結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念與思路
2018/11/28 20:07:24??????點擊：
在計算機軟件日新月異的發(fā)展過程中，對結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來說無疑很大地簡化了很多計算的過程，但是建筑結(jié)構(gòu)計算是以概念設(shè)計為基礎(chǔ)的，計算軟件只是輔助工具，所以在建模處理和圖形修改的過程中無時無刻不在體現(xiàn)一個設(shè)計人員的主觀思路和人為的構(gòu)造措施，在建筑初期的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計和建筑后期的構(gòu)造處理顯得尤為重要。在歷次地震的震后調(diào)查表明，概念設(shè)計已是不可忽視的重點。筆者認為在一般的結(jié)構(gòu)工程設(shè)計時應(yīng)做到以下幾點：
1布局合理
（1）任何一個結(jié)構(gòu)體系基本上都是由水平分體系和垂直分體系組成，水平分體系承受水平荷載，并把荷載傳至豎向分體系，并且保證其截面的幾何形狀。
（2）要求豎向分體系將恒載及水平剪力傳至基礎(chǔ)，并且豎向分體系必須聯(lián)系在一起，以便獲得最好的抗彎和抗壓屈能力。
（3）水平分體系不只是承受水平荷載，它們把豎向分體系聯(lián)系在一起，還能起到防止豎向分體系局部壓屈的作用，并減小豎向分體系的局部彎曲長度，提高其總的承載力。與建筑物的總高度相比，豎向分體系在一個方面或二個方向的尺寸通常是很小，因此它們本身并不穩(wěn)定，必須由水平結(jié)構(gòu)來保持其穩(wěn)定位置，為了能承受作用在水平分體系之間房屋表面的水平作用并能承受各樓層傳來的軸向壓力而不致發(fā)生壓屈，要求豎向分體系必須具有局部剛度，所以豎向分體系的厚度主要取決于水平分體系之間距離，而與建筑的總高度關(guān)系不關(guān)。
2剛度均勻
不論是水平分體系還是豎向分體系都應(yīng)有均勻的剛度，因為不論從總體還是從局部來說均勻的剛度對建筑物具有重要的作用。
（1）樓板是水平分體系中重要組成部分，如果在樓板上開洞過于集中或開洞位置不對稱，或者局部樓板錯層，都會造成水平分體系的剛度突度，給結(jié)構(gòu)的安全帶來穩(wěn)患，當(dāng)采用剛性樓板假定計算結(jié)構(gòu)的受力時，這點顯得尤為重要。
（2）梁在整個結(jié)構(gòu)體系中不僅承受了由板傳來的荷載，同時在抵抗地震力作用時也是豎向分體系（墻、柱）在各層處的支點。梁的高度不同時，結(jié)構(gòu)的整體剛度也是不同的。梁自身的剛度，會對梁柱交接節(jié)點的剛度產(chǎn)生影響。梁的剛度不宜過大，也不宜過小。梁的位置不同時，梁的剛度對結(jié)構(gòu)體系的而貢獻也不同，其中表現(xiàn)最為明顯的是，建筑物外墻窗頂?shù)牧簲嗝鏁Y(jié)構(gòu)體系的抗扭剛度產(chǎn)生一定的影響。如果結(jié)構(gòu)體系的抗扭剛度不夠時，可以適當(dāng)增大沿外墻一圈的梁的截面來調(diào)整。
（3）剪力墻和柱是豎向分體系的重要組成部分，如果剪力墻和柱在X軸和Y軸兩個方向布置不均勻，不對稱，局部過密或局部過少也會造成結(jié)構(gòu)剛度的不均勻，這對豎向分體系在抗震時是十分不利的。在布置剪力墻時，應(yīng)力求連續(xù)，均勻，對稱，周邊(墻在周邊，角部多布置一些，中間少布置或者不布置)。貝聿銘設(shè)計的香港中銀大廈豎向構(gòu)件全部在邊角，中間的空間很大。這種豎向構(gòu)件的布置方式和竹子的結(jié)構(gòu)有些類似。中銀大廈的最高脊柱將整個建筑的重量分到四個角上，脊柱每到一個交會處就將重量分散到四周的分柱上，通過把重力引向外部，本來要用來重復(fù)橫向加固的鋼材現(xiàn)在可以縱向運用了，整個結(jié)構(gòu)可以不使用任何內(nèi)部支撐物。大樓所有的重量經(jīng)由立體與并面的對角線傳達到四個角柱。過多的側(cè)撐鋼材則改用到向上的結(jié)構(gòu)。這棟建筑比傳統(tǒng)的大樓節(jié)省了40%的鋼材與四分之一的焊接點。因為用三角形的關(guān)系，在鋼筋方面差不多省了一半。在抵抗地震和風(fēng)荷載時，建筑物的重量越是分布在周邊，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好。就像一個人的兩條腿分開時比合攏時站的要穩(wěn)一些。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架柱應(yīng)能夠同時滿足《高規(guī)》8.13條“柱傾覆彎矩百分比”和8.14條“框架柱地震剪力百分比”，在調(diào)整計算模型時通常比較費時，筆者的經(jīng)驗就是框架柱在每隔3層時截面就相應(yīng)減小50mm或者100mm，這樣布置以后，計算結(jié)果往往容易通過。
