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關鍵詞:建筑設計;結構設計;概念設計
中圖分類號: TU2文獻標識碼: A
計算機結構程序在建筑行業的應用,使建筑結構工程師可以設計出大量優質的建筑結構,給設計帶來了極大的方便。但是在設計的過程也出現了很多不良的現象。不少設計人員對計算機技術過分的依賴,認為建筑結構設計工作很簡單,只需要利用相關的軟件,并按照相關的標準就可以輕松的完成。在使用的過程中對軟件計算結果也不進行論證。甚至有些設計人員沒有考慮設計規范和軟件之間的差別,對結構設計的整體性和合理性缺乏思考。研究出更為先進的理論,并靈活的運用計算機技術,認真分析優質建筑材料的運用,使建筑結構的設計更加合理化、科學化和人性是現在建筑行業應該認真思考的問題。這就要求建筑結構設計師要善于創新,打破傳統思維定式,撲捉設計靈感,并想法設法將其表現出來。除了具備較高的審美素養,建筑結構分析師還需要有扎實可靠的理論基礎。能夠很好的處理建筑結構中整體結構和局部結構的力學關系,同時將概念設計融入結構設計中,創造出更為杰出的作品。
1 概念設計介紹
在運用概念設計之前,建筑結構設計師們需要對概念設計有個充分、清楚的了解,這樣才能在實際工作中靈活的運用。只有深刻的把握概念設計在建筑結構中的表現形式,才能將建筑結構設計的別具一格。不管是從審美角度還是從居住的舒適度上分析都能給人耳目一新的感覺。
(1)概念設計一般指對建筑結構不經過數值的計算,尤其是在一些沒法做出精確理性分析或者是規范中也難以規定的問題,對建筑結構進行全面的把握,從感官上進行設計。但是它并不意味著,結構分析師可以根據自己的思想天馬行空的想象。為了能夠順利的實現設計的最終結果,結構分析師需要準確的把握整體結構體系和分體系之間的力學關系,并遵循工程設計的基本程序和原則,運用一定的設計思想,從整體的角度對建筑結構的相關布局和抗震細節上進行宏觀的控制。
(2)運用概念設計的思想進行建筑結構設計,可以表現出很多的優勢,比如可以讓結構設計的思路突破傳統的局限,達到進一步的拓寬。在傳統的建筑設計時,設計師往往將設計的重點集中在提高結構的抵抗力上。為了達到這個目的,在施工的過程中,就會使用等級比較高的混凝土,并增加鋼筋的使用量,對工程的設計沒有整體的把握,使工程的造價不菲。因此,我們對一些工程中出現肥梁、肥柱的現象也就見怪不怪了。舉個很簡單的例子,在建筑物進行抗震設計時,一般先根據初定的尺寸計算出整個結構的剛度,并計算出抗震力,最后進行配筋。但是我們不能忽略結構剛度越大,其地震的效應也就越強烈這個問題。剛度越大,地震力就越強,產生的破壞作用也會隨之增大。所以為了增加抗震力,而采用多配筋的方法是不可取的。
(3)為了減少建筑物在震中的破壞,設計師通常會采取一定的隔震消能的措施。這種措施有很多,一般是在建筑物基礎和主體之間設置一個柔性的隔震層,它能減少地震能量從基礎到主體的傳遞。還有的為了達到隔震消能的目的,在建筑物的頂部設置反擺裝置,在地震的時候這個裝置的位移方向和建筑物頂部的位移方向相反,這就加大了建筑物在振動過程中的阻尼,降低地震對其產生的破壞。只要設計的合理,這種方法降低地震破壞的作用非常明顯。
(4)在建筑的抗震設計中,更應該注重概念設計的運用。我們知道由于建筑結構比較復雜,在發生地震時,所受到的地震力不確定性比較大。這主要是因為人們對抗震結構的認識比較模糊,對抗震設計分析和計算的結果精度,不能準確的把握,加上使用建筑材料的性能和其它不可預測的因素影響,甚至有些效應現在也無法研究清楚,最終使設計的結果和預期的效果相差甚遠。同時在震中會遇到很多不確定因素,給建筑物帶來損壞,這種不確定因素在設計時很難把握,因此,建筑結構師們必須重視整體的概念設計,從某種方面考慮,概念設計取得的效果比分析計算得來的效果更顯著。
2 概念設計的應用
進行任何的設計都要遵守一定的原則,注意在設計中出現的問題,只有這樣才能為實際的工作做出正確指導,發揮其設計的價值。概念設計同樣也不例外,在設計過程中,要注意下面的問題:
2.1 準確把握剛性設計
在建筑結構設計中,合理的確定建筑物的剛性是非常有必要的。總體來講建筑物的剛度不能太大,也不能太小,結構設計師要根據具體的情況,進行準確的把握。建筑結構的剛性太大,其自身的自振周期就短,在地震中比較容易傳遞能量,從而給建筑物帶來較大的破壞,并且造成大量的材料浪費,增加建造的成本。剛性太小的話,建筑物表現比較柔,在地震中比較容易變形,影響其整體的強度和穩定性。
2.2 注重整體破壞機制
建筑物設計時,考慮的破壞機制有樓層和整體破壞機制。設計人員在設計時要注重整體破壞機制,避免樓層破壞機制的發生。一般出現樓層破壞說明在設計的時候,對細節問題考慮不周全,一些部位沒有發揮其承載能力。因此設計人員應將設計的重心放在實現結構的整體破壞機制上,這就需要在適當的位置布置塑性鉸,并準確的把握其出現的順序等要點。
2.3 注重等強度和耗能設計
在建筑物抗震結構的設計中,要認真考慮設計的原則,避免由于考慮的不周造成建筑物局部出現缺陷,在水平作用下造成承重結構的提前垮塌。因此,在設計時,一定要注重建筑結構的等強度設計。另外,在關鍵的部位還需要具有耗能的設計,只有這樣才能減弱地震能量造成的破壞。
2.4 遵守其它設計原則
在進行概念設計時還需要遵守其它的一些設計原則,比如結構延性設計原則和強柱弱梁的原則。在設計的時候要盡量的保證結構具有比較好的延性,采用強柱弱梁是為了避免樓層破壞機制的發生。
3 概念設計的意義介紹
(1)運用概念設計能夠在特定的環境中,對建筑空間和地理條件從整體的角度分析建筑結構的整體效果。同時還能夠充分利用結構和分體系之間的力學關系發揮重要的作用。有利于把握建筑結構的各項性能,從而對分析結果有個合理的判斷。
(2)建筑物是一個完整的空間結構,里面每一個部件都發揮著重要的作用。因此,應該將其看做是一個整體來考慮,但是現在建筑結構的設計,在建筑空間的整體研究上仍存在一定的局限性。作為建筑結構工程師,在設計的過程中要按照相關的規范和原則進行設計,同時對一些推薦性的規范不能盲目的遵守,而應該將其作為設計中的參考,從而在具體的設計中能夠做出正確的判斷。
(3)運用結構概念設計能夠彌補理論設計的缺陷,現在建筑的結構設計水平,并不能完全的保證對抗震、抗風等自然災害具有良好的效果。由最近幾年國內發生的震災結果分析來看,在某個層面上采用概念設計比計算發揮的作用更加明顯。現在建筑結構的設計,不管是從理論上還是計算上都存在著缺陷和不足。例如,對混凝土內力和截面計算采用的理論不同,這兩者計算結果存在的矛盾,使其在實際的情況下很難發揮到預期的效果。因此,運用概念設計夠有效的彌補設計過程中,由計算理論帶來的偏差。
4 結束語
隨著人們生活水平的提高,對建筑物的設計要求也會越來越高。在設計的過程中運用概念設計的理念,通過不斷的創新和合理的分析,能夠達到減少資源浪費保障建筑安全的目的。概念設計的突出優點將會受到越來越多人的青睞,它是建筑設計思想的提升,在不久的將來將會有更為廣泛的應用。
參考文獻
[1]徐灼橋.對建筑結構設計中概念設計的分析[J].河南建材,2009(04).
