论文发表 | 论文范文 | 公文范文
最新公告:目前,本站已经取得了出版物经营许可证 、音像制品许可证,协助杂志社进行初步审稿、征稿工作。咨询:400-675-1600
您现在的位置: 新晨范文网 >> 设计论文 >> 概念设计论文 >> 正文

概念设计中的应用7篇

定制服务

定制原创材料,由写作老师24小时内创作完成,仅供客户你一人参考学习,无后顾之忧。

发表论文

根据客户的需要,将论文发表在指定类别的期刊,只收50%定金,确定发表通过后再付余款。

加入会员

申请成为本站会员,可以享受经理回访等更17项优惠服务,更可以固定你喜欢的写作老师。

(一)

一、延性在构件中的体现

在同一地震作用下,不同结构体系及结构的不同部位都有不同的延性要求,重点部位往往是设计中理想首先屈服的部位,如梁端、柱脚、剪力墙根部、剪力墙连梁、消能支撑等构件。

1.梁柱的延性要求

在地震作用下,框架梁是框架结构的主要耗能构件,要实现结构整体屈服机制,梁特别是梁的塑性铰区务必要保证有足够的延性。结构设计中,“强柱弱梁”保证了塑性铰出现在梁端而不在柱端,可以使结构在破坏前有较大的变形,吸收和耗散较多的地震能量。基于剪切破坏属脆性破坏,延性小且耗能差,在梁的设计中“强剪弱弯”实现弯曲破坏,避免了剪切破坏。抗震规范6.2.2和6.2.4分别对梁端内力做了相应调整,控制梁的混凝土受压区高度,旨在提高梁的延性,增强抗震能力。抗震规范中通过限制柱的轴压比和内力调整,并配以构造措施以实现延性框架的目的。

2.剪力墙的延性要求

整体屈服机制使得延性抗震墙一般控制在其底部,即在计算嵌固端以上一定高度范围内屈服、出现塑性铰。工程师在结构设计时,常将剪力墙底部可能出现塑性铰的高度范围作为底部加强部位,提高其受剪承载力,加强其抗震构造措施,使其具有更大的弹塑性变现能力,从而提高整个结构的抗地震倒塌能力。对较长抗震墙,工程上为提高其的延性,将墙体进行分段,且分段后的各墙段总高度与墙宽之比不宜小于3。另外,在剪力墙的设计中采用以一定间隔沿竖向设置许多缝,这样可以把普通剪力墙所具有的“强而脆”的性能变成“强度略低但能产生大变形,且有较大延性”的性能。在正常状态下它的刚度大,而在地震时刚度迅速降低,大大减小了建筑物地震作用效应。

3.“短构件”的延性要求

在工程结构设计中,人们往往忌讳短构件,因为它容易形成剪切破坏即脆性破坏,但短构件作为一种受力构件,在实际工程中又常常出现。为此结构工程师提出了人为削弱抗弯强度的方法,可以在构件中利用开缝将短构件变为长构件。分体构件的各分肢独立配筋,在之间设置一些连接键以增强初期刚度和后期耗能能力。

二、结语

结构设计的宗旨是在满足建筑使用的需求前提下保证结构的安全,同时又要尽量达到经济合理。要达到这些目的,除了把握结构中最基本要素“力”这一概念,还要探究结构设计中最内在的因素。抗震设计中“大震不倒”要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的限值,也就是说加强结构延性是防止结构在大震下倒塌的性能设计。只有把作用在结构上的外因(“力”)和反应在结构上的内果(延性)综合考虑、统筹结合,并在具体工程中加以灵活运用,才能使结构设计从必然王国进入自由王国。

作者:李靓单位:重庆交通大学土木建筑学院

(二)

