原创《建筑结构设计中概念设计运用》：本论文可用于建筑结构设计论文范文参考下载，建筑结构设计相关论文写作参考研究。
摘 要：随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求.概念设计的思想被越来越多的结构设计工程师所接受,并将在结构设计中发挥越来越大的作用,概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想.现阐述了概念设计和概念设计在建筑结构设计中的重要性,并重点分析了概念设计在建筑结构设计中的应用.
关键词：结构设计;概念设计;措施
1 在建筑设计中,概念设计至关重要
它反映了结构工程师的水平,下面就这个问题谈谈本人的看法
1.1 概念设计的重要性 概念设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能有意识地处理构件和结构、结构和结构的关系.一般认为,概念设计做得好的结构工程师,随着他的不懈追求,其结构概念将随他的年龄和实践的增长而越来越丰富,设计成果也越来越创新、完善.遗憾的是,随着社会分工的细化,大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计,缺乏创新,更不愿(不敢)创新,有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳(害怕承担创新的责任).大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天,对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现.随着年龄的增长,导致他们在大学的那些孤立的概念都被逐渐忘却,更谈不上设计成果的不断创新.强调概念设计的重要,主要还因为现行的结构设计理论和计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果和结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计和结构措施来满足结构设计的目的.同时计算机结果的高精度特点,往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解,结构工程师只有加强结构概念的培养,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能.概念设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的.这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,为此,需要工程师不断地丰富自己的结构概念,深入、深刻了解各类结构的性能,并能有意识地、灵活地运用它们.
概念设计重要,还在于方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的.这就需要结构师综合运用其掌握概念,选择效果最好、造价最低的方案,为此,需要工程师不断地丰富自己的结构概念,了解各类结构的性能,并能有意识地运用它们.
2 协同工作和结构体系
协同工作的概念广泛存在于设计中,我们均不希望其在未达设计寿命时,某些部件出现破坏.对于建筑结构,协同工作的概念是要求结构内部各构件相互配合,共同工作.这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力,协同工作,同时达到极限状态,还要有相同的耐久性.结构协同工作表现在基础和上部结构的关系上,必须视基础和上部结构为一个有机整体,不能把两者分开处理.如砖混结构,必须依靠圈梁和构造柱将上部结构和基础连成整体,而不能单纯依靠基础刚度来抵御不均匀沉降,所有圈梁和构造柱设置,必须围绕这个中心.
协同工作还在于当结构受力时,结构中各构件能同时达到较高的应力水平.在多高层结构设计时,应尽量避免短柱,其目的是使同层各柱在相同水平位移时,能同时达到最大承载能力,但随着建筑物高度不断增大,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑底部数层出现大量短柱,为了避免这种现象,对大截面柱,可以通过对柱截面开竖槽,使矩形柱成为田形柱,来增大长细比,避免短柱出现,这样就使同层抗侧力结构在相近的水平位移下,达到最大水平承载力；而对于梁的跨高比,长、短梁在同一榀框架中并存,也是不利的,短跨梁在水平力作用下,剪力很大,梁端正、负弯矩也很大,其配筋由水平力决定,竖向荷载基本不起作用,甚至梁端正弯矩钢筋会出现超筋现象,同时梁剪力增大,使柱的轴力增大,这是不符合协同工作原.多高层结构设计目的是抵抗水平力作用,防止扭转,为有效的抵抗水平力作用,平面上两个正交方向的尺寸宜尽量接近,保证这两个方向上惯性矩相等,防止一个方向强度太大,另一方向较弱,因此,抗侧力结构（柱、剪力墙）宜设置在四周,以增大整体抗侧刚度及抗扭惯性矩,并加大梁或楼层的刚度,使柱或剪力墙能承担较大整体弯矩.防止扭转是因在扭转发生时,各柱节点水平位移不等,距扭转中心较远的角柱剪力很大,中柱剪力较小,破坏由外向里.为防止扭转,抗侧力结构应对称布置,宜设在结构两端,紧靠四周设置,以增大抗扭惯性矩.因此,高层建筑中,尽管角柱轴压比较小,但其在抗扭过程中作用很大；在水平力作用下,角柱轴力变化幅度很大,这样势必要求角柱有较大变形能力.由于角柱上述作用,角柱设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑,如加大配箍,采用密排箍筋柱等.
