探讨概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．02．027探讨概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用陈锐兰(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都610041)摘要：随着我国经济的增长，建筑行业得到了突飞猛进的发展，人们在满足于现代建筑结构设计的同时，对建筑的概念设计提出了新的要求，可以看出在现代建筑设计的过程中，概念设计已经变得十分重要，把一个新颖的设计概念与建筑结构巧妙的结合，不仅是工程的建设需要，更是一个建筑师水平的体现，笔者通过对建筑设计中概念设计和结构设计之间的关系进行阐述，来分析建筑概念设计和结构设计的重要性。关键词：协同；概念；设计中图分类号：TU3

2、18．2文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)02—0055—020前言通过对建筑结构与概念设计的重要性进行分析，将协同工作应用到建筑设计中来，使概念设计能更好的与建筑材料、建筑结构、施工工艺相互结合。1概念设计的作用设计思想的关键在对设计重要性概念的理解，结构工程师就是要在一个建筑空间内，根据整体概念来完成建筑的结构设计，并且能做到将结构之间的关系合理处理。所以对概念设计十分优秀的设计师来说，结构工程的设计也能做到极致，但是随着现代管理的运用，设计程序已经变得系统化和分工化，设计师在设计过程中必须依赖设计标准和计算机做出的验算结果进行设计。导致出现了新技术、新工艺在建筑领

3、域普及很慢。尤其计算机的高度应用，使设计师不能对计算机出现的错误进行判定，这导致设计的结构问题越来越多，建筑的设计形式没有创新的概念。出现这种问题的另一原因就是在现阶段对结构设计理论和缺点不能更改。例如；混凝土结构设计和内力计算都是来自于弹性理论的计算方法，而截面设计却是利用极限状态设计方法，这就使结构和材料之间产生了矛盾。两者的实际受力状态差距较大。所以说为了克服在结构设计和设计概念中的矛盾就需要设计师将结构措施和概念设计相互融和以满足设计要求。另外在施工方案决定阶段，概念设计起到关键的作用，因为在初步设计阶段，一切设计思路只是一种模糊的形态，要通过结构设计赋予其完整的结构概念。这时才能

4、将概念设计融入其中，可以说结构设计是概念设计的基础。如果概念设计被融人结构设计中，会对建筑结构的建设成本产生很大的影响。所以结构设计和概念设计是密不可分的。2协同工作于结构设计的关系协同工作与结构设计是一个有机整体，协同工作的概念是对结构内部的结构部件进行相对的结合，使其共同工作，这不仅对部件提出结构承载力的要求，而且要对整个结构提出了极限状态的限制，同时还对共同的结构寿命进行测定。结构协同工作在基础与上部结构相互结合，并视为一个整体。不能将他们分开处理。例如在进行框架结构设计中，虽然墙体不负担承载力，但是依旧要把墙体和结构柱当成一个整体，而不能单一的依靠柱的承载力来进行设计，另外所有的构

5、造柱都必须围绕这一中心进行设计。3协同关系和材料的使用协同工作与材料利用率是协同工作设计的另一个方向，其目的是达到对材料的充分利用。一般情况下结构的协同程度越高，所利用的材料效率也就越大。因为在进行结构设计时首先要针对材料因素进行考虑。例如矩形梁截面的材料利用率相对较低。针对这一特点将梁结构的概念进行分析，会发现梁截面存在一定的应变梯度，只有在构件的轴心受到力时，材料的利用率才会不断增大。于是就产生了平面桁架。平面桁架在结构上可以以别理解成“被掏空”的梁。并根据这一理念就可以将结构梁多余的材料进行去除，已达到在施工的过程中降低工程成本、降低结构自重、降低成本的作用。所以在桁架的上弦相应于梁

6、的受压边，下弦相应于受拉钢筋。规则桁架中腹杆的受力与梁中主拉力、应力为同一方向，通过以上分析我们还可以对桁架的外形设计进行一定的升级，将它设计成与设计弯矩图相似的形状。这样可以使桁架的弦杆受力更加均匀。由于在桁架中有很多压杆，压杆在桁架中起到稳定性的作用，所以钢件的材料影响并不大，所以在进行平面桁架的设计中要设法改变压杆的比例，而不是一味的增加材料强度。尤其针对上弦杆，应努力增加其平面外的刚度(有时上弦采用双杆形成的复合压杆)，提供平面外约束(增加支撑)，如果把这些平面外的支撑再连接成桁架，这样就使平面桁架变为平面交叉桁架：最后发展为空间网架，空间网架的材料利用率高，应力水平高。为随着跨度

7、的增加，网架的高度增大，腹杆的长度将增大，同时节点距离的增大也导致弦杆长度的增大，这样高强材料就不能使用。因此，努力减少或消除结构中的压杆，就使我们找到了悬索结构，悬索结构中所有的“杆件”均为拉杆，这样就使悬索结构中杆件的应力水平极高，材料利用率极大，高强材料得以充分利用，还可施加预应力，因而在超大跨度的结构中，悬索结构(或包括悬索结构的组合结构)是首选的结构类型。4概念与结构的发展就混凝土基本理论的发展来看，也体现了使