一、概念设计在建筑结构设计中的重要性及应用

1.1概念设计在结构设计中的重要性

概念设计对建筑结构设计来说相当重要,它给结构设计师带来了创造灵感,给结构设计带来了新活力,提高了结构设计水平,下面我们就来具体了解一下它的重要性。

(1)概念设计改变了计算机设计中的不足之处。在建筑结构设计方案的设计过程中,计算机设计有一定的局限性,它不能够完成方案的初步设计。在结构设计中,计算机技术得到了广泛的应用,但是计算机设计容易给设计师一种错觉,会使设计师感觉计算机程序的应用非常简单,从而过分的依赖计算机软件,减少了结构概念的学习,自身的设计能力逐渐下降。有些设计师就习惯将分析程序用到设计过程中,却不知计算机设计是把双刃剑,如果选择正确的软件会提高设计效率,一旦选择了错误的软件就会导致结构设计出现问题,这种潜在的问题会随着时间的增加而突显出来。为了弥补计算机设计的不足之处,就需要应用到概念设计,设计师需要加强结构概念的学习,做到清楚的掌握有关结构概念,并且根据所学的内容去选择最佳结构方案。

(2)概念设计使结构设计更加完美。结构概念是设计师必须掌握的,它能够带给设计师清晰的思路和全新的灵感,在保证正确设计原则的前提下,避免了定性错误、概念混乱等问题。另外,在发现技术问题时,如果能够将概念设计完全掌握,就可以对问题进行原因分析,从而及时的解决有关问题。在现行的《建筑结构设计统一标准》中,就提到了概念理论,制定了以它为基础的结构极限状态设计准则,相对比以往的设计方法,这种方法更具先进性,使结构设计方案更加科学、合理。总之,将概念设计应用到建筑结构设计中,提高了设计方案的可靠性,使设计成果更具创造性,结构设计方案更加完美。

1.2概念设计在结构设计中的具体应用

概念设计在建筑结构中的应用表现在很多方面,像抗震设计、方案选择、电算分析等环节,下面分别来了解一下概念设计在相关环节的应用。

(1)概念设计在抗震设计中的应用。在进行抗震设计时,我们大多是通过初定的尺寸及砼等级,来进行结构刚度的计算,然后再根据刚度推出地震力,最后再依据地震力算出配筋的数量。众所周知,地震力、配筋数量及结构刚度三者是成正比的,地震力越强大,配筋数量就越多,结构刚度也就越强。反之,配筋数量越多,结构刚度越强,地震力也会越强大。从这一关系中可以看出,用增加配筋数量的方法,反而起到了增强地震力的效果,不能算作一个好方法。而将概念设计思想运用到抗震设计中,就会是设计思路进一步拓展,它改变了传统单一的思考模式,采用了降低作用效应的新思路,为进一步提高抗震设计做出了贡献。例如隔震消能的方法,这种方法的研究就运用了概念设计思想,我们可以在基础和主体间设隔震层,或者在建筑顶端放置“反摆”,通过这些有效的措施来降低了地震力。

(2)概念设计在方案选择中的应用。在方案的选择中,要将概念设计思想运用其中,从而保证方案选择的合理性。在基础方案的选择中,我们应该综合地质条件、结构类型、荷载分布情况、施工条件等多方面因素进行考虑,从而选择出最佳基础方案。在基础设计过程中,也要用到概念设计思想,应依据地质勘察报告进行设计,倘若没有报告,要自己调查有关资料,明确建筑场地的地质情况等,只有具备足够的信息量才能使设计更准确,值得注意的是:在同一个结构单元中,不能够运用其它结构体系。另外,在设计中,应该充分的发挥地基的潜力,有必要的话还要进行变形验算。

(3)概念设计在电算分析中的应用。随着信息化时代的到来,计算机技术得到了更广泛的应用,建筑结构设计中也应用了计算机技术。虽说计算机设计给设计人员减轻了工作负担,但是由于多方面因素,计算机软件本身存在一定的问题,不同的软件情况也不相同。因此,通过计算机软件计算出来的结果会出现错误,倘若使用不同的软件,其计算结果也存在差异。针对这种情况,就需要将概念设计应用到电算分析中,在通过计算机软件得出结果后,结构设计师要凭借自身掌握的专业知识和多年的实践经验,来进行电算结果的判断,从而保证计算结果的准确性。

二、结束语

现代科技在不断进步,我国的建筑结构设计水平也需要不断提高,针对目前的结构设计状况,我们需要在结构设计中提高创新意识,使设计水平迈上一个新的台阶。为此,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。

作者:谢宝单位:泗阳县四维建筑设计有限公司

(三)

一、重要性分析

概念设计在当今飞速发展的建筑业中所起的作用日益明显,无论在设计者的施工图设计阶段或者在方案设计阶段,分析如下:

