时间:2023-11-20 09:52:32
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇建筑概念范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
一、 地震相关概念简介
1) 地震:地震又称地动、地振动,是地壳快速释放能量过程中造成振动,期间会产生地震波的一种自然现象。全球每年发生地震约五百五十万次。地震常常造成严重人员伤亡,能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散,还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。地震分为三大类:火山地震,诱发地震和构造地震,目前世界上90%的地震是构造地震。
2) 震级:是指地震的大小,是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。中国目前使用的震级标准,是国际上通用的里氏分级表,共分9个等级,在实际测量中,震级则是根据地震仪对地震波所作的记录计算出来的。地震愈大,震级的数字也愈大,震级每差一级,通过地震被释放的能量约差32倍。由于其与震源的物理特性没有直接的联系,因此现在多用矩震级来表示。
3) 烈度:地震烈度是表示地面及房屋等建筑物遭受地震影响破坏的程度。同一地震发生后,不同地区受地震影响的破坏程度不同,地震烈度也不同。判断烈度的大小,是根据人的感觉、家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏的程度,以及地面出现的破坏现象等。
4) 地震基本烈度:地震基本烈度是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。。
二、 建筑设防目的和要求
1) 设防目的:在一定经济条件下, 最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏。
2) 设防要求:“小震不倒,中震可修,大震不倒”---三水准设防要求。
3) 三水准设防具体要求:
a) 第一水准:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震(重现期约50年)影响时,一般不受损坏或不需修理可继续使用。结构仍处于弹性状态,可以用弹性反应谱进行地震作用计算,按承载力要求进行截面设计,并控制结构弹性变形符合要求。
b) 第二水准:当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震(重现期约475年)影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用。结构产生塑性变形,依靠塑性耗能能力,使结构保持稳定得以保存下来,此时结构抗震设计应按变形要求设计。
c) 第三水准:当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震(重现期约1600~2400年)影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。结构进入弹塑性大变形状态,此时应考虑防倒塌设计。
三、 建筑抗震的概念设计
1) 抗震概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题,必须由工程师运用“概念”进行分析,作出判断,以便采取相应的措施。例如结构破坏机理的概念,力学概念以及由震害试验现象等总结提供的各种宏观和具体的经验等,这些概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中,也体现在计算简图或计算结果的处理中。建筑结构的抗震设计,是以现有科学水平和经济条件为前提的。
2) 概念设计主要内容:
a) .选择对建筑抗震有利的场地,宜避开对建筑抗震不利的地段,不应在危险地段建造 甲、乙、丙类建筑。对于不利地段,结构工程师应提出避开要求,当无法避开时,应采取有 效措施,这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因,诸如地基土的不均匀沉陷、 地震引起的地表错动与地裂。
b) .建筑的平立面布置应符合概念设计的要求,不应采用严重不规则的方案。不规则的 建筑,在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震 构造措施。借鉴国际的通行做法,参考外国规范,使我们的设计更加完善合理。
c) .结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料,什么样的结构体系,经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,并提出了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型 )相近的抗震概念。4.尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间,而且可能多次往复作用,根据 地震后倒塌的建筑物的分析,我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏,而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系,使其形成多道防线,是增加结构抗震能力的重要措施。例如单一的框架结构,框架就成为唯一的抗侧力构件,那么采用“强柱弱梁”型延性框架,在水平地震作用下,梁的屈服先于柱的屈服,就可 以做到利用梁的变形消耗地震能量,使框架柱退居到第二道防线的位置。
d) 具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧移刚度,往往 是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时,具有很强 的抗倒塌能力,最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性,然 而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有 效的办法。例如上刚下柔的框支墙结构,应重点提高转换层以下的各层的构件延性。对于框架和框架筒体,应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载 力无明显降低的前提下,控制构件的破坏形态,减小受压构件的轴压比(同时还应注意适当降低剪压比),提高柱的延性。
