導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇簡述建筑結(jié)構(gòu)概念，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

地震作用影響因素極為復雜，它是一種隨機的、尚不能準確預見和準確計算的外部作用，目前規(guī)范給出的計算方法還是一種半經(jīng)驗半理論的方法，要進行精確的抗震計算還有一定的困難，因此人們在工程實踐中提出了“建筑抗震概念設計”。結(jié)構(gòu)的抗震設計應該是綜合概念設計、計算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設計。

1 建筑的抗震概念設計

所謂“建筑抗震概念設計”是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，依此進行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細部構(gòu)造的過程。掌握了抗震概念設計，有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當?shù)剡\用抗震設計原則，使設計人員不至于陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理地進行抗震設計。

2 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設計更應重視概念設計

在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據(jù)，但僅靠此往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，因此必須非常重視概念設計。從某種意義上講，概念設計甚至比分析計算更為重要，因為合理的結(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設計的基本保證。高層建筑結(jié)構(gòu)設計尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，更應重視概念設計。這是因為高層建筑結(jié)構(gòu)的復雜性、發(fā)生地震時震動的不確定性、人們對地震時結(jié)構(gòu)響應認識的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計算尤其是抗震分析計算的精確性、材料性能與施工安裝時的變異性，結(jié)構(gòu)計算模型的假定與地震時的實際工作有很大的差異以及其他不可預測的因素，致使設計計算結(jié)果( 尤其是經(jīng)過實用簡化后的計算結(jié)果) 與實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。

3 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設計的基本內(nèi)容

3. 1 首先應重視高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的形狀設計方案。合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱，因為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應，易于采取相應的抗震構(gòu)造措施和進行細部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求?！耙?guī)則建筑”體現(xiàn)在體形( 平面和立面的形狀) 簡單; 抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻; 平面布置基本對稱。

3. 2 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低; 反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關(guān)，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價及降低結(jié)構(gòu)延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3. 3 設計多道設防結(jié)構(gòu)

3. 3. 1 超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個節(jié)點破壞或一個塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因為超靜定結(jié)構(gòu)允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設計成超靜定結(jié)構(gòu)，還應該做成具有多道設防的結(jié)構(gòu)。第一道設防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則只允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

3. 3. 2 雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實現(xiàn)多道設防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設計雙重抗側(cè)力體系實現(xiàn)多重設防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

3. 3. 3 總結(jié)構(gòu)體系與基本分結(jié)構(gòu)體系

1972 年 12 月 23 日尼加拉瓜首都發(fā)生強烈地震，1 萬多棟樓房倒塌。林同炎公司 1963 年設計的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設計地震作用 0. 06g 大 6 倍的地震 0. 35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運動與由風引起的位移是不同的，在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)會在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復雜。當然主要是第一振型，同時也包括具有鞭梢效應的第二、第三振型，變形量很大。所以設計者主要考慮的是如何避免就其結(jié)構(gòu)固有特征會引起倒塌的過大變形。再則，設計高層結(jié)構(gòu)所考慮抗風與抗地震要求的出發(fā)點往往是矛盾的。剛度大的結(jié)構(gòu)對抗風荷載有利，動力效應小; 反之，較柔的結(jié)構(gòu)有利于抗震。所以要設計一個抗風及抗震性能都很好的高層結(jié)構(gòu)不很容易。林同炎教授的設計思想是設計一個由 4 個柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結(jié)構(gòu)總體系。在抗風荷載及設防烈度的地震作用下表現(xiàn)為剛性體系。當遇到罕見的強烈地震時，通過控制各分體系( 柔性筒) 之間的聯(lián)接構(gòu)件( 鋼筋混凝土連梁) 的屈服、破壞，而變成具有延性的結(jié)構(gòu)體系，即各分體系獨立工作，則結(jié)構(gòu)的自振周期變長，阻尼增加，即使超出彈性極限，仍持有塑性強度，可做到搖擺而不倒塌。地震后的實地觀察，證明其設計思想是正確的，正如預料的那樣，聯(lián)梁的混凝土剝落，梁中有明顯裂縫。但四個柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

3. 4 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應設計成延性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

延性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設計原則下，結(jié)構(gòu)應設計成延性結(jié)構(gòu)。當設計成延性結(jié)構(gòu)時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結(jié)構(gòu)變形加大，但結(jié)構(gòu)承受的地震作用不會直線上升，也就是說，結(jié)構(gòu)是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱桿件，強底層柱”原則，承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3. 5 應有意識地加強薄弱環(huán)節(jié)

( 1) 結(jié)構(gòu)在強烈地震下不存在強度安全儲備，構(gòu)件的實際承載力分析( 而不是承載力設計值的分析) 是判斷薄弱層的基礎。

( 2) 要使樓層( 部位) 的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層( 部位) 的這個比例有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中。

( 3) 要防止在局部上加強而忽視整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

( 4) 在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層( 部

位) ，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

4 做好高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計還應注意的問題

( 1) 結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能、房屋高度、地理環(huán)境、施工技術(shù)條件和材料供應情況、有無抗震設防來選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。

( 2) 不同結(jié)構(gòu)體系在豎向荷載、風荷載及地震力作用下的受力特點。

( 3) 風荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

( 4) 結(jié)構(gòu)破壞的機制和過程，以加強結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。

( 5) 預估和控制各類結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

( 6) 場地選擇、地基基礎設計及地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響。

( 7) 各類結(jié)構(gòu)材料的特性及其受溫度變化的影響。

( 8) 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生的有利和不利影響，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。

參 考 文 獻

篇2

中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號：

1 緒論

結(jié)構(gòu)是建筑物中很重要的一個概念，當人們在議論一個建筑物時可能會用詞“這個結(jié)構(gòu)怎么怎么樣”，而不是“這個建筑物”，從專業(yè)的角度來說，這里“結(jié)構(gòu)”的用法是不恰當?shù)?，這個詞在用于建筑方面時，具有其特殊的含義。

2 建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展史

回顧人類歷程漫漫幾千年的歷史，從原始部落到現(xiàn)代文明社會，建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展也是突飛猛進的，由低等的原生態(tài)的逐漸演變到高等的體系化完善化的。提及建筑結(jié)構(gòu)，讓人想到原始的“變形蟲”，先進的魚類結(jié)構(gòu)，更先進的結(jié)構(gòu)如殼類、膜類、充氣結(jié)構(gòu)以及張力結(jié)構(gòu)。

2.1原始“變形蟲”

原始結(jié)構(gòu)像變形蟲，它們是樸素的、自我承重的結(jié)構(gòu)，一旦受外力支配時，它們就會倒塌，這個力量可以是時間或者某個地震。當一個變形蟲無力抵抗外力攻擊時，它分裂成兩個或者三個部分。一個變形蟲的每個部分對于它的完整性都是必需的，一旦其中一部分由于外力的原因被移走或毀壞，這個變形蟲就會分裂。在一個變形蟲結(jié)構(gòu)的例子中，可以將“結(jié)構(gòu)”和“建筑物”同義使用，因為此類建筑所有部分對支撐這個建筑物并將載荷傳到地面都是至關(guān)重要的。

2.2魚類結(jié)構(gòu)

一條魚是以肉和骨的混合物的形式存在的。將肉拿走骨頭會留下，肉不能支撐魚，只有骨頭可以。在魚骨中，有一個中央脊椎，在骨頭與脊椎結(jié)合的地方變得相當粗壯，因為脊椎處是支撐魚的核心，是樞紐結(jié)構(gòu)。魚類的結(jié)構(gòu)直接啟示了設計師的創(chuàng)作靈感，如弗蘭克·勞埃德·賴特設計的威斯康星州拉辛（Racine）的約翰遜制蠟公司的辦公樓。每一個魚骨架結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點是基礎和結(jié)合點。為了簡化懸挑結(jié)構(gòu)中基礎和接合點的問題，柱和梁得到了發(fā)展。在此建筑中，梁和柱都支撐重量，并且在受到載荷時產(chǎn)生“彎曲”、“扭轉(zhuǎn)”和“彎折”狀況，這些以工程力學中的例題加以描述。

圖2- 1軸受扭圖

圖2- 2橫截面應力圖

如圖2-1中軸受扭，根據(jù)剪切胡克定律[2], 當切應力不超過材料的剪切比例極限時：

（公式2- 1）

式中——剪切強度，MPa；

——剪變模量，GPa；

——到軸心的距離，m；

——切應變，rad；

——扭轉(zhuǎn)角，rad。

圓軸的強度校核公式：

（公式2- 2）

，，

式中——最大剪切強度，MPa；

T ——扭轉(zhuǎn)矩，N·m；

——到軸心的距離，m；

——極慣性矩；

——抗扭截面系數(shù)；

——許用切應力，MPa；

n——安全系數(shù)

