结构设计过程中概念设计的应用

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文发布时间：2011-04-24 09:41:12浏览：次

　　摘要：阐述了建筑结构设计的概念及阶段，结合结构设计的常规过程，强调了概念设计尤其是抗震建筑的概念设计在结构设计过程中的重要地位，以保证建筑物具有可靠的抗震性能。
　　关键词：概念设计，结构，抗震
　　1建筑结构设计的概念及阶段
　　建筑结构设计是在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的前提下，按有关设计标准的规定对建筑结构进行总体布置、技术与经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的全过程。结构设计大体可以分为三个阶段，即结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。概念设计规定了结构早期方案设计阶段中应考虑的准则，并在三个设计阶段中给予充分重视和体现。
　　1.1结构方案阶段的内容
　　根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式，确定了结构的形式之后就可根据不同结构形式的特点和要求布置结构的承重体系和受力构件；在方案阶段概念设计尤为重要，概念设计的首要问题就是选择合理的结构形式和确定可靠的传力途径。
　　1.2结构计算阶段的内容
　　荷载的计算：荷载包括外部荷载和内部荷载。上述荷载的计算要根据《荷载规范》的要求和规定，采用不同的组合值系数和准永久值系数进行不同工况下的组合计算。构件的试算：根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种规范推荐的计算方法，初步确定构件的截面。内力计算：根据确定的构件截面和荷载值进行内力计算，包括弯矩、轴力、扭矩、轴心压力及拉力等等。构件计算：根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制，复核结构汁算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置，直到满足要求为止。
　　1.3施工图设计阶段的内容
　　根据上述计算结果，最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求确定结构构件的构造措施，并用施工图的形式表达出来。
　　2正确对待结构计算软件的分析结果
　　《抗震规范》2.6.6条规定：“所有计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。”《混凝土规范》11.6条规定：“对电算结果，应经判断和校核，在确认其合理有效后，方可用于工程设计。”《高层规程》5.1.16条规定：“对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。”计算分析是根据结构的力学模型进行的，采用简化的荷载和简化的模型；各类荷载的确定、材料弹性和弹塑性参数的假定,计算模型与实际结构的差异和分析过程的误差，都会造成计算结果的误差。因此设计人员必须清醒地认识到，电算分析只有更合理的模型和结果，没有绝对正确的结果，必须正确处理人与计算机的关系。完成复杂的结构设计任务，设计人员需要借助计算机以提高计算效率，但不能单纯依赖计算机，要清楚计算模型的假定和适用条件，对计算结果判断校核合理有效后，方可用予工程设计。我们需要提倡概念设计，强调人在设计中的指挥、主导、调控作用。尽管有了计算机辅助设计的帮助，但设计人员在结构设计中的地位、作用和责任是不可替代的，只有精心设计，才能拿出经得起检验的精品成果。
　　3判断电算结果的合理性
　　3.1对总体结构的分析判断
　　1)所选软件是否适用，使用是否恰当，是否满足软件假定，软件参数设置是否合理；结构振型、周期、位移等参数的形态和量值是否合理；结构地震作用沿结构高度的分布是否合理；有效参与质量和楼层地震剪力的大小是否符合最小值要求。2)总体和局部的力学平衡条件是否满足。3)对复杂结构应采用多模型分析，避免单一计算模型带来的模型差错。
　　3.2对局部构件的分析判断
　　截面尺寸是否满足应力控制要求，配筋是否超筋；受力复杂的构件，其内力和应力分布是否与力学概念、工程经验一致，是否采取了有效的加强措施；构件的内力和配筋是否满足规范抗震措施的要求。
　　4概念设计的意义
　　《抗震规范》2.1.8条规定：“建筑抗震概念设计，根据地震灾害和工程经验等所形成基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。”
　　3.4.1条以强制性条文的形式规定：“建筑设计应符合抗震概念设计的要求”。《高层规程》1.0.5条规定：“高层建筑结构设计中应注重概念设计。”提倡采用概念设计思想促进结构工程师的创造性，对于克服结构设计中墨守陈规和盲目迷信电算结果的错误倾向，推动结构设计的创新和发展是十分必要的。在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量有益的经验，并体现在设计规范、标准图集中。所谓概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构总体系与分体系之问的力学关系，结构破坏机理、震害经验，总结工程模拟试验和长期工程设计经验中获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制过程。运用概念性近似估算方法，在建筑设计的方案阶段，迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，使所得方案概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济和可靠性，同时也是判断计算机分析结果是否正确可靠的依据。结构抗震性能的决定因素是概念设计，它包括地震影响、场地选址、建筑布置、结构体系、构件选型和细部构造的各种原则，及对非结构构件和建筑材料与施工方面的最低要求等。
　　5概念设计的主要内容
　　1)在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。
　　2)在结构布局上，要使整体结构布置合理，有均匀的质量、刚度和承载力分布，避免采用严重不规则的方案，防止传力途径间断、局部削弱、刚度突变或产生过大应力集中部位，对可能出现的薄弱部位应采取有效的抗震措施，使之既有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移。
　　3)在结构构件上，要使构件既有必要的抗震承载力和刚度，又有很好的承受非弹性变形的能力，设置多道抗震防线，保留相当数量的内外剩余度，采取必需的抗震措施和防止连续倒塌措施，使结构的局部破坏不会导致大范围倒塌。