e) 确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠,符合下列要求 :1 )构件节点的承 载力不应低于其连接构件的承载力,当构件屈服、刚度退化时,节点应保持承载力和刚度不变。2 )予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。3 )装配式的连接应保证结构的整体 性,各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。4)结构应具有连续性,注重施 工质量,避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。
四、 结语
建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程,是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。设计人员应在工程中应灵活运用概念设计,设计出经济可靠的建筑。
参考文献
(1)现实结构构件设计存在很多不可计算的地方,从而这样的设计方案很难满足设计需求。结构设计活动中对概念设计的应用,可以很好的解决计算理论与结构设计中存在不可计算的缺陷。
(2)在结构方案设计的最初阶段,其设计过程不能依靠计算机完成。结构工程师根据自身掌握的知识,综合运用概念设计中隐含的设计概念确定性价比最优的方案。
(3)通过计算机的分析计算所得结果具有高精度的特点,盲目相信计算机计算的结果,对其不合理性与错误性有所忽视,导致建筑结构产生安生隐患。概念设计要求设计师从实际工程的结构需求出发,综合考虑各种因素,可以破除结构工程师对计算机设计软件的盲目信赖,对于结构设计的发展和革新具有重要的推动作用。
二、建筑抗震概念设计
概念设计是从设计概念出发,是有组织、顺序、目标的设计活动,涵盖了设计活动整个过程即用户需求分析到完整设计方案产品的过程。概念设计是一种设计方法,贯穿于整个设计过程,其体现出了从具体到清晰、从简单到复杂、从模糊到清晰的不断变化的过程。防震概念设计是按照地震灾害多发带与建筑工程基本情况等形成的设计思想与基本原则,是细微构造和整体结构安排的设计活动,从最初的防震想法到防震建筑结构形成整个过程都涉及概念设计。由于建筑结构模型预知的情况和现实情况存在一定差别,地震发生和破坏作用具有不确定性与复杂性。因此,很难对建筑物遇到地震的参数与特性进行准确的预测活动。基于这样的情形,工程抗震并不能完全依靠计算机的模拟设计来解决,而是要从概念设计出发。
三、抗震概念设计的原则
3.1建筑设计应注重场地的选择
地基土就是场地范围内的场地土,根据以往地震灾害表面,场地土刚度大比刚度小的,场地土上的建筑损坏程度较小,震害指数小。场地选择深度一般选择地下15m,平面大小相当于自然村或一个厂区的大小。另外位于软土之上且具有较长周期的高层建筑,与位于硬土上相比,软土输入的能量要大的多。如果有条件时,从减少地震能量输入角度来说,选择在坚硬场地土对防震有很大好处。
3.2设置多道防线
在建筑的抗震设计中,不论选择那种结构体系以及哪种材料,都应该对多道抗震防线进行设置。通常来说。每一次发生的地震时间都不尽相同,有长有短。如果发生的地震时间长,那么连续的强脉冲会对高层建筑产生重复的冲击,产生累积式的破坏;如果建筑采用的是单结构体系,只设置了一道抗震防线,那么只要发生第一次破坏,那么连续而来的地震就会导致建筑物产生破坏,但是如果建筑物设置了多道防震体系,那么即使第一道防线受到破坏,那么第二道、第三道以及后来的防震体系也可以对建筑产生一定的保护作用。在实际过程中已经采用这种抗震设计概念,是一种对付地震强度高的经济有效的方法。
3.3合理地进行结构选型与布置
为了减少地震破坏造成的影响,应保持重量分布均匀且适当的减轻房屋重量,在结构方案进行平面布置时,应重视建筑结构抗侧力体系对称分布。进行结构布置应从提高抗倾覆能力和加大扭转度角度出发。在进行结构竖向布置时,应尽可能避免出现薄弱层,要求竖向强度、刚度均匀变化及降低房屋重心。通常在结构布置很多抗震墙,抗侧刚度大的芯筒、抗震墙的位置都是对称或接近居中。在纯框架结构中,梁应先于柱屈服,即“强柱弱梁”型框架。从平面设计,着重提高复杂平面突变处、房屋四周转角处、各翼相接处的结构延性。对于相似构件,应提高关键部分的构件延性。第一道防线在具有多道抗震线的抗侧力体系中,应着重提高第一道防线的构件延性。对于偏心结构,加大房屋四周刚度较弱端构件的延性。因此,关键部位及关键构件具有一定的延性水平和强度,构件的变形能力和承载能力得到充分发挥,从而提高结构整体的变形能力、承载能力。
3.4结构材料
结构材料对建筑结构是否具有良好的抗震性能有着至关重要的作用。设计者根据实际情况,研究结构体系及建筑形式的同时,应对充分了解所选择的结构材料的抗震效果,以便能够选择经济适用又抗震效果较好的结构材料。在进行抗震结构材料的选择时,应该注重抗震结构材料的性能,主要要求如下:具有较好的连接性、较好的延性、构建的连接具有良好的整体、延性系数高、匀质性好。
3.5注重非结构因素
设计师在抗震建筑设计中,在建筑平面上填充墙应尽可能对称均匀,关注填充墙对整个结构抗震性能的影响,避免结构中心偏移。填充墙沿房屋的竖向应连续贯通,规避楼层在填充墙断开后框架承载力骤降的现象。根据以往地震造成的破坏来分析,填充墙在众多钢筋混泥土结构中率先被破坏,减小了框架的变形,吸收了地震大部分能量,延迟震害发生的过程,整体结构的地震侧移幅度较小,主体受损程度也变小,为人们在地震灾害中争取宝贵的逃生时间,所以说填充墙充当了抗震防线的“第一卫士”。
Abstract: the structural seismic design of the concept design for seismic design of building is the macro control, this paper according to the characteristics of the earthquake, from the choice, the scale of the building elevation layout, the structural type and structure layout, multi-channel seismic line, stiffness, the matching of the bearing capacity and ductility, the structure parts processing in the analysis of the structural seismic design after provide some guidance.