關鍵詞:結構概念;建筑;結構設計;應用
中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:
隨著我國經濟及科技的不斷發展,計算機的相應算法也逐步趨于成熟,結構設計更是被廣泛的應用到了結構工程當中,在長時間不懈努力下,建筑結構設計取得了較大的進步,要想設計出一個優秀的結構工程,相應的工程師必須具備豐富的經驗及先進的設計理念。一般而言,結構概念設計所針對的是實踐當中的力學分析或制度規定無法準確或精確的問題,不用計算,按照相應的設計原則、力學關系、設計理念,從整體或全局角度解決相應建筑工程當中的布置和細微的應急措施。
簡析結構概念
所謂的結構概念就是沒有通過準確值進行計算,尤其是對那些難以作出準確分析的問題,根據整體結構同子結構體系之間力學關系、經驗教訓、試驗等獲取的新想設計思想,然后對建筑結構進行合理布置。在建筑結構設計中應用結構概念,大大拓寬了設計師的設計思路。可是,傳統計算理論通常只強調如何提升整體建筑結構抗力,造成使用的混凝土等級也不斷提高,加大了配筋量,從而逐漸提高了工程造價。如果在建筑設計過程中設計師僅僅強調配筋率,就會出現胖柱、肥梁的問題。因為建筑結構很復雜,所以如果受到地震影響,加上材料的質量、抗震的精確度、安裝質量的優劣等很多不確定因素,很容易造成設計結果同實際結果具有很大差距,所以至今為止還不能準確計算出作用效應。因為影響建筑結構設計的不確定因素有很多,所以建筑企業一定要充分重視結構概念在建筑結構設計中的應用。
在建筑結構設計中應用結構概念的意義
提高建筑結構設計的精確性及立體化
建筑結構的計算理論是從破損計算、經驗估算、概率極限狀態計算等等階段發展而來的。目前,我國建筑業通常采用的都是概率極限狀態理論知識。現階段,結構設計標準的基本準則就是極限狀態設計理論。雖然概率理論比較先進,但其計算方法在很大程度上都是相同的,所以和概率法非常相近。此外,如果在設計過程中只采用極限狀態理論難以對建筑承載能力進行準確的估計,所以建筑業一定要積極推廣并應用結構概念,從而較好的解決現有的結構設計標準當中無法準確計算建筑物承載力的漏洞,提高建筑設計的準確性。此外,因為建筑為一種空間立體的結構,又有大量的構件,并且這些構件的切連方式非常復雜,所以設計師進行結構設計的時候一定要對建筑結構體系進行整體上的布置。
提高建筑物的抗震能力
建筑設計師分析建筑結構的時候,通常都會忽略結構材料質量、結構空間作用、阻尼變化等各種因素對建筑的影響,從而增多了不確定因素,所以,進行建筑結構設計的時候,尤其是館員抗震設計的時候一定要充分結合結構概念,從而盡量發揮耗散地震的作用。
提升建筑設計水平
相應的結構設計師如果可以有效掌握結構概念方法,而且能夠充分應用于結構設計當中,就能夠有效提升建筑設計水平,促進建筑設計行業的不斷發展。
結構概念在建筑結構設計中的應用
拓寬設計思路
因為傳統結構實際的計算理論側重于建筑結構抗力的提升,所以導致建筑業逐漸提高對混凝土等級要求,加大配筋量,提高了建筑造價成本。下面筆者以建筑的抗震設計做例子,說明結構概念在建筑結構設計中的應用。在傳統方法中,通常都是設計師根據既定混凝土及尺寸來對結構的剛度進行準確計算,然后根據剛度的大小來計算相應地震力的大小,最終確定相應的配筋量。這種方法主要以提高建筑抗震性作用進行配筋,可是,增加結構的配筋率以后也會提高結構的剛度,所以提升了地震作用。然而,在結構設計中應用結構概念之后,就能有效過寬設計師的設計思路,進行建筑物的抗震設計的時候,絕不可以僅僅加強建筑物剛度,而要通過最科學、最合理的建筑結構來降低相應的地震作用。
結構概念應用于抗震結構設計
為了確保相應建筑物具有較高的抗震能力,設計是進行設計的時候一定要充分應用結構概念,從而在宏觀上有效控制結構的抗震性,要想達到這一目標,應從這樣幾方面著手:首先,選擇那些有利于建筑抗震性的場地,從而避免由于地面變形損壞相應建筑物的問題出現,在條件允許的情況下,可以采取相應措施穩固建筑物的地基,保證建筑結構的抗震性;其次,進行基礎設計的時候,在相同的結構單元中不可以設置在不同性質地基上,還不可以使用不一致的地基形式,從而充分發揮地基的潛能;第三,建筑結構設計不僅要對稱,還要盡量簡單,從而保證結構的質量、剛度等都能發生比較勻稱的變化,降低由于地震作用形成的扭轉應力;第四,必須選擇合理的結構體系,相應的抗震構件應對稱,設置多個抗震的防線,從而防止某個部位成為建筑薄弱環節,結構的傳力也更加簡單;最后,建筑構件的連接必須特別堅固,還有具有相應的剛度,這樣才能在整體上提高結構的抗震能力,降低結構自重,減輕地基向建筑物所傳遞的震力。
結構概念在建筑結構設計中的應用原則
選擇科學合理的結構方案
一個設計的優劣,評價標準為其是否具備較強的合理性及經濟性。結構設計中采用的結構體系及形式的可靠性是體現設計經濟及合理的重要方面。因而,設計師一定要全面分析材料質量、建筑設計要求、施工條件等,同相關施工負責人進行充分的溝通才能確定相應的結構類型,選擇最合理的結構設計方案。
科學選擇設計簡圖
設計簡圖為結構計算的一項基礎性內容,所以設計師可以充分利用設計簡圖對建筑結構進行分析。相應計算簡圖的懸著直接關系到建筑安全性,所以必須謹慎,一定要選擇科學合理的簡圖進行計算,否則很容易產生結構事故。
結論:
隨著生活水平的不斷提高,人們對于建筑設計的要求也是日益提高,比如建筑的抗震性、穩定性、安全性等等。所以,相應的設計工程師必須充分重視對建筑結構的設計,積極應用結構概念,從而盡量設計出符合人們需求的優秀的作品。
參考文獻:
[1]周建祥.建筑結構設計中的結構概念應用分析[J].城市建設理論研究(電子版),2012(5)
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[3]程建偉.建筑結構設計中概念設計的應用與研究[J].低溫建筑技術,2009(8)
[4]韋潤忠.簡述建筑結構設計中的概念設計和經驗[J].科技資訊,2008(5)
關鍵詞:抗震概念是設計;建筑結構;分析及討論
中途分類號:TU973 文獻標識碼:A
2013年4月20日8時02分,四川省雅安市蘆山縣發生了7.0級地震,震源深度13公里,這是即2008年以來,四川發生的第二次大地震。
當年的汶川地震是我國目前為止破壞力最大、范圍最廣的一次地震,當時,山河顫動、大地移位、滿目瘡痍。
在2011年11日,日本東北部也發生了9.0級地震,造成了日本核電站爆炸,輻射物質外泄,周邊人員受到威脅。
伴隨著社會經濟的逐漸進步,城市范圍逐漸擴張,地震所帶來的經濟損失也越來越高。所以,怎樣準確的對地震進行預防,降低所產生的經濟損失,并且防止地震出現后衍生的次生災害(例如:核電站爆炸、火災等),就變成了當前建筑工程部門首要處理的問題。人們在對數次的地震災害進行分析,總結出:對于建筑抗震性能的設計來講,其結構概念設計比計算設計更為關鍵。