(1)施工图设计阶段,一个熟练掌握概念设计的设计者可以在结构设计中充分展现先进的抗震设计理念,既能使让结构体系满足抗震设防要求,又能使结构造价经济合理,在二者之间取得很好的平衡。这样的结构设计作品既满足业主对建筑造型奇特、体型新颖的要求,又能取得较好的经济性,具有很好的市场效应和社会效应。反过来说,如果设计者仅会死扣规范的数字指标,机械式采用计算机程序计算结果,从表面看其结构设计作品中多遇地震下的计算结果满足规范的指标要求,但结构中的某些构件的应力水平明显高于其他构件,在罕遇地震下,这些构件会首先屈服,严重时引起结构倒塌。所以需要概念设计与延性构造来弥补这些缺陷。

(2)方案设计阶段由于结构设计者要不进行计算机电算的前提下,为建筑设计者提供结构抗侧力构件的布置及配合建筑设计者进行建筑物平面尺寸、立面层高等参数确定,这样必然要求结构设计者熟练运用基本原理和方法进行概念设计。如果不能具备概念设计能力,不仅耽误了设计工期,而且由于方案设计阶段很多未知条件的不确定性和建筑方案会经常修改,导致结构设计者不能有效进行结构体系的比较与选择,容易给后期施工图设计带来大量的修改工作量。由此可见概念设计在方案设计阶段的重要性。

二、多层及高层建筑设计中的应用与分析

(1)概念设计在多层建筑设计中有很多具体的应用,例如,《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中的“强柱弱梁”就是概念设计的一部分内容,这个设计原则在实际工作中的体现如下例所示:某3层框架结构,使用功能为商场,建筑物平面尺寸为45x36m,层高均为4.5m,抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度0.10g,地震分组第三组,场地类别二类,修正后的基本风压0.32kN/m2,地面粗糙程度C类,周期折减系数0.85,框架抗震等级三级,建筑物短向布置四排框架柱,长向短向柱距均为9m,框架梁、柱混凝土强度等级为C30。框架梁截面尺寸300x800mm、250x800mm。经验算当底层框架柱截面尺寸为500x500mm时,底层中柱计算纵向钢筋单边最大配筋面积为900mm2,最大轴压比为0.74满足规范要求,上部结构的最大层间位移角、最大楼层位移比等数值满足规范限值要求。但从“强柱弱梁”的概念设计出发,图纸审查单位提出应将底层框架柱截面改为600x600mm,经验算后,上部结构的最大层间位移角、最大楼层位移比数值同样满足规范限值要求,且底层中柱计算纵向钢筋单边最大配筋面积为900mm2,最大轴压比为0.51,比第一次设计纵筋配筋面积基本不变,但最大轴压比下降了32%。轴压比下降意味着整个结构的抗震延性增强了,在罕遇地震作用下推迟了塑性铰在框架柱端部的发生,使得塑性铰首先出现在框架梁端部,这样就推迟了整个结构的倒塌时间,为受灾人群的逃离延长了宝贵的时间。

(2)高层建筑设计中概念设计的应用也很常见。在高层的初步方案设计时,剪力墙是主要的抗侧力构件,如何有效的进行剪力墙平面布置是需要概念设计的。如果没有概念设计的思路指引,只是一味的硬套规范条文或设计手册,所做剪力墙布置的容易存在缺陷,会为下一步设计带来很多麻烦。例如,某高层框架-剪力墙结构,平面呈一字型,第一次方案设计中剪力墙全部布置在中部的楼梯间,符合规范相应条文要求,后续进行的多遇地震下电算结果表明,结构的扭转位移比满足规范要求,但是扭转位移比数值比较接近规范最大限值。为了优化设计方案,遵循概念设计的原理,设计者对该方案进行部分调整,将中部楼梯间较长的剪力墙改为较短剪力墙,在四角处增加一片L形较短剪力墙,将四角中两角的框架柱去除,去除了该处房间中柱角,提高并完善了房间使用性。对第二个方案进行多遇地震下电算,结果表明:相对第一个方案,结构的各项指标依然满足规范要求,且扭转位移比数值下降了许多。这表明第二个方案的剪力墙平面布置更加合理,抗侧力构件的分布更加均匀,整个结构中剪力墙的应力水平比较接近,不易出现应力水平较高的构件。第一个方案在罕遇地震下,剪力墙易出现应力水平明显较高的构件,这些构件极容易屈服,第一道抗震防线剪力墙容易先退出工作,而后将会加大第二道抗震防线框架的负担,严重时会引起结构的倒塌。这样的方案就不能实现“大震不倒”的基本抗震设防要求。