Keywords: structural seismic design concept
中图分类号:TU318 文献标识码:A文章编号:
一、引言
地震是一种随机振动,有难以把握的不确定性和复杂性,要准确预测建筑物所遭遇地震的参数和特性,有很大的难度,在结构分析方面,由于未能充分考虑结构的材料时效,空间作用、阻尼变法、非弹性性质等多种因素,也存在着一定的不确定性,因此,工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决,而立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念,往往是构造良好结构性能的决定性因素,即所谓的“概念设计”。
二、建筑结构概念设计的内容
1.场地的选择
选择一块好的场地,能降低造价和有利用工程的稳固,场地的选择首先要避开危险地段,建筑抗震的危险地段是指地震时可能发生滑坡、地陷、崩塌、地裂、泥石流等地段,以及震中烈度为8度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。选择有利抗震的地段,一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地或密实均匀中硬场地。在选择高层建筑的场地时,应尽可能建在基岩或薄土层上,或建在具有较大“平均剪切波速”的坚硬场地上,以减少输入建筑物的地震能量,从根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。
2.建筑的平立面布置。
一栋房屋的动力性能取决于它的结构布置和建筑布局,结构布置符合抗震原则,建筑布局简单合理,从而容易从根本上保证房屋具有良好的耐震性能,反之,建筑布局复杂,奇特,结构布置不够合理,地震反应分析进行的多么精细,也较难达到减轻震害的预期目的。建筑物平面、立面布置宜对称,均匀,规则,质量和刚度变化均匀。建筑物的高宽比应该符合结构体系和地震烈度区的要求,选择合适的高宽比例,处理好地震时巨大的倾覆力矩在柱(墙)和基础中所引起的压力和拉力,有利于结构的抗震。建筑物的高度越高,一般对建筑物的抗震越不利,但是就技术经济方面而言,每种结构体系都有适合自己的高度,为了使建筑物满足自身的抗震要求,而且能收到更加良好的经济效果。在建筑物的平立面上,防震缝应该设置合理,若设置不当,地震时容易引起相邻建筑物的碰撞,加重地震破坏的程度,因此对于设防6度以上的房屋,所有沉降缝和伸缩缝都要符合抗震缝的要求。
3.结构选型与结构布置
不同的结构体系,其抗震性能,使用效果和经济指标也不同,就常见的多层及中高层建筑而言,框架结构平面布置较灵活,较好的设计可获得较好的抗震能力,但是框架结构的抗侧移刚度较差,在地震区多用于10层左右刚度较均匀和体型较简单的建筑物;砌体结构在地震区一般适宜于6层及6层以下的居住建筑;框架-剪力墙结构或者剪力墙结构多用于层数较多,体型复杂,刚度不均匀的建筑物。在结构选型时,还有注意考虑场地条件与建筑物刚度,基础形式等。 结构布置的一般原则是确保结构平面布置的对称,竖向布置的均匀。结构布置应该力求平面布置对称,使构件在地震时侧移量相等,水平地震力按构件刚度分配;竖向布置均匀,避免出现薄弱层,尽可能降低房屋的重心。
4.多道抗震防线
一个抗震结构体系,应由若干个延性较好的分体系组成,并由延性良好的结构构件连接起来协同工作。在框架-抗震墙、框架-支撑、筒体-框架、筒中筒等双重抗侧力体系中,框架、筒体、抗震墙、竖向支撑以及砌体填充墙等承载力构件,都可以充当第一道防线主力构件,率先抵御水平地震作用的冲击。但是由于他们各自在结构中的受力条件不同,后果也不同,因此优先选择少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙作为第一道抗震防线的抗侧力构件。一般情况下,不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。利用赘余构件增多抗震防线,当建筑物受到强烈地震作用时,一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形,来耗散输入的地震能量;另一方面利用赘余构件的破坏和退出工作,使整个结构从一种稳定体系过度到另一种稳定体系,实现结构周期的变法,以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。
