概念设计在结构设计中的应用

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   摘要:进入21世纪,我国社会经济发展十分迅速,人民生活水平也在不断提高,城市化进程越来越快。现代城市建筑正在向大型化、复杂化发展,建筑工程设计时对结构分析软件的依赖越来越大,因此结构工程师们必须要解决计算模型的合理性和计算结果的可靠性之间的关系,而概念设计正是解决此类问题的关键。概念设计所包括的内容十分广泛,需要设计人员从主观上进行分析判断,做出选择的地方就存在概念设计。在建筑结构设计中,充分的掌握设计概念,将概念设计应用于建筑结构设计中是当今建筑业发展的趋势之一。
   关键字:概念设计; 结构设计;设计原则
   一、概念设计在结构设计中的含义
   概念设计是指不经数值计算,尤其是在一些较难做出准确理性分析或难以以规范来规定的问题中,根据整体结构与部分之间的力学关系、结构破坏机理、震害、实验和工程经验中所总结的基本设计原则和思想,从总体的角度出发,从而确定建筑结构的总体布置和抗震措施的宏观控制方案。运用概念设计近似估算的方法,可以使结构方案进行更加迅速完成,有效地进行结构设计构思,进行选择和比较,易于工作人员手算。通过概念设计所得到的方案具有概念清晰,定性精确的优势,这样就避免了在后期结构设计阶段一些不需要的运算,具有较高的经济可靠性能,这也是判断计算机内力分析进行数据计算、分析数据可靠性的重要依据。
   二、概念设计原则
   (一)协同性原则
   协同性原则是指,结构各个构成部件之间要相互协调,共同承担自重和外部的荷载量,有效的将重量均匀的平衡的分担。在进行结构选型中,要充分重视协同性原则的概念,要重点考虑结构抗震的整体性。目前对于地震破坏的机理研究还不是很清楚,对地震破坏影响还比较薄弱,对建筑物进行抗震设计的原理只是一种近似估算的方法,所以在结构抗震设计时,概念设计的协同性原则是最重要的。
   (二)经济合理原则
   在运用概念设计进行结构设计的过程中,要注意整个建筑结构的经济成本。运用设计概念要在保证结构的整体可靠性的前提下,将建筑成本降到最低,节约资金、材料、建筑的目的就是要在经济可行的条件下,将建筑的功能发挥到最大,将经济成本降到最低,充分发挥建筑的预期作用,在保证经济合理的前提下,压缩建筑成本,提高建筑利润,在整个概念设计的过程中,要将经济合理原则落实到每一个环节。
   (三)实际性原则
   概念设计的实际性原则指的是,概念设计的概念必须是实际的、可行的、科学的,我们利用概念设计进行结构设计,必须要有判断概念真伪的能力,才能够将概念用到适合的实际中去。概念设计要与结构设计相适合、相协调,要将概念设计中的部分方案运用到合适的结构设计方案中,保证结构设计的可行性,并保证概念设计能够在于结构设计想结合进行的过程中既能发挥自身的优势,又能将结构设计的方案完美的呈现出来,保证建筑结构设计效果与实际向吻合。
   三、概念设计应用于结构设计的意义
   (一)使结构设计方案更完美
   概念设计在结构设计方案中进行,可以使结构设计方案更完美。概念设计一般在建筑设计完成后进行沟通,并可以有效的对结构方案的各种设计体系进行构思、分析,并加以补充,比较后做出最终选择。通过概念设计所得到的结构设计方案往往概念更为清晰。定性也更为准确,这样就能够避免结构设计后期的一些复杂的运算,也能使概念设计具有更高的经济可行性,并提高结构设计的完整性,使得结构设计的方案更加完美。
   (二)增强结构设计的创新性
   进行概念设计的工程师往往也具有较高的进行结构设计的能力,进行概念结构设计所积累的实践经验也就越丰富,设计成果就会较为完善。但是在社会分工日益精细的今天,许多结构设计工程师还只是依赖参照规范的设计手册、应用计算机程序进行结构设计,这样的设计方案往往缺乏创新性。通过概念设计与结构设计相融进行设计方案确定,能够发挥概念设计的优势,将创新性融合到结构设计中,提高结构设计的创新性。
   (三)判断设计结果可行性并弥补设计不足
   目前,结构设计还是普遍依赖结算机程序进行设计,但是现有的计算机程序设计条件还存在许多缺点和不足,这些问题会忽视在设计过程中需要考虑的细节问题,而这些细节问题往往就是建筑设计的关键。在方案设计阶段,计算机不能完成初步的设计过程,使得判断设计结果的可行性存在难度,这就需要结构工程师运用结构概念,来选择出造价成本最低,效果最优的结构方案,通过概念设计的重要优势,判断设计的可行性,并以此弥补设计的不足。
   四、概念设计在结构设计中的应用
   (一)抗震概念设计应用
   地震是地球内部的一种随机性地质运动,目前国际上尚无准确预测地震发生时间和强度的预测能力,由于地震发生的复杂性恶化不确定性,要在结构设计前,准确的预测建筑物所遭遇地震的特性和参数还是存在问题。在结构分析方面,由于不能充分的考虑到结构的空间作用、结构材料的非弹性性质和时效、阻尼变化等多种因素,还是存在着许多不确定的因素。因此工程抗震问题不能完全依赖结构设计进行,而是要以概念设计为基础,结构抗震概念设计的目的就是要使整体结构能够发挥耗散地震能量的重要作用,避免结构出现敏感的危险部位,保证设计方案的安全有效。
   (二)场地条件和基础选型
   在结构设计中,要尽量选择有利于进行抗震的场地进行结构设计,尽量避免在不利于进行抗震的危险地段进行建筑建造,可以通过概念设计来判断场地和结构设计方案的抗震程度,为结构设计提供设计支持。如果不能避免不利于抗震的地段进行建筑施工,就要及时采取有效措施,尽量在结构设计方案中减少和消除这种不利影响,一般在进行结构设计前就要进行勘探和选址,保证结构设计方案中抗震设计方案的可行性,通过概念设计解决场地条件的限制。
   五、進行概念设计的关键
   (一)准确分析电算结果
   目前,计算机技术得到普遍应用,在结构设计中也越来越多的采用到计算机技术,但是由于进行结构设计的软件种类繁多,不同软件之间存在较大的差异,这就使得计算的结果往往不相同,由于计算机软件本身存在的严重缺陷,计算结果也就会不正确,这样通过计算机软件进行结构设计所得到的各个设计方案间就存在很多的问题。所以设计是要凭借自己的专业知识和实践设计经验,在得到电子计算结果的时候进行认真准确的分析,并作出合理的判断。
   (二)合理选择结构方案
   概念设计的最主要目的就是要使设计方案经济、合理并且具有可行性。因此,概念设计必须要选择一个经济合理的结构设计方案,或是一个切实可行的结构设计方案。结构设计体系要明确总体布置、抗震点分析、盈利等各个方面的因素,进行综合考虑,保证选择出最合理的结构设计方案。结构设计要明确总体设计布置、抗震点分布、应力等各个方面,同一结构单元不应混用不同结构体系,概念设计要严格进行把握。
   (三)正确选用计算简图
   作为结构计算的基础,选自适当的结算简图是保证机构设计安全的重要条件,计算简图如果选用不当,轻则会增加工程建设成本,影响工程建设收益;重则会导致结构安全事故的发生,影响结构设计的安全性。因此,概念设计师要选择合理的计算简图,并且提供相应的构造措施来保证结构设计的安全性。
  
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