圖2-2為軸中應力的方向。

圖2-3 梁受彎曲應力圖

圖2- 4梁橫截面上應力分布

（公式2- 3）

，

式中——最大拉壓強度，MPa；

M ——力矩，N·m；

——y軸距離最大值，m；

——慣性矩；

——慣性矩圖形對坐標原點O的極慣性矩；

——抗彎截面系數(shù)；

——許用拉壓應力，MPa；

彎曲最大切應力：

（公式2- 4）

式中——中性軸一邊的截面面積對中性軸的靜矩，N·m；

下面介紹一條工程力學中的實例：

水平直角折桿受鉛直集中力的作用。圓軸直徑，在截面頂點處，測得軸向線應變。

試求該折桿危險點的相當應力。

解：點，，又則

危險截面在固定端處

3 建筑結(jié)構(gòu)選型

建筑設計中的結(jié)構(gòu)技術(shù)問題，是構(gòu)成空間與體形的骨架和基礎。結(jié)構(gòu)部分不僅在耗材及投資上占據(jù)著相當大的比重，而且對建筑空間形體的制約也是很大的，因此在建筑設計過程中，需要給予足夠的重視[4]。

縱觀建筑歷史的發(fā)展，19世紀末以來，由于社會生活和科學技術(shù)的發(fā)展，特別是鋼筋混凝土和鋼材的廣泛應用，建筑技術(shù)和建筑造型發(fā)生了巨大的變革。例如，建于1851年的倫敦“水晶宮”——世界博覽會展覽館（如圖3-1）

圖3- 1倫敦“水晶宮”——世界博覽會展覽館

當時的這些建筑技術(shù)成就，遠不是古典建筑可以比擬的。而且，輕質(zhì)高強度的建筑材料的出現(xiàn)，使得高層與大跨度的建筑有了突飛猛進的發(fā)展。新結(jié)構(gòu)的廣泛應用，使得承重與非承重體系有了新的觀念，因而使建筑造型具有更大的靈活性與機動性[5]。

當前在建筑設計中，常用的結(jié)構(gòu)形式可以概括為三種主要類型，即混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。結(jié)合我國的具體情況，在新型建筑材料不太發(fā)達的地區(qū)，對于一般標準的中小型建筑。在中大型城市，因高新技術(shù)比較發(fā)達，在高層建筑中，而對于大跨度的建筑，如劇院、體育館、超級市場等多選擇空間結(jié)構(gòu)體系。

3.1混合結(jié)構(gòu)體系

我國在一般建筑中所采用的混合結(jié)構(gòu)形式，多以磚或石墻承重及鋼筋混凝土梁板系統(tǒng)最為普遍。這種結(jié)構(gòu)類型，因受梁板經(jīng)濟跨度的制約，在平面布置上，常形成矩形網(wǎng)格承重墻的特點。所以對于結(jié)構(gòu)不大、層數(shù)不高，且為一般標準的某些建筑如學校、住宅建筑、醫(yī)院等是比較適宜的。

3.2框架結(jié)構(gòu)體系

承重系統(tǒng)與非承重系統(tǒng)有明確的分工，是框架結(jié)構(gòu)體系中最明顯的特點，即支承建筑空間的骨架是承重系統(tǒng)，而分割室內(nèi)外空間的圍護結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)隔斷，是不承受載荷的。因此柱與柱之間可根據(jù)需要做成填充墻或全部窗戶，也可部分填充，部分開窗，或做成空廊，使室內(nèi)外空間靈活通透。

3.3空間結(jié)構(gòu)體系

隨著科技的進步和發(fā)展，高新建筑材料如輕質(zhì)的高強的鋼材、混凝土、塑鋼板和鋁合金等材料的涌現(xiàn)，促使輕型高效的空間結(jié)構(gòu)有了迅速的發(fā)展，這對于經(jīng)濟有效地解決大跨度建筑空間的問題有著重要意義。其中空間結(jié)構(gòu)體系主要分為三類：懸索結(jié)構(gòu)、空間薄壁結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與建筑設計的關(guān)系。懸索結(jié)構(gòu)能充分利用高強度材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省和易施工等特點。薄壁結(jié)構(gòu)就是曲面的薄壁結(jié)構(gòu)，按曲面生成的形式分為筒殼、圓頂薄殼、雙曲扁殼和雙曲拋物線殼等，材料大部分都是鋼筋和混凝土。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是國內(nèi)大型體育場、工業(yè)廠房。影劇院、候車廳等常用的屋蓋形式。

4 結(jié)論

一個建造方法可以被總結(jié)和歸結(jié)為一條原則：對于各種材料規(guī)則而巧妙的組合，設若它們是方形的石料、砂石、木材，或是別的什么東西，以形成一個堅固的，并且盡可能是完整的一體的結(jié)構(gòu)[10]。一個結(jié)構(gòu)，只有當它所包含的各個部分是不可被分離或者移動的時候，才可以說是一體的。因此，建筑師需要考慮什么是結(jié)構(gòu)的基本部分，它們的秩序是什么，它們被組合在一起的先后順序是什么。要發(fā)現(xiàn)造成結(jié)構(gòu)的各個部分并不困難：很顯然它們是頂和底，是左和右，是前和后，以及位于所有其間的東西。再根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)體系選擇其安全、經(jīng)濟等因素。

參考文獻

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篇3

概念設計的宗旨是在特定的建筑空間及環(huán)境條件下, 用整體概念來考慮結(jié)構(gòu)的總體方案, 并能有意識地發(fā)揮和利用結(jié)構(gòu)總體系和各基本分體系之間的力學特性與關(guān)系。建筑物是一個整體空間結(jié)構(gòu), 各種構(gòu)件以相當復雜的方式共同工作, 并不是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨構(gòu)件。作為結(jié)構(gòu)工程師, 不應過度依賴計算機和盲目照搬規(guī)范, 應把概念設計應用到實際工作中去。

1概念設計的定義

結(jié)構(gòu)設計分為理論和概念設計。理論設計是結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)計算理論和規(guī)范, 在對結(jié)構(gòu)進行計算模型的假設及受力狀態(tài)的假定的前提下, 對結(jié)構(gòu)進行計算分析, 得出數(shù)據(jù)式的結(jié)果, 然后利用結(jié)果進行設計。概念設計是指不經(jīng)數(shù)值計算, 尤其在一些難以做出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中, 依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的基本設計原則和設計思想, 從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。

在建筑設計的方案階段, 從總體出發(fā), 采用概念性近似計算方法, 能迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進行構(gòu)思、比較和選擇。這種方法雖有一定誤差, 但概念清楚、定性準確、手算簡單快捷, 能很快選擇出最佳方案, 具有較好的經(jīng)濟、可靠性能, 同時也是施工圖設計階段判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

2概念設計的意義

概念設計的應用面非常廣泛,幾乎蘊含了所有的結(jié)構(gòu)設計。在不確定因素多、受力狀況變化較大的抗震設計、高層建筑設計、基礎設計中, 概念設計的應用尤顯重要和突出。

概念設計的重要性, 主要體現(xiàn)在三方面：一是因為現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性。為了彌補計算理論的缺陷, 或?qū)崿F(xiàn)對實際存在的大量無法計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計, 都需要用概念設計來滿足結(jié)構(gòu)設計的目的。二是由于在方案設計階段, 初步設計過程是不能借助于計算機來實現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運用其掌握的結(jié)構(gòu)概念, 選擇效果最好、造價最低的結(jié)構(gòu)方案。概念設計在設計人員中提得比較多, 但往往被人們片面地理解, 認為其主要是用于一些大的原則, 如確定結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)布置等。其實, 在設計中任何地方都離不開科學的概念作指導。三是由于計算機計算結(jié)果的高精度, 容易給結(jié)構(gòu)設計人員帶來對結(jié)構(gòu)工作性能的誤解, 過分地依賴于計算機和設計軟件, 進行習慣性、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計, 對計算結(jié)果明顯不合理、甚至錯誤的地方不能及時發(fā)現(xiàn), 使許多的建筑結(jié)構(gòu)留下安全隱患因此, 概念設計在結(jié)構(gòu)設計中具有重要的地位。

3 概念設計的一般原則

3.1合理選擇結(jié)構(gòu)方案, 形成良好結(jié)構(gòu)體系

一個成功的設計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案,即要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。必須對工程的設計要求、地理環(huán)境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析, 并與建筑、水、電等專業(yè)充分比商, 在此基礎上進行結(jié)構(gòu)選型, 確定結(jié)構(gòu)方案, 必要時還應進行多方案比較,擇優(yōu)選用。

要形成良好的結(jié)構(gòu)體系, 要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承載能力極限狀態(tài)下能共同受力、共同變形、協(xié)同工作, 有相同的耐久性, 同時達到極限狀態(tài)。還要正確處理基礎與上部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系, 必須把基礎與上部結(jié)構(gòu)視為一個有機的整體, 不能把二者割裂開來。