5.刚度、承载力和延性的匹配
对一栋建筑物来说,重力荷载、风荷载等静力荷载,其值相对稳定,变法幅度不大,但是地震时建筑物所承受的作用力,却与其动力特性密切相关。建筑物的抗侧移刚度大,自振周期短,地震作用就大,提高结构的抗侧移刚度,可以减小结构侧移,但结构刚度大,要求结构具有与较大地震反应对应的较高水平抗力,但是提高抗侧移刚度,常是以降低结构延性指标及提高工程造价为代价的,因此,在确定建筑结构体系时,需要在结构刚度、延性及承载力之间寻求一种较好的匹配关系。
6.非结构部件处理
所谓非结构部件,一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧向荷载的部件,如内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑墙板等。然而,在地震作用下,建筑中的这些部件会或多或少地参与工作,从而可能改变整个结构或某些构件的刚度、承载力和传力路线,产生出乎预料的抗震效果,或者造成未曾估计到的局部震害,因此,有必要根据以往历次地震中的宏观震害经验,妥善处理这些非结构部件,以减轻震害,提高建筑的抗震可靠度。
三、结语
本文主要介绍了工程结构抗震中“概念设计”的一些基本内容和要求,总结了以往工程结构的震害和设计经验。选择合适的场地,确立建筑的平立面设计简单合理,选择符合抗震要求的结构体系,设置多道抗震防线,需找结构刚度、承载力及延性之间的匹配,处理好非结构部件的抗震要求,确保了整个结构设计的安全。
参考文献:
[1]韦定国、王社良.抗震结构设计[M].武汉理工大学出版社.2003
[2]吕西林、周德源、李思明、陈以一、陆浩亮.抗震设计理论与实例[M].同济大学出版社.2002
[3]杨鼎久.建筑结构[M].机械工业出版社.2005
[4]郭继武.建筑抗震设计[M].中国建筑工业出版社.2006
1、建筑法规:指国家权力机关或其授权的行政机关制定的,旨在调整国家及其有关机构、企事业单位、社会团体、公民之间在建设活动中或建设行政管理活动中发生的各种社会关系的法律、法规的统称;
2、建设法规体系:把已经制定和需要制定的建设法律、建设行政法规和建设部门规章衔接起来,形成一个相互联系、相互补充、相互协调的完整统一的框架结构。广义上,还包括地方性建设法规和建设规章。
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建筑总图主要是表示建筑在基地上的布置位置以及交通、消防流线组织,停车位、广场等的功能分区关系。还表现建筑的层数、容积率、建筑密度、绿化率等各项经济指示。
在做建筑设计的时候,首先要对项目用地进行充分理解,搞清建筑应该布置的位置、朝向,基底面积(所有建筑底层面积的总和)的大小以及建筑的退让红线等等限制条件,才能进入下一部的单体建筑的设计。
总平面图主要表示整个建筑基地的总体布局,具体表达新建房屋的位置、朝向以及周围环境(原有建筑、交通道路、绿化、地形等)基本情况的图样。总图中用一条粗虚线来表示用地红线,所有新建拟建房屋不得超出此红线并满足消防、日照等规范。总图中的建筑密度、容积率、绿地率、建筑占地、停车位、道路布置等应满足设计规范和当地规划局提供的设计要点。
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2)协同工作的原则。地震是一种极其复杂的自然现象,对建筑物的破坏的层次也有着诸多不可测因素。所以建筑物抗震没计的原理只是一种近似方法,是一种“估算”,所以不是某个个体可以完成的,协作就显得弥足珍贵。例如在一个建筑物中合理的实用砌体结构和框架结构就可以扬长避短,使地震来临时建筑物不受单一的危害,也增加其避险的偶然性。
3)务实的原则。指概念必须是实际的,可行的,概念的最终目的是应有,无法应有于实践的概念是无任何意义的。
概念设计思想在实践中的应用
运用概念设计的思想,可以拓展设计思路。抛弃传统思路中只求抗压力,混凝土含量的做法,将有利于我们发现新的设计思路。
1具体应用。
1)辅助设计软件在概念中的应用。设计人员的工作几乎全部仰仗于计算程序的分析,这种情况从二十世纪八十年代中后期计算机开始成为生产中重要的辅助工具开始就一直未曾改变,致使结构工程师们对于概念分析的重要性缺少足够的重视,将概念判断“精确化”,过于重视计算机上精确的数值评忽略了身为设计师的职业直觉的培养。
2)概念设计对完善计算理论的局限的弥补。依现行的设计理论,结果只存在“控制解”,不存在“精确解”。分这样三步:
