试论建筑结构设计中的概念设计与结构措施

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  [摘要]近年来,随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快,建筑行业的发展可谓突飞猛进,作为当前建筑设计中一项非常重要的部分,建筑结构设计对建筑结构自身的承载能力、安全性以及造价和美观度等,都会产生非常大的影响。建筑结构设计中,工程师的任务在于如何在规定的建筑空间范围之内进行整体结构方案设计,因此概念设计是建筑结构设计的指导思想。本文将对建筑结构设计中的概念设计问题进行分析,并在此基础上就建筑结构设计中的概念设计与结构措施应用问题谈一下自己的观点,以供参考。
  [关键词]建筑工程建筑结构设计概念设计结构措施研究
  中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0189-01
  对于建筑工程而言,概念设计与结构措施在整个工程项目结构设计中发挥着非常重要的作用,同时概念设计、结构措施的实际应用情况,也体现出了工程师在建筑结构设计领域的专业水准。工程师可以将整体概念纳入到结构总体设计之中,对结构之间以及结构与构件之间的关系进行合理的优化,从而使概念设计与结构措施可用以有效解决当前结构不可算等问题。因此,在当前的形势下,加强对建筑结构设计中的概念设计与结构措施研究,具有非常重大的现实意义。
  1、概念设计
  第一,概念设计问题。所谓概念设计,主要是指不经过数值运算,尤其是在难以精确分析、未在设计规范之中予以明确的情况下,综合结构体系、分析体系破坏机理以及力学关系,从宏观上对建筑结构进行合理的设计。一般而言,概念设计是从建筑结构设计方案的总体着手,合理处理结构设计中的常见问题,比如构件延性及其力学分布等问题。 概念设计在结构设计中非常的重要,概念设计的合理应用,既可以丰富工程师的经验,又可以使设计理念、效果得以有效的完善和改进。建筑结构实际设计过程中,很多设计人员将设计纳入规范、设计手册范围之中,对于新技术领域中的挑战不敢接受,因此可以看出创新精神依然比较匮乏,结构设计理念依然比较陈旧,缺乏突破、创新。然而,结构设计理论中通常会出现一些计算和现实难以相符的问题,或者结构构件设计无法进行计算,此时便需要将概念设计与结构措施有效的结合,以此来优化建筑结构设计。对于结构工程师而言,应当综合自身的理论概念,选择其中最为经济实用、安全可靠一种设计方案。
  第二,结构概念设计。实践中,为确保建筑结构自身的安全性与可靠性,增强其抗震性能,建筑结构概念设计中所用到的措施应当注意以下一个方面的事项。选择一些对抗震有利的建筑场地,以提高建筑结构自身的稳定性,尤其要避开不利的地段;对实践中存在着的各种结构构件进行优化,并尽可能多地设置一些抗震防线,从而使抗震防线能够在地震往复作用之下不断增加其抗震性能;在提高建筑结构抗侧移强度时,还应当有选择的不断提高其中一些较为重要的构件自身的延性,从而使建筑结构能够具备一定的刚度,合理的分布其承载力,加强建筑结构自身的抗震性能;同时,应当确保抗震构造连接和经计算所得的节点连接质量,保证建筑结构自身的整体性;在此过程中,应当确保建筑结构平面、立面的布设与概念设计之要求相一致,避免不规则方案的应用;同时,还要坚决抛开常规的设计计算方法,合理地运用设计经验,采用概念与实际问题相结合的方法对其进行综合的计算与分析。
  2、概念设计与结构措施的有效应用
  基于以上对概念设计与结构概念设计相关问题的分析,笔者认为在建筑结构设计过程中,应当有效地将概念设计与结构措施有效地结合在一起应用,这样才能体现其效果。
  第一,概念设计与结构措施的协同,主要体现于基础实施与建筑上部结构之间的关系方面,即在设计过程中须将基础设施与建筑上部结构视为整体,决不可将二者在理念与操作中分开。比如,在建筑工程项目建设过程中,尤其是砖混结构施工建设时,一定要严格依靠圈梁、构造柱的上部结构与建筑地基有效地连接成整体,进而确保工程结构的稳固性;并非单纯地只是依靠建筑地基自身的综合效果来防范不均匀下沉问题的出现,确保建筑结构自身的整体稳固性。
  第二,概念设计与结构措施的协同还体现在很多的方面,比如当建筑结构受力时,各构建均达到比较高的应力水平,特别是高层建筑结构设计过程中,应当尽可能地避免短柱、层次间的横梁结构差异等现象。近年来,随着建筑结构的高度、层数的不断增高和加大,竖向、水平载荷也将增大建筑底部层次之间的承受自重,进而导致建筑结构底层短柱不断出现。实践中,为有效避免这一现象的出现,可对其中的大截面柱进行施工操作,即在柱截面上采取开竖槽等方式使矩形柱成为田形柱,以此来增加基柱自身的长细之比,节省建筑空间。同时,长短梁通常会出现在同一个框架之中,这也是非常不合理的。短跨梁因受到水平力的影响,剪力会逐渐增大,梁端的正负弯矩也会变得非常的大,配筋均由水平力予以决定;而竖向上的载荷力不起作用,导致梁端正弯矩钢筋超筋,因此该种结构设计完全与协同工作之要求不相符,而且还会提高结构造价。
  针对上述问题,在建筑结构尤其是高层建筑结构设计时,应该不断加大梁、楼层自身的刚度,从而使柱可以承受更大的弯矩;水平方向上应当确保惯性矩相等,这样可以防范同方向上强度过大现象的出现。高层建筑结构设计过程中,虽然角柱轴压相对较小一些,但在抗扭中所起到的作用却是非常的大,而且在水平力影响下,角柱轴力变化的幅度通常比较大,这要求角柱一定要具有非常大的变形能力。
  第三,概念设计与结构措施的协同,材料利用率控制。协同设计的目的在于充分的利用材料,在建筑工程项目结构设计过程中,施工材料的利用情况显得非常的重要,利用率越高,其协同程度就会越高。从建筑结构的整体优化上来看,确保建筑结构性能最好的一种方案并非是材料利用率最高的一种方案,然这并不影响在结构设计过程中尽可能的提高材料利用效率。我国是一个人口大国,建筑结构设计过程中的节能策略落实非常重要,可以有效确保资源合理利用、可持续发展战略的全面实施,即通过花最少的钱,完成最科学合理的建筑结构设计。这一要求从梁类构建过程的演变可以看出来,矩形截面梁作为最普通的受弯构件,它的材料利用率很低。比如,靠近中和轴的材料盈利水平相对较低一些,而且梁、弯矩沿梁长不断的变化,对等截面梁而言,其大部分区段即便应用的拉压边缘的应力,同样非常的低;根据梁的特点,可对其进行结构概念分析,梁截面具有应力梯度变化,材料为轴心受力时其利用率才会增大。基于此,当前结构设计过程中可将平面桁架当作最重要的梁体应用,平面桁架则可作为掏空梁,即梁内多余的角料、边料等全部去除,不仅经济实惠,而且重也大大降低。
  结语
  概念设计与结构措施在建筑结构设计中起到了非常重要的作用,因此应当加强重视和设计理念创新,只有这样才能提高设计质量,才能确保我国建设事业的可持续发展。本文主要对概念设计、结构措施以及二者在实践中的应用进行了分析,希望大家可以給出更科学、更合理的建议与意见,同时也希望业界人士能够积极地参与到其中,为保障我国建筑事业的快速发展做出更多的贡献。
  参考文献
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