三、结束语

结构概念设计不是反对进行大量高精度计算,而是要求在处理结构设计时:明确基本概念、选对结构体系、采用合理方案、对薄弱点采取加强措施、保证结构安全。结构设计应重概念轻精度,重视建筑与结构的总体布置,完善结构的细部构造。

作者:崔鹏翔单位:甘肃土木工程科学研究院

(四)

一、建筑结构设计中概念设计的应用

(一)合理选择建筑场地

合理选择建筑场地是进行工程施工设计时必须经历和首先考虑的阶段。一个合理的建筑施工场地对工程施工设计起到了基础性和决定性的作用。选择合理的建筑施工场地的过程中一般情况下都要考虑以下几个主要因素:防护距离、建筑退界以及日照间距。与此同时,在工程结构建筑设计的过程中,要充分地考虑抗震能力的因素,降低在危险区域进行施工建设。假如没有避免,应该结合一定的抗震预防措施,对抗震地点进行选址和分析,通常都是在初步设计中完成。

(二)按照工程施工现场具体情况选择建筑基础

合理选择建筑工程施工场地之后,再按照建筑工程地形特点和结构形式,选择合理的施工建筑基础。同时在图纸疏松荷载较大多层建筑结构中广泛使用桩筏基础。在天然地基中,桩筏基础还可以按照建筑上部结构传送到建筑下部持力层上,并且达到较为稳定和可靠的目的。箱型基础整体具有较为良好刚度,建筑荷载从上部结构均匀地传送到建筑工程下部结构中,进而确保建筑工程整体结构具有一定稳定性,降低箱型基础结构不均匀沉降的程度,进一步提高了建筑工程结构抗震能力,并且被高层建筑施工广泛应用。

(三)选择建筑主体结构

选择建筑主体结构按照合理和对称的原则,由于建筑结构合理的不均匀,可以降低扭转力,并使得非建筑结构构件维持稳定的工作状态,同时减少建筑材料的消耗。通常情况下,建筑结构对称性主要是以抗侧力能力工程结构主体为对称,如剪力墙结构。另外,建筑工程结构对称性的实现是通过平面施工工程按照规定的要求进行布置。在此状况下,实现建筑工程结构对称性方法有:建筑物质心、调整结构测心以及平面形心的距离。通过这样的方法的调整,实现建筑结构对称性原则。

(四)选择建筑结构刚度

建筑结构刚度是工程施工设计中最为重要的标准,因此必须在工程施工设计中合理地选择结构刚度。建筑刚度合理选择可以增长建筑结构自身抗震周期,进而减少由于发生地震灾害造成的生命和财产损害。同时,采用合理的建筑结构刚度不仅可以降低建筑材料消耗,还可以减少建筑结构对空间的占用率,进一步提高整个工程施工建筑平面的使用率,不断地达到合理设计的效果。

二、建筑结构设计中主要结构措施

(一)建筑结构体系和协同工作

协同工作概念在工业产品的制造和设计中广泛的应用,主要的含义是针对任意一个工业产品,在没有充分达到使用寿命规定的时间中,在生产过程中每一个结构构件倘若出现损害,都会造成机器的非正常运行。但是在工程建筑结构设计中,协同工作通常是指在工程建筑过程中每一个构件都可以发挥其自身作用,还会和工程建筑中其他结构构件相互配合。这不仅要求工程结构构件具有一定长的使用寿命,同时还需要构件所承受的荷载力保持一致,不能出现长期受力不均的现象。建筑工程结构协同工作中,应该正确处理上部结构和桩筏基础之间的关系,并有机结合在一起。例如建筑工程砖混施工中,这就需要依靠构造柱和钢圈之间形成一个统一的整体来预防自身刚度所带来的不均匀沉降的现象。当建筑结构受力时,在工程施工中每一个部件都可以达到较高的应力水平,并能设计出较为理想的运行状态。建筑工程进行多层结构设计时,尽量避免出现短柱现象,主要目的是为了提高在相同建筑平面中所承载的能力,在逐渐增加的高层建筑中,出现短柱现象日趋增多,为了降低这种状况,需要使同层结构的抗侧能力在相同的水平位置上发生位移现象。

