概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

楊鎮(zhèn)峰

1 概念設(shè)計的定義及其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,以及城市發(fā)展的需要,現(xiàn)代建筑向大型化、復(fù)雜化發(fā)展。工程設(shè)計時對結(jié)構(gòu)分析計算軟件的依賴性越來越強。如何保證計算模型的合理性及計算結(jié)果的可靠性,已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)工程師們面對的首要問題。解決此類問題的關(guān)鍵就是概念設(shè)計。所謂“概念”指的是“反映對象的本質(zhì)屬性的思維方式”是“人們通過實踐,從對象的諸多屬性中,抽出其特有屬性概括而成”的。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的設(shè)計概念指的是建筑結(jié)構(gòu)各種情況下工作的一般規(guī)律(主要是建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的基本理論)。設(shè)計人員從結(jié)構(gòu)的選型、布置、分析、計算、截面設(shè)計到細(xì)部處理的整個設(shè)計過程都時刻以概念設(shè)計貫穿始終,對于所遇到的問題,結(jié)合實踐經(jīng)驗,綜合考慮各方面因素,確定合理的分析、處理的方法。

概念設(shè)計所包括的內(nèi)容十分廣泛,只要是需要設(shè)計人員從主觀上進(jìn)行分析、判斷,做出選擇的地方,就存在概念設(shè)計。概念設(shè)計運用的好,就能使結(jié)構(gòu)盡量滿足外部條件,并以最直接的方式將荷載傳遞到基礎(chǔ)、地基中,創(chuàng)造更為安全、舒適的工作生活環(huán)境,并節(jié)約材料和資金。由此可見,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,充分的正確掌握設(shè)計概念,運用概念把控設(shè)計、計算過程,運用設(shè)計概念檢驗計算結(jié)果的可靠性,并能夠運用概念對不可靠結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的精髓,是做出完美建筑工程的前提。

2 概念設(shè)計的原則及應(yīng)用

2.1 協(xié)同工作原則

協(xié)同工作指的是結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào),共同有效承擔(dān)自重及外部荷載。在結(jié)構(gòu)選型中,充分重視協(xié)同工作的設(shè)計概念,特別是對于結(jié)構(gòu)抗震的整體性考慮,協(xié)同工作尤為重要。眾所周知,地震是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象,對于建筑物的地震破壞機理還不是很清楚,對于地震的破壞現(xiàn)象還停留在感性認(rèn)識階段,建筑物抗震設(shè)計的原理只是一種近似方法,所以在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,協(xié)同工作是首位的。例如:抗震設(shè)計的框架結(jié)構(gòu),不應(yīng)采用部分由砌體墻承重的混合形式。由于框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)是兩種截然不同的結(jié)構(gòu)體系,兩種結(jié)構(gòu)體系所采用的承重材料的性質(zhì)也完全不同(前者采用的是鋼筋混凝土,可以認(rèn)為是延性材料;后者采用的是磚或砌塊,是脆性材料),其側(cè)向剛度、變相能力等,相差亦很大,在地震作用下不能協(xié)同工作。震害表明,如果將它們在同一建筑物中混合使用,而不以防震縫分開,地震發(fā)生時,抗側(cè)剛度遠(yuǎn)大于框架的砌體墻會首先遭到破壞,導(dǎo)致框架內(nèi)力急劇增加,然后導(dǎo)致框架破壞甚至倒塌。

因此,在建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的過程中,必須注重協(xié)同工作原則,使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度均勻變化,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變,保證各構(gòu)件間的協(xié)同工作,從而保障結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2 務(wù)實性原則

概念設(shè)計的務(wù)實原則是指,概念是實際的,可行的,有科學(xué)根據(jù)的,我們利用概念進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,必須能夠辨別概念的真?zhèn)?能夠?qū)⒑线m的概念用到適合的設(shè)計中去。例如:前面所提到的框架結(jié)構(gòu)中不應(yīng)采用部分由砌體墻承重的混合形式這一例子,框架中部分采用砌體墻承重,表面看上去框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu)屬于剛性結(jié)構(gòu),合用在一起,正好符合“剛?cè)嵯酀?jì)”的思想,其實不然。在1976年,唐山大地震波及到天津市,該市有許多的辦公樓和多層廠房采用砌體墻和框架結(jié)構(gòu)混合承重,地震時承重砌體墻出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫,局部屋頂、電梯間因采用砌體承重墻,不僅嚴(yán)重開裂,有的甚至嚴(yán)重破壞被甩出。

然而,框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)合卻與它們截然不同。因為它們的結(jié)合真正體現(xiàn)了“剛?cè)嵯酀?jì)”的思想,是實際的,可行的。

2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

運用概念設(shè)計在保證結(jié)構(gòu)可靠性的前提下,要力求經(jīng)濟(jì)節(jié)約,將經(jīng)濟(jì)性原則貫穿概念設(shè)計的始終。

3 結(jié)語

在計算機技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天,我們更應(yīng)該加強概念設(shè)計,要具備扎實的理論功底,不斷豐富自己的實踐經(jīng)驗,充分發(fā)揮概念設(shè)計的優(yōu)勢,更有效利用計算機輔助設(shè)計軟件做出優(yōu)秀的工程。

[1] 張雷陽.概念設(shè)計之中的協(xié)同工作原則[J].科技信息,2007(32):24-25.