3.2恰當選用計算簡圖, 正確分析計算結(jié)果

結(jié)構(gòu)計算是在計算簡圖的基礎上進行的, 計算簡圖選用不當而導致結(jié)構(gòu)安全事故屢有發(fā)生, 因此選擇恰當?shù)挠嬎愫唸D是確保結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖應有相應的構(gòu)造措施來保證。

由于軟件種類繁多, 不同軟件往往會導致不同的計算結(jié)果, 加之由于程序與結(jié)構(gòu)某處實際情況不相符合、或人工輸入有誤、或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結(jié)果, 因此工程師的知識、經(jīng)驗是不可缺少的, 工程師應全面了解程序的適用范圍、技術(shù)條件等, 認真分析計算結(jié)果, 慎重校核, 做出合理判斷, 不可迷信電腦。

4概念設計的應用

4.1抗震概念設計

地震具有難以把握的復雜性和動態(tài)變化的特點, 要準確地預見建筑物所遭遇的地震特性及詳細參數(shù), 是難以做到的。只有輔以準確的概念設計, 在宏觀上對抗震結(jié)構(gòu)進行控制，正確分析計算結(jié)果, 合理地對薄弱環(huán)節(jié)采取構(gòu)造加強措施,才能在經(jīng)濟合理的前提下, 設計出抗震性能優(yōu)良的建筑。為了保證建筑具有足夠的抗震能力, 通過概念設計從宏觀上控制結(jié)構(gòu)的抗震性能應充分考慮以下環(huán)節(jié)：①選擇對抗震有利的場地及地基, 避免地面變形的直接危害, 采取措施保證地基的穩(wěn)定性。②進行合理的基礎設計, 同一結(jié)構(gòu)單元不宜設置在性質(zhì)不同的地基土上, 不宜采用不同的基礎形式, 設計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力。③建筑物的體型應力求簡單、規(guī)則、對稱, 質(zhì)量和剛度變化均勻, 以減少地震作用產(chǎn)生的變形、應力集中及扭轉(zhuǎn)反應。④選擇合理的結(jié)構(gòu)體系, 抗側(cè)力構(gòu)件力求均勻?qū)ΨQ, 設多道抗震防線, 避免局部出現(xiàn)薄弱部位, 要求結(jié)構(gòu)布置受力明確, 傳力簡捷。⑤各類構(gòu)件之間要有可靠的連接, 并具有必要的強度和變形能力, 從而獲得整個結(jié)構(gòu)良好的抗震性能。⑥強調(diào)結(jié)構(gòu)空間整體性, 平面加強連接, 豎向確保足夠的整體剛度。⑦重視對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理, 利用其對主體結(jié)構(gòu)的有利影響, 避免不合理設置導致對主體結(jié)構(gòu)的不利影響。⑧盡量減輕結(jié)構(gòu)自重,減少地基土壓力, 從而降低向建筑物傳輸?shù)牡卣鹆Α?/p>

4.2高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計

高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計中以下幾個問題值得重視：①正確認識高層建筑的受力特點, 選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。高層建筑的受力特點不同于低層建筑。高層建筑從本質(zhì)上講是一個豎向懸臂結(jié)構(gòu), 水平荷載的影響要遠遠大于垂直荷載的影響, 水平荷載是結(jié)構(gòu)設計的控制因素。結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力應有較大的強度和足夠的剛度, 使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。由于高層建筑的受力特點, 選擇切實可行的結(jié)構(gòu)類型是非常必要的。②正確選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。由于高層建筑中抗水平力成為設計的主要矛盾, 因此采用何種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵性問題。選擇高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系通常需要考慮的兩個主要原因是建筑物的高度和用途。③選擇合理的結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)布置的合理與否很大程度影響著建筑的使用、結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和施工的合理性。結(jié)構(gòu)布置不當,常常造成薄弱環(huán)節(jié), 引起震害。在結(jié)構(gòu)布置時, 應加強結(jié)構(gòu)的整體性及剛度, 加強構(gòu)件的連接, 加強結(jié)構(gòu)的薄弱部位和應力復雜部位的強度。④提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于高層建筑的受力特點不同于低層建筑, 因此在地震區(qū)進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計時, 除應保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強度和剛度外, 還應具有良好的抗震性能, 結(jié)構(gòu)必須具有一定的塑性變形能力來吸收地震所產(chǎn)生的能量, 減弱地震破壞的影響。

4.3基礎中的概念設計

篇4

Abstract: below the author connecting with the work practice, from several aspects, tall building structural design concept to pay attention to the issue.

Keywords:; Structure design; ;Design method; Structure system

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

對一個超高層建筑來說，與建筑相適應的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置等概念設計不是絕對的，但合理的結(jié)構(gòu)設計應該是惟一的。我們所要做的工作就是把一些互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以滿足建筑物的安全性、適用性和耐久性的要求。

1結(jié)構(gòu)設計特點

1.1重力荷載迅速增大

隨著建筑物高度的不斷增加重力荷載呈直線上升，作用在豎向構(gòu)件柱、墻上的軸壓力增加，對基礎承載力的要求也更加提高。

1.2控制建筑物的水平位移成為主要矛盾

1.3效應成為不可忽視的問題

超高層建筑高寬比較大，側(cè)向剛度相對較弱，水平位移量大（圖2），重力與水平位移所產(chǎn)生的附加彎矩常常大于初始彎矩的10％，必須考慮重力二階效應。

圖1風荷載高度變化示意圖2水平位移沿高度變化示意

1.4豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響增大

豎向構(gòu)件的總壓縮量主要由受力變形、干縮變形和徐變變形三部分組成，對于全鋼結(jié)構(gòu)僅需考慮受力變形產(chǎn)生的縮短影響，對于鋼混結(jié)構(gòu)、鋼組合結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)必須考慮干縮縮短和徐變縮短的影響。一般受力變形瞬時完成，其變形量可用胡克定律作近似計算；干縮變形完成的時間較長，據(jù)資料統(tǒng)計約為總壓縮量的30％；徐變變形完成的時間更長，線性徐變可由公式簡單計算；構(gòu)件的總壓縮量隨著構(gòu)件的高度H平均壓應力的增加而加大。

超高層建筑的豎向構(gòu)件不但H和較大，而且構(gòu)件之間的壓應力差也較大，因此設計中除了通過控制軸壓比使豎向構(gòu)件之間的壓應力較接近外，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采取逐步將各層柱頂找平后再進行下一道工序的施工辦法來減小變形差；對鋼結(jié)構(gòu)采取預留柱、墻壓縮量的方法來減小變形差；總體結(jié)構(gòu)分析時采取模擬施工方法，減小變形差對內(nèi)力計算的影響。

1.5傾覆力矩增大，整體穩(wěn)定性要求提高

建筑物高度的增加使得側(cè)向力引起的傾覆力矩增大，抗傾覆要求提高。實際工程中常常采取增加基礎埋深、加大基礎寬度或采用抗拔樁基等措施來滿足整體穩(wěn)定性要求。

1.6防火、防災的重要性凸現(xiàn)

超高層建筑多采用鋼混結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，而鋼材耐熱不耐火的特性更易加重某些次生災害的發(fā)生，例如美國世貿(mào)中心的倒塌。一般緊急情況下高樓所需要的疏散時間較長，從頂層飛機救援的行動也常會受到各方面因素的制約，使得實施比較困難，因此防火、防災的設計更為重要，目前關(guān)于防災方面的具體要求我國還沒有相應的規(guī)程可循。

1.7建筑物的重要性等級提高

超高層建筑常作為當?shù)氐臉酥拘越ㄖ?，資金投入大，在政治、經(jīng)濟、文化中所起的作用重大，破壞影響較大、波及范圍較廣，不論其建筑類別均屬于重要建筑，因此結(jié)構(gòu)設計的可靠度要提高，一般情況下重要性系數(shù)取1.1，特殊情況下也可取1.2。

2結(jié)構(gòu)設計方法

2.1減輕自重，減小地震作用

采用高強輕質(zhì)材料（如全鋼結(jié)構(gòu)、幕墻圍護、輕質(zhì)隔斷等），減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用。

2.2降低風作用水平力

2.2.1減小迎風面積

正方形平面形式，橫向迎風面最??；如計算對角線方向的迎風面寬，則圓形平面最小；在立面上適當位置開洞泄風（如上海環(huán)球金融中心大廈，風力降低更直接。

2.2.2降低風力形心

采用下大上小的立面體型，既減小高風壓在高處的迎風面積，又降低風作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。同時下大上小的立面體型對建筑底部來說增大了抵抗矩，提高了穩(wěn)定性，如巴黎的埃菲爾鐵塔。

2.2.3選用體型系數(shù)較小的建筑平面形狀

體型系數(shù)從小到大可選用下列平面順序：圓形平面!正多邊形平面!正方形平面，采用流線光滑的外形，避免凹凸多變的建筑形式，減小整體和局部風壓的體型系數(shù)。