(二)协同工作中建筑材料的利用率

在建筑结构设计中协同工作不但可以提高建筑结构的稳定性,同时还可以提高建筑材料利用率。通常可以理解为,建筑材料利用率越大,协同工作能力和结构稳定性越大。我国在建筑结构设计过程中,最根本的目标是要求用少量的投入获得最大的收益。因此,针对建筑材料使用是建筑结构设计中最根本的要求。例如在建筑结构设计中矩形截面是普遍存在的受压构件,矩形截面主要的构成材料在建筑结构设计中利用率过低,主要原因是:一是建筑工程施工中梁中轴周围建筑材料应力水平较低,还有一个原因是由于工程中梁的弯矩程度随着梁长的变化而不断的变化。针对等截面梁而言,在工程结构中绝大部分区域中应力较低。基于这种受力情况下,在建筑结构设计中采用概念设计结构进行分析研究,调整梁截面中应变梯度的变化,使得构件保持一定的轴心受力,才可以提高建筑材料的利用率。同时,通过一段时间的研究和探索,产生了平面桁架结构,平面桁架结构是将工程中多余的建筑材料去除,不仅可以节约成本,还可以减少建筑材料的自重。最后,协同工作的原则也是整体工作的原则。在概念设计日益应用的今天,要求建筑设计师应具备深厚的专业性基本理论基础,并可以不断吸取他人先进的设计理念和思想。

三、结语

综上所述,随着我国国民经济的发展和社会的不断进步,对建筑行业的要求不断提高。特别是在当今信息化社会发展的时代,要求建筑结构设计理念要有一定的创新性,确保建筑结构设计中概念设计的与时俱进,并进行深入的分析和研究,科学合理地应用现代化新型的建筑工程施工工艺和建筑材料,提高建筑结构设计的安全性、实用性以及经济性。因此,作为工程结构设计人员应该充分地利用自身的专业技能和专业知识,通过现代化工程设计理念,设计出具有先进性和创新性的建筑工程施工设计,进一步强化建筑结构设计中概念设计以及建筑结构措施的广泛推广和应用。

作者:郭峰梁利生单位:三门峡市建筑设计院有限责任公司三门峡市规划勘测设计院

(五)

一、概念设计在结构设计中的应用

1.1结构刚度的控制

结构概念设计的重要内容之一就是控制结构整体刚度和构件相对刚度的,结构刚度控制应贯穿于结构设计的全过程,结构中力的平衡、变形的协调以及由此产生的构件内力都是通过构件自身的线刚度,以及连接构件之间的相对刚度的大小来体现的;所以说在结构设计中对刚度理论的理解和科学运用,将直接关系到结构的安全和经济指标。为了使结构竖向刚度均匀变化,工程实践中往往沿竖向分段变化截面尺寸或者混凝土强度等级,若改变的次数过多,则不利于施工,若改变的次数太少,则容易产生较大的刚度突变,所以在实际工程中,沿竖向的刚度变化一般不超过4次,每次梁柱尺寸该变量为100~150mm,剪力墙厚度该变量为50mm,混凝土强度等级改变量为一个等级为宜;另外,构件截面尺寸的改变和混凝土强度等级的改变最好错层进行,尽量避免同层同时改变,最终确保竖向刚度均匀变化。为较精确的计算各抗侧力构件的内力,通常将楼面设计为刚度无穷大,从而保证结构的安全性;为抑制扭转效应,通常将结构两个主轴方向的侧向刚度协调均衡,使结构两向甚至多向的动力特性相近,最终使结构变形简单,较好地保证结构的安全;在平面刚度发生突变、产生薄弱部位的地方,在采用精确计算和多种构造措施都难于满足抗震、变形要求时,可通过合理地设置结构缝,从而解决平面刚度突变的问题。在剪力墙结构的设计过程中一般要设置连梁来连接剪力墙并在地震过程中耗能,其刚度不宜太大,否则难以实现强剪弱弯的要求。对于跨高比小的连梁,提高其延性可采取交叉配筋和菱形配筋等措施,设计成延性耗能连梁。混凝土结构中常用到填充墙,它的布置与否,布置的方式及位置,关系到结构的剪力分布甚至整个房屋的安全;填充墙的设置影响结构刚度,应合理布设填充墙,并考虑其对整体结构刚度的影响;《抗规》和《高规》阐明了关于填充墙的刚度贡献计算方法及构造措施。

