所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2017-12-13 10:42 熱度:420
建筑結構設計不僅要運用到建筑專業知識,還需要科學的設計方法,建筑結構設計有多種方法,本文主要探討比較常用的三種方法。
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建筑結構設計是一項強度很高的創造性思維勞動,要運用結構設計人所掌握的大量知識,進行富有創造性的工作,并要遵循與之相關的各種規程與規范;一個好的建筑結構設計,建筑和結構必然是有機結合的統一體結構設計,不是由簡單的各種受力構件的堆砌、組合而成的,而是要體現在解決工程設計中的實際問題中,依靠知識、能力和消化了的活的知識轉變成智慧并合理的利用,才能有效的解決工程的各種實際問題;由于做好建筑結構設計是一項關系到建筑、經濟、人民安居樂業的重要工作,也是一項需要每一個建筑結構工作者全心全力為之付出的工作,因此,現結合多年建筑結構設計工作的實際經驗與教訓,對一些存在于建筑結構設計中應注意的一些問題提出看法與見解,僅供大家參考之用。
1在結構概念設計中必須把握總體布置
一項建筑結構設計,首先應從概念出發,運用整體結構概念,進行結構選型和結構布置,結構設計是一種生產實際工作,設計前,設計人必須對建筑物使用要求、工程特點、材料供應、施工技術條件及地質地形等情況進行充分調查和研究分析,做到心中有數,力求使設計符合實際,結構設計要保證建筑物有足夠的強度、剛度和穩定性;在抗震設計中,整體性好是建筑物抗震能力高低的關鍵,必須要使節點的承載能力大于構件的承載能力,要從構件上采取措施防止反復荷載作用下承載力和剛度過早退化,節點的設計應遵循“強節點、強錨固”的原則。
概念設計中主要是要考慮到總體布置上的大原則,同時顧及關鍵部位的細節,只有合理地決定了設計中的基本問題,才能提取合理的結構計算模式。結構設計中,要采取對結構抗震有利的抗震方案;分析地震作用性質和結構的受力特點,使主觀意圖符合客觀實際;確定地震和豎向荷載的傳遞途徑及內力重分布趨勢;有效地布置結構分布;預計結構的破壞過程和破壞機制,加強結構的關鍵部位和薄弱環節的結構布置;充分注意結構連接的整體性,使結構的強度和剛度在平面內和沿高度均勻分布,避免應力過度集中;估計和控制塑性鉸區出現的部位和范圍,有針對性的進行結構設計;安排高延性的耗能構件,使結構抗震設有多道防線;考慮非結構構件對主體結構抗震產生的影響,使結構受力簡單、明了,為施工創造有利的條件。
2結構選型與結構布置是首要環節
為了達到安全與堅固的目的,各種結構體系都是由構件按一定的規律組成的,結構型式是不能簡單地計算出來的,而必須是設計出來的,合理的結構型式是塑造空間體形、構件形象、減少浪費的重要前提,因此建筑結構選型是結構設計中確定方案的重要內容,結構型式的選擇是建筑結構設計的重大課題,所以必須要根據不同的地區、不同的施工條件、不同的建筑要求,在可能的條件下綜合考慮、合理選用,設計建造出堅固、安全、適用、美觀的工程。
結構設計,首先應對各類結構中的各種構件的受力性能、計算原理有較為清晰的概念,明確如何遵循規范進行構件設計,將各構件進行有機地組合,形成結構體系結構的選型工作,是結構設計的第一步,同時也是結構設計中最為關鍵的一步。它不僅關系到土建造價的多少,而且也關系到功能的好壞。結構選型,即是要確定結構的體系、結構的形式,也就是要確定結構的方案,這是進行結構設計的首要任務。確定結構選型的主要原則有:要與建筑物的功能要求和建筑物造型相配合;要在國家或業主規定的投資額度范圍內,力求經濟;要與當前的施工技術水平相適應;要考慮材料的供應情況。
總之,一個好的結構方案,不但受力明確,結構新穎,安全可靠,經濟合理,同時還能滿足建筑要求,施工#p#副標題#e#方便,及早投產,在合理確定結構型式和體系后,結構的布置就成為建筑抗震的重要問題,抗震不利的結構布置會導致嚴重震害。
在抗震設計中,應慎重研究結構布置的抗震問題,不同型式的結構,在布置時應采用抗震縫分開,使成為互不影響的二個結構單元,對于常用的鋼筋砼結構和磚混結構,由于強度、剛度、變形和抗震性能各不相同,如不分開,剛在地震時會產生偏心扭轉等復雜的地震應力,從而導致嚴重震害,在地震時,建筑物主要是承受水平地震作用,此時建筑物有如一個懸臂桿件,其整體剛度是很關鍵的抗震性能,如果建筑物的整體剛度不夠,則地震時將產生過大的變形,不但會導致主體結構的嚴重震害,非結構構件的門窗、隔墻、填充墻和吊頂等更會遭到嚴重破壞,這是抗震設計必須注意的。