3 建筑结构的简化计算
3.1 结构安全度的人为控制 高层建筑结构的设计计算,目前结构工程师都已广泛采用各类结构软件电算程序进行.在这种情况下,高层结构的简化计算还要不要如果要,深度应该达到什么程度结构工程师根据实际工程设计的经验,一致认为答案是明确的,要简化计算,而且要达到一定的深度,但也不必过于繁琐,要力求快速,简捷,明了,并能把握结构的主要受力特征.
3.2 结构设计的经济合理 结构工程师通过高层建筑结构的简化设算,可以在正式电算前得到主体抗侧力结构及其楼盖结构的合理布置和截面的合理确定,下一步的电算实际上成为简化计算的辅证和深化,这样一方面,可以不必在上机后来回调整,节省电算时间,使电算更快捷有效,电算结果也容易比较放心,另一方面结构的布置,断面的确定比较快的得到经济合理的实现,从而使结构设计更加经济合理.
4 概念设计在建筑结构设计中的应用
4.1 平面设计 在水平荷载作用下结构侧移已成为高层建筑设计中的关键控制因素,如何在满足相关要求的前提下选择更好的抗侧力体系成了结构工程师追求的重大目标.建筑平面的形状宜选用风压较小的形式,并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响,还必须考虑有利于抵抗能力和竖向荷载,在地震作用下,建筑平面要力求简单规则.风荷载作用下则可适当放宽,因为结构整体弯曲变形所引起的侧移和结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比例关系,所以不宜建筑宽度很小的建筑物.
4.2 剖面设计 竖向传力体系设计 1)应注意控制建筑的高度比.2)高层建筑的抗侧力结构刚度,应注意由基础向顶层逐渐过渡,要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象,以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力.3)由于使用上的要求造成刚度变化特别大,或结构布置发生变化时必须设置结构转换层.4)高层建筑必须有相应的锚固深度,此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要,作为一层或多层地下空问,这对降低高层建筑的心有利,可提高建筑抗震能力及抗倾覆能力.
竖向形体设计 1)截锥形.采用由下而上分段逐渐减小楼层面积阶梯状体型,能使房屋刚度大大增加,由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小,除『在建筑使用功能方面存在优点外,在抗风和抗震方面也具有一定的优越性.2)上窄下宽形.高层建筑随着高度的增加在符合竖向结构的要求下,楼身向上不断收进和变细,这样可减轻承受的风力,降低楼体的重心,加强结构的稳定性,这种形体主要包括上削楔形体和退缩体,上削楔形体利于抗风,抗震,并呈现稳固坚韧的特性,退缩体的形式比较多样,有收进式,截切式,台阶式.3)新月形.新月形房屋就像一个竖向的悬臂壳体一样,能有效地增加它低抗侧向力的刚度,它的作用就像波形的屋面壳体能有效地抵抗重力荷载一样,重力荷载由柱—壳一框架承受,侧向荷载由竖向的壳体抵抗,该壳体由于楼面结构的加劲作用而得以加强,新月形的壳体形式能有效地抵抗对称作用和它的侧向力.
4.3 基础设计概念 基础选型及特点.根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础,箱形基础和筏形基础.桩基础,当地基土质较软弱,建筑物层数较多,荷载较大的情况下,天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层,高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩,混凝土灌注桩和钢管桩.箱形基础,箱开基础在高层建筑中广泛应用.它整体刚度好,能将上部结构的荷载均匀地传给基础,对上部结构能良好地嵌固,箱基有效地抵抗不均匀沉降,并和周围土体协同工作,提高建筑物的抗震和抗风能力.筏形基础,筏形基础适用于上部结构荷载较大,地基承载力较低的工程,筏形基础整体较好,刚度大,能有效地分散上部结构的荷载,调整基底的压力和不均匀沉降.
5 结束语
概念设计,从某种程度上可以认为是整体工作的原则,在计算机辅助设计日益广泛的今天,要求结构工程师具有深厚的基本理论基础,清晰的结构整体概念,这样才能做出更安全,更经济,更高效的作品.
参考文献
［1］王树中.建筑结构的方案设计［J］.山西建筑,2004,30(6)：14.
［2］游晋华.高层结构抗震中的概念设计［J］.山西建筑,2004,30(19)：34.
［3］林同炎.结构概念和体系［M］.北京：中国建筑工业出版社,2005.
建筑结构设计论文参考资料：
结论：建筑结构设计中概念设计运用为关于本文可作为建筑结构设计方面的大学硕士与本科毕业论文建筑结构设计认识论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