一、建筑設計中抗震概念的必要性
當前,我國正處速發展的階段,其建筑速度及建筑規模都超越了以往。那么,增強先進計算理論的發展、提高計算機的使用、發展新型輕質、高強、環保的建筑材料利用,將建筑結構設計同安全、可靠、經濟相關聯就成為了建筑部門首要解決的問題。但是,在飛速提升的背后,隱藏的是粗糙、盲目的建筑設計,其對于建筑結構設計是十分危險的事情。對于當前的情況,應倡導利用概念設計的方法幫助設計師發揮創造性,同時推動建筑行業的發展,所以,概念設計是十分重要的理念。
那么,抗震概念設計又是什么呢?抗震概念設計是鑒于地震災害和工程經驗建立的抗震設計基本原則和思想,進行建筑和結構的總體布置并確定細部構造的過程。對于建筑結構的抗震設計來講,概念設計、抗震計算和構造措施三個層次同等重要,缺一不可。那么,也可以說“概念設計”是建筑結構的抗震設計中最為關鍵的問題。
這里說的“概念設計”指的是在進行建筑結構設計時,不但要對建筑整體結構的抗震性能進行關注,同時要根據結構的破壞過程及機制,靈活將抗震標準應用到設計中。不僅要把握整體布局,并且還要兼顧重要部位,進而使結構抗震設計中的問題得到根本的解決,更好的提升建筑整體結構的抗震性能。
建筑設計中,抗震概念設計的內容主要包含工程整體結構及細部的布置構造;對于地震災區建筑工程的結構概念設計中,抗震概念設計、結構抗震計算及抗震構造措施三方面內容應進行關注;從建筑及構造方面進行綜合設計。
對于建筑結構中的抗震概念的設計來說,基本為規范。當前,世界各國都將建筑思想逐漸轉變為應用多級設防的觀念。當前的建筑抗震設計標準通過修改及設定已經趨于完善。在設計規范中,應用了“兩個階段、三個水準”的概念,即“小震不壞、中震可復、大震不倒”。
在建筑結構的抗震概念設計中,包含著一些不確定或模糊不清的條件。例如:地震作用是一種循環往復且隨機性很強的荷載,建筑物受到地震破壞的原因也比較復雜,想要準確預測遭受地震后的情況并進行計算是十分困難的。
二、建筑設計應注重場地的選擇
我國現行抗震規范按場地上建筑物的震害輕重程度把建筑場地劃分為對建筑抗震有利、一般、不利和危險的地段。地震造成建筑的破壞,除地震直接引起結構破壞外,還有場地條件的因素;因此抗震設防區的建筑工程宜選擇有利和一般地段,避開不利地段,并不在危險的地段進行建設。
工程地質條件對地震破壞影響很大,常有地震烈度異?,F象,即“重災區里有輕災,輕災區里有重災”,其產生的原因是局部地區的工程地質條件不同。例如:蘆山縣太平鎮一座百年老宅,在“4.20”地震中地處震中9度烈度區,震后建筑安然無恙、毫發未損,該宅地處位置就是老百姓常說的“風水寶地”。實際上就是抗震規范中提到的有利地段的一種體現。
三、合理把握建筑的體型
無數次的地震災害表明,規則、簡單、對稱的建筑在地震時較不容易破壞,對建筑設計規則性的要求,已普遍得到了高度重視。在設計建筑方案時,建筑形體和布置應符合抗震概念設計原則,盡量采用規則的建筑方案。也就是說,建筑的平面、立面應力求規則、簡單、對稱,抗側力體系的剛度和承載力,材料強度和質量分布應均勻、連續、無突變。震害表明,不規則的建筑在地震作用下容易產生扭轉振動,進而破壞。
規則性在抗震概念設計中是一個重要的概念。然而建筑設計創作是工程技術和人文藝術的結合,可構造某種認為環境體系,以滿足人們物質和精神上的要求。為達此目的,建筑設計不可避免會出現一些復雜的建筑體型,這些復雜的建筑體型很難準確的用若干簡單的定量指標來劃分不規則程度。因此,就需要有經驗的、有抗震知識素養的建筑師和結構工程師相互配合,區分不規則、特別不規則和嚴重不規則等不規則程度;對所設計的建筑的抗震性能有所估計,這樣才能設計出抗震性能良好的建筑。并按實際需要合理設置建筑抗震縫,可以將體型復雜的建筑物劃分為“規則”的建筑,從而降低抗震設計的難度,提高抗震設計的可靠度。
四、利用結構的延性
一個結構的抗震性能,主要取決于對地震“能量吸收和耗散”能力的大小,而又取決于結構延性的大小。延性好,則結構通過彈塑性變形耗散大量地震能量,使結構免于倒塌。利用結構的塑性變形的發展來抗御地震,吸收地震能量,因此增加結構的延性,不僅能削弱地震反應,而且提高了結構抗御強烈地震的能力。
在結構設計中,對于框架結構體系,按規定應采用梁端屈服型框架,使框架結構塑性鉸出現在梁端,這就是所謂“強柱弱梁”型的延性框架;以提高結構整體的變形能力和抗地震倒塌能力,防止建筑物在強烈地震作用下倒塌。同時要求,使鋼筋混凝土構件正截面受剪承載力大于構件彎曲時實際達到的剪力,即“強剪弱彎”,用以改善構件自身的抗震性能,“強柱弱梁、強剪弱彎”是結構抗震概念設計中的兩個重要概念。
對于砌體結構房屋,按規定應優先采用現澆鋼筋混凝土樓、屋蓋,設置圈梁和構造柱,或采用配筋砌體,加強對砌體的約束,提高砌體結構的延性和整體性,使砌體結構在地震力的作用下,發生裂縫后不致倒塌。
五、設置多道防線
多道抗震防線對結構在強震作用下的安全性是極其重要的,在建筑結構中建立多重抗側力體系,當第一道防線的抗側力構件在強烈地震襲擊下遭到破壞后,后備的第二道及至第三道防線的抗側力構件立即接替,抵擋后續的地震力的沖擊,可保證建筑物最低限度的安全,免于倒塌,贏得救援時間,便于救援人員及時施救,提高了對生命的保護。
例如目前廣泛采用的框架-剪力墻結構體系,主要抗側力構件是剪力墻,也就是第一道防線,一旦剪力墻開裂或屈服,框架部分將起到第二道防線的作用;又例如框架-填充墻結構體系,如設計得當,在地震作用下,填充墻就是第一道防線,一旦填充墻遭到破壞,框架梁將起到第二道防線的作用,框架柱則為第三道防線。
六、注重非結構因素
根據蘆山“4.20”地震破壞現象分析,多數鋼筋混凝土框架結構建筑的砌體填充墻率先破壞,耗散了大部分地震能量,拖延了震害過程,限制了框架變形,減少了整體結構的地震側移幅值,使主體結構免遭厄運,確實充當了抗震防線的“第一衛士”。
在建筑抗震設計中,設計師應注重填充墻對整個結構抗震性能的影響,填充墻的布置在建筑平面上,應力求對稱均勻,以免造成結構偏心;沿房屋的豎向,填充墻應連續貫通,以避免在填充墻中斷的樓層出現框架剪力的驟增。
結語
總而言之,抗震概念設計是決定建筑安全性能的關鍵所在,從建筑整體方案設計起始,就應利用對建筑結構抗震標準去應對工程中將出現的問題,例如:建筑體型、結構體系、剛度分布、構件延性等。從宏觀角度去進行思考、判斷、選擇,再輔助必要的計算和構造措施,從根本上消除建筑中的薄弱環節,提升建筑整體抗震性能。也可以說,抗震概念的設定是基于建筑整體空間及地理問題基礎上,運用整體概念總結構件方案,依據力學原理選取設計思路,更好的保證建筑整體性能,維護人民生命、財產安全。對建筑設計過程中如何把握抗震概念設計進行探討是值得相關工作人員深入思考的事情。
參考文獻
[1]范紅兵,淺談建筑設計過程中如何把握抗震概念設計[J].廣東科技,2012(19).
