概念设计在建筑结构设计中的应用分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 概念设计在建筑结构设计中的应用 分析 摘要：本文作者对概念设计的整 体方案、体现进行了简单阐述，并结合 工程实例对概念设计在抗震结构设计中 的应用进行了分析。 中国论文网 /2/view-12900301.htm 关键词：建筑工程；结构设计； 概念设计 TB482.2 1 前言 建设工程质量的优劣直接关系到 人民的生命财产安全，质量的好坏主要 由设计质量和施工质量两个方面来衡量。 结构设计是一项繁重而又责任重大的工 作，直接影响到建筑物的安全、适用、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 经济和合理性。 所谓的概念设计，是指设计人员 在从结构选型、布置、分析计算、截面 设计到细部处理的整个设计过程中，对 所遇到的问题，依据建筑结构在各种情 况下工作的一般规律，结合实践经验， 综合考虑各方面因素，确定合理的分析、 处理方法，力求得到最为经济、合理的 结构设计方案。概念设计是设计工作者 进行创新设计的基础，其思想已被越来 越多的结构工程师所接受，并将在结构 设计中发挥越来越大的作用。 2 结构设计中概念设计的整体方 案 概念设计是结构设计的核心和灵 魂，它贯穿于结构设计的全过程。概念 设计运用得好，能使结构满足建筑要求， 并以最快的方式将荷载传递到基础、地 基中，创造更为安全、舒适的工作和生 活环境，并节约材料和资金。主要从以 下 3 个方面对结构设计进行宏观控制。 结构工程师应在建筑方案设计阶 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 段与建筑师密切合作，通过不断的探索 比较，在满足建筑要求的前提下，去寻 求相对的最佳方案。如在抗震设计中， 合理的建筑布置在抗震设计中是头等重 要的，需要建筑师和结构工程师相互配 合，充分考虑建筑的平、立面外形尺寸， 抗侧力构件布置、质量分布、承载力分 布等诸多因素的综合要求，力求平、立 面简单对称。 在方案设计满足建筑要求的情况 下，从宏观的角度考虑结构的整体性， 确定建筑结构的总体布置方案。 在理论设计过程中综合考虑各方 面因素对结果的影响，以判断理论设计 的准确性，并对一些工程中难以作出精 确分析或在规范中未精确规定的问题， 根据实际经验采用一些结构构造措施进 行处理。 3 结构设计中概念设计的体现 3.1 概念设计在结构设计流程中 的体现 结构设计的流程一般分为三个 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 部分： 前期的方案选择、中期的结构 计算阶段及后期的施工图绘制阶段，这 三个阶段在结构设计中都缺一不可。概 念设计在结构设计流程中的主要体现在 3 方面： 合理选择结构方案。一个成功的 结构设计必须选择一个经济合理的方案， 即选择一个切实可靠的结构形式和结构 体系。结构设计必须对工程的设计要求、 地理环境、材料供应、施工条件等情况 进行综合分析，在此基础上进行结构选 型，确定最优结构方案。概念设计在工 程设计一开始就应把握好场地选择、能 量输入、房屋体型、结构体系、刚度分 布、构件延性等几个方面，从根本上消 除建筑中的抗震薄弱环节。 选用恰当的计算简图，正确分析 计算结果。结构计算是在计算简图的基 础上进行的，即对作用的荷载与构件的 约束状态进行一定的简化，使其接近实 际状态。现在的建筑物功能复杂多样， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 结构计算只能通过计算机来完成。所以， 将实际工程的结构形式转变成可以用于 计算机计算的模型，和保证有足够的精 确度就成为结构设计的关键问题。并且 现在结构设计中有许多软件可以供结构 设计人员选择，但不同软件往往会导致 不同的计算结果。因此，设计人员在进 行结构计算前，先要全面了解该程序软 件的适用范围和技术条件，使用时避免 操作失误，对电算的结果再用概念设计 进行科学分析，以做出正确的合理判断。 施工图绘制。不应过分地相信计 算机计算结果，还应对计算模型、设计 方法熟悉了解，对易出问题的关键部位 重点审查，对重要计算参数逐一检查， 对重要问题、参数、特殊构件及特殊荷 载，设计者应给出书面文稿以便复查、 核查，运用结构概念对计算结果的合理 性进行大致分析判断，对重要结构构件 应用手工进行大致核算。 3.2 抗震设计中应注意的概念设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 计问题 抗震设计是结构设计的重要组成 部分。地震是一种随机振动，要准确预 测建筑物所遭遇地震的特殊和参数，目 前尚难做到。现在所采用的地震参数只 是概率意义上的估计值，而结构在地震 作用下的性能有许多不确定性。因此， 抗震设计不能过分依赖理论计算，概念 设计在抗震设计中显得尤其重要。 选择合适的场地。地震造成建筑 物的破坏情况是各不相同的。