建筑结构设计中结构概念的应用

建筑结构设计中结构概念的应用虞光广西华蓝设计（集团）有限公司 广西南宁 530011摘要：随着社会经济水平的发展，人们对于建筑的安全性、环保性以及舒适性等方面也有了更高的要求。因此将结构概念应用于新时代的建筑设计工作当中已经成为了建筑行业的重要趋势。深入研究结构概念在建筑结构设计中的应用，将更好的推动建筑设计工作的发展。本文结合工作实际，探讨了建筑结构设计中结构概念的应用，以期为结构概念在建筑结构设计能够得到更广泛的应用提供理论依据。关键词：建筑结构设计；结构概念；应用中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：随着社会经济水平的发展，人们对于建筑的安全性、环保性以及舒适性等方面也有了更高的要求。因此将结构概念应用于新时代的建筑设计工作当中已经成为了建筑行业的重要趋势。深入研究结构概念在建筑结构设计中的应用，将更好的推动建筑设计工作的发展。一、 结构概念应用于建筑结构设计当中的意义（一）具有更全面、更立体、更精准的先进意义。1. 在目前普遍采用的概率极限状态理论前，我国结构计算理论经历了经验估算、容许应力法、破损阶段计算、极限状态计算等阶段。现行的GBJ68-84建筑结构设计统一标准则采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则。概率理论虽具有一定的先进性，但也有一定的局限性，比如在运算过程只能视作近似概率法，带有一定的局限性。并且要准确估计建筑物的真正承载力光凭极限状态设计是很难做到的1。2. 结构概念设计是指不经复杂的数值计算,从整体角度来确定建筑结构的总体布置和结构措施，其主要依据为整体结构体系和结构子体系之间的力学关系,相对刚度关系,结构破坏机理,实验现象和工程经验所获得的结构设计原则和设计思想,。高质量的设计工作要求我们着眼在具体空间结构体系整体研究上。一个结构工程师只有根据专业理论知识和工程实践经验,结合简单估算对一个结构工程进行整体优化同时，应把结构概念应用到实际建筑结构设计工作中去，这要求对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识2。（二）对建筑的抗震能力起到关键作用。为了保证准确性，在进行结构分析时必须充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质和时效、阻尼变化等多种因素。因此，工程抗震问题必须立足于结构概念，而不是完全依赖计算设计来解决，通过结构概念的应用，可以避免结构出现敏感的薄弱部位，使整体建筑结构发挥减震的关键作用。在隔震设计中,灵活运用悬吊隔震可以很好地降低水平地震作用,极大程度上减轻震害。（三）掌握和运用结构概念的设计方法，是提高设计水平的一种有效途径。二、建筑结构设计中的结构概念应用（一）拓宽设计思路的应用。结构工程师对计算工作准确性往往缺少清醒的认识,过分相信控制解,忽略更为重要的概念设计方法。传统的结构计算理论的研究和结构设计存在很大的缺陷，过分关注如何提高结构抗力R，容易导致因混凝土使用等级增高、配筋量增大，产生的高额造价。结构工程师在工程建设过程中往往只注意到不超过最大配筋率，造成胖柱、肥梁、深基础等一系列问题。比如抗震设计，传统的方法先是根据初定的尺寸、混凝土等级算出结构刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。这样将会增加结构的刚度，反而使地震作用效应增强。因此可考虑将结构概念应用在抗震设计中，降低作用效应S。结构耗能减震技术是在结构物某些部位（如支撑、剪力墙、连接缝戒连接件）设置耗能（阻尼）装置（戒元件），通过该装置产生摩擦，弯曲（戒剪切、扭转）弹塑性（戒粘弹性）滞回变形来耗散戒吸收地震输入结构的能量，以减小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏戒倒塌，达到减震控制的目的。60%的地震作用效应可通过合理设计降低，有效提高屋内物品的安全性3。