2.3減少振動，耗散輸入能量

采用阻尼裝置或加大阻尼比，減少振動影響，如臺北國際金融中心大廈%$&。

選用耗能、減振的結(jié)構(gòu)體系，如采用偏心支撐的鋼結(jié)構(gòu)具有耗能的水平段，采用橡膠支座可以減振等。

2.4加強抗震措施

2.4.1選用規(guī)則結(jié)構(gòu)使建筑物具有明確的計算簡圖，合理的地震作用傳遞途徑。

如采用圓形、正多邊形、正方形等平面形狀，可以使整體結(jié)構(gòu)具有多向同性，避免強弱軸的抗力不同和變形差異。功能復雜的建筑常常是多種結(jié)構(gòu)體系的綜合，具體設計時應注意以下問題。

（1）結(jié)構(gòu)平面形狀盡可能對稱。由于地震作用的方向具有隨機性，風作用雖有主導方向，但最大值也具有隨機性，因此選用具有對稱性、多向同性布置的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，有利于形心和剛心的重合。

（2）豎向構(gòu)件盡可能連續(xù)，避免抗側(cè)力構(gòu)件的間斷，從而形成薄弱層、薄弱部位，對抗震不利。

（3）設置多道抗震防線，滿足“大震不倒”的抗震設防要求。

（4）增加超靜定次數(shù)，增加重要構(gòu)件的傳力線路，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。贅余度的增多，可以使結(jié)構(gòu)有更多的部位有機會形成塑性鉸，吸收更多的地震能量。

（5）在滿足強度、剛度要求的前提下，選擇具有較好延性的結(jié)構(gòu)材料，增加總體變形能力，增加結(jié)構(gòu)耗能。

（6）建立整體屈服機制，避免失穩(wěn)破壞，并做到強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件、強埋件弱連接設計；對容易失穩(wěn)的結(jié)構(gòu)，做到強支撐；對受彎構(gòu)件，做到強壓弱拉等。

2.4.2采用多個權(quán)威程序（如SATWE、TAT、SAP2000等）進行計算比較，通過動力時程分析，驗證薄弱部位；對重要構(gòu)件補充有限元分析計算，從而使計算的結(jié)論更為完整，結(jié)果更為可靠。

2.4.3進行小模型風洞試驗，獲取有關(guān)風載作用參數(shù)；通過振動臺試驗，獲取有關(guān)地震作用參數(shù)。

2.4.4采用智能化設計，提高結(jié)構(gòu)的可控性。應用傳感器、質(zhì)量驅(qū)動裝置、可調(diào)剛度體系等和計算機共同組成主動控制體系，提供可變側(cè)向剛度，控制結(jié)構(gòu)的地震反應等。

2.4.5提高節(jié)點連接的可靠度，如鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的焊接處理，鋼混結(jié)構(gòu)中型鋼、鋼板與混凝土的連接等。

3結(jié)構(gòu)材料選用

更輕、更強、更具有延性的材料是超高層建筑結(jié)構(gòu)材料的首選。鋼筋混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土和純鋼材料都可作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要材料；而外墻圍護多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻、鋼塑復合板材等；內(nèi)部隔墻多為輕質(zhì)隔斷；樓屋面常選用壓型鋼板加混凝土面層，并在的鋼承重構(gòu)件表面加防火涂料。

4結(jié)構(gòu)體系選用

更具整體性、更具多道抗震防線、更具延性的結(jié)構(gòu)體系是超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的首選，工程中常用的結(jié)構(gòu)體系有：

內(nèi)筒外框或內(nèi)筒外框并帶角部小筒體（或角形墻）的結(jié)構(gòu)體系，如深圳彭年廣場（酒店部分），H=222m

內(nèi)束筒外框架（巨型柱）并帶多個加強層的結(jié)構(gòu)體系，如臺北國際金融中心大廈，H=508m（含塔尖部分）；

筒中筒結(jié)構(gòu)體系，一般外筒為密柱筒，如前紐約世貿(mào)中心，H=412；

內(nèi)筒外巨型框架加外斜撐結(jié)構(gòu)體系，如上海環(huán)球金融中心大廈H=492；

束筒結(jié)構(gòu)體系，如美國西爾斯大廈，H=443；

巨型框架、巨型桁架結(jié)構(gòu)體系，如新加坡華僑銀行，45層；

篇5

我國結(jié)構(gòu)計算理論從最早的經(jīng)驗估算發(fā)展到今天的概率極限狀態(tài)理論，使得建筑結(jié)構(gòu)的設計更加地經(jīng)濟適用、更加的科學合理以及符合先進的技術(shù)。但是該方法在運算的過程中只能視作近似概率法，因為它很難在實際中來正確估算建筑物的真正承載力。現(xiàn)在，人們在探究具體的空間結(jié)構(gòu)體系上還存在著一定程度的局限性，在設計過程中大量采用的是假設和簡化。作為一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師，不能毫無目的地把規(guī)范進行照搬照套，而應該是把它作為一種為實際項目設計中作出正確選擇的參考。那么這就要求結(jié)構(gòu)工程師把建筑物整體結(jié)構(gòu)體系和各基本分體系之間的力學關(guān)系進行充分的認知，在實際項目設計中更好地運用概念設計的基本原理。

一、簡述概念設計的含義

對于概念設計的定義，不同的人有不同的定義。勞毅（2008）認為概念設計主要是指不需要通過復雜的數(shù)據(jù)計算，運用簡練清晰的文字建立一個結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合力學、結(jié)構(gòu)破壞的原理、地震災害等方面的知識，依據(jù)一些實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象和工程實施中所獲得的基本設計原則和思想，認真分析結(jié)構(gòu)模型及計算結(jié)果，同時應該把結(jié)構(gòu)實際能承受的受力狀況和最初假設間的差異，設計模型的具體構(gòu)造，從而使建筑物受力比較安全，均勻。然而郭志奇對于概念設計卻有自己的獨特理解，他認為概念設計就是先要從結(jié)構(gòu)的總體方案出發(fā)，以人們對建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力方面的知識為依據(jù)，去解決在結(jié)構(gòu)設計中可能會遇到建筑體型、結(jié)構(gòu)體系和剛度分布等問題。為了達到抗震設計合理化的目的，我們應該從整體上進行評價、挑選等處理，通過一些必要的構(gòu)造和計算措施來強化建筑物在抗震方面的薄弱環(huán)節(jié)。換而言之，概念設計需要在特定的空間和地理條件下，用全局的觀點去看結(jié)構(gòu)的總體方案，依據(jù)結(jié)構(gòu)總體系和分體系的關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機制、地震等方面的知識，依據(jù)一些實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象和工程實施中所獲得的基本設計原則和思想，從而對建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和具體構(gòu)造進行宏觀控制。

二、概念設計在結(jié)構(gòu)設計上應注意的幾點事項

1. 把握好建筑物的剛度在建筑結(jié)構(gòu)設計過程中起著至關(guān)重要的作用。在設計建筑結(jié)構(gòu)時要合理的確定建筑物的剛度。如果建筑物的剛度太大，就會導致剛結(jié)構(gòu)自振周期縮短，在遇到地震時建筑物所受的破壞后果就比較嚴重，同時也浪費了大量的材料。相反地，如果建筑物的剛度太柔的話，建筑物在遭受地震時會很容易發(fā)生扭曲變形，從而影響建筑物的正常使用周期。

2. 實現(xiàn)合理建筑結(jié)構(gòu)的整體破壞機制。建筑結(jié)構(gòu)的破壞主要表現(xiàn)為樓層破壞和整體破壞。因此，工作人員在設計中應該盡量去避免結(jié)構(gòu)樓層發(fā)生破壞，因為這說明結(jié)構(gòu)不夠完善，還存在一定的薄弱環(huán)節(jié)。也就是說整個結(jié)構(gòu)在其他構(gòu)件還沒來得及發(fā)揮他們的承載能力之前就已經(jīng)被破壞。為了實現(xiàn)理想的建筑結(jié)構(gòu)的設計，這就要求工作人員必須正確掌握塑性鉸出現(xiàn)的順序和位置。

3. 在抗震結(jié)構(gòu)總體設計的過程中，必須要嚴格遵循等強度與耗能設計的原則。等強度和耗能設計原則是抗震結(jié)構(gòu)設計要認真考慮的設計原則。在工作中一定要避免出現(xiàn)那些由于設計不全面或施工問題而造成在水平受力時主要承重結(jié)構(gòu)被破壞的局面。在規(guī)劃整體結(jié)構(gòu)設計方案時，要盡量強化薄弱地方，盡量做到等強度。同時還要注意等強度設計的同時保證建筑結(jié)構(gòu)具有一個良好的耗能系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)構(gòu)造時應該多選擇那些屈服應力具有局部性的，有較好延性的構(gòu)件，這對于建筑物的抗震能力有很大的促進作用，不能選用主要承受豎向荷載的構(gòu)件。