[2]段敬民,錢永久,張方,底部框剪砌體及結構房屋抗震分析及抗震概念設計;
關鍵字:建筑結構設計原則問題
1.建筑結構設計的原則
1.1剛柔相濟的原則
所謂剛柔相濟原則,就是指剛強與柔和相互協調,具體到建筑結構設計領域指的就是是建筑結構的設計要考慮到建筑物投入使用后承受的各種力的作用,為加強建筑物抗外力的能力在結構設計時就必須對建筑物的剛度進行控制,做到剛度適中,這樣才能保證建筑物的正常使用。一般來講,合理規范的建筑結構體系都是剛柔相濟的,剛度過大會使建筑物的適應能力降低,當遇到強大的外力作用時,建筑物的負荷能力不足就很容易使建筑物局部或是全部受損,從而影響建筑物的使用。但是如果建筑結構過柔,那么它雖然能夠很好的抵御強大外力,但是由于過柔,建筑就容易出現變形或是整體傾斜等狀況,這樣也會影響建筑物的使用。那么建筑結構究竟應該剛一點還是柔一點?其實,每個建筑都有自己獨特的要求及設計理念,所以不能照搬照抄,也不能將所有建筑物的剛柔度都作統一的規定,剛柔度的把握需要設計者根據實際情況綜合考慮各種因素來確定。
1.2多層設防的原則
安全的結構體系應該是多層設防的,就目前來看,大部分的建筑結構都是超靜定結構體系,一旦災難來臨,建筑物的所有能夠抵抗外力的結構就通力合作,協調抵御外力,但是這時候如果某個局部由于設計不合理或施工不合格等出現了問題,那么建筑物局部或是整體就會受到致命性的破壞。因此對于這類問題,在進行建筑結構設計時設計者就應該做好多道防線的設計,以保證建筑物抵御強大外力的侵害。同時,設計者應該理解并且靈活運用超靜定結構體系,因為它體現了多層設置防御線的設計理念?;蛟S設計者會覺得自己的計算等都很準確,不會有什么問題出現,但是看看日常生活中的許多事故,就能夠發現由于結構設計導致建筑物倒塌等問題常有發生,因而在精確計算的同時設計者更應該考慮到結構設計的隱患,理解建筑結構的絕對安全性,以保證結構設計能夠更好的加強建筑物抗外力能力。
1.3圈出節點的原則
在結構設計中,所謂節點就是指各構件交接的地方,或者是連接異常處。不同類型的構件相連接,同一構件截面改變之處都會形成在結構設計中需要表示清楚的節點。結構體系是一個錯綜復雜的變化的系統,在建筑結構設計中節點是無處不在的。當外力對建筑物的侵襲突然加大時,對于單一的構件,外力的傳遞能夠合理傳遞,因而也可以得到有效的控制。而對于復雜的結構體系來說,各節點的復雜性是難以預測和控制的,即便在理論上保證了各個組件的強度等,但是由于各節點的存在都是客觀存在的,外力的傳遞會因為結構的復雜而出現應力集中無法傳遞或中斷的可能,由此就會產生很大的破壞力。
1.4以人為本的原則
建筑結構的設計最終是要變成實體建筑物的,它是供人類使用的,因此,在設計結構時,將人的心理、期望等都考慮在內是以人為本原則的基本要求。隨著經濟的發展,人們生活水平不斷提高,對自身的居住辦公等的要求也不斷提高。生活在大都市的人們都希望回歸自然,希望更多的與大自然接觸,因而設計者應該根據這一特點設計出以綠色為基礎包含生態、環保,可持續發展等多種理念結合的結構。
2.建筑結構設計中存在的問題
2.1高層建筑基礎的選型
高層建筑的基礎的選擇應該要以安全實用及經濟合理為主要目標。選用整體性好,既能滿足地基承載力又能滿足建筑物允許變形的要求,同時還要能夠很好地調節不均勻沉降的基礎形式。一般有筏板基礎、箱形基礎、條形交叉梁基礎三種基礎形式,在進行結構設計時應根據上部結構類型、層數、荷載及地基承載力選用合理的基礎形式。筏形基礎有梁板式和平板式,當建筑物層數較多,地下室柱距較大、基底反力很大時,宜優先選用平板式。采用梁板式筏基時,基礎梁截面大必然增加基礎埋置深度,當水位高時更為不利,梁板的混凝土需分層澆筑,梁支模費事,因而增長工期,綜合經濟效益反而比平板式差。筏形基礎的雙向底板的厚度,除滿足正截面承載力外,主要由沖切、剪切承載力確定。
2.2連梁超筋等相關問題
剪力墻結構設計中連梁超筋是一種常見現象。某段剪力墻各墻肢通過連梁形成整體,成為連肢墻或壁式框架,使此墻段具有較大的抗側剛度,要達到此目的主要是依靠連梁的約束彎矩。連梁的超筋實質是計算剪力不滿足剪壓比要求。連梁易超筋的部位,在一般剪力墻結構中,豎向在總高度1/3左右的樓層;平面中,當墻段較長時其中部的連梁易超筋;某墻段中墻肢截面高度(即平面中的長度)大小懸殊不均勻時,在大墻肢上的連梁易超筋。
2.3回彈再壓縮問題
基坑開挖時,摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎較小,坑底受到很大約束,如獨立基礎,回彈可以忽略,在計算沉降時,應按基底附加應力計算。當基坑很大時,相對受到較小約束,如箱基。計算沉降時應按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分當作安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
由于建筑結構設計是一個系統而全面的工作,它要求設計者有深厚的理論知識,同時還要有活躍創新的的思維以及嚴謹負責的工作態度。設計者要想真正做好建筑結構設計就要從每個基礎的細節做起,注意每個部件的設計,使各部件之間相互協調。同時還要做到知其然知其所以然,只有這樣才能真正理解建筑結構設計,才能真正做好結構設計;只有真正做到事無巨細,做到細心嚴謹,才能真正在工作中不斷積累經驗教訓從而做出更好的設計。
參考文獻:
關鍵詞:結構施工圖;基本方法;常見問題
一、前言
我國建筑結構設計施工圖在解決施工作業的問題中起到了很大的作用,只有加強建筑結構設計水平,分析其出現的問題并制定解決措施,對我國建筑結構設計施工圖存在的問題進行分析,才能夠使建筑結構設計的作用得到更大的發揮。
二、房屋建筑結構設計的基本方法
1、結構平面圖
在繪制結構平面布置圖時,是否要輸入結構軟件進行建模呢?當建筑地處抗震設防烈度為6度區時,根據建筑抗震設計規范,是可以不用進行截面抗震驗算的,但必須符合相關的抗震措施要求。因此對于砌體結構來說可以不用在軟件中建模,直接設計即可,但設計中需要注意受壓和局部受壓的問題。當然,如果時間允許的情況下還是輸入建模較好,有一個便利就是可以利用軟件來進行荷載導算計算現澆板配筋及裂縫和撓度,需要注意的是,基礎最好用手算。當建筑地處抗震設防烈度為7度及以上時輸入軟件建模計算是最好的捷徑。