a.按照结构布置确定荷载;
b.选择合理的结构体系,确定计算模型,进行构件内力计算与组合;
c.选择控制截面,进行截面设计,验算构件、结构的强度、刚度、稳定性。
3)结构方案设计阶段的注重概念设计更为重要。一个概念设计优秀的设计师才能成为一个真正优秀的设计师。在无法依靠计算机完成的环节中,必须依靠设计师自身的概念思维和感觉,尤其是高层建筑。在实际应用中常因下两方面造成竖向不规则体系:1)建筑立面造型导致立面体型复杂,如立面收进、外桃结构、大底盘多塔楼等;
2)建筑平面布置变化导致竖向结构不连续。
2概念设计思想运用中的注意要点。
1)处理好非结构部件。非结构部件是指在结构分析中不无荷载能力的一些部件。实践中,在地震来临之时,高层建筑中的这些部件并非不参与工作,至少是能改变总体或者部分的剐度。其影响:
a.砌体填充墙具有的抗震作用;
b.柱端震害。角柱上端被嵌砌于框架间的砖墙的力量顶断。此种伤害非常典型,我们一定要做好备用的应急和防护措施;
c.短柱破坏。虽然建筑中一般都是长柱,但是在地震中,由于各种因素的限制使柱子无法全部发挥作用,有效长度被削减墙,从而发生剪切破坏。
2)延性耗能。延性系数是结构极限变形与屈服变形的比值。在设计中通常会为了提高混凝土的特质而进行以下选择:首先,为了合适的配筋率已应要有合适的梁截面尺寸,避免超筋的情况;其次,梁上部(跨中)和下部(端部)须有一定量的耐压的筋;再次,越高的混凝土强度等级越有利;最后,T形梁定优于矩形粱;另外,不要忘记加密箍筋。
3)多道防线的设计。建筑结构遭遇地震时,一方面通过结构中的“枝丫”的屈服和变形,来挥散掉来自地震的力量;另一方面利用折叠结构的零件,使建筑物完成一次结构转变,地震的力量吸收为此次的结构转变的动力。这两种形式都是使建筑物免于地震时受到直接来自地震的力量的威胁的有效方式,可以把伤害减至最低。
关于概念设计的方法的若干研究
1实际全面的方法。充分且充足的了解当地的地质地貌等客观环境,以及各种有关地震发生的可观测和掌握的资料。
2空间工作的方法。建筑物作为一个“容器”,为人们提供生产生活的空间,所以其设计中的相当大的一部分是留有空间的空白设计,在考量地震对于建筑物本身的伤害和建筑物的承载能力时,空间环境也是不能忽略的一部分,合理的空间设计将会使建筑物的抗震能力得到提升。
3减轻结构自重的方法。使建筑物自身的重量不至于伤害到自己,也尽量少的伤害到地震过程中的其他受灾的客体,是我们一直致力于解决的问题,但是在实践操作中有较高难度,但是我们相信,随时建筑材料业的不断发展,会探索出一种新型有效的道路的。
4受力合理、协同工作、变形统一的方法。受力要均匀,可预测,能使建筑结构的各个部分充分发挥自己的承载作用;协同工作就是各结构间有分有合,可以一起抵挡地震中大的冲击;变形统一则是各结构被地震力摧毁的时候可以有一个尚且统一的归宿。
作为建筑工程项目开展中的一个重要环节,建筑结构设计不但会关系到建筑工程项目的顺利开展,而且还会影响到整个建筑工程质量。所以,相关单位要充分重视建筑结构设计工作,并且采取科学有效的方法有效提高建筑结构设计水平。在其中合理地运用概念设计方法,可以有效地优化建筑结构设计方案,提高建筑结构设计水平。因此,设计人员要在建筑结构设计中要积极、合理地运用概念设计方法。
1概念设计概述
所谓的概念设计即为在尚未经过数值计算,特别是在一些很难通过相关的规范制度做出明确规定或者是很难进行精确理性分析的问题当中,根据整体结构体系以及分体系彼此之间存在的力学关系、试验现象等总结获得的设计思想与设计原则,以此来从整体上来完成对建筑结构的总体规划与布置,有效管理与控制抗震细部方法等[1]。在建筑设计方案制定的时期,这一设计方法可以更加科学、合理地完成对结构体系的构思、建立以及选择等,进而能够获得更加准确以及概念清晰的方案,从而为后期的设计奠定坚实的基础,进而提升其经济性以及安全、可靠性。
2概念设计在结构设计中的重要作用
2.1有效弥补计算机设计中存在的缺陷
在采用计算机完成建筑结构设计方案的时候是会存在许多缺陷的,其无法正常完成方案初步设计工作。这是由于计算机设计往往会为设计师造成一定的错觉,会使得设计人员觉得计算机程序的运用简单易行,因此就会对计算机软件产生过度依赖的心理,于是就不会去专心地研究与学习结构概念的相关知识,进而影响到其设计能力的提升。另外,一些设计人员会存在一种习惯,即会在设计过程中应用分析程序。然而其却没有充分意识到假如采用正确的软件会使得设计效率与设计水平得到有效提升,而假如选择的软件是错误的,那么就会造成结构设计发生问题,会留下潜在的隐患。因此,为了能够有效弥补计算机设计存在的缺陷,那么就应该合理运用概念设计,要鼓励与引导设计人员积极地学习结构概念的相关知识,进而充分利用概念设计的基本原则制定出最为理想化的结构方案。