三、例談概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的實際應用

武漢市江夏區(qū)要完成這樣一項項目：地上30層共105米，地下共2層，其中第2層為4級人防。該結(jié)構(gòu)設計為超高層結(jié)構(gòu)，框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中地上第二層有局部框架轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)的框架軸線尺寸有建筑本身確定，豎向荷載及粗估的水平地震作用效果確定梁柱截面尺寸，關(guān)鍵問題是剪力墻的數(shù)量和布置方法。這不僅是結(jié)構(gòu)安全和技術(shù)經(jīng)濟合理性的重要指標，還體現(xiàn)出體系優(yōu)越性的重要環(huán)節(jié)。因此，在設計方案階段，結(jié)構(gòu)工程師會以合適的剛度計算出剪力墻的面積，依據(jù)建筑本身要求在經(jīng)濟允許范圍內(nèi)設計出合理的方案。

篇6

中圖分類號：TU2文獻標識碼：A

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國的建筑領域也有了很大的發(fā)展，建筑物不僅僅是為了滿足使用功能，更多的是建筑能具有更美觀的立面效果，造型越來越多元化，這就給結(jié)構(gòu)設計提出了更高的要求。

一、 概念設計的定義及其在建筑結(jié)構(gòu)設計中的重要意義

隨著社會的不斷發(fā)展,人們生活水平逐漸提高,城市發(fā)展的需要,現(xiàn)代建筑向大規(guī)模和復雜化發(fā)展。結(jié)構(gòu)分析計算軟件在工程設計時應用較為廣泛,結(jié)構(gòu)工程師的當前的首要任務是如何解決計算模型的合理性和計算結(jié)果的可靠性,而概念設計是解決這類問題的關(guān)鍵?！案拍睢敝傅氖恰胺从硨ο蟮谋举|(zhì)屬性的思維方式”是“人們通過實踐,從對象屬性,以其獨特的屬性概括而成”。在建筑結(jié)構(gòu)中的設計概念是建筑結(jié)構(gòu)各種情況下的一般規(guī)律。設計師應以概念設計理念貫穿結(jié)構(gòu)的選型、計算、布置到細節(jié)處理的全過程，根據(jù)實際情況，總結(jié)實踐經(jīng)驗，對遇到的問題，制定詳細的措施，合理分析、及時的處理。概念設計包括的內(nèi)容非常廣泛，存在于設計師從主觀上進行分析、判斷和選擇的地方。使用良好的概念設計,能使結(jié)構(gòu)滿足外部條件,并以最直接的方式對荷載進行傳遞,創(chuàng)造一個更安全、舒適的工作環(huán)境,并節(jié)省材料和金錢。因此,對于建筑結(jié)構(gòu)的設計,充分掌握設計概念,掌控設計和計算的過程，檢驗計算結(jié)果的可靠性，對不可靠的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，是現(xiàn)代建筑設計的本質(zhì)，這樣才能保證建筑工程正常的運行。

二、概念設計的原則及應用

（一）協(xié)同工作原則

概念設計的協(xié)同工作是指組件之間相互協(xié)作、配合工作，共同有效承擔重量和外部的荷載，在對結(jié)構(gòu)進行選擇時，應注重協(xié)同工作的設計理念，特別是對于整體考慮結(jié)構(gòu)的抗震工作尤其重要。地震是一種復雜的自然現(xiàn)象,對結(jié)構(gòu)的地震破壞機理還不清楚,因為地震的破壞現(xiàn)象尚處于感性認識階段,建筑物的抗震設計原則是一種近似的方法,所以對結(jié)構(gòu)的抗震設計,協(xié)同工作應排第一位。比如抗震設計的框架結(jié)構(gòu),部分不得使用混合的砌體墻軸承。由于框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)是兩個完全不同的結(jié)構(gòu)體系,兩種結(jié)構(gòu)體系采用的軸承材料的性質(zhì)是完全不同的,前者采用的是鋼筋混凝土,可以認為是韌性材料;后者是一個磚或塊,是一種脆性材料,其抗側(cè)剛度,變相的能力等,相差非常大,地震作用下無法進行協(xié)同工作。如果他們是在同一座樓里,地震破壞表明混合使用,而不是沖擊縫分開,在地震發(fā)生的時候,側(cè)向剛度大于框架砌體墻被首先破壞,導致框架內(nèi)力顯著增加,然后導致框架損傷甚至崩潰。

所以,在建筑結(jié)構(gòu)概念設計的過程中,必須加大協(xié)同工作,使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度均勻變化,避免側(cè)向剛度和承載力的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)突變,進而保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（二）務實性原則

概念設計的務實性是依據(jù)實際情況,按照科學、可行的方案,對建筑結(jié)構(gòu)進行合理的設計，能夠辨別概念的真?zhèn)危瑢⒑线m的概念運用到合理的設計中去。例如:前面所提到的框架結(jié)構(gòu)中不應采用部分由砌體墻承重的混合形式這一例子,框架中部分采用砌體墻承重,表面看上去框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu)屬于剛性結(jié)構(gòu),合用在一起,正好符合“剛?cè)嵯酀钡乃枷?其實不然。在1976年,唐山大地震波及到天津市,該市有許多的辦公樓和多層廠房采用砌體墻和框架結(jié)構(gòu)混合承重,地震時承重砌體墻出現(xiàn)裂縫，局部屋頂、電梯間因采用砌體承重墻,不僅嚴重開裂,有的甚至嚴重破壞被甩出，無法保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。

因此，框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)合能真正有效保證建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能，是切實可行的。

（三）經(jīng)濟性原則

運用概念設計,在保證結(jié)構(gòu)可靠性的前提下,對成本進行有效的控制，做到經(jīng)濟合理,以促進企業(yè)間的最終利益。

（四）合理受力原則

在進行結(jié)構(gòu)概念設計時,運用力學原處理對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分析:①從受力和變形看，均勻受力比集中受力好，剛性連接比鉸接好，空間作用比平面作用好，避免不明確的受力情況。受力和變形的分析,在對各部分構(gòu)件直接受力的狀態(tài)進行分析時,還應分析整體構(gòu)件的宏觀受力情況,利用結(jié)構(gòu)的對稱性和變形的連續(xù)性,抓住主要的受力情況和它所發(fā)生的變形。

（五）減輕自重原則

在使用道路的過程中,道路不斷受荷載車輛作用,以至于路面彎曲變形,瀝青混凝土路面,由于他們的粘彈性性能的材料不僅容易發(fā)生彈性變形,時間的長短根據(jù)負載發(fā)生延遲彈性變形和塑性變形。通過不斷增加與減少負載過程中,不得超過極限壓力,減少不可恢復的變形,增加彈性變形和加強路面密實度加強道路,如果單位壓力太大,超過限度,會導致不可恢復的塑性發(fā)生變形,反復荷載的作用下,路面的縱向變形積累,逐漸發(fā)生垂直帶狀凹槽,就是車轍。車轍會大大影響到車輛運行,加快道路的破壞程度,并可以使用質(zhì)量和服務水平的道路受到嚴重。所以,使用這些措施的維護,確保車輛的正常運行。

三、總結(jié)語

總而言之,在科技不斷進步的今天,為適應現(xiàn)代建筑的不斷發(fā)展,應加大對概念的設計,提高自身的專業(yè)技能和素養(yǎng),不斷積累經(jīng)驗,制定詳細的方案與措施,發(fā)展先進的計算理論，不斷加強計算機的應用，使概念設計優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,滿足使用者的要求,把建筑工程做到極致、完美,更放心、安全地投入到社會使用當中。

參考文獻：

[1] 郭海燕 ,戴素娟 ,王子輝 .建筑結(jié)構(gòu)抗震[M].機械工業(yè)出版社 ,2010.

[2] 高立人，王躍. 結(jié)構(gòu)設計的新思路—概念設計[J].工業(yè)建筑，1999(1).

篇7

Abstract: The author expounded the relevant contents of the conceptual design, and also analyzed the importance of the conceptual design for building structure design and its application, to provide reference for improving the design level of the building structure.

