建筑结构概念设计浅析_刘鹏

第30卷第22期　　　　　　　　　　Vol.30No.22山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　2004年11月Nov.　2004SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2004)2220032202

建筑结构概念设计浅析

刘　鹏　高剑平　许开成

摘　要:介绍了建筑结构概念设计的基本概念,分析了概念设计的重要性,对概念设计中的协同工作的目的进行了论述,

提出了结构工程师在实际工作中应具备的素质,以进一步推动结构设计的发展。关键词:概念设计,建筑结构,设计理念中图分类号:TU318文献标识码:A

1　基本概念

随着计算机技术和计算方法的发展,计算机及其结构设计程

序在结构工程中得到了广泛应用,结构设计研究与实践不断深入,设计规范、设计手册、结构设计图集得到较大发展,但是一个成功的设计仅仅依靠这些是远远不够的,它还需要结构工程师丰富的结构概念相依托,因此,概念设计在结构设计中的作用也就越来越显著。一般而言,概念设计是指对于工程中一些难以作出精确力学分析或规范中难以作出明确规定的问题,不经过数值计算,根据整体结构体系与分部结构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理念,从整体角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施。只有弄清概念设计的实质,才能真正领会概念设计在工程设为两个阶段,第一阶段为混凝土浇筑完毕规范规定的短期养护,第二阶段即对混凝土的进一步养护。两个阶段养护同样重要。对于平面构件一般采用洒水、覆盖保湿养护,立面构件根据施工需要和方便,宜采用包裹保湿养护或养护液养护。施工前,要根据工程结构特点,合理安排施工顺序,高层建筑一般先主楼、后裙房,对于裙房底层楼面(即地下室顶板)或主楼已施工完毕的楼层,暴露时间较长,应根据情况采取覆盖、保护措施或抓紧上部结构施工,合理组织、紧凑安排围护墙体的砌筑,限制或减少已施工完毕楼层的温度变化,尽量避免暴露和克服产生裂缝的因素,从而阻止裂缝的进一步发展。

计中的重大意义。

2　概念设计的重要性

概念设计是展现先进设计思想的关键,结构设计的好坏,很大程度上取决于设计者结构概念的完整性及创新能力,特别是建筑业飞速发展的今天,概念设计的重要性更是可见一斑。

1)部分结构设计者只会依赖现有规范、设计手册、计算机程序做传统意义的设计,对计算机计算结果明显不合理甚至错误的地方不能及时发现,导致设计不合理甚至发生工程事故。比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性设计理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的概率极限状态设计法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远。为了弥补这一缺陷,需要合理的概念设计与结构措施来加以保证;

所需的水分,及保证混凝土内外温差小于25℃,可在混凝土表面采用蓄水养护。冬季施工时,由于不能浇水养护,混凝土表面必须用塑料薄膜和保温材料覆盖严密,利用混凝土原有水分进行养护,必要时可浇热水。这样通过混凝土中掺入膨胀剂以及加强后期的养护工作充分发挥膨胀剂的作用,控制混凝土裂缩。

4　结语

裂缝虽难以避免,但要严格进行预防和控制。裂缝产生的原因较多,而且有些裂缝没有特别的规律和形状,有些裂缝在混凝土浇筑后几周甚至几个月才出现,分析原因较困难,这就要及时收集、整理、保存相关资料,同时要注重现场调查、取证,以便准确分析原因,对症下药,有针对性地采取积极有效、切实可行的综合预控措施和治理措施,预防和处理裂缝,杜绝隐患。总之,要严格对设计、施工组织、混凝土配料、运输、浇筑、养护全过程实施质量控制及管理,才能使裂缝得以有效控制。参考文献:

[1]王桂莲.某工程中泵送混凝土裂缝的控制[J].山西建筑,2001,

(4):16218.

3.5　合理选用和使用混凝土膨胀剂控制混凝土裂缩

掺膨胀剂的混凝土,水化时需水量大,比普通混凝土更要加强养护,使其表面始终处于潮湿条件,只有在充足水分下膨胀剂才能充分发挥作用。即使混凝土强度已达拆模条件,也必须保水养护足够时间,在终凝后2h即可开始浇水养护。混凝土的膨胀值一般要14d才基本稳定。夏季施工时,由于混凝土表面水分蒸发量大,且混凝土内部水化热高,为保证大体积混凝土内部膨胀

Discussiononcontrolofsplitinconcrete

LIANGDa2yun

(LinfenArchitecturalprojectCo.Ltd.,Linfen041000,China)

Abstract:Itanalyzescauseofsplitconcretefromaspectsofitself,itsdesignanditsconstructionandfocallypropoundmeasuresforpre2controllingandhandlingsplitsoastocontrolspliteffectively.Keywords:split,concrete,control

收稿日期:2004207203

作者简介:刘　鹏(19742),男,1999年毕业于华东交大建筑工程专业,助教,华东交通大学土木建筑学院,江西南昌　330013

高剑平(19702),男,2004年毕业于哈尔滨工业大学结构工程专业,博士,副教授,华东交通大学土木建筑学院,江西南昌　330013许开成(19732),男,1996年毕业于华东交大建筑工程专业,讲师,华东交通大学土木建筑学院,江西南昌　330013