2.2有效优化结构设计
对于每位建筑设计人员而言,其都需要充分地了解与掌握结构概念。因为利用结构概念可以帮助其创造出新的灵感以及更加准确、清晰的思路,可以帮助设计人员在充分遵循正确设计基本原则的基础上,有效地防止概念混乱以及定性不正确等诸多问题的出现[2]。除此以外,工作人员在面对一些技术问题的时候,假如其可以充分了解概念设计,那么就能够准确地找到问题的原因所在,然后再采取科学、有效的方法解决问题。在当前实行的《建筑结构设计统一标准》当中就涉及到概念理论,而且标准中明确提出了一个围绕概念理论而制定的结构极限状态设计准则,这一种设计方法会更加科学、严谨,进而可以有效提高结构设计的完善性与可靠性,有效地实现结构设计方案的优化。
3概念设计在建筑结构设计中的应用策略
3.1在建筑场地选择中的应用
为了可以有效地提升建筑结构设计的有效性与科学性,那么就必须要做好建筑场地的选择工作,因为只有充分保证建筑场地的科学、合理性,那么才可以也使得后续建筑设计工作更加顺利地开展,有效地确保其工作价值的实现。因此,在选择建筑场地的过程中要合理应用概念设计。具体而言,必须充分注意以下要素:(1)地形因素。因为不同的地形也会对建筑结构产生不尽相同的影响,而且在大多数的情况下还会对其产生极大的制约,所以在开展建筑结构设计的过程中,必须要充分考虑到建筑结构设计的要求,考虑到建筑的实际情况,进而综合考虑选择出最为合适的地形。(2)地质因素。由于地质因素也会在很大程度上影响的建筑结构设计税票,特别是对基础结构设计具有较大的影响。因此,在选择建筑场地的过程中,需要积极地开展全面、科学合理的评估以及分析,进而充分确保施工场地的地质能够有效地满足建筑施工的要求[3]。(3)抗震性因素。由于抗震性也会在很大程度上影响到建筑结构设计水平,因为只有在充分确保建筑结构有着良好的抗震能力以后,那么才能够有效地确保建筑的使用安全。因此,在选择建筑场地的时候,也要合理地应用概念设计,进而尽量防止在在那些极易发生震动的地方开展建筑操作。
3.2在基础设计中的应用
建筑结构的设计人员根据建筑物的具体结构形式以及所处的地理位置,然后再充分遵循概念设计的基本原则,对基础设计类型进行选择。例如筏型基础以及箱型基础等等[4]。在具体采用箱型基础的过程中,需要充分确保建筑物的负载能力,可以及时、均匀地传递给地基,这样就能够对地基不均匀沉降现象产生有效地抵御作用,而且使其可以有效地完成对周围土体的协作互助,进而有效地提升建筑物的抗风以及抗震能力。在选择使用筏型基础的时候,就会使得建筑物上部结构存在着非常大的荷载。对于建筑而言,其具有非常小的承载能力,这一结构类型能够使得建筑物上部得到有效的分散,而且使得地基获得更大的承载能力,在此状况下就会使得极不均匀沉降现象得到了有效的避免。
3.3在高层结构设计中的应用
在受到水平负荷作用时候,会造成高层建筑结构侧移现象的发生,这是高层建筑设计的一个重点与难点问题,每位建筑设计工作人员都必须要给予充分重视。在具体开展结构设计工作的过程中,设计人员要充分遵循概念设计基本原则,不但要充分考虑相关的要求与标准,与此同时还必须要选择更加科学、合理的抗侧力体系,不但要对建筑物四周存在的其他建筑物的位置、结构等进行综合、全面的分析与考量,而且还要对这些建筑物对所要建设建筑物的风压布局所、造成的影响进行综合的考量[5],进而要在具体开展结构设计的时候,采取有效的措施努力提升建筑物的竖向荷载及其抵抗力,要合理地运用概念设计基本原则,努力加强建筑结构的抗震力,使其能够保证平面结构的简单性以及规范性。总之,在当前科学技术快速发展的时代背景下,也使得我国建筑行业获得了跨越式的发展。然而,其在建筑结构设计方面还存在着诸多问题,那么为了能够有效地提升建筑结构设计水平,就应该合理地应用概念设计方法,以此来有效地提升结构设计的完善性与可靠性,有效弥补在结构设计中存在的问题,优化结构设计方案,有效促进建筑结构设计水平的不断提升。
中图分类号:TU984 文献标识码:A 文章编号:
