結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)

劉林

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1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要概念

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不是被動(dòng)的配合，它不僅是一門(mén)專業(yè)技術(shù)更是一門(mén)藝術(shù)。而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有唯一解只有通過(guò)不斷的探索去尋求相對(duì)的最優(yōu)解。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)它不僅滿足規(guī)范規(guī)程要求，而且要具體工程具體分析對(duì)待，在某些設(shè)計(jì)中僅按規(guī)范要求對(duì)截面設(shè)計(jì)是不夠的，例如：承托上部墻或柱的轉(zhuǎn)換梁，其剪壓比和受剪承載力比一般框架梁嚴(yán)格，縱向鋼筋應(yīng)比計(jì)算所需要的富余一些；受力較敏感或施工操作中鋼筋位置下移對(duì)承載力影響較大的懸挑梁和挑陽(yáng)臺(tái)及挑梁板，其縱向鋼筋應(yīng)比計(jì)算所需要的多一些。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與設(shè)計(jì)使用年限相混，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)系的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)，他不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，也不等同于建筑結(jié)構(gòu)的壽命，一般規(guī)范所采用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，他是設(shè)計(jì)時(shí)作為考慮荷載的統(tǒng)一參數(shù)，設(shè)計(jì)使用年限指設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可達(dá)到其預(yù)定目的使用年限，指房屋在正常設(shè)計(jì)，正常施工，正常使用和一般維修下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。

（4）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不重視概念整體性及多道防線，我們進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗消掉地震的能量，使結(jié)構(gòu)安全，而地震時(shí)能量都集中在極少數(shù)薄弱部位，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)及早破壞因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免出現(xiàn)薄弱部位?，F(xiàn)在抗震設(shè)計(jì)方法前提之一是假定整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，在此前提下才能對(duì)多遇地震進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并采取抗震構(gòu)造措施，或采用動(dòng)力時(shí)程分析進(jìn)行驗(yàn)算，試圖達(dá)到罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不至于倒塌的目的，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)立求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、規(guī)則、均勻、對(duì)稱，達(dá)到結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，剛度合理滿足抗震設(shè)計(jì)的“三個(gè)水準(zhǔn)”和“二階段”。

（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中認(rèn)為鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高越好是一個(gè)錯(cuò)誤概念。眾所周知，混凝土強(qiáng)度越高水泥用量越多，當(dāng)今多采用商品混凝土，泵送澆筑，混凝土水灰比和塌落度大，在現(xiàn)澆梁、板和墻構(gòu)件普遍產(chǎn)生可見(jiàn)裂縫，原因就是如此，因此新《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.2.2對(duì)抗震設(shè)計(jì)時(shí)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)也有規(guī)定。

2 概念設(shè)計(jì)

（1）概念設(shè)計(jì)是通過(guò)無(wú)數(shù)次的事故分析，國(guó)內(nèi)外震害分析，模擬實(shí)驗(yàn)的定量定性分析以及長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)分析，歸納，總結(jié)出來(lái)的。而這些原則規(guī)定與方法往往是基礎(chǔ)性、整體性、全局性和關(guān)鍵性的。

（2）概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員運(yùn)用所掌握的科學(xué)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，要做好概念設(shè)計(jì)應(yīng)掌握理解多方面知識(shí)：結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能，地理環(huán)境，房屋高度，施工技術(shù)條件，材料供應(yīng)情況，有無(wú)抗震設(shè)防，選擇合理的結(jié)構(gòu)類型；豎向荷載、風(fēng)荷載及地震作用對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，傳遞途徑，結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)制和過(guò)程以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)；建筑結(jié)構(gòu)的整體性，承載力和剛度在平面內(nèi)及沿高度均勻分布，避免突變和應(yīng)力集中；預(yù)估和控制各類結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性較可能出現(xiàn)的部位和范圍；抗震房屋應(yīng)設(shè)計(jì)成具有高延性的耗能結(jié)構(gòu)，并且有多道防線；地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)影響，地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的可能性；各類結(jié)構(gòu)材料的特性及其受溫度變化的影響；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生的有力和不利影響；要協(xié)調(diào)布置，并保證與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的可靠等等。

（3）必須重視概念設(shè)計(jì)，在多高層建筑中特別是高層建筑由于建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，發(fā)生地震時(shí)地震動(dòng)的方向的不確定性，人們對(duì)地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性和模糊性，高層結(jié)構(gòu)計(jì)算尤其是抗震分析計(jì)算的不精確性，材料性能與施工安裝時(shí)的變異性以及其它的不可預(yù)測(cè)的因素，致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際相差很大，甚至有些作用效應(yīng)至今還無(wú)法定量計(jì)算出來(lái)，因此在設(shè)計(jì)中雖然分析計(jì)算是必須的，也是設(shè)計(jì)重要依據(jù)，但僅此往往不能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，從某種意義上講概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更為重要。

（4）概念設(shè)計(jì)的宗旨就是在特定空間形式、功能和地理環(huán)境條件下，以結(jié)構(gòu)工程師自身確定的理想承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，用整體構(gòu)思來(lái)設(shè)計(jì)各部分有機(jī)相連的結(jié)構(gòu)總體系，并能有意識(shí)的利用和發(fā)揮，結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系以及分體系與構(gòu)件之間的最佳受力特征與協(xié)調(diào)關(guān)系。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)

相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于定量，概念設(shè)計(jì)屬于定性，概念設(shè)計(jì)是從全局出發(fā)綜合建筑物的功能、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)安全、建筑場(chǎng)地、周圍環(huán)境等因素確定結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式等項(xiàng)目的過(guò)程，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以概念設(shè)計(jì)確定的項(xiàng)目為基礎(chǔ)，依據(jù)掌握的科學(xué)知識(shí)、軟件的計(jì)算分析結(jié)果以及構(gòu)造的規(guī)定進(jìn)行最終設(shè)計(jì)。通過(guò)參加工作以來(lái)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：設(shè)計(jì)者只有在設(shè)計(jì)工程中加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)的重視，才能成為一個(gè)合格的設(shè)計(jì)師。