第30卷第22期　　　　　　　　　　　　　　　刘　鹏等:建筑结构概念设计浅析2004年11月

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　　2)目前,我国结构计算理论普遍采用概率极限状态设计法,但该法在运算过程中还带有一定程度的近似,只能视为近似概率法。而且只凭极限状态设计也很难估计建筑物的真正承载力。事实上,建筑物是一个空间结构,各种构件以相当复杂的方式共同工作,且都不是脱离总的结构体系的单独构件。目前,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,真正把概念设计应用到工程实际中去;

3)概念设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,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。3　基本内容

概念设计是一个相当广泛而又复杂的概念,它随着结构工程师的年龄增长、实践经验的增多而越来越丰富,设计成果也能不断创新,趋于完善。这点充分体现在结构设计的各个环节、各个区域。众所周知,进行概念设计的目的是为了使设计出来的结构在保证安全的前提下更经济、合理,如果用简单的四个字来概括,即协同工作。所谓协同工作是指要求结构内部的各个构件工作时能相互配合,共同工作。协同工作的目的主要体现在两个方面:

1)形成良好的结构体系:即要求结构构件在承载能力极限状态下能共同受力、共同变形、协同工作,同时达到极限状态,还要求他们能有相同的耐久性。这主要应做好以下两方面工作:a.正确处理基础与上部结构之间的关系;必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把二者割裂开来。如对砖混结构,必须依靠圈梁和构造柱将上部结构与基础连接成一个整体,而不能单纯依靠基础自身的刚度来抵御不均匀沉降,所有圈梁和构造柱的设置,都必须围绕这个中心。b.结构受力时,应尽可能使结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平;比如在某高层结构设计时,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,可以通过对柱截面开槽,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。

2)提高材料的利用率;从某种程度看,提高材料的利用率也是协同工作设计的另一个目的,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就越高。尤其对我国这样一个发展中国家,结构设计的目的,即是花最少的钱,做最好的建筑,这就更要求设计时对结构材料的充分利用。例如:对钢筋混凝土矩形截面梁,由于靠近截面中和轴的材料应力水平低,且梁受到的弯矩沿梁长度方向一般是变化的,使等截面梁大部分区段应力水平较低,从而导致材料的利用率较低;针对梁的这种受力特性,如果将梁中多余材料去除,会出现工字型梁、箱型梁、平面桁架、空间网架等多种结构形式,从而大大增加了材料的利用率,提高了结构构件的经济性能和相互协同性。

此外,合理采用适当的结构形式也是充分利用材料的另一种具体表现,随着时间的推移,这种表现显得越来越突出,如预应力混凝土结构、悬索结构、空间网架结构等。而目前广泛使用的钢—混凝土混合结构,是将钢结构与混凝土结构相互取长补短形成的一种新型的结构形式,它更能将这两种材料能动地结合起来,实现了结构材料的又一次革命。钢管混凝土的原理:1)借助钢管对核心混凝土的约束,使核心混凝土有更高的强度和变形能力;2)核心混凝土对钢管壁的稳定提供了有效可靠的支撑。钢管混凝土的极限承载力远大于钢管和核心混凝土两者的承载力之和,约为两者之和的17倍～20倍,其极限变形能力是普通钢筋混凝土的几倍甚至几十倍,这是钢材与混凝土的又一次理想结合,它的出现,使传统意义上的受压破坏特征由脆性变为延性,大大增强了结构的抗震能力。因此,结构材料、结构体系的选择,应该经过全方位的技术经济条件比较综合确定,同时力求结构的延性好、强度与重力比值大、匀质性好、正交各向同性,尽量降低房屋重心,充分发挥材料的强度。

4　结语

在概念设计日益重要的今天,要求结构工程师应具备深厚的基本理论基础,正确把握好结构协同工作原则,更充分地利用建筑材料,不断吸取他人的先进设计理念,充分运用好结构概念设计,做到:1)结构功能与外部条件一致;2)充分发展先进的设计理念;3)发挥结构的功能并取得与经济性的协调;4)更好地解决构造处理;5)利用定量的计算进行抗震分析;6)用概念来判断计算的合理性。客观事物是多种多样的,而且都是在不断变化的,因此,对不同的客观事物有不同的概念,随着事物认识的不断发展,概念也在不断发展变化;重视建筑结构概念设计,有着重要而深远的意义。参考文献:

[1]林同炎,等.结构概念和体系[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[2]戴国莹,李德虎.建筑结构抗震坚定及加固的若干问题[J].建筑结构,1999,(4):33234.[3]GB5001122001,建筑抗震设计规范[S].

Onconceptualdesignofbuildingstructure

LIUPeng　GAOJian2ping　XUKai2cheng

(CollegeofCivilEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China)

Abstract:Thispaperintroducestheconceptofconceptualdesignofbuildingstructureandanalyzesitssignificance.Baseduponfurtherdiscussiononthecooperativeworkinconceptualdesigntherequirementsonstructureengineersarepresentedinordertoimpulsethedevelopmentofstructuredesign.Keywords:conceptualdesign,buildingstructure,designconception