概念设计与结构措施在建筑结构设计中起到了非常重要的作用,因此应当加强重视和设计理念创新,只有这样才能提高设计质量,才能确保我国建设事业的可持续发展。本文主要对概念设计、结构措施以及二者在实践中的应用进行了分析,希望大家可以给出更科学、更合理的建议与意见,同时也希望业界人士能够积极地参与到其中,为保障我国建筑事业的快速发展做出更多的贡献。对于建筑工程而言,概念设计与结构措施在整个工程项目结构设计中发挥着非常重要的作用,同时概念设计、结构措施的实际应用情况,也体现出了工程师在建筑结构设计领域的专业水准。工程师可以将整体概念纳入到结构总体设计之中,对结构之间以及结构与构件之间的关系进行合理的优化,从而使概念设计与结构措施可用以有效解决当前结构不可算等问题。因此,在当前的形势下,加强对建筑结构设计中的概念设计与结构措施研究,具有非常重大的现实意义。
1 概念设计
1.1 概念设计问题。所谓概念设计,主要是指不经过数值运算,尤其是在难以精确分析、未在设计规范之中予以明确的情况下,综合结构体系、分析体系破坏机理以及力学关系,从宏观上对建筑结构进行合理的设计。一般而言,概念设计是从建筑结构设计方案的总体着手,合理处理结构设计中的常见问题,比如构件延性及其力学分布等问题。 概念设计在结构设计中非常的重要,概念设计的合理应用,既可以丰富工程师的经验,又可以使设计理念、效果得以有效的完善和改进。建筑结构实际设计过程中,很多设计人员将设计纳入规范、设计手册范围之中,对于新技术领域中的挑战不敢接受,因此可以看出创新精神依然比较匮乏,结构设计理念依然比较陈旧,缺乏突破、创新。然而,结构设计理论中通常会出现一些计算和现实难以相符的问题,或者结构构件设计无法进行计算,此时便需要将概念设计与结构措施有效的结合,以此来优化建筑结构设计。对于结构工程师而言,应当综合自身的理论概念,选择其中最为经济实用、安全可靠一种设计方案。
1.2 结构概念设计。实践中,为确保建筑结构自身的安全性与可靠性,增强其抗震性能,建筑结构概念设计中所用到的措施应当注意以下几个方面的事项。选择一些对抗震有利的建筑场地,以提高建筑结构自身的稳定性,尤其要避开不利的地段;对实践中存在着的各种结构构件进行优化,并尽可能多地设置一些抗震防线,从而使抗震防线能够在地震往复作用之下不断增加其抗震性能;在提高建筑结构抗侧移强度时,还应当有选择的不断提高其中一些较为重要的构件自身的延性,从而使建筑结构能够具备一定的刚度,合理的分布其承载力,加强建筑结构自身的抗震性能;同时,应当确保抗震构造连接和经计算所得的节点连接质量,保证建筑结构自身的整体性;在此过程中,应当确保建筑结构平面、立面的布置与概念设计之要求相一致,避免不规则方案的应用;同时,还要坚决抛开常规的设计计算方法,合理地运用设计经验,采用概念与实际问题相结合的方法对其进行综合的计算与分析。
2 概念设计与结构措施的有效应用
基于以上对概念设计与结构概念设计相关问题的分析,笔者认为在建筑结构设计过程中,应当有效地将概念设计与结构措施有效地结合在一起应用,这样才能体现其效果。
2.1 概念设计与结构措施的协同,主要体现于基础实施与建筑上部结构之间的关系方面,即在设计过程中须将基础设施与建筑上部结构视为整体,决不可将二者在理念与操作中分开。比如,在建筑工程项目建设过程中,尤其是砖混结构施工建设时,一定要严格依靠圈梁、构造柱的上部结构与建筑地基有效地连接成整体,进而确保工程结构的稳固性;并非单纯地只是依靠建筑地基自身的综合效果来防范不均匀下沉问题的出现,确保建筑结构自身的整体稳固性。
2.2 概念设计与结构措施的协同还体现在很多的方面,比如当建筑结构受力时,各构件均达到比较高的应力水平,特别是高层建筑结构设计过程中,应当尽可能地避免短柱、层次间的横梁结构差异等现象。近年来,随着建筑结构的高度、层数的不断增高和加大,竖向、水平载荷也将增大建筑底部层次之间的承受自重,进而导致建筑结构底层短柱不断出现。实践中,为有效避免这一现象的出现,可对其中的大截面柱进行施工操作,即在柱截面上采取开竖槽等方式使矩形柱成为田形柱,以此来增加基柱自身的长细之比,节省建筑空间。同时,长短梁通常会出现在同一个框架之中,这也是非常不合理的。短跨梁因受到水平力的影响,剪力会逐渐增大,梁端的正负弯矩也会变得非常的大,配筋均由水平力予以决定;而竖向上的载荷力不起作用,导致梁端正弯矩钢筋超筋,因此该种结构设计完全与协同工作之要求不相符,而且还会提高结构造价。