1.2结构设计中的“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱杆件”

无数震害证明,框架结构的柱破坏了,其整个建筑物可能会倾覆倒塌,而梁破坏则仅是某个区域失效,因此在结构中柱比梁更加重要;“强柱弱梁”是指使框架结构塑性铰出现在梁端的设计理念,属于延性框架结构体系,其特点是框架梁先于框架柱屈服和破坏,梁作为第一道抗震防线而屈服和破坏来耗能,从而保护了第二道抗震防线—框架柱。同理,在框—剪结构和剪力墙结构中设计连梁,使连梁具有较好的延性,在地震过程中,连梁优先破坏和屈服,消耗吸收了地震能量,保护了主体结构。混凝土结构构件常见的破坏形式有弯曲破坏和剪切破坏,弯曲破坏是有前期预兆延性破坏,而剪切破坏是瞬时发生的,没有任何前兆,一旦发生,将是突然的,属于脆性的破坏。研究证明,脆性结构往往发生剪切破坏,抗力虽大,而耗能的能力不强;而延性结构往往发生弯曲破坏,却因可以吸收更多地震能量而有利于抵抗结构发生倒塌。“强剪弱弯”的实现就是通过增大剪力设计值等提高抗剪能力,使结构构件在地震作用下,优先发生弯曲破坏。大量震害表明,混凝土结构梁柱节点在地震中破坏的主要形式是节点核芯区剪切破坏和钢筋锚固破坏,严重的会引起整个框架倒塌;梁柱的交汇部分是节点,节点的失效表示与之相连的梁与柱同时失效。同时,混凝土构件中钢筋有可靠的锚固是钢筋屈服的先决条件,而且梁柱纵筋在节点区有可靠的锚固也是塑性铰形成的先决条件;因此,“强节点弱杆件”就是在结构设计过程中采取恰当的措施来提高节点的承载力,一般高于其连接构件的承载力,纵筋在梁柱节点区的锚固要可靠。

二、结语

在现代计算机技术快速发展的背景下,软件计算分析是现代结构设计的潮流趋势,提高了设计效率,然而“概念设计”是“计算设计”的基础,只有正确地理解和运用了概念设计,才能使结构工程师思路开阔,设计合理并富有创造性,更好地适应现代城市建设快速发展的要求。

作者:卢海林陈兴旺张伟朱松波乾超邦单位:武汉工程大学环境与城市建设学院

(六)

一、概念设计在建筑结构设计中的意义

(1)弥补设计理论和计算理论的缺陷

当前空间结构体系的设计理论和计算理论过于理想化和数据化,导致计算结果和实际数据之间存在很大的误差。运用概率极限状态理论可以有效避免误差的发生,从而对设计方案有了更多的选择和优化。概念意识高于规则和公式,它能够在计算分析的基础上,结合实际情况,得出较为精确的数据值。同时,概念设计的出现也促使结构设计师依赖于自己的思维和经验,而不是盲目遵从计算机的处理结果。概念设计的高度是把计算机处理当做工作,在计算机较为生硬、死板计算时较为灵活处理计算结果。

(2)概念设计的抗震作用

概念设计纠正了设计中的计算误区,通过思维判断结构的规则性和整体性能。运用传统的结构计算方式很难保证建筑的抗震、抗风性能。特别是现代建筑层数越来越高,构造越来越复杂,因此对结构抗震性能越来越强。而人们对地震结构的认知具有一定的局限性和模糊性,通过计算分析出来的数据也是具有偏差的,甚至随着材料不同、施工不同产生变异性,发生不可预想的后果。概念设计可以使整个建筑结构发挥耗散地震能量的作用,避免结构出现薄弱部位,因此在抗震结构中有着重要意义。

