浅议概念设计在建筑结构设计中应用

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1、浅议概念设计在建筑结构设计中应用【摘要】概念设计是通过无数的事故分析，历年来国内外建筑结构分析，模拟试验的定量定性分析以及长期以来国内外的设计与使用经验分析、归纳、总结出来的。而这些原则、规定与方法往往是基础性、整体性、全局性和关键性的。本文主要探讨概念设计在建筑结构设计中的应用。【关键词】概念设计；建筑结构；安全建筑概念设计一般包括三个层次的内容与要求：(1)概念设计是根据人们在学习和实践中所建立的正确概念，运用人的思维和判断力，正确和全面地把握结构的整体性能，即根据对结构品性(承载能力、变形能力、耗能能力等)的正确

2、把握，合理地确定结构的总体布置与细部构造。(2)建筑计算是对地震作用进行定量分析，确定工程结构及构件的地震效应，再将地震效应与其他荷载组合验算结构及构件的强度与变形。(3)建筑构造措施是指采用满足计算以外的措施，以保证结构整体性、加强局部薄弱环节等，保证建筑计算结果的有效性。要使建筑物具有较好的建筑性能，首先应从大的方面入手，做好概念设计[1]。一、结构概念设计的意义6强调结构概念设计的重要性，旨在要求建筑师和结构工程师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。若结构严

3、重不规则、整体性差，则仅按目前的结构设计计算水平，难以保证结构的建筑、抗风性能，尤其是建筑性能。高层建筑设计尤其是在高层建筑概念设计中，应当非常重视概念设计。这是由于高层建筑结构的复杂性，发生地震时地震动的不确定性，人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性，高层结构计算尤其是建筑分析计算的精确性，材料性能与施工安装时的变异性以及其它不可预测的因素，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。因此在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅此往

4、往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标。还必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要。有些概念设计的要求，为整个设计设置了二道防线，保证了建筑物的安全、可靠。合理的结构方案是安全可靠优秀设计的基本保证[2]。二、结构概念设计的原则1．优化选型原则6结构概念设计归根到底是确定主体结构体系及其联系。它要考虑3个方面，用比较方法进行优化选择：(1)优化结构体系。前提是掌握各类基本构件的特征(如与受力相关的几何特征，与变形相关的刚性特征等)，根据环境、使用、建筑和荷载实况优化选择合

5、用的基本构件，确定它们间的联系，形成基本结构单元和它的支承做法(如框架结构，筒体结构等)；再将基本结构单元通过线型、平面、叠合、交叉等集合形式构成主要结构体系。(2)优化结构布置。在满足使用要求和建筑意向前提下优化布置楼屋盖水平系统、柱墙竖向支承系统和基础系统。这时除比较各种布置的承载能力、竖向和侧向变形、支承做法、地质条件等结构问题的合理性、优越性外，重要的原则是平立面宜规则、对称，具有良好的整体性，竖向剖面除规整外侧向刚度宜均匀变化，自下而上逐渐减小，避免突变。(3)合理构造做法。重点是结构构造做法和建筑构造要求相

6、一致，结构的理论构造要求和施工的实际构造做法相一致。2．空间作用原则建筑物本来是一个空间结构。在结构概念设计时，考虑建筑物内各部分结构的空间作用，实际上是还原到它本来的结构面貌。当然，如果这时更能有意识地利用构成构件间的空间关系，往往还会给所设计的建筑结构带来更大刚度、减小内力、受力效能好等方面的优点。3．合理受力原则6结构概念设计时，要经常运用力学原理来处理结构构件的一般受力分析问题。以下几个方面往往应给予注意：(1)从受力和变形看，均匀受力比集中受力好，多跨连续比单跨简支好，空间作用比平面作用好，刚性连接比铰接好，

7、超静定的受力体系比静定的受力体系好，另外，传力简捷比传力曲折好，要避免不明确的受力状态。(2)从受力和变形的分析看，要尽可能利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性；既要分析各部分构件的直接受力状态，也要分析整体结构的宏观受力状态；要抓住主要的受力状况和它所发生的变形，忽略次要的受力状况和它的相应变形。(3)从抗力和材料看，要尽可能选用以轴向应力为主的受力状态，尽可能增加构件和结构的截面惯性矩和抗弯刚度、抗剪切能力和抗剪刚度，并合理地选用材料和组织构件的截面，做到“因材施用，材尽其用”[3]。4．减轻自重原

8、则6结构所承受的荷载无非两种：竖向荷载和水平荷载。竖向荷载的85％以上是建筑物自重(结构和装饰层自重)，水平荷载中的地震荷载与建筑物自重直接相关。所以减轻自重是一条重要的结构概念设计原则。它不仅可以减轻结构承受的荷载，而是可以降低建筑造价、加快建造速度、节约建筑材料、减少材料在生产运输方面的劳动量。减轻自重的措施大体有：(1)采用