针对上述问题,在建筑结构尤其是高层建筑结构设计时,应该不断加大梁、楼层自身的刚度,从而使柱可以承受更大的弯矩;水平方向上应当确保惯性矩相等,这样可以防范同方向上强度过大现象的出现。高层建筑结构设计过程中,虽然角柱轴压相对较小一些,但在抗扭中所起到的作用却是非常的大,而且在水平力影响下,角柱轴力变化的幅度通常比较大,这要求角柱一定要具有非常大的变形能力。
2.3 概念设计与结构措施的协同,材料利用率控制。协同设计的目的在于充分的利用材料,在建筑工程项目结构设计过程中,施工材料的利用情况显得非常的重要,利用率越高,其协同程度就会越高。从建筑结构的整体优化上来看,确保建筑结构性能最好的一种方案并非是材料利用率最高的一种方案,然这并不影响在结构设计过程中尽可能的提高材料利用效率。我国是一个人口大国,建筑结构设计过程中的节能策略落实非常重要,可以有效确保资源合理利用、可持续发展战略的全面实施,即通过花最少的钱,完成最科学合理的建筑结构设计。这一要求从梁类构建过程的演变可以看出来,矩形截面梁作为最普通的受弯构件,它的材料利用率很低。比如,靠近中和轴的材料应力水平相对较低一些,而且梁、弯矩沿梁长不断的变化,对等截面梁而言,其大部分区段即便应用的拉压边缘的应力,同样非常的低;根据梁的特点,可对其进行结构概念分析,梁截面具有应力梯度变化,材料为轴心受力时其利用率才会增大。基于此,当前结构设计过程中可将平面桁架当作最重要的梁体应用,平面桁架则可作为掏空梁,即梁内多余的角料、边料等全部去除,不仅经济实惠,而且重也大大降低。
3 结束语
近年来,随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快,建筑行业的发展可谓突飞猛进,作为当前建筑设计中一项非常重要的部分,建筑结构设计对建筑结构自身的承载能力、安全性以及造价和美观度等,都会产生非常大的影响。建筑结构设计中,工程师的任务在于如何在规定的建筑空间范围之内进行整体结构方案设计,因此概念设计是建筑结构设计的指导思想。
参考文献:
[1] 张广生.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J].中国新技术新产品,2011,(06).
[2] 夏鼎,马永.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J].建筑与文化,2012,(03).
中图分类号:TU2 文献标识码:A
1 何为概念设计
具体的讲,是指在没有进行认真运算的时候,通过大层次的控制特征对构造等的综合内以及分部信息开展的一种整理的设计理念。概念指的是当我们在开展具体活动的时候,通过一定的认知能力额发展变化得到的。现在,我们在开展实际的结构探索的时候仍然面临许多的不利现象,在开展设计的时候是按照假定等的方式来进行的。所以,规定构造设计人员对综合内容和不同的分层内容进行深入的了解,特别是对那些不容易进行细致的力学探索或者是在活动中无法辨别的事项中结合综合构造和分部间的理论内容,将其运用到具体的活动里,改变了传统模式中的呆板模式,进而能够有效的体现出设计人员的主观能动思想。
2 其对设计的意义
众所周知,在开展设计的时候,必然要求对相应的力学信息等开展详细周密的运算,不过任何事物都是有一定的限度的,如果过于依靠信息软件内容的话,必然会对建筑的构造带来非常难以预估的不利现象。像是在具体的设计中一些工作者用多、高层结构三维空间分析程序来计算底层框架,除此之外,常见的有不按照规定布设抗震墙体,不过实际表明其无法有效地符合刚度特征,同时也无法有效地体现出框架在震动是的承载模式。而之所以设计中会发生此类不合理的现象,深入的分析发现主要的是因为没有精准的结构定义,未合理的分析不同构造等区别。假如使用概念措施的话,就能够在设计最初的方案时期开展及时的构思,并且比对,而起非常方便。而得到的方案内容通常来讲非常的清楚,而且信息明确,这样在后续的设计的时候就不会发生繁琐计算的情况了,其经济性非常优越。
同时,概念设计也是判断计算机分析输出数据可靠与否的主要依据。这样做是为了防止出现失误,在设计中使用此类措施是至今为止非常有效地措施了。在具体的设计活动里,通过这种思想能够对已经发生的不良现象开展细致的探索,进而察觉更深的内容,最终确保设计符合规定。此种措施通常较之于分析以往的信息更方便。此类措施同样可以使用于对电算信息的分析。综合的说,在设计中引进这项内容,能够很好地精简设计步骤,进而就不会出现由于软件使用不当等原因二导致的信息不符问题的出现了。所有的设计人员都应该将这种思想当成是重点来分析。
它对人员的综合素养以及理论知识有着非常严苛的规定,要持续的开展学习培训活动,切