(3)发挥创造性思维

概念设计毕竟是思维的碰撞。现代建筑结构的分工也来越细、工艺越来越新,传统的结构设计工艺已经不能满足现在的要求。如果结构设计师还停留在依赖规范手册、计算机公式理论等做方案设计,只能在现代结构设计潮流中逐渐被淘汰。概念设计能够让结构设计师在各种实践中拓宽思路,发散思维,创造新的结构设计理念或设计方案。

二、结构概念的运用

在传统的结构计算过程中为了保证结构的承载能力,用加强混凝土的强度来增加结构的强度。混凝土的等级、配筋率成为保证结构抗力的主要方法,这种方式导致的主要后果是结构中的梁、柱等体积过于肥大、臃肿。反过来说可以降低地震作用,比如采用隔震消能的方式,在基础和主体之间设置消能装置,降低振动速度,减少建筑位移,能够有效阻止地震对于建筑的作用。结构概念设计拓宽了设计者们的眼界和思路,用科学的方法减小地震中的作用效应。建筑物的体型应该简单、规则、对称,并且确保刚度和质量上的分布均匀,最大限度预防局部出现刚性过大的问题,减少地震作用产生的变形、应力集中和扭转反应。简单对称的结构形式是抗震应力分析中容易做到的,而且其一致性使抗震效果得到最大的发挥。

三、结构概念设计的原则

(1)优化结构方案

不同的结构要求和建筑环境应该有不同的结构体系。一个合理的结构方案不仅使结构体系受力明确、传力简捷,还能降低结构费用。比如屋盖楼、墙柱结构是高层建筑结构的重要组成部分,在满足使用要求和建筑设计理念的前提下优化屋盖水平系统、墙柱竖向支承系统。在结构设计之前就该对工程的设计要求、地理环境、施工条件等因素做综合分析,根据环境、使用、荷载的实际情况选择合理的基本构建和承载结构。概念设计结合这些条件对结构体系进行清晰的定性,避免后期设计不必要的繁琐运算。

(2)抗侧力体系的有机结合

水平荷载和竖向荷载是结构的主要荷载形式。水平构件用于承担竖向荷载并传给竖向构件,直到传给基础水平与竖向构件一起承担水平荷载,从而形成抗侧力体系再传递给基础,且竖向构件的不同,其形成的抗侧力体系也不相同。在高层建筑结构中抗侧力问题突出。

(3)细部构造设计

概念设计中的非结构构件设置可能导致整个结构的抗震效果下降,在细部结构设计中防止非结构构件直接进入到抗震体系。概念设计大多在把握宏观设计的同时,还需要注重细部构造设计,比如在塑性都相同的情况下选择I级钢或者冷轧带肋钢时,因为冷轧带肋钢的极限抗拉力较大,可以选择冷轧带肋钢作为现浇板受力钢筋。

(4)设计多道抗震防线

概念设计在很大程度上决定了抗震设计的合理性和安全性。而抗震防线是概念设计中的抗震防线能够避免在部分结构或者构件在地震作用下使整个结构体系丧失抗震能力或中立荷载的承载能力。抗震防线使结构构件有较高的延性和刚度。在概念设计中常常设置多道抗震防线使建筑吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能。第二、三道防线能够在抗侧移构件在强烈地震袭击下遭到破坏后立即接应第一道防线,抵挡地震的冲击,保证建筑的安全。当建筑结构受到强烈震动时,可以利用赘余杆件的变形和屈服来耗散地震能量,同时还可以利用赘余杆件的退出工作使整个建筑结构过渡到另一种稳定体系,以避开共振效应。这种通过适当控制结构动力来减轻建筑物受震动时的破坏程度的方法是对付高烈度地震有效方法。

四、总结

概念设计在结构设计中发挥着重大作用,建筑结构设计师们应注重概念设计的运用,发现自己的创造性思维能力。在提升自身技术水平的同时,为我国建筑结构概念设计做出一份贡献。

作者:沈虹波单位:中国瑞林工程技术有限公司

(七)