由于地 震时地面强烈运动，使建筑物在震动过 程中因丧失整体性或强度不足、变形过 大而破坏；由于水坝倒塌、海啸、火 灾、爆炸等次生灾害而造成；由于段 层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷 落等地面严重变形直接造成。前两种可 以通过工程措施加以防治，而后一种情 况，单靠工程措施很难达到预防的目的。 因此，选择工程场址时，应进行详细勘 察，尽可能避开对建筑抗震不利的地段。 任何情况下均不得在抗震危险地段建造 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 可能引起人员伤亡或较大经济损失的建 筑物。 选择合理的基础设计方案。基础 设计应根据工程地质条件，上部结构类 型及荷载分布，相邻建筑物影响及施工 条件等多种因素，选择经济合理的基础 设计方案。 采用刚柔相济原则。在抗震设计 中不能一味地提高结构的抗力，一般是 根据初定的尺寸和混凝土等级算出结构 的刚度，再由结构刚度算出地震力，然 后计算配筋。刚柔相济原则可以通过合 理控制设计软件的总信息来实现。比如 周期、位移、地震力应满足建筑抗震设 计规范限值要求。 坚持多道设防原则。强烈地震后 往往伴有多次余震，如果只一道设防， 结构可能会因余震损伤的积累而导致坍 塌。建筑物抗震结构体系，应由若干个 延性较好的分体系组成，并由延性较好 的结构构件连接起来协同工作，如框架 -剪力体系是由延性框架和抗震墙两个 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 分体系组成。 采用合理的建筑结构体系。抗 侧力构件应布置合理。如在框架-剪力 墙结构中，剪力墙宜均匀布置在建筑物 的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形 状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距 不宜过大；平面形状凹凸较大时，宜在 凸出部分的端部附近布置剪力墙；纵、 横剪力墙宜组成 L 型、T 型等形式，剪 力墙宜贯通建筑物的全高，避免刚度突 变；剪力墙开洞宜上下对齐；剪力墙的 布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接 近。结构的整体性要好。高层建筑结 构中，楼板对于结构的整体性起到非常 重要的作用。楼板相当于水平隔板，它 不仅仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗 侧力的子结构，而且要使这些子结构能 协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧 力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗 侧力子结构水平变形特征不同时，整个 结构就要依靠楼板使各抗侧力子结构能 协同工作。楼板体系最重要的作用是提 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向 各子结构有效连接。所以房屋的顶层、 结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼 层、作为上部结构嵌固部分的地下室楼 层应采用现浇楼盖结构。 4 结构设计中概念设计的应用 某大厦为高层公寓，建筑高度 90.5m，建筑面积 30949O，平面形状 复杂。该建筑物地下一层为六级人防地 下室，地上 12 层为幼儿园（平面形 状为工字型） ，层高 3.8m；330 层为 标准层住宅，平面形状缩为凸字形，层 高 3.0m。 经勘查，场地地质条件良好，无 不利地段。该工程采用框架-剪力墙结 构体系，由于该地区抗震设防裂震为 度，设计基本地震加速度值为 0.15g。 除通过计算满足规范要求外，还必须采 取有效的抗震构造措施。为确保结构的 经济、安全与舒适，概念设计主要通过 以下几个方面来体现： 结构工程师在建筑方案设计阶段， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 就根据建筑平面布置及使用功能要求， 把结构抗震概念设计融入初步方案中， 如有意识将楼梯、电梯、管道井等竖向 公共设施尽量布置在建筑物中心部位， 并利用楼和楼梯、电梯间设置剪力墙简 体；另外在建筑物外周边转折处布置水 平抗侧力构件（剪力墙） ，以此加强结 构抗侧移和扭转刚度，并尽可能考虑刚 心与质心的重合，以减少水平作用下由 于结构偏心而引起的空间扭转效应。 在结构计算过程中，首先根据工 程的实际情况，对结构参数和特殊构件 进行正确设置。并根据初算结果，按规 范限值调整平面中剪力墙相对比度；调 整剪力墙沿竖向的厚度变化，控制周期 比、层间位移及层间位移比，同时注意 控制框架柱及小墙肢的轴压比，增强结 构延性，以求经济与安全的统一。 尽量采用轻质墙体，以减轻楼层 自重，从而降低地震力，同时要求加强 地下室外回填土的劣实，通过人防地下 室高强度的侧壁与周边回填土的共同作 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11