建筑结构设计中的结构概念应用分析

　　摘要：本文从结构概念的概述出发，分析了结构概念在结构设计流程中的体现，在此基础上，重点通过实例讲解了结构设计中结构概念的应用。

　　关键词：建筑结构,结构概念,方案,整体优化

　　一、前言

　　结构概念设计是指不经复杂的数值计算，依据整体结构体系和结构子体系之间的力学关系、相对刚度关系、结构破坏机理、实验现象和工程经验所获得的结构设计原则和设计思想，从整体角度来确定建筑结构的总体布置和结构措施。一个结构工程师只有根据专业理论知识和工程实践经验，结合简单估算对一个结构工程进行整体优化，才能使设计方案经济、合理，荷载传递路径明确、简捷，达到满足建筑物使用功能的要求。

　　二、结构概念

　　1、所谓结构概念一般是指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

　　2、运用结构概念的思想，能让结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级计算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。

　　3、目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般做法是在基础与主体之间设柔性隔震层;加设消能支撑(类似于阻尼器的装置);有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%，并提高屋内物品的安全性。

　　4、在建筑抗震设计中，更应注重结构概念。这是因为建筑结构的复杂性，发生地震时，地震力的不确定性、人们对地震时结构效应认识的局限性与模糊性、结构抗震分析计算的精确度、材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。因此由于存在上述诸多不确定因素，建筑结构设计计算无法涵盖可能的所有不确定因素。因此，必须重视整体的结构概念，从某种意义上讲，结构概念甚至比分析计算更为重要。

　　三、结构概念在结构设计流程中的体现

　　结构设计的流程一般分为三个部分：前期的方案选择、中期的结构计算阶段及后期的施工图绘制阶段。这三个阶段都发挥着重要的作用。

　　1、合理选择结构方案。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案。即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析。在此基础上进行结构选型。确定最优结构方案。结构概念在工程设计一开始就应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面。从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

　　2、选用恰当的计算简图。结构计算是在计算简图的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，以前的手算已经无法满足要求.结构计算只能通过计算机来完成。所以，要将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型，并保证有足够的精确度就成为结构设计的关键问题。而要达到这一目的就需要设计人员在结构计算的过程中利用结构概念进行判断与控制。

　　3、正确分析计算结果。现在结构设计中有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会导致不同的计算结果。所以，设计人员在进行结构计算前，先要全面了解该程序软件的适用范围和技术条件，使用时要避免操作失误，且对电算的结果再用结构概念进行科学分析。以做出正确的合理判断。

　　四、结构设计中结构概念的应用

　　某大厦为20层高层商住楼，建筑高度66.8m，建筑面积30.949m2，主体平面形状为凹字形，长67.46 m，宽25.34 m，为不规则的平面结构体系。工程设有一层地下室，一至三层为商场，上部为三个联体单元的住宅，建筑功能比较复杂。由于该地区为七度抗震设防区且风压值较高.为确保结构的经济与安全.结构概念主要通过以下几个方面来体现：

　　1、根据建筑物现有状况及自然条件进行结构选型，采用框剪结构.以满足高层建筑混凝土结构技术规程对七度抗震设防区建筑物高度及高厚比的要求。

　　2、在结构抗侧构件布置时，与建筑专业密切配合，在建筑每部梯间及外周边转折处布置水平抗侧力构件(剪力墙)，以加强结构抗侧移和扭转刚度。并尽可能考虑刚心与质心的重合，以减少水平作用下由于结构偏心而引起的空间扭转效

　　应。

　　3、合理考虑楼层的平面布置，增大外周边框架梁、连梁断面，增大竖向刚度变化大的楼层平面刚度(增加板厚)，以加强周边抗侧力构件的联系.增强结构整体性及空问协同工作能力。

　　4、在结构计算过程中，首先根据经验预设较合理的自振周期，并根据初算结果，调整平面中剪力墙的布置，以减少结构偏心。注意控制框架柱及小墙肢的轴压比，以增强结构延性。同时根据规范限值调整剪力墙沿竖向的厚度变化，控制层问位移量及顶点侧移值，以求经济与安全的统一。

　　5、在构造设计时，有针对性地对转折部位、连接部位以及由于水平力作用引起结构受力变形复杂或相对薄弱部位的结构构件进行构造及配筋的加强，使主要受力构件具有良好的变形能力及耗能能力，以提高结构的抗侧变形性能。

　　6、尽量采用轻质墙体，以减轻楼层自重，从而降低地震力.同时要求加强地下室外回填土的夯实，通过人防地下室高强度的侧壁与周边回填土的共同作用，增强对结构的约束，以提高结构抗侧的整体稳定性，减少地震能量的放大。

　　7、为减少温度伸缩引起的混凝土开裂，在主楼中部设置伸缩后浇带：为降低沉降差在主楼与群楼之间设置沉降后浇带。通过以上结构概念，使该工程结构构件在刚度、延性、承载力方面相匹配.形成一个在抗风、抗震中高效协同工作的结构整体。从而使建筑物在经济、安全、适用、美观的矛盾中找到了统一。

　　参考文献：

　　[1] 姚琦泓. 概念设计在建筑结构设计中的应用[J]. 商品储运与养护. 2008(06)

　　[2] 马国库,徐太安. 浅谈结构概念设计在建筑结构设计中的作用[J]. 黑龙江科技信息. 2008(35)

　　[3] 侯小红. 结构概念设计与结构措施[J]. 山西科技. 2008(06)

　　[4] 于应平. 浅议建筑结构设计中的概念设计[J]. 黑龙江科技信息. 2009(18)

　　[5] 田庆海. 建筑结构概念设计解读及其意义[J]. 科技创新导报. 2009(18)

　　[6] 高鹏,乔可义. 重视概念设计,提高建筑结构设计的质量[J]. 黑龙江科技信息. 2011(03)

《建筑结构设计中的结构概念应用分析》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 建筑结构设计中的结构概念应用分析

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-20660