2、屋頂(面)結構圖
當建筑是坡屋面時,結構的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規整,板跨度較大,屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面;折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件,板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力且兼做抗裂鋼筋使用。板厚盡量大于等于120mm。至于坡屋面板的平面畫法,通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法,這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設計的關鍵是設計人員詳細的表達屋面起坡的每個細節,設計的最終目的不是讓審圖人員看懂,而是讓現場的施工人員一目了然,最終實現設計人的意圖。
3、大樣詳圖
大樣詳圖的繪制可在建筑詳圖的基礎上直接繪制,也可在以前做過的詳圖的基礎上來局部改進繪制。這階段需要注意在不更改建筑外形的前提下盡量的使結構受力合理、施工方便,標注標高時注意考慮到建筑面層和保溫的影響。
4、樓梯
樓梯梯板要注意撓度的控制,板厚一般取L/27~L/33(有抗震要求的框架結構宜參照圖集《11GF101-2》板厚取值不小于140mm),框架結構因平臺板和梯梁的擱置造成該部位的柱形成短柱,這種情況下要注意框架柱的箍筋需全長加密,體積配箍率不應小于1.2%(9度一級時不應小于1.5%)。另外,梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求,首段梯板的基礎應注意基礎的沉降問題,必要時應設梯梁。
5、基礎
以擴展基礎為例,基礎混凝土的強度等級選擇應符合結構耐久性的要求,錐形基礎的邊緣高度不宜小于200mm,兩個方向的坡度不宜大于1:3,階梯形基礎的每階高度宜為300~500mm。受力鋼筋的最小配筋率不應小于0.15%,設計時基礎總高度的取值應注意地規8.2.11條的計算前提,即當臺階的寬高比小于或等于2.5且偏心距小于或等于1/6基礎寬度時,實際設計中當單個基礎長寬比值太大時,應考慮和相鄰基礎聯合做聯合基礎(單獨基礎柱基基礎底面兩個方向的邊長比值大于2時,宜做基礎梁[4])。
三、結構施工圖設計中存在的問題
1、分析結構設計總說明中存在的問題
(一)、框架結構:
(1)、未注明:設計應明確結構的用途,在設計使用年限內未經技術鑒定或設計許可,不得改變結構的用途和使用環境。
(2)、未注明鋼筋的性能指標
(3)、填充墻的要求寫的不全面,例如樓梯間和人流通道部位,應采用鋼絲網砂漿面層加強,這句話往往漏掉,另外,填充墻的材料、容重等都應寫明確。
(二)、砌體結構:
(1)、未注明砌體的施工質量控制等級。
(2)地面以下(潮濕環境)墻材及砂漿應按照砌規的相關要求寫明。
(3)樓梯間墻體應加鋼筋網片或設鋼筋混凝土帶及配筋磚帶等。
2、建筑構造設計中存在的問題分析
(一)、設計人員的問題
在實際工作中由于設計任務急,計算結果存在問題,由于改計算模型浪費時間太多,設計人員根據經驗手工將梁的計算配筋及支承情況等修改,結果可能未考慮配筋率超2%箍筋直徑要加大和梁腹板高度大于450時,側面鋼筋的間距不宜大于200,和0.1%的配筋構造要求。
(二)、梁上部鋼筋的凈距問題
在住宅陽臺的挑梁中,按照構造的要求及規定,上部鋼筋的凈距應該為1.5倍鋼筋并且水平方向的凈間距不應小于30,而在實際設計中,因配筋太大造成梁上部鋼筋凈距小于規定的數值,較密的上部鋼筋影響了混凝土的質量,使混凝土難以振搗,在這種情況下,最好采用加大梁截面或雙排配筋。
3、設計方法中存在的問題
(一)、抗震概念設計欠缺
從廣義上來看,建筑抗震的思想和原理在實際操作中的運用就是概念設計,它實際上是在很多方面都對建筑提出了要求,是針對建筑物抗震設計的一個重要技巧。但在部分實際的設計中,設計者會出于個人各方面的考慮,其設計的施工圖并不符合概念設計的要求。不管出于什么目的,作為設計者都應該在其設計的施工圖中加強抗震概念設計的理念,設計工作中貫穿抗震概念設計的思想。
(二)、局部出現深梁及構造欠缺
在住宅建筑中,如果遇到底部框架―抗震墻結構,倘若底層柱網過密分布、上部結構傳力不直接,這就會導致二樓局部出現深梁。設計者在抗震設計中,要本著“強柱弱梁”的思想盡可能地減少深梁出現的幾率。這是由于深梁的剛度很大,當房屋遭遇地震時會經歷塑性階段,這時剛度相對較小的柱中會出現塑性鉸,這樣房屋就會被整體破壞。
四、結構施工圖設計改進建議
1、改進設計人員自身問題
首先,作為專業的設計人員必須要有明確的設計概念,平時加強對基礎知識的學習和對規范的理解,在實際工作中能靈活地運用專業知識,概念清新,活學活用。其次,設計軟件是設計人員必不可少的工具,要對設計軟件有充分的了解,能夠較為全面地把握設計軟件的原理、構造要求、適用范圍、配筋規則等各方面的問題,能夠熟練運用,鍛煉運用設計軟件的技巧,積累操作經驗。
2、思想教育和嚴格審核
設計單位內部應該加強對設計人員的思想教育,反復強調質量才是工作的首位,合理地調整設計時間安排,避免工作人員因為忙于趕工而疏忽了設計的質量,以保證建筑的安全性。應加強對設計人員的繼續教育工作,促進專業技術人員不僅更新知識、加強能力,更要提高素質,做到質量第一、注重實效、理論聯系實際。還要規范各方責任的權限和范圍,加強審查審核的程序的規范性,各審查機構的審查人員應該是通過認定的專業人士,所有審查人員都應進行必要的崗位培訓。
五、結束語