關(guān)鍵詞 ： 概念設計；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設計

Key words: conceptual design；building structure；optimal design

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A

文章編號：1006-4311（2015）06-0104-02

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)設計中應用概念設計是最新推出的一種建筑結(jié)構(gòu)設計理念，由建筑結(jié)構(gòu)設計通過理性的分析和感性的規(guī)劃進行的綜合運用，在建筑設計行業(yè)中運用概念設計，能夠幫助設計師正確、合理地處理在建筑結(jié)構(gòu)設計中可能會遇到的具體問題。越來越多的建筑設計師采用概念設計理念完成了眾多的成功建筑案例，概念設計的理念被我國的建筑設計行業(yè)廣泛地應用，特別是在智能建筑、高層建筑等要求高的建筑設計中發(fā)揮著巨大的作用。

1 概念設計及其重要性

簡單說來，所謂概念是指你方案的根本出發(fā)點——比如你是要看場地內(nèi)部的樹或者外圍的景色，或者其他的想法。設計的深入就是通過建筑的手法把概念實現(xiàn)和貫徹出來，特別是那些難以做出精確分析，并且難于規(guī)范的結(jié)構(gòu)體系，是從工程經(jīng)驗中獲得的一些宏觀可行的設計角度。你想要的空間就是通過建筑的設計來體現(xiàn)的；所有的外觀和細部的創(chuàng)意都是為了體現(xiàn)你的概念。從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布局和設計重點，并能得出估算值，與實際相差不遠，所得方案具有一定的經(jīng)濟可靠性，但又避免了繁瑣的計算。

所謂概念設計指的是一個由粗到精、由模糊到清晰、由具體到抽象的不斷提高和優(yōu)化的過程。也就是在進行設計的過程中，以設計概念為主線，從而對全部的設計過程進行貫穿，整個設計過程較為完全、全面。同時通過設計概念，有效將設計者的瞬間思維、感性認識兩者結(jié)合，使其統(tǒng)一上升至理性思維后完成設計。

2 建筑結(jié)構(gòu)總體概念設計

2.1 建筑結(jié)構(gòu)的對稱性的重要性

高層建筑體系中，對稱性主要是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)對稱，在平面設計中。一般比較容易實現(xiàn)平面設計中簡體框架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的對稱。而在豎向結(jié)構(gòu)布置中，無論是那些幾何圖形還是樓層剛度的相關(guān)的變化，對稱性都應該是立面設計中最值得考慮的問題。不對稱的布置會產(chǎn)生剛度以及強度上的突變，使得豎向的應力集中或者是變形集中，從而導致建筑在中小型地震中遭到了損壞、而在大震時就會面臨倒塌的嚴重后果。對于L型、T型、S型等不對稱的平面復雜結(jié)構(gòu)，主要取決于建筑功能和設計風格和方向，但這種結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本對稱也是可以實現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)工程師會對這樣的平面做合理的結(jié)構(gòu)布置。設計結(jié)構(gòu)的不對稱除了引起變形不利于抗力承重以外，也容易造成材料浪費，成本增加。在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑設計中的關(guān)鍵控制因素，建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式，并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響，還必須考慮有利于抵抗能力和豎向荷載，在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則。風荷載作用下則可適當放寬，因為結(jié)構(gòu)整體彎曲變形所引起的側(cè)移與結(jié)構(gòu)體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關(guān)系，所以不宜建筑寬度很小的建筑物。

2.2 合理的建筑結(jié)構(gòu)體系選擇

①概念設計應對建筑物結(jié)構(gòu)體系有明確的簡圖和合理的抗震說明。②設計應對整體抗震能力和重力荷載有一定承載能力和防御能力，不能因為部分結(jié)構(gòu)的破壞而影響整體結(jié)構(gòu)。③結(jié)構(gòu)體系宜具有合理的剛度。主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度合理是高層建筑結(jié)構(gòu)設計的重要指標之一。1）主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度過大，結(jié)構(gòu)的基本自振周期縮短，地震作用加大，結(jié)構(gòu)承受的水平力，傾覆彎矩加大，地基基礎的負擔加大，此時結(jié)構(gòu)的截面和相應的構(gòu)造配筋增加較大，不經(jīng)濟。2）主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度過大，勢必造成結(jié)構(gòu)所占的面積，空間加大，影響建筑作用，降低建筑平面利用系數(shù)，不合理。

3 建筑結(jié)構(gòu)的簡化計算

3.1 科學選用結(jié)構(gòu)方案 科學的結(jié)構(gòu)方案包含結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)形式的合理性，要確定結(jié)構(gòu)體系的整體布置、抗震節(jié)點設計等。在設計時，建筑師對建筑體要求，材料，結(jié)構(gòu)特征以及地質(zhì)條件施工技術(shù)等做整體評估，并同施工方和業(yè)主方協(xié)商，簡化計算，確定結(jié)構(gòu)，擬定策略，方案結(jié)構(gòu)的初選是概念設計的必選之路，也是切實可行的最簡單快捷的方法。

3.2 使結(jié)構(gòu)設計經(jīng)濟合理 住宅建筑越來越商品化，作為投資方總是希望利潤最大化。由此在結(jié)構(gòu)設計時不僅要滿足“規(guī)范化計算”，而且還要在安全、符合現(xiàn)行國家規(guī)范前提下，從各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化設計，多個方案做比較，使最終的成品要安全可靠、經(jīng)濟合理，節(jié)能節(jié)材，降低造價。概念設計通過對高層建筑簡化計算，先確定主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)并合理規(guī)劃樓層結(jié)構(gòu)和截面，再通過電算對概念設計進行深化和精確，這樣不僅能節(jié)省電算時間，結(jié)果也比較準確，從而使結(jié)構(gòu)設計更加經(jīng)濟合理。

3.3 確保計算結(jié)果的準確性 現(xiàn)代基本上采用計算機軟件設計建筑結(jié)構(gòu)，這樣的設計軟件較多，往往各類軟件計算的結(jié)果存在一定差異。因此，設計師不能太依賴軟件，而應從實際出發(fā)，并根據(jù)自己多年的經(jīng)驗，對數(shù)據(jù)進行具體分析，并嚴格按照制度進行。

4 概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用

4.1 平面設計 平面設計總圖用來正確確定臨時建筑及其他設施位置，以及修建工地運輸?shù)缆泛徒鉀Q排水等所需的資料；一切已有和擬建的地下、地上管道位置。用來決定原有管道的利用或拆除以及新管線的敷設與其他工程的關(guān)系，并注意不能在擬建管道的位置上搭設臨時建筑。

4.2 剖面設計 建筑剖面設計主要解決層高 （凈高）、室內(nèi)外高差、垂直交通（樓梯的豎向布置）這三個問題。是建筑師對建筑物內(nèi)部的處理，結(jié)構(gòu)工程師能夠在剖面圖中得到更為準確的層高信息及局部地方的高低變化，剖面信息直接決定了剖切處梁相對于樓面標高的下沉或抬起，又或是錯層梁，或有夾層梁，短柱等，對剖面的設計能直觀的反應設計要點。

4.3 建筑基礎設計 建筑基礎設計不僅與地基相互作用，也牽涉到上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。要考慮到地區(qū)的原始材料，如氣候問題，交通、公共排水溝，易燃易爆妨礙人體健康的設施布置等。也要考慮到建筑地域的豎向資料和土方平衡，用來解決水、點管線的布置和土方的填挖，取土、棄土位置，還要考慮到樓層材料和承重力，控制高低層的沉降差很重要，地基沉降量不能過大，過深。依附于天然地基的建筑，低層一般采用雙向條形或單獨地基，若高低層不分開，應確保地基條件好，或者直接采用樁基，地下室有直通要求或上部結(jié)構(gòu)層數(shù)差別大，必須做成整體基礎就可采用這種形式。通往地下車庫的通道應平行于外壁，便于鋪設防水層，也能保證高層建筑的整體連接。

5 結(jié)束語

總而言之，概念設計是建筑結(jié)構(gòu)設計中不可或缺的一部分，建筑設計人員在進行結(jié)構(gòu)設計時，應該重視相關(guān)結(jié)構(gòu)的概念設計，而不是僅僅依靠先進的計算機技術(shù)來進行設計，充分利用自身的設計經(jīng)驗和實踐實際，不斷提升自身的設計專業(yè)技能，才能不斷提高概念設計的水平，從而提升建筑結(jié)構(gòu)設計的品質(zhì)。

參考文獻：

篇8

Abstract: describes the meaning of building anti-seismic concept design, analyzes the concrete high-rise building structure design more attention should be paid to the cause of the concept design, and elaborated on aseismic conceptual design of the basic content, points out the problems that should be paid attention to concept design, in order to perfect the high-rise building structure design, improve the design personnel design level.

