结构概念设计中若干问题探析

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1、结构概念设计中若干问题探析摘要：先介绍了概念设计在现代结构设计中的重要性，结构概念设计的一些运用；进而介绍了结构设计中的协同工作问题，以及怎样才能使结构可以更好的协同工作；最后说明了结构协同工作可以带来的经济效益，可以使结构受力合理，且避免浪费。关键词：概念设计；结构的屈服机制；协同工作；短柱；平面桁架；空间桁架中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：一概念设计的重要性在现今城市建设大发展的背景下，超限高层不断涌现，突破现行规范，引入性能化设计的概念及手段，对结构工程师的要求不断提升，迫切需要设计人员对结构整体概念设计的理念有所增强。7强调概念设计的重要，一方面是由于现行的结构设计

2、理论与计算理论与实际存在某些差距，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存在一定差别，为了弥补这类计算理论的缺陷，需要结构概念设计与结构措施来满足结构设计的目标。另一方面由于计算机辅助设计的广泛运用，使部分结构设计人员对电算过分依赖，结构工程师只有加强结构概念的培养，并对重要工程采用多种不同理论模型软件的计算结果分析比较，选择更合理的计算结果，才能比较客观、全面地理解结构的工作性能。如今对结构抗震设计要求越来越高，除了借助不同理论模型的软件进行分析比较外，对各种结构构件对结构整体抗震性能

3、的影响也应有相应认识了解，处理好构件与结构整体的关系，可使结构延性提高。结构在强震下应具有良好的屈服机制，其特征是结构在其杆件出现塑性铰后，竖向承载能力基本保持稳定，同时，可以持续变形而不倒塌，进而最大限度地吸收和耗散地震能量。结构的塑性发展应从次要构件开始，或从主要构件的次要部位开始，最后才在主要构件上出现塑性铰，从而形成多道防线。结构工程师应综合运用其掌握的结构概念，选择优化的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入了解各类结构的性能，并能有意识地灵活运用它们。二结构抗震设计中的若干概念运用7抗震在结构设计中占有着极其重要的地位，下面介绍一下在结构抗震设计中经常遇到的

4、一些概念及问题。短柱是一个比较重要的概念，且其对抗震极为不利，在多高层结构设计时，应尽可能避免短柱，其主要的性能指标是增加结构的延性，利于对地震作用的耗散，避免框架柱的脆性破坏。但随着建筑物的高度与层数的加大，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，可以通过设置钢骨，减小柱截面，增大长细比，从而避免短柱的出现，这样便能增加结构的延性和对地震作用的消耗，避免框架柱在地震作用下发生脆性破坏。多高层结构设计中要面对的问题之一是抵抗水平力的作用，控制扭转，为能有效的抵抗水平力作用，平面上两个正交方向的尺寸宜尽量接近，

5、目的是保证这两个方向上的“惯性矩”接近，以防止一个方向强度（稳定性）储备太大，而另一个方向较弱，因此，抗侧力结构宜尽量设置在四周，以增大整体的抗侧刚度及抗扭惯性矩，同时，应加大边梁及楼层的刚度，墙体应均匀布置，刚心、质心应尽可能重合。这样便可增加结构扭转刚度，降低扭转效应。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。7柱轴压比在高层建筑结构抗震设计中也是一个非常重要的概念，且已成为困扰结构工程师的实际问题，随着建筑高度的增加

6、，结构下部柱截面也越来越大，而柱的纵向钢筋往往较小甚至仅为构造配筋，即使采用高强混凝土，柱截面也不会明显降低。实际上，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。三协同工作与材料利用率协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中，对于任一个工业产品，我们不希望其在远未达到其设计寿命时，它的某些部件即出现破坏。对于建筑结构，协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合，共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力，

7、协同工作，同时达到极限状态，还要求他们能有共同的耐久寿命。对协同工作的理解，还基于当结构受力时，结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平。协同工作设计的另一个目的，还在于对材料的充分利用。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（从优化设计的角度，结构性能最好的方案，不一定7是材料利用率最高），尤其对我国这样一个发展中的市场经济国家，结构设计的目的即是花最少的钱，做尽可能好的建筑，这就要求设计时对结构材