建筑結構設計施工圖在建筑施工中至關重要,因此,在工程的后續發展中,要不斷提高設計人員的職業素質,加強對結構設計作用的重視,嚴格施工體系,促進建筑結構設計水平的提高。
參考文獻:
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[4]全國民用建筑工程設計技術措施2009,結構(地基與基礎)
[5]建筑地基基礎設計規范 GB50007-2011
【關鍵詞】建筑結構;安全度;設計研究
1.建筑結構安全度設計的簡述
1.1建筑結構安全度設計的概念
建筑結構安全度的設計主要體現在建筑結構的適用性、耐久性及安全性,建筑結構設計中常用安全度來檢測結構設計的適用性、耐久性和安全性[1]。建筑結構的適用性主要是指建筑在使用的過程中擁有較好的適用功能,使得建筑各方面的功能得到最好的發揮。建筑結構的耐久性主要指建筑能夠在正常使用和安全維護的情況下的使用時間,建筑適用時間的設計。建筑安全性主要是建筑能在外力負荷下仍然能夠安全使用,同時還有具有一定的抗震作用,保證建筑物的平穩、安全。
1.2檢測建筑結構安全性的方法
隨著建筑設計技術的不斷發展,開始利用建筑結構的安全度可以檢測建筑結構設計的安全性和可靠性。安全度檢測方法的運用原理主要是利用建筑結構設計的失敗概率來檢測建筑結構設計的安全性。結合實際的建筑工程,把建筑結構本身具有的抗壓力和負荷力之間的相互作用分開,形成隨機的變量,按照建筑結構設計經驗作為依據,實現建筑結構設計的安全性檢測。但是這種方法還存在一定的缺陷,還在不斷完善中。
2.建筑結構安全度設計存在的問題
2.1建筑結構抗震性較弱
近年來,我國一些地區發生了嚴重的地震災害,導致房屋倒塌,傷亡嚴重。地震災害的發生同時也在告訴我們我國建筑的抗震性能還十分的薄弱。建筑的抗震性,可以保證建筑的平穩、不倒塌,減少人員的傷亡和經濟損失。所以建筑的抗震性設計顯得尤為重要。雖然,我國的建筑抗震性還沒有達到一定的標準,但是實施的《建筑抗震設計規范》,為我國建筑的抗震性設計建筑提供了重要的理論依據。
2.2結構設計材料問題嚴重
建筑結構設計材料問題重要表現在建筑材料的偷工減料現象上。一些建筑單位在進行建筑結構設計的時候,為了節省建筑開支,提高企業的經濟效益,過度節省施工材料,導致建筑工程質量沒有得到很好的保障,同時也影響到建筑結構的安全性。建筑工程施工中有明確的規定,施工所用的鋼材量比例要規范合理。建筑結構設計人員在進行設計的時候要充分考慮建筑適用的鋼材量,控制高鋼材的使用量[2]。還有一些建筑單位雖然鋼材量得到保證,但是為了節省財務開支,采用價格較低的鋼材。這些鋼材雖然具有很好的強度,但是它的脆性也同樣很大,穩定性低,存在很大的安全隱患,威脅人們的生命財產安全。
2.3結構設計缺乏合理性
首先由于建筑結構設計人員的整體素質不佳,導致建筑結構設計缺乏科學合理的依據。建筑結構不合理,對建筑的安全性造成很大的影響。一些建筑結構設計人員只注重建筑的美觀度,而忽略了建筑的質量和安全性,造成不可估計的損失。再者,建筑企業管理人員沒有對建筑結構設計圖進行嚴格的審核,導致不合理結構設計的使用和實行,給公司造成巨大的經濟損失。這些都是造成建筑結構設計不合理的原因,建筑結構設計人員必須重視。
3.提高建筑結構安全度設計的措施
3.1提高建筑結構設計人員的素質
建筑結構安全度設計要按照國家的建筑設計規范標準來進行,一個是要依據國家的建筑設計的政策,還有就是按照國家的經濟狀況和技術能力。主要包括建筑結構體系的選型、結構的傳力、建筑鋼筋使用規定等方面的要求,這些因素都對建筑結構的安全性都有著一定的影響。結構設計人員的素質對建筑結構安全度設計有著根本性的影響。結構設計人員由于對建筑結構的安全度理論不了解,缺乏相關的設計經驗,導致建筑結構安全問題的出現。建筑企業要定期對結構設計人員進行培訓和考核,加強結構設計人員對結構安全度的認識,提高結構設計人員的設計能力,實現建筑結構安全度設計標準。定期進行考核,以保證培訓的效果。
3.2合理節省建筑施工材料
在建筑結構設計中,節省建筑施工材料,是提高建筑企業的經濟效益,促進建筑企業的快速發展。最佳的建筑結構設計方案就是在保證建筑質量的同時可以盡量減少施工材料,實現建筑企業的經濟效益。如果建筑結構設計不合理,就會造成施工材料的浪費,不是滿足建筑結構經濟合理化的要求[3]。在一些發達國家,建筑結構設計師們都以節約施工材料作為設計目標,但是要在保證施工質量,合理節省建筑施工材料。一些建筑公司為了保證經濟效益,過度節省材料,導致建筑工程質量問題的出現。所以建筑結構設計人員要按照實際建筑工程的需要,合理安排施工材料,提高建筑工程質量。同時鋼材的合理運用是提高建筑物抗震性的重要元素,所以為了提高建筑物的抗震性,鋼材量的使用要充足。
3.3善于運用新技術進行結構設計
隨著經濟的快速發展,建筑業得到了很大的發展空間,人們對建筑結構的設計要求,建筑結構設計工作變得更加的繁雜,難度也變得越來越大。以前的建筑結構設計方式已經不能滿足現代建筑設計的要求。例如在一些比較復雜的建筑結構設計中,原有的建筑結構模型不能清楚的計算出建筑結構的建筑物的承載力,或者計算差生偏差,使得建筑物的安全性受到很大的影響。信息時代的,將建筑結構設計與計算機軟件相結合,成為了現代建筑結構設計的新方式。通過計算機軟件可以準確計算出建筑物的相關數據,使得建筑結構安全度設計得到很好的保障[4]。所以建筑結構設計人員要善于運用新技術進行建筑結構安全度設計,保障建筑物的安全性和可靠性。
4.結語
建筑結構安全度設計關系到人們的生命財產安全,必須引起建筑結構設計人員的關注。按照國家規定進行建筑結構設計,在節省施工材料的同時,要保證建筑鋼材的使用量,善于運用新技術進行建筑結構設計,提高建筑結構設計的質量[5]。提高建筑結構的設計水平,完善建筑結構安全度設計,實現建筑結構的適用性、耐久性及安全性,保證人們的生命財產安全。
參考文獻
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[3]呂戲洋,馬玉剛,沈偉良.淺談如何提高建筑結構設計質量[J].知識經濟.2009(04):45-46.