Keywords: high-rise building; Seismic design; Concept design

中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

建筑抗震設計可分為計算、構(gòu)造、概念設計三部分，一般結(jié)構(gòu)工程師都重視計算和構(gòu)造兩個方面，而常常忽視概念設計在抗震設計中的重要性。其實從20世紀70年代以來，人們在總結(jié)大震災害經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)：對結(jié)構(gòu)抗震設計來說，“概念設計”遠比“計算設計”更重要。然而抗震概念設計的重要性和豐富內(nèi)涵往往在嚴格的規(guī)范規(guī)定和一體化的程序設計中被淡化了。歷次地震表明：如果概念設計不利于抗震，那么不論計算多“精密”，也常常無濟于事；如果概念設計非常成功，建筑物往往能承受大大超過計算時的抗震烈度而安然無恙。

建筑抗震概念設計是根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細部構(gòu)造的過程。概念設計涉及從方案、結(jié)構(gòu)布置到計算簡圖的選取，從截面配筋到構(gòu)件構(gòu)造配筋都存在概念設計的內(nèi)容。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設計的重要性

在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據(jù)．但僅靠此往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，因此必須非常重視概念設計。從某種意義上講，概念設計甚至比分析計算更為重要，因為合理的結(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設計的基本保證。高層建筑結(jié)構(gòu)設計尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，更應重視概念設計。這是因為高層建筑結(jié)構(gòu)的復雜性、發(fā)生地震時震動的不確定性、人們對地震時結(jié)構(gòu)響應認識的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計算尤其是抗震分析計算的精確性、材料性能與施工安裝時的變異性、結(jié)構(gòu)計算模型的假定與地震時的實際工作有很大的差異以及其他不可預測的因素，致使設計計算結(jié)果（尤其是經(jīng)過實用簡化后的計算結(jié)果）與實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設計的主要內(nèi)容

3.1 結(jié)構(gòu)剛度的選擇

對于高層建筑抗震設計，結(jié)構(gòu)剛度的選擇，應該結(jié)合結(jié)構(gòu)的具體高度、 體系和場地條件進行綜合判斷， 剛度大則結(jié)構(gòu)地震作用大，要求較大的構(gòu)件尺寸和鋼材用量也不經(jīng)濟。如果結(jié)構(gòu)偏柔性則地震作用小，但是變形較大。因此，要以變形作為控制因素，將變形控制在規(guī)范許可的范圍內(nèi)，要使結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，設置部分剪力墻的結(jié)構(gòu)有利于減小結(jié)構(gòu)變形和提高結(jié)構(gòu)承載力；同時，應根據(jù)場地條件來設計結(jié)構(gòu)，硬土地基上的結(jié)構(gòu)可以柔一些，軟土地基上的結(jié)構(gòu)可以剛一些。通過改變高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振周期，使其偏離場地的卓越周期。

3.2 結(jié)構(gòu)平面布置原則

抗震結(jié)構(gòu)平面布置宜簡單、規(guī)則，減少突出、凹進等復雜平面，但是，更重要的是結(jié)構(gòu)平面布置時要盡可能使平面剛度均勻，減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)的危害很大，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)引起的破壞一般從兩個方面入手：（1）減少地震引起的扭轉(zhuǎn)；（2）增加結(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)的能力。平面剛度是否均勻是地震造成扭轉(zhuǎn)破壞的重要原因，而影響剛度是否均勻的主要因素是剪力墻的布置，剪力墻集中布置在結(jié)構(gòu)平面的一端是不好的，大剛度抗側(cè)力單元偏置的結(jié)構(gòu)在地震作用下扭轉(zhuǎn)大，對稱布置剪力墻有利于減少扭轉(zhuǎn)。周邊布置剪力墻，或周邊布置剛度很大的框筒，都是增加結(jié)構(gòu)抗扭剛度的重要措施，有利于抵抗扭轉(zhuǎn)。

3.3 結(jié)構(gòu)豎向布置原則

結(jié)構(gòu)宜做成上下等寬或由下而上逐漸減小的體型，更重要的是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度應當沿高度均勻， 或沿高度逐漸減小。豎向剛度是否均勻，也主要涉及剪力墻的布置。框支剪力墻是典型的沿高度剛度突變的結(jié)構(gòu)，它的主要危險在于框支層的變形大，框支層總是表現(xiàn)為薄弱層，全部由框支剪力墻組成的結(jié)構(gòu)幾乎不可避免地遭受嚴重震害。通常引起豎向剛度不均勻的情況還有：在某個中間樓層抽去剪力墻，或在某個樓層設置剛度很大的實腹梁作為加強或轉(zhuǎn)換構(gòu)件，樓層的剛度突然減小或突然加大都會使該層及其附近樓層的地震反應發(fā)生突變而產(chǎn)生危害。

3.4 應有意識地加強薄弱環(huán)節(jié)

(1) 結(jié)構(gòu)在強烈地震下不存在強度安全儲備，構(gòu)件的實際承載力分析(而不是承載力設計值的分析)是判斷薄弱層的基礎。

(2) 要使樓層的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層的這個比例有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中。

(3) 要防止在局部上加強而忽視整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

(4) 在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

3.5 加強結(jié)構(gòu)的延性

在“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計原則下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都應該設計成延性結(jié)構(gòu)，即在設防烈度地震作用下，允許部分構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，這種狀態(tài)是“中震可修”狀態(tài)；當合理控制塑性鉸部位、構(gòu)件又具備足夠的延性時，可做到在大震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌。高層建筑各種抗側(cè)力體系都是由框架和剪力墻組成的，作為抗震結(jié)構(gòu)都應該設計成延性框架和延性剪力墻。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱桿件，強底層柱”的原則，承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3.6 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低；反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關(guān)，使其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價及降低結(jié)構(gòu)延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之問尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3.7 設計多道設防結(jié)構(gòu)

（1）超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個節(jié)點破壞或一個塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會倒塌。抗震結(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因為超靜定結(jié)構(gòu)允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設計成超靜定結(jié)構(gòu)，還應該做成具有多道設防的結(jié)構(gòu)。第一道設防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

（2）雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實現(xiàn)多道設防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作片用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設計雙重抗側(cè)力體系實現(xiàn)多重設防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

4 小結(jié)

由于地震的隨機性和高層建筑的復雜性，增加了高層建筑抗震設計的難度。如果想簡單的依靠數(shù)值計算來解決現(xiàn)實中的抗震問題是不現(xiàn)實的。因此，越來越多的人把目光投向了抗震概念設計，借助抗震概念設計，可以避免設計人員陷入盲目計算，使其明確抗震設計思想，恰當應用抗震設計原則，從而合理的進行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計。

參考文獻：

高層建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996.林同炎,S. D. 思多臺斯伯利. 結(jié)構(gòu)概念和體系. 中國建筑工業(yè)出版社

建筑抗震設計規(guī)范( GB 50011 - 2010 ) [ S ] . 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2010

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程( JGJ3 - 2010) . 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2010

篇9

對于工業(yè)建筑而言，其結(jié)構(gòu)設計合理與否，不僅決定著工業(yè)建筑建設質(zhì)量，也影響著工業(yè)建筑建設資金投入。只有科學的設計，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)才會合理，與生產(chǎn)活動和工藝要求等相適應。工業(yè)建筑與民用住宅建筑不同，其結(jié)構(gòu)設計更復雜，安全性要求更高，要適應生產(chǎn)活動和工藝要求。介于此，進行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計的復雜性與安全性分析是必要的，利于加深對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的認識。

1工業(yè)建筑簡述

1.1概念

工業(yè)建筑，指的是提供人民從事各類生產(chǎn)活動的建筑物或構(gòu)筑物[1]。其中，構(gòu)筑無有煙囪、水塔等，建筑物有化工廠房、紡織廠房、醫(yī)藥廠房等各類型廠房。

1.2特點

工業(yè)建筑主要特點：（1）要有足夠的面積和空間；（2）符合生產(chǎn)工藝要求，安全性要求很高；（3）具體的生產(chǎn)活動不同，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式也不同，要根據(jù)生產(chǎn)活動及其特點進行結(jié)構(gòu)設計；（4）屋面排水、通風、采光及構(gòu)造處理等方面復雜性較高。

2工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計的復雜性與安全性

2.1結(jié)構(gòu)選型

由于工業(yè)廠房建成后的使用用途不同，不同的工業(yè)廠房，其生產(chǎn)工藝等方面要求是不同的[2]。所以，進行工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)選型時，要充分考慮工業(yè)廠房的使用用途、施工條件等因素，不僅要使用材質(zhì)好、壽命長的材料，還要確保建成后的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)能夠靈活的適應的生產(chǎn)容量等方面變化。下面對工業(yè)建筑常用的結(jié)構(gòu)形式進行了分析：第一，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有建材采購方便、施工便利、耐火耐蝕、現(xiàn)場建筑、成本低等優(yōu)勢。而且，按照這種結(jié)構(gòu)建造出來的建筑，有著很廣的適用性，很多廠房都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。第二，鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)一般采用工業(yè)化體系建設，工期短、成本低、施工方便，且適用于大跨度、大空間的工業(yè)廠房。但是受材質(zhì)限制，這種結(jié)構(gòu)防火、防腐蝕性能較差，如果工業(yè)建筑采用這種結(jié)構(gòu)類型，必須注重防火、防腐蝕方面設計。從以上內(nèi)容可以看出，一般情況下，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)建議采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因為這種建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，不需要特別注意防火、防腐蝕方面的設計，安全性較高。但是如果是大跨度、大空間、振動較大的工業(yè)建筑，適宜采用鋼結(jié)構(gòu)。

2.2平面布置

確定工業(yè)建筑選址后，以生產(chǎn)工藝流程為依據(jù)進行建筑總平面設計，合理確定各分區(qū)、豎向設計、公用設施等[3]。進行工業(yè)建筑總平面布置時，除了以生產(chǎn)工藝流程為依據(jù)外，還要考慮職工生活用戶、生產(chǎn)經(jīng)營管理用房、福利設施用房，以及污染問題，按照全局角度考慮平面布置。為了確?？偲矫娌贾玫暮侠硇裕O計者可以采用計算機軟件輔助設計，如建筑信息模型，基于同一模型設計多種設計方案，優(yōu)選出最佳平面布置方案。