3結構計算簡圖的選取與結構計算結果的驗證是基礎
選取合理的結構計算模式,對結構設計是至關重要的,合理的計算模式是實際結構真實的力學反映,因此合理的計算模式關系到計算結果的正確性,關系到結構設計的合理性和可靠性,也關系到設計的經濟性。
要使計算結果比較真實地反映實際結構的受力特性,必須使得選取的計算簡圖合理,結構分析有三方面的內容,即強度、變形和穩定,要使簡圖中結構材料的布置符合實際結構,實際結構中受力大的地方,要增加結構材料的布置,要使剛度與實際結構的剛度相符,這樣才能保證計算結果中內力和變形的真實性;要使簡圖成為超靜定次數較多的幾何不變體系,確保結構的整體穩定性。結構計算簡圖最主要要保證力的傳遞連續性和位移傳遞的連續性,即保證剛度和強度的合理性。
結構設計時,內力計算的結果是結構設計的重要依據。但是每個設計人員都應明白,結構的內力計算結果是和所選用的計算簡圖直接有關的,符合基本假定的不同計算簡圖會使結構的內力計算結果不完全相同。實際上計算簡圖是進行結構計算時用以代表實際結構的經過簡化的模型,選擇計算簡圖的原則一是要反映實際結構的工作性能;二是要便于計算。選取計算簡圖時,必須分清主次,抓住本質和主流,略去不重要的細節,計算簡圖的選擇是力學計算的基礎、極為重要。如果把計算簡圖取錯了,就會出設計差錯,甚至造成嚴重的工程質量事故。計算簡圖一經確定,就需采取適當的構造措施,使實際結構盡量符合簡圖的特點,選定符合實際結構的計算簡圖和在構造上采取措施保證其簡圖特點的實現,是一個問題的兩個方面,必須統籌考慮。影響計算簡圖的主要因素如下:結構愈重要,簡圖應愈精確;初設可粗略,技術設計階段應精確;靜力計算可用較復雜的簡圖,動力和穩定計算可用較簡略的簡圖;計算工具愈先進,簡圖可愈精確。
具體地說,在抽取計算簡圖時,支座形式是較為重要的,注意使支座簡圖必須與支座的實際構造和變形特點相符合。對于結構體系的簡化而言,一般結構實際上都是空間結構,為簡化計算可分解為平面結構,平面結構又可分解為基本部分和附屬部分。荷載傳遞可分為主要途徑和次要途徑,以及主要變形和次要變形。
結構計算是結構設計的基礎,計算結果是結構設計的依據,必須認真對待。選擇合適的計算假定、計算簡圖、計算方法及計算程序,是得到正確計算結果的關鍵。關于結構計算問題,是每個結構設計人員必須掌握、應該精通的基本專業技能,其重要性不言而喻,這里不再進行討論。
合理地選取計算簡圖,進行結構計算后,應對計算結果的正確性進行判別,這一點非常重要,也是對計算簡圖合理性的一個檢驗,要分析計算結果的可靠性,必須了解各種結構體系的基本變形特征和動力特征,保證結構周期在一個大致的范圍,調整結構剛度,使計算結果偏離不大,使水平位移特征符合結構的基本特征。如框架結構呈剪切型的變形曲線,剪力樣結構呈彎曲#p#副標題#e#型的變形曲線,框剪結構介于二者之間,變形曲線呈反S型。
4結構構造設計是保證
構造設計既是結構設計的重要環節,也是計算簡圖比較真實地反映實際結構的受力特性的根本保證,因此其必須從概念設計入手,加強連接,保證結構有較好的整體性和足夠的強度、剛度。對有抗震設防要求的結構,尚應保證結構的彈塑性和延性,對結構的關鍵部位和薄弱部位,應加強構造措施。每個結構設計人員都應清楚,結構構造設計是結構設計中不可缺少的關鍵環節,必須給予足夠的重視,構造措施是通過大量的工程實踐經驗總結、提煉出來的,對整體結構起著非常重要的作用。抗震設計原則是小震不壞、中震可修、大震不倒,保證大震不倒是重點,解決這個問題主要靠構件延性和結構構造,支撐豎向荷載的結構構件的強度要高,各結構件的連接性要好,構造的處理要以簡圖、現行規范和設計經驗為基礎,按計算簡圖中要求的連接類型處理。
結束語
綜上所述,結構選型、結構計算和結構構造是結構設計中的三個環節,結構選型是結構設計的首要環節,結構計算是結構設計的基礎,結構構造是結構設計的保證,三者之間相互聯系、相互獨立、缺一不可。
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文章標題:建筑結構設計中的三大基本方法
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