工作經驗,依據經濟適用性,美觀性,安全性等性能方面認真設計選定最終的設計,正確掌控建造大局。

    2合理選擇結構方案

    在開始建造建筑之前,要對工程的各方面條件因素都進行調查分析,如用戶對工程的要求,周邊環境,建筑材料的購買運輸等情況。并充分考慮到建筑的供水供暖供電等硬件設施的供應情況,這此基礎上,對多個設計方案進行比較,擇優而選,敲定該工程的結構方案。

    3選用恰當的計算簡圖

    計算簡圖與實際結構之間不可避免地會存在一些誤差,只要這些誤差在允許的范圍之內,就可以使用。計算簡圖的選用關系重大。許多建筑結構安全事故的發生在很大比例上是由于選用的計算簡圖出現了問題。因此,選用恰當的計算簡圖,才能保證建筑結構的安全。

    4正確分析計算結果

    在計算機技術被廣泛應用的今天,建筑結構設計已經不再是僅靠人工完成設計部分了,很多時候是采用各種軟件來進行設計,設計師在利用設計軟件來輔助設計時,很可能會因為軟件程序等多方面的問題而導致設計出來的結構不是十分精確,因而導致錯誤的計算結果,誤用計算機可能導致一個災難性的結果。所以建筑設計師們不能一味地相信計算機計算出來的結果,應該根據自身的工作實踐經驗,認真分析結果,慎重作出正確的判斷。

    5采取相應的構造措施建筑的結構構造直接影響到工程的質量安全,在設計過程中,應多方面考慮到建筑物使用的舒適性,安全性,耐久性和經濟性,采取相應的構造措施,加強薄弱環節,綜合考慮防震防火等因素,牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”原則。爭取設計出構造優良的建筑工程。

    三、建筑結構的抗震概念設計

    會給人們生命財產安全帶來嚴重危害的地震是很難預知和不可避免的,而建造在地面上的建筑會在發生地震的第一時間受到破壞性的影響,如果建筑抗震能力不強,則可能在瞬間倒塌,帶來不可預知的嚴重后果。因此,建筑設計師在設計房屋建筑時,必須將建筑的抗震概念設計考慮進去,這樣才能減少地震引起的房屋倒塌給人們帶來的人身安全問題。一般而言,建筑的整體結構中有敏感薄弱的部位,也有堅固抗震的部位,當地震來時,外界的作用力會作用到建筑上,如果僅集中作用在建筑敏感薄弱的位置,則很可能將建筑結構損壞,甚至瞬間使之倒塌。為了使建筑物在地震中能具有較強的抗震能力,設計師會通過精心的結構計算和構件設計使建筑物的整個結構在地震中都能分散能量,而不是使能量僅作用于薄弱部位,這樣才能使建筑物在遭遇罕見地震時不至于結構破壞而倒塌。建筑物的抗震概念設計應依據以下原則:

    1、結構簡單。當地震來時,建筑房屋應具有直接和明確的傳力途徑,這樣會使得建筑設計過程中容易找到建筑的薄弱部位,也利于結構的分析計算。

    2、結構規則而均勻。建筑物的結構規則均勻時,所承載的力量也會分布較均勻,傳力途徑突變概率會較小,這樣的建筑抗震能力也較大,安全性較強。

    3、結構的剛度和整體性。地震的作用力方向是不規則的,它可能從任意方向傳來能量,這就需要建筑物能在水平豎直各個方位都具有承載一定作用力的能力。結構設計時選擇合適的剛度和保證結構的整體性可以有效減少地震帶來的破壞。

    四、總結

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