2.3生產(chǎn)工藝要求

建造后的工業(yè)建筑是用于生產(chǎn)活動的，為了生產(chǎn)活動的正常運作，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計必要以生產(chǎn)工藝為依據(jù)，將生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)活動做出結(jié)構(gòu)設計的出發(fā)點，這樣才能保證工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計合理。對于工業(yè)建筑而言，其生產(chǎn)工藝要求主要體現(xiàn)在三個方面：（1）生產(chǎn)流程。生產(chǎn)流程影響著各部門、各工段平面的次序和相關(guān)關(guān)系；（2）運輸方式及工具。運輸方式及工具影響著工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)類型選用、平面布置等設計工作；（3）生產(chǎn)特點。生產(chǎn)活動具有污染、易燃易爆等特點，做好生產(chǎn)環(huán)境、防腐蝕等方面的設計工作。

2.4防腐蝕設計

工業(yè)建筑建成投入使用后，受生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)活動影響，生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用或產(chǎn)生酸堿鹽類物質(zhì)，容易腐蝕建筑物。所以，進行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計時，要特別注重防腐蝕設計。第一，選用防腐性能好的材料，或?qū)ú牟捎梅栏胧?。如，門窗使用木質(zhì)、塑料、玻璃鋼等防腐性能好的材料；金屬掛件涂抹耐腐蝕的涂料，在金屬表面形成防腐層；地面采用瀝青混凝土、花崗巖等材料。第二，結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用鋼筋混凝土材質(zhì)，同時是混凝土表面涂抹耐腐蝕的涂料。如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用鋼材，務必要做好防腐蝕措施，必須在鋼表面涂抹環(huán)氧樹脂漆等材質(zhì)的防腐蝕涂料。第三，帶有腐蝕性的生產(chǎn)活動要集中布置在下風側(cè)或水流的下游，限制酸堿鹽類物質(zhì)腐蝕工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)。

2.5防震設計

防震設計是關(guān)鍵的，它在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計上占據(jù)首要位置，因為它直接決定著工業(yè)建筑后結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)我國相關(guān)規(guī)定，工業(yè)建筑方防震設計要求比較高，如果不能達到安全性要求，一旦遭受意外的沖擊振動，所造成的后果是嚴重的，特別是生產(chǎn)活動具有易燃易爆特點的，危及工業(yè)建筑區(qū)內(nèi)及周圍范圍內(nèi)的人員生命安全。因此，進行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計時，必須合理進行防震設計，符合抗震要求。當工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則、對稱，整體性比較好時，按照工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進行抗震設計；當工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)整體性比較差使，要按照工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設計要求采用相應的加強措施，增強工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性；當工業(yè)建筑廠房的結(jié)構(gòu)高差比較大時，必須將生產(chǎn)用房與生活用房、管理用房等分開來布置，并分開相鄰的抗震縫，便于提高結(jié)構(gòu)的抗震性。此外，抗震縫兩側(cè)要布置墻等構(gòu)件，并按照設計要求合理控制抗震縫寬度。

3結(jié)論

綜上所述，工業(yè)建筑不同于民用住宅建筑，其結(jié)構(gòu)設計具有較高的復雜性與安全性。為滿足工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計的復雜性與安全性要求，要認真的進行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)選型、總平面布置、防腐蝕設計、防震設計等工作，使工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計符合生產(chǎn)工藝要求，滿足建造后的使用用途，達到相關(guān)設計標準。

參考文獻：

[1]潘紹潔.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設計的復雜性及安全性[J].科技展望,2016(07):33.

篇10

中圖分類號：TU2

地震作用影響因素極為復雜，它是一種隨機的、尚不能準確預見和準確計算的外部作用，目前規(guī)范給出的計算方法還是一種半經(jīng)驗半理論的方法，要進行精確的抗震計算還有一定的困難，因此人們在工程實踐中提出了“建筑抗震概念設計”。結(jié)構(gòu)的抗震設計應該是綜合概念設計、計算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設計 。

1 建筑的抗震概念設計

所謂“建筑抗震慨念設計”是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，依此進行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細部構(gòu)造的過程。掌揖了抗震概念設計，有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當?shù)剡\州抗震設計原則，使設計人員不至于陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理地進行抗震設計。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設計更應重視概念設計

在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據(jù)，但僅靠此往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，因此必須非常重視慨念設計。從某種意義上講，慨念設計至比分析計算更為重要，因為合理的結(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設計的基本保證．高層建筑結(jié)構(gòu)設計尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中，更應重視概念設計。這是因為高層建筑結(jié)構(gòu)的復雜性、發(fā)生地震時震動的不確定性、人們對地震時結(jié)構(gòu)響應認識的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計算尤其是抗震分析計算的精確性、材料性能與施工安裝時的變異性，結(jié)構(gòu)計算模型的假定與地震時的實際工作有很大的差異以及其他不可預測的因素，致使設計算結(jié)果(尤其是經(jīng)過實剛簡化后的計算結(jié)果) 與實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。

3 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設計的基本內(nèi)容

3．1 首先應重視高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設計應符合抗震慨念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的形狀設計方案．合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱， 為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應，易于采取相應的抗震構(gòu)造措施和進行細部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多閃素的綜合要求。“規(guī)則建筑”體現(xiàn)在體形(平面和立面的形狀)簡單；抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻；平面布置基本對稱。

3．2 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低；反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關(guān)，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價及降低結(jié)構(gòu)延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之問尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3．3 設計多道設防結(jié)構(gòu)

3．3．1 超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個節(jié)點破壞或一個塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因為超靜定結(jié)構(gòu)允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設計成超靜定結(jié)構(gòu)，還應該做成具有多道設防的結(jié)構(gòu)。第一道設防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則足允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

3．3．2 雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實現(xiàn)多道設防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作片用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設計雙重抗側(cè)力體系實現(xiàn)多重設防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

3．3．3 總結(jié)構(gòu)體系與基本分結(jié)構(gòu)體系

1972年12月23日尼加拉瓜首都發(fā)生強烈地震，1萬多棟樓房倒塌。林同炎公司1963年設計的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設計地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運動與由風引起的位移是不同的，在強烈地震作用下，結(jié)構(gòu)會在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復雜。當然主要是第一振型，同時也包括具有鞭梢效應的第二、第三振型，變形量很大。所以設計者主要考慮的是如何避免就其結(jié)構(gòu)同有特征會引起倒塌的過大變形。再則，設計高層結(jié)構(gòu)所考慮抗風與抗地震要求的出發(fā)點往往是矛盾的。剛度大的結(jié)構(gòu)對抗風荷載有利，動力效應小；反之，較柔的結(jié)構(gòu)有利于抗震。所以要設計一個抗風及抗震性能都很好的高層結(jié)構(gòu)不很容易。林同炎教授的設計思想是設計一個由4個柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結(jié)構(gòu)總體系。在抗風荷載及設防烈度的地震作用下表現(xiàn)為剛性體系。當遇到罕見的強烈地震時，通過控制各分體系(柔性筒)之間的聯(lián)接構(gòu)件(鋼筋混凝土連梁)的屈服、破壞，而變成具有延性的結(jié)構(gòu)體系，即各分體系獨立工作，則結(jié)構(gòu)的自振周期變長，阻尼增加，即使超出彈性極限，仍持有塑性強度，可做到搖擺而不倒塌。地震后的實地觀察，證明其設計思想是正確的，正如預料的那樣，聯(lián)梁的混凝土剝落，粱中有明顯裂縫。但4個柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

3．4 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應設計成延性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

延性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設計原則下，結(jié)構(gòu)應設計成延性結(jié)構(gòu)。當設計成延性結(jié)構(gòu)時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結(jié)構(gòu)變形加大，但結(jié)構(gòu)承受的地震作用不會直線上升，也就是說，結(jié)構(gòu)是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱桿件，強底層柱”原則，承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3．5 應有意識地加強薄弱環(huán)節(jié)

(1)結(jié)構(gòu)在強烈地震下不存在強度安全儲備，構(gòu)件的實際承載力分析(而不是承載力設計值的分析)是判斷薄弱層的基礎。

(2)要使樓層(部位)的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的這個比例有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性

變形的集中。

(3)要防止在局部上加強而忽視整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

4 做好高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計還應注意的問題

(1)結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能、房屋高度、地理環(huán)境、施工技術(shù)條件和材料供應情況、有無抗震設防來選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。

(2)不同結(jié)構(gòu)體系在豎向荷載、風荷載及地震力作用下的受力特點。

(3)風荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

(4)結(jié)構(gòu)破壞的機制和過程，以加強結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。

(5)預估和控制各類結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

(6)場地選擇、地基基礎設計及地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響。