文档介绍：浅析建筑结构设计中的概念设计
一、概念设计的重要性
随着计算机技术和计算方法的发展,计算机及其结构程序在结构工程中得到大量的应用,结构设计人员过分依赖设计软件的现象日益普遍,在设计中常常陷入只凭计算的误区,而没有认识到高质量的工程只能是渊博的工程理论,大量经验以及艰辛脑力劳动相结合的产物。因此提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性,推动结构设计的发展是非常必要的。
概念设计是一种设计的思路,是定性的设计,一般不经数值计算,尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。
强调概念设计的重要,主要原因有:首先现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的,因此,结构工程师只有加强结构概念的培养,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。其次还在于在建筑方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的,这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果好、造价低的结构方案,为此,需要工程师不断地丰富自己的结构概念,深入、深刻了解各类结构的性能,并能有意识地、灵活地运用它们。
在高层建筑抗震设计中,更应当重视概念设计。因为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抗震分析计算的精确性,材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素,致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)可能与实际相差较大,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。
二、概念设计的主要内容
地震灾害表明,建筑的破坏,不仅与建筑本身的抗震性能有关,还与建筑物所在场地条件有关。相应地,应选择对建筑抗震有利的场地,如稳定基岩、坚硬土,开阔、密实、均匀的中硬土等。避开对建筑抗震不利的地段,如软弱土、液化土,条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘,非岩质的陡坡,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层(如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半挖半填地基)等。
建筑的平立面布置应符合概念设计的要求,不应采用严重不规则的方案。对于不规则的建筑结构,应从结构计算、内力调整、采取必要的加强措施等多方面加以仔细考虑,并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施以保证建筑的整体抗震性能。
为保证抗震结构的基本承载能力和变形能力,结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料、什么样的结构体系,需要经过对其技术、经济条件比较后综合确定。同时力求结构的延性、刚