不是一味的加强建筑的坚固度，而是以科学的建筑建构减小地震的作用效应S，这样可以起到事半功倍的作用。事实证明合理应用结构概念，就能拓宽思路，（二）在建筑抗震结构设计中的应用。通过在设计中应用结构概念，从宏观上控制结构的抗震性能，保证建筑具有足够的抗震能力应充分考虑以下环节：1. 基础是整个房屋、建筑物的组成部份和基本承重结构。它将房屋的全部荷载与基础自重均匀地传达给地基。所以基础工程必须具有足够的抗震性能。根据地基的地质、水文、冰冻等条件；上部结构材料及施工等因素，采取不同的基础砌筑。2. 重视建筑物结构的设计，在进行建筑结构抗震能力测试时，应尽可能充分发挥构件的延性，实现结构整体足够的延性和变形能力，从而有效降低地震的作用，提高建筑结构的抗震能力。3. 避免不合理设置导致对主体结构的不利影响，强调结构空间整体性，重视对非结构构件的处理，充分利用其对主体结构的有利影响。4.保证建筑材料的优质性，抗震性能的高低主要取决于建材质量的好坏，包括钢材的抗拉强度、构造柱、芯柱、圈梁等各类构件要求的不同，都会影响房屋的抗震性5。三、结构概念在建筑结构设计中应用原则（一）合理选择结构方案的原则。只有一个合理的结构形势和结构体系才能造就一个成功的设计，同一结构单元不宜混用不同的结构体系，结构体系应力求平面和竖向规则，做到受力明确，传力简捷。因此，选择构型之前必须综合分析工程的设计规则、地理环境、材料供应及施工条件等情况，并与其他专业相互协调，最终确定结构方案。（二）精选计算简图的原则。结构简图是结构计算的基础，选用不当的计算简图很可能会导致结构事故的发生，因此必须通过分析结构简图采取恰当的结构计算，选择合适的计算简图。另外，计算简图通过相应的构造措施来保证。实际结构允许与设计简图有偏差，但应在误差允许的范围内。（三）正确分析计算结果的原则。正确分析计算结果必须通过一定的建筑结构设计软件，目前市场上有关软件种类繁多，而不同的设计软件所计算出的结果也不尽相同，选择合适的设计软件，还应对计算结果认真分析，慎重校核，做出合理判断，这就要求设计师对程序的设计原理及技术条件有广泛的了解。（四）结构构件设计的原则。各种结构构件都应进行必要的抗弯、抗剪、抗扭等计算，并采取相应的构造措施。保证构件延性的同时对框架做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节电弱杆件”。强柱弱梁：使梁端的塑性铰先出、多出，尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。适当增加柱的配筋可以达到上述目的。强剪弱弯：在进行抗震设计中，剪力是通过弯距计算得出的。该原则的目的是防止梁、柱子在弯曲屈服之前出现剪切破坏。适当增加抵抗剪切力的钢筋可以达到上述目的。强节点弱构件：增大节点核心区的组合剪力设计值进行计算。（五）精选基础方案的原则。为了确保结构安全和降低工程造价，必须选择合适的基础方案。这就要求设计师根据精确的地质资料来决定。包括工程地质和水文地质条件、建筑体型、有无地下室、上部结构类型和荷载大小等因素，据此做出综合分析，选择经济合理的基础方案，最大限度的发挥地基的潜力。（六）特殊工程领域应用结构概念的必须性原则。对特殊工程领域的工程设计，目前我国尚无成熟的规范可遵循，例如风力发电工程，这就需要设计者应用结构概念设计的方法，对一些很难准确计算的因素，可通过结构概念性的分析，采取相应的结构措施来解决。采取理论和实际相结合的方式，分析结构的受力、变形和振动情况，做出合理的结构设计方案。四、结语随着工程项目规模的增大，技术越来越复杂，不确定性因素增多，对工程设计的要求也越来越高，运用结构概念设计的思想使得建筑结构设计更加安全、可靠、经济。结构工程师作为结构设计革命的推动者和执行者，必须提高自身的创新能力，真正做到将结构设计广泛运用于建筑设计中。参考文献：1 刘慧芝,李福来.浅析建筑结构设计中的概念设计与技术措施J. 河北省中小企业服务中心,2009( 4) .2 袁明.浅谈结构概念设计J.江西省建材科研设计院, 2008