1布局合理
（1）任何一個結(jié)構(gòu)體系基本上都是由水平分體系和垂直分體系組成，水平分體系承受水平荷載，并把荷載傳至豎向分體系，并且保證其截面的幾何形狀。
（2）要求豎向分體系將恒載及水平剪力傳至基礎(chǔ)，并且豎向分體系必須聯(lián)系在一起，以便獲得最好的抗彎和抗壓屈能力。
（3）水平分體系不只是承受水平荷載，它們把豎向分體系聯(lián)系在一起，還能起到防止豎向分體系局部壓屈的作用，并減小豎向分體系的局部彎曲長度，提高其總的承載力。與建筑物的總高度相比，豎向分體系在一個方面或二個方向的尺寸通常是很小，因此它們本身并不穩(wěn)定，必須由水平結(jié)構(gòu)來保持其穩(wěn)定位置，為了能承受作用在水平分體系之間房屋表面的水平作用并能承受各樓層傳來的軸向壓力而不致發(fā)生壓屈，要求豎向分體系必須具有局部剛度，所以豎向分體系的厚度主要取決于水平分體系之間距離，而與建筑的總高度關(guān)系不關(guān)。
2剛度均勻
不論是水平分體系還是豎向分體系都應(yīng)有均勻的剛度，因為不論從總體還是從局部來說均勻的剛度對建筑物具有重要的作用。
（1）樓板是水平分體系中重要組成部分，如果在樓板上開洞過于集中或開洞位置不對稱，或者局部樓板錯層，都會造成水平分體系的剛度突度，給結(jié)構(gòu)的安全帶來穩(wěn)患，當(dāng)采用剛性樓板假定計算結(jié)構(gòu)的受力時，這點顯得尤為重要。
（2）梁在整個結(jié)構(gòu)體系中不僅承受了由板傳來的荷載，同時在抵抗地震力作用時也是豎向分體系（墻、柱）在各層處的支點。梁的高度不同時，結(jié)構(gòu)的整體剛度也是不同的。梁自身的剛度，會對梁柱交接節(jié)點的剛度產(chǎn)生影響。梁的剛度不宜過大，也不宜過小。梁的位置不同時，梁的剛度對結(jié)構(gòu)體系的而貢獻也不同，其中表現(xiàn)最為明顯的是，建筑物外墻窗頂?shù)牧簲嗝鏁Y(jié)構(gòu)體系的抗扭剛度產(chǎn)生一定的影響。如果結(jié)構(gòu)體系的抗扭剛度不夠時，可以適當(dāng)增大沿外墻一圈的梁的截面來調(diào)整。
（3）剪力墻和柱是豎向分體系的重要組成部分，如果剪力墻和柱在X軸和Y軸兩個方向布置不均勻，不對稱，局部過密或局部過少也會造成結(jié)構(gòu)剛度的不均勻，這對豎向分體系在抗震時是十分不利的。在布置剪力墻時，應(yīng)力求連續(xù)，均勻，對稱，周邊(墻在周邊，角部多布置一些，中間少布置或者不布置)。貝聿銘設(shè)計的香港中銀大廈豎向構(gòu)件全部在邊角，中間的空間很大。這種豎向構(gòu)件的布置方式和竹子的結(jié)構(gòu)有些類似。中銀大廈的最高脊柱將整個建筑的重量分到四個角上，脊柱每到一個交會處就將重量分散到四周的分柱上，通過把重力引向外部，本來要用來重復(fù)橫向加固的鋼材現(xiàn)在可以縱向運用了，整個結(jié)構(gòu)可以不使用任何內(nèi)部支撐物。大樓所有的重量經(jīng)由立體與并面的對角線傳達到四個角柱。過多的側(cè)撐鋼材則改用到向上的結(jié)構(gòu)。這棟建筑比傳統(tǒng)的大樓節(jié)省了40%的鋼材與四分之一的焊接點。因為用三角形的關(guān)系，在鋼筋方面差不多省了一半。在抵抗地震和風(fēng)荷載時，建筑物的重量越是分布在周邊，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好。就像一個人的兩條腿分開時比合攏時站的要穩(wěn)一些。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架柱應(yīng)能夠同時滿足《高規(guī)》8.13條“柱傾覆彎矩百分比”和8.14條“框架柱地震剪力百分比”，在調(diào)整計算模型時通常比較費時，筆者的經(jīng)驗就是框架柱在每隔3層時截面就相應(yīng)減小50mm或者100mm，這樣布置以后，計算結(jié)果往往容易通過。
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