文档介绍：概念设计在建筑结构设计中的应用
概念设计在建筑结构设计中的应用
摘要:概念设计在结构设计中起着不可忽视的作用,文中对概念设计的重要性进行了分析,就概念设计在建筑结构中的具体应用进行了探讨,以供参考。
关键词:概念设计建筑结构设计
中图分类号:TU3文献标识码: A
前言
当前在分工细化的市场环境下,大部分结构设计师更多的是依赖于各种设计规范、结构设计手册、电脑程序等进行传统的建筑结构设计,人们在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性,在设计过程中采用了许多假定与简化。作为结构工程师不应盲目地照搬照抄规范,应该把它作为一种指南、参考,并在实际设计项目中作出正确的选择。这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识,把概念设计应用到实际工作中去。
一、结构概念设计
在多高层结构设计时,应尽可能避免短柱,其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时,能同时达到最大承载能力,但随着建筑物的高度与层数的增加,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱,为了避免这种现象的出现,对于大截面柱,可以通过对柱截面开竖槽,使矩形柱成为田形柱,从而增大长细比,避免短柱的出现,这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下,达到最大的水平承载力;而对于梁的跨高比的限制,一般还没有充分认识到。多高层结构设计的主要目的即是为了抵抗水平力的作用,防止扭转,为有效的抵抗水平力作用,平面上2 个正交方向的尺寸宜尽量接近,目的是保证这2 个方向上的。“惯性矩”相等,以防止1 个方向强度(稳定性)储备太大,而另一个方向较弱。因此,抗侧力结构(柱、剪力墙)宜设置在四周,以增大整体的抗侧刚度及抗扭惯性矩,同时,应加大梁或楼层的刚度,使柱(或剪力墙)能承担较大的整体弯矩,这就是“转换层”的概念。
防止扭转的目的,是因为在扭转发生时,各柱节点水平位移不等,距扭转中心较远的角柱剪力很大,而中柱剪力较小,破坏由外向里,先外后里。为防止扭转,抗侧力结构应对称布置,宜设在结构两端,紧靠四周设置,以增大抗扭惯性矩。因此,高层或超高层建筑中,尽管角柱轴压比较小,但其在抗扭过程中作用却很大(若角柱先坏,整个结构的扭转刚度或强度下降,中柱必定依次被破坏),同时,在水平力的作用下,角柱轴力的变化幅度也会很大,这样势必要求角柱有较大的变形能力。由于角柱的上述作用,角柱设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑,如加大配箍,采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。目前,部分建筑在其四角设置巨型钢管柱,从而极大地增强了角柱的强度和抗变形能力。柱的轴压比大小,直接反映了柱的塑性变形能力,而构件的变形能力会极大地影响结构的延性。混凝土基本理论指出:混凝土构件的曲率延性,即弯曲变形能力主要取决于截面的相对受压区高度和受压区边缘混凝土的极限变形能力。相对受压区高度主要取决于轴压比、配筋等,混凝土的极限变形能力主要取决于箍筋的约束程度,即箍筋的形式和配箍特征值。因此,为了增大柱在地震作用下的变形能力,控制柱的轴压比和改善配箍具有同样的意义,因而采用密排螺旋箍筋柱或钢管混凝土均可以提高柱轴压比的限值。
二、材料利用率
一般来讲,材料利用率越高(即应力水平越高),该结构的协同工作程度也越高。这就要求设计时对结构材料的充分利用,这从梁类构