一、概念设计在结构体系选择中的体现

高层建筑常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构和带转换层的高层建筑结构。每种结构体系都各有其优缺点。我们结构设计人员应根据建筑使用功能、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、地基情况、结构材料和施工技术条件等因素综合分析比较,选择适合的结构体系。比如,对于7度区一个八九层的商场或医院,可以采用框剪结构和框架结构。但如果在不影响建筑功能的前提下,采用框剪结构就比框架结构更合理。首先,框剪结构有两道抗震防线,可以提高建筑物的抗震性能,同时又可以减小框架柱断面,更方便使用。再比如,对于一个高层底商住宅楼,可以选择框剪结构和带转换层的高层结构,采用哪种结构形式,就需要设计人员根据甲方要求定夺,如果甲方以住宅使用功能为主,则选择带转换层结构比较合理,住宅内部无凸出墙面的梁柱,但是商场部分柱子的断面会较大。如果甲方以商场功能为主,则采用框剪结构比较合理,但住宅部分的使用功能就会受到一些影响。

二、概念设计在结构刚度布置中的体现

一个合理的工程应是刚度布置均匀,竖向抗侧力构件截面尺寸及材料强度自下而上均匀变化,逐渐减小。刚度布置分为平面刚度布置和竖向刚度布置。平面刚度布置不均匀时,结构的刚度中心与质量中心间距较大,在水平地震作用下容易产生扭转,因此在结构方案平面布置时应使结构抗侧力体系对称布置。比如对于钢筋混凝土楼梯电梯间墙体偏置于建筑物一侧时,应在其相对的另一侧布置剪力墙,使抗侧力构件均衡布置。同时由于建筑物的质量分布很难做到均匀,即使结构是对称的,地震时结构也可能出现扭转震动,因此,侧移刚度大的抗震墙应布置在建筑物周边,以提高结构的抗扭刚度。而竖向刚度不均匀时,在刚度突变的楼层处形成薄弱层,造成结构局部变形集中,从而加速结构的破坏,甚至倒塌。并且当结构上部刚度减小较快时,会形成地震反应的“鞭梢效应”,对抗震极为不利。

三、概念设计在结构延性中的体现

结构延性是指结构承受变形的能力。延性好的结构变形能力强,吸收与耗散地震力的能力大,同时结构还保持着相当的承载能力以承受竖向重力荷载,以保持结构不倒塌。提高结构延性最有效的办法是,有选择地重点提高结构中的重要构件以及某些构件中关键部位的延性。在设计时有意识地设置一系列有利的屈服区,使这些并不危险的部位首先形成塑性铰,将塑性铰控制在一些有利部位从而保护主要承重体系。同时结构中所形成的塑性铰越多,塑性变形发展的过程就越长。结构的塑性变形量越大,结构的延性就越好。提高结构的延性首先要提高结构中关键构件的延性,关键构件是指多道抗震防线的抗侧力体系中作为第一道防线的构件,比如框架—核心筒结构中的框架柱,框架—抗震墙结构中的抗震墙,筒中筒结构中的内筒。其次要提高结构中薄弱部位的延性,如带大底盘高层结构的主楼与裙房顶面相衔接的楼层构件,竖向不规则结构体型突变处的楼层构件。提高结构延性的措施有:减小竖向构件的轴压比;减小梁受压区高度;提高构件的受剪承载力,避免剪切破坏先于弯曲破坏;加强箍筋,避免混凝土的压溃先于纵筋的屈服等。

四、结语

总之,概念设计贯穿于结构设计的全过程,它不仅在结构设计初期、方案定案阶段起着重要的作用,同时也体现在结构计算过程中,在普遍用计算机进行辅助设计的今天,只有头脑中有概念设计的正确理念后,才能在计算机输入模型时,正确地填写各项参数,使计算假定与实际工程相符,才能对计算结果的合理性进行判断,同时概念设计也体现在结构的构造设计中,如构件尺寸的确定,轴压比,纵筋配筋率,箍筋配筋率,钢筋的直径间距等。一个合理的工程必然是强度、刚度和延性的均衡组合。这些都要从概念设计上考虑。在此基础上再结合准确的计算和构造措施,才能得到一个满意的工程。如果不重视概念设计而过分强调计算的准确性,对结构抗震不仅没有必要,而且还可能在概念设计中出现不当,甚至错误。

作者:刘小红单位:运城市建筑设计研究院

概念设计中的应用7篇责任编辑:陈老师    阅读:人次