【關鍵字】力學;土木工程;計算簡圖;內力計算
1、概述
人類為了滿足生活和生產活動的需求,建造了房屋、道路橋梁、隧道、堤壩、電站、港口、機場等建筑物和構筑物。建造各類建筑物和構筑物的科學技術統稱為土木工程。在土木工程漫長的發展過程中,力學知識一直有著廣泛的應用。通過經驗的積累,人類很早就會建房子、架橋梁,但只有擁有了現代力學知識,人們才能建造出摩天大樓、巨型水壩、大跨橋梁、海洋平臺、海底隧道等宏偉工程。
土木工程專業本科教學主要開設的力學必修課程包括理論力學、材料力學和結構力學三門專業基礎課,通常稱為土木工程的“三大力學”。 土木工程中常用的結構構件包括桿、梁、柱、板、殼、桁架、懸索等。在這些結構構件力學分析的基礎上,土木工程師可以建造出結構優化、安全可靠的現代大型結構物。
2、模型的建立
人們對事物的認識往往并不是直接考察其真實的全部,而是通過科學抽象與合理簡化、略去次要因素并抓住其本質特征而建立近似替代物來進行分析研究的。結構的力學分析就是按照上述的道理采用力學建模進行研究的,即利用力學、工程結構知識和實踐經驗,首先經過科學的抽象,并根據結構實際的受力、變形等主要因素,對結構進行合理的簡化;經簡化后可以用作分析計算的模型,稱為結構的計算簡圖或力學模型。
2.1 對外力的假設及簡化
對外力的假設及簡化反映了外力對建筑結構的作用情況。根據不同的情況將外力簡化成不同的荷載。比如,當外力作用面積相對于結構來說較小,可將其簡化為集中荷載,否則簡化為均布荷載。若外力相對于結構位置和大小變化均較小,可將其簡化為靜荷載,否則簡化為動荷載。
2.2 對約束及連接的假設及簡化
對約束及連接的假設及簡化外部約束反映了約束體對結構和約束體連接處位移的限制情況,約束的類別很多,根據不同的標準可以將其簡化成具體理想的約束。比如,當約束體的剛度很大或者結構和約束體連接處位移受到限制小到可以忽略時,就可以將其簡化為剛性約束,如光滑接觸面、固定支座、活動支座等。當約束體存在變形且結構和約束體連接處位移產生的影響不可以忽略時,可將其簡化為理性柔性約束,如彈性支座、柔索;將桿件結構體系的構件與構件之間連接簡化為鉸結點、剛結點等。
目前建筑結構設計采用PKPM軟件進行計算,使用過程中最關鍵的就是建模,也就是將一個復雜的工程問題簡化為一個簡單的力學計算簡圖,這就離不開力學知識。力學模型選取的正確與否直接關系到最終計算結果的正誤。
3、內力的計算
計算機不是萬能的,如果在程序的操作過程中,因為某個參數輸入錯誤,導致整個內力計算結果錯誤,而計算機不具備這種糾偏能力,就需要利用力學知識進行判斷、檢驗,以避免錯誤的出現。有些構件采用PKPM進行計算相當麻煩,比如小框架結構的樓梯,往往采用手算代替機算,這就需要力學知識首先算出其內力。
4、結語
要想做一個合格的土木工程師必須要有較好的力學基礎。若缺乏對三大力學的基本概念、物理意義和求解方法的深入理解,想真正掌握好相關專業課程,做好有關工程設計、 施工、監理乃至進一步的科研工作,是不可想象的。
參考文獻:
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作者簡介:
【關鍵詞】結構設計;概念設計;建模設計;施工圖設計
前言
結構設計按流程先后可分為結構概念設計、建模設計和施工圖設計三部分,本文通過概念設計、建模設計和施工圖設計等三方面的內容,簡述如何提高結構設計能力。
1.概念設計
概念設計是結構設計的最初階段,也是結構設計的核心階段,貫穿了結構方案、結構布置、計算、構件設計和構造措施等每個設計步驟。[1]概念設計的好壞直接影響到結構的抗震和抗風能力以及建筑的經濟性。掌握扎實的專業知識是提高概念設計能力的基礎,通過學習三大力學和各種結構設計專業書籍可以幫助設計人員系統的掌握概念設計的基本知識。提高概念設計能力的關鍵是要求結構設計人員在設計過程中不斷的總結并提煉所遇到的實際工程問題,熟悉不同結構體系的受力特點和適用范圍,結合業主需求對結構方案進行最優化設計,力求在滿足建筑設計要求的條件下使結構傳力簡明,剛度分布均勻,具有較好的延性,并且在滿足結構設計要求的情況下控制結構總體的造價。在自主設計之余可以參考其他單位的優秀設計成果,在結構性能指標和結構造價上與自己的設計成果進行對比,吸取其更優的設計方法,充實自身概念設計的知識庫,從而快速的提高概念設計能力。
2.建模設計
根據建筑條件確定了結構類型和體系后,接下來便是對結構進行建模設計。建模設計可以分為整體結構設計和局部構件設計兩部分。
2.1整體結構設計
整體結構設計的主要工作是結構整體建模、計算和分析,這個過程是對概念設計的落實,并為后續的施工圖設計提供原始數據,因此計算模型和分析結果的準確性至關重要,要求設計人員嚴格的把控。提高該階段的能力可以從建模和分析兩方面入手。
提高建模能力要求設計人員熟悉不同計算軟件的使用方法和技巧,在靈活使用PKPM[2]等設計軟件之余,也要重視其他如ETABS、ABAQUS等結構分析軟件的學習。使用PKPM等設計軟件時應學會如何通過AUTOCAD等繪圖軟件進行快速輔助建模,如結構軸網和構件的導入;熟悉特殊構件如斜撐、斜梁、虛梁、轉換構件的建模和使用方法,另外通過設置鍵盤快捷鍵和使用層間編輯等功能提高建模的效率。地震、風荷載和各種調整系數等計算參數的設置也至關重要,要弄清楚每個計算假定和設計參數的具體意義,才能保證計算結果的正確性。分析類軟件(ETABS、ABAQUS)等的學習需要更扎實的理論知識,提高這方面的能力可以從學習材料本構、計算單元模型、有限元方法、地震波選擇等入手。由于結構計算理論的共通性,掌握高等分析軟件的同時也會提高設計軟件使用能力。掌握各種計算軟件模型文件的互導和轉換方法,使用不同分析軟件對設計軟件的設計成果進行校核和分析也是設計人員需掌握的方法。
結構分析能力是設計人員對計算軟件給出的各項結果進行歸納和整理,找出結構超出規范限制和受力薄弱的位置,并給出改進的方案。具體可體現為結構模型的調試。模型調試是一個不斷迭代和優化的過程,這個過程需要設計人員采用概念設計的思想,根據規范給出的各項具體要求,分析當前結構存在的各種不足,如結構變形限值、扭轉效應、構件抗剪、抗彎能力、結構強度和剛度的分布情況等,有針對性的對結構布置進行調整。掌握常用的結構調試方法,如通過分析結構重心和剛心的相對位置來調整結構的扭轉效應;查找位移最大點并提高相應構件剛度的方法降低結構位移;區分結構風控和地震控時的不同調整方法(提高結構剛度可以明顯減小風荷載下的位移,但是卻不一定適用于地震荷載作用下的結構,因為提高剛度的同時也會增大地震力,此時就必須對平面布置的合理性進行調整)??偠灾?,提高結構分析能力,必須在熟悉規范條文的前提下,敢于嘗試,采用概念設計的思想有針對性的對結構進行不斷調試,并不斷的歸納總結,找出最優的結構布置方案。
2.2局部構件設計
整體結構設計完成后,需在整體計算結果的基礎上對結構構件進行設計。局部構件的設計包括梁、板、墻柱、支撐、基礎等的設計。提高這方便的能力,需從規范中結構構件的設計方法入手,掌握各種構件的計算和構造要求。熟悉運用各種小軟件(如探索者、morgain等)對構件進行獨立設計。
3.施工圖設計
施工圖設計是結構設計成果的最終體現,是設計人與施工人溝通的直接語言,施工圖的質量直接體現了設計人員設計水平的高低。提高施工圖設計能力首先要求設計人熟悉掌握現有的施工圖平面表示法,學習各種結構構件的構造圖集,掌握構件中鋼筋的布置和構造方法。在此基礎上繪制的施工圖,要求圖面表達清晰簡潔,方便施工人閱讀;對施工中涉及到的所有內容都必須表達清楚,不能發生遺漏。使用CAD進行施工圖繪制時,需熟練掌握鍵盤快捷鍵、圖層管理等的應用,以提高繪圖效率。在掌握自主繪制施工圖的能力后,設計人需學習并掌握結構繪圖插件(如探索者、老虎板王等)的使用,從而提高繪圖質量和效率,減少繪圖錯誤,使設計人從重復繁瑣的繪圖中解脫,將更多的時間用于結構的優化和提高結構設計能力上。但是不能過于依賴繪圖插件,繪圖插件僅僅是輔助工具,設計人應具備判斷施工圖繪制正確與否的能力。
