土木建筑结构设计中概念设计的应用

【摘 要】随着时代的进步和社会经济的发展,人们的生活质量在不断的提高,对建筑结构设计的要求也越来越高.通过实践研究证明,在建筑结构设计中合理的应用概念设计,可以有效的处理以往经常遇到的问题,使建筑结构设计的安全性、适应性、经济性以及可靠性得到保障.本文简要分析了土木建筑结构设计中概念设计的应用,希望可以提供一些有价值的参考意见.

【关 键 词】题目建筑；结构设计；概念设计

随着科学技术的不断革新和进步,建筑结构工程师在工作的时候通过对计算机结构程序的合理应用,使得设计效率和设计质量得到了有效的提高.但是,也出现了一些问题和弊端,部分设计人员对计算机过于依赖,认为结构设计是非常简单的工作,电脑通过相应的软件程序,结合一定的规范和图集就可以完成,那么,在这种设计模式下,设计人员其实就是在东拼西凑,不能有效的判断计算结果的正确性,更别说如何加强结构的整体性和经济性了.

1.概念设计

概念设计指的是没有经过数值计算的过程,特别是在一些难以界定或者难以精确理性分析的问题方面,依据结构破坏机理、震害、试验现象、整体结构体系和分体系之间的力学关系等等,同时,工程设计师在工作中积累的基本设计原则和设计经验也是很重要的一个方面,从而在整体上来对建筑结构的总体布置进行确定,并且宏观控制抗震细部措施.

通过实践研究表明,合理的应用概念设计,可以有效的拓展结构设计的思路.在传统的结构计算理论研究和结构设计方面,关注的重点是结构抗力的提高、混凝土等级的提高以及配筋量的增大,这样就会在很大程度上提高工程造价.结构工程师认为比最大配筋率小即可,这样就造成了肥梁肥柱的出现.比如,在抗震设计方面,结构的刚度是通过初定的尺寸和砼等级计算出来的,然后地震力就可以推算出来,进而对配筋率进行计算.但是,众所周知,结构刚度的大小直接关系到地震作用效应,配筋越多,刚度越大,地震力就越强.这样,配置的钢筋虽然是为了抵御地震,实现了结构强度增加的目的,但是,却在很大程度上增强了地震作用效应.

举一个例子来说,在目前抗震设计的隔震性能研究方面,一般做法就是将柔性隔震层设置在基础和主体之间,消能支撑的加设,有的是将一个反摆加装在建筑物的顶部,在地震的时候,它的位移方向正好相反于建筑物顶部的位移方向,这样就可以对建筑物的振动加大阻尼作用,实现加速度降低的目的,有效的减少建筑物的位移,进而降低地震作用效应.

在建筑抗震设计方面,需要对概念设计产生足够的重视.这是因为建筑结构十分的复杂,发生了地震,地震力具有十分强的不确定性,人们也不能全面的认识结构地震效应,再加上一些其他的不确定因素,比如结构抗震分析计算的精确程度、材料的性能、施工安装的质量等等,就会使设计计算结果出现较大的偏差,并且,目前还有十分多的作用效应是无法定量计算的.那么,在建筑设计计算的时候,在这些不确定因素的作用下,就会对设计的结果产生很大的影响；针对这种情况,就需要对整体概念设计产生足够的重视,甚至有人这样说过,概念设计要远远重要于分析计算.

2、建筑结构设计中概念设计应注意的问题

（1）适宜刚度概念

在建筑结构设计中,十分重要的一个方面就是对建筑的刚度进行合理的确定；如果建筑物选取了过大的刚度,那么就会缩短建筑物钢结构的自震周期,在出现地震的时候,建筑结构需要承受过大的地震作用,从而产生十分严重的后果,并且浪费大量的材料；如果选取过柔的刚度,那么在出现地震的时候,建筑结构就容易出现变形等问题,对它的强度和稳定性产生不利的影响.

（2）对结构的破坏机制和塑化历程进行充分的认识和掌握

建筑结构的破坏机制一般可以分为两种,一种是楼层破坏机制,另一种是整体破坏机制；楼层破坏机制在设计人员在设计时需要充分注意的,因为楼层破坏机制说明有一些薄弱环节存在于结构中,具体来说就是,其他构件还没有充分的发挥出承载能力的作用,已经提前损坏了整个结构；那么,针对这种情况,理想建筑结构的整体破坏机制的实现就成为了设计人员的首要任务,也就是对塑性铰出现的位置以及出现的顺序进行正确的布置和掌握.

（3）等强度与耗能设计原则

在设计抗震结构整体时,等强度与耗能原则是必须要认真的考虑的；因为,如果在设计时没有进行充分的考虑,或者在施工中存在了一些问题,那么在水平作用下,就可以提前破坏掉部分的主要承重结构,导致整栋建筑物的连续破坏.在设计结构整体的时候,需要对薄弱环节充分的注意,严格依据等强度的原则,同时,还需要使建筑结构的恰当部位拥有可以消耗大量能量的性能,要知道,一个好的结构设计,它的耗能系统也必然是好的.在对主要耗能构件进行选择的时候,需要注意以下几个方面,一是耗能构件的屈服应力仍然处于弹性阶段工作的构件的约束,也就是说在整个建筑结构中,他们的屈服具有很强的局部性特点,不会破坏到整体；二是承受竖向荷载的构件不能被选用耗能构件,比如剪力墙,柱等等；三是在耗能构件的数量方面,不能过少,否则就只能消耗掉很少的地震能量,同时,选择的耗能构件,在延性方面应该具有比较好的性能.

（4）结构延性设计原则

延性系数可以有效的表示出结构延性,它可以有效的反映结构极限变形和屈服变形之间的关系,在通常情况下,结构极限变形和屈服变形的比值越大,那么它的延性就越好,如果每一个构件的延性都比较好,那么这些构件构成的整体结构也必然会有比较好的延性.

（5）强柱弱梁设计原则

墙柱弱梁设计原则指的是在比较强的地震作用下,首先在梁上发生柜架结构塑性铰,没有在柱上发生,这样就会导致楼层破坏机制出现在通柜架结构上.

3.概念设计与结构设计的区别

概念设计是依据设计师的个人经验,同时将建筑功能要求、结构安全等级、地质资料、当地材料、当地自然环境以及抗震设防等级等因素充分的纳入考虑范围,来进行定性设计；概念设计主要包括这些内容,三维设置、结构体系的确定、基础形式以及埋深、主要构件的几何尺寸选择等等.结构设计过程则和概念设计呈逆向的关系,它主要依据的是概念设计的总体要求、力学原理、数学原理等因素,来实现从定量,比如内力、配筋、稳定、变形等,过渡到定性的过程.

4.结语

随着人民生活质量的不断提高,人们越来越重视建筑物的质量,通过不断的创新概念设计,在土木建筑结构设计中合理的应用概念设计,设计出有着低廉造价、良好性能以及合理受力的建筑结构总体方案,满足人们的需求,提高建筑整体的质量.可以预见的是,在未来一段时期内,结构设计的主流思想就是概念设计.本文首先简要介绍了概念设计的含义,然后重点分析了概念设计在土木建筑结构设计中的应用,最后又探讨了概念设计和结构设计的区别,希望可以提供一些有价值的参考意见.