4.結語
本文從概念設計、建模設計、施工圖設計三方面討論了提高結構設計能力的方法,提高以上三方面的能力要求設計人在學習三大力學、有限元方法、結構設計規范、技術措施、施工圖繪制方法圖集等基礎知識的基礎上,發揮實踐的能動性、并不斷的分析、總結和積累。此外,到施工現場參觀學習也是發現結構設計問題、改善結構設計使結構設計更符合實際施工要求的重要途徑。提高結構設計能力沒有捷徑,只能靠大家在工程設計過程中不斷的積累、分析和總結以求日益的提高。
參考文獻
關鍵詞:建筑結構;概念設計;
前言
概念設計是結構設計的核心和靈魂,它貫穿于結構設計的全過程。概念設計運用得好,能使結構滿足建筑要求并以最快的方式將荷載傳遞到基礎、地基中,創造更為安全、舒適的工作和生活環境,并節約材料和資金。概念設計是設計工作者進行創新設計的基礎。
1 概念設計簡述
概念設計就是運用清晰的結構概念, 不經數值計算,而依據整個結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、實驗現象和工程經驗等對結構及計算結果進行正確的分析,并考慮到結構實際受力狀況與計算假設之間的差異,對結構及構造進行設計,使建筑物受力更合理、安全、協調。
概念設計主要從以下兩個方面對結構設計進行宏觀控制。一是在方案設計滿足建筑要求的情況下,從宏觀的角度考慮結構的整體性及主要分體系的相互關系,來確定建筑結構的總體布置方案。二是在理論設計過程中綜合考慮各方面因素對結果的影響,以判斷理論設計的準確性,并對一些工程中難以作出精確分析或在規范中未精確規定的問題,根據實際經驗采用一些結構構造措施進行處理。概念設計的目的是力求使設計方案安全、可靠、經濟、合理,是一個優化的過程。
2 結構設計中的概念設計的體現
2.1 概念設計在結構設計流程中的體現
結構設計的流程一般分為三個部分: 前期的方案選擇、中期的結構計算階段及后期的施工圖繪制階段。這三個階段都發揮著重要的作用。
(1)合理選擇結構方案。一個成功的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案,即選擇一個切實可靠的結構形式和結構體系。必須對工程的設計要求、地理環境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析,在此基礎上進行結構選型,確定最優結構方案。概念設計在工程設計一開始就應把握好場地選擇、能量輸入、房屋體型、結構體系、剛度分布、構件延性等幾個方面,從根本上消除建筑中的抗震薄弱環節。
(2)選用恰當的計算簡圖。結構計算是在計算簡圖的基礎上進行的,即對作用的荷載與構件的約束狀態進行一定的簡化,使其接近實際狀態?,F在的建筑物功能復雜多樣,以前的手算已經無法滿足要求, 結構計算只能通過計算機來完成。所以,要將實際工程的結構形式轉變成可以用于計算機計算的模型,并保證有足夠的精確度就成為結構設計的關鍵問題。而要達到這一目的就需要設計人員在結構計算的過程中利用概念設計進行判斷與控制。
(3)正確分析計算結果。現在結構設計中有許多軟件可以供結構設計人員選擇,但不同軟件往往會導致不同的計算結果。所以,設計人員在進行結構計算前,先要全面了解該程序軟件的適用范圍和技術條件, 使用時要避免操作失誤,且對電算的結果再用概念設計進行科學分析,以做出正確的合理判斷。
2.2 抗震設計中應注意的概念設計問題
抗震設計是結構設計的重要組成部分。地震是一種隨機振動,要準確預測建筑物所遭遇地震的特性和參數,目前尚難做到?,F在所采用的地震參數只是概率意義上的估計值,而結構在地震作用下的性能有許多不確定性,因此,抗震設計不能過分依賴理論計算,概念設計在抗震設計中顯得尤其重要。
(1)選擇合適的場地。地震造成建筑物的破壞情況是各不相同的。一是由于地震時地面強烈運動,使建筑物在震動過程中,因喪失整體性或強度不足、變形過大而破壞:二是由于水壩倒塌、海嘯、火災、爆炸等次生災害而造成;三是由于斷層錯動、山崖崩塌、河岸滑坡、地層陷落等地面嚴重變形直接造成。前兩種可以通過工程措施加以防治,而后一種情況,單靠工程措施很難達到預防的目的。因此,選擇工程場址時,應進行詳細勘察。搞清地形、地質情況,挑選對建筑抗震有利、盡可能避開對建筑抗震不利的地段。任何情況下均不得在抗震危險地段建造可能引起人員傷亡或較大經濟損失的建筑物。
(2)選擇合適的基礎方案。基礎設計應根據工程地質條件、上部結構類型及荷載分布、相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素,選擇經濟合理的基礎方案?;A設計應有詳盡的地質勘察報告,一般情況下同一結構單元不宜采用兩種不同的類型。
(3)采取相應的構造措施。遵循“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點強錨固”的設計原則,注意構件的延性性能,加強薄弱部位,注意鋼筋的錨固長度,尤其是鋼筋的直線段錨固長度,考慮溫度應力的影響。除此之外還應注意按均勻、對稱、規整原則考慮平面和立面的布置。設置多道抗震防線應盡量避免出現薄弱層。
3 結構設計中概念設計的應用
某大廈為商住樓,建筑高度46.8m,建筑面積30.949m2,主體平面形狀為凹字形,長67.46 m,寬25.34 m,為不規則的平面結構體系。工程設有一層地下室,一至三層為商場,上部為三個聯體單元的住宅,建筑功能比較復雜。由于該地區為七度抗震設防區且風壓值較高,為確保結構的經濟與安全,概念設計主要通過以下幾個方面來體現:
(1) 根據建筑物現有狀況及自然條件進行結構選型,采用框剪結構,以滿足高層建筑混凝土結構技術規程對七度抗震設防區建筑物高度及高厚比的要求。
(2)在結構抗側構件布置時,與建筑專業密切配合,在建筑每部梯間及外周邊轉折處布置水平抗側力構件(剪力墻),以加強結構抗側移和扭轉剛度,并盡可能考慮剛心與質心的重合,以減少水平作用下由于結構偏心而引起的空間扭轉效應。
(3)合理考慮樓層的平面布置,增大外周邊框架梁、連梁斷面,增大豎向剛度變化大的樓層平面剛度(增加板厚),以加強周邊抗側力構件的聯系,增強結構整體性及空間協同工作能力。
(4)在結構計算過程中,首先根據經驗預設較合理的自振周期,并根據初算結果,調整平面中剪力墻的布置,以減少結構偏心,注意控制框架柱及小墻肢的軸壓比,以增強結構延性。同時根據規范限值調整剪力墻沿豎向的厚度變化,控制層間位移量及頂點側移值,以求經濟與安全的統一。
(5)在構造設計時,有針對性地對轉折部位、連接部位以及由于水平力作用引起結構受力變形復雜或相對薄弱部位的結構構件進行構造及配筋的加強,使主要受力構件具有良好的變形能力及耗能能力,以提高結構的抗側變形性能。
(6)盡量采用輕質墻體,以減輕樓層自重,從而降低地震力,同時要求加強地下室外回填土的夯實,通過人防地下室高強度的側壁與周邊回填土的共同作用, 增強對結構的約束,以提高結構抗側的整體穩定性,減少地震能量的放大。
(7)為減少溫度伸縮引起的混凝土開裂,在主樓中部設置伸縮后澆帶;為降低沉降差在主樓與群樓之間設置沉降后澆帶。通過以上概念設計,使該工程結構構件在剛度、延性、承載力方面相匹配,形成一個在抗風、抗震中高效協同工作的結構整體,從而使建筑物在經濟、安全、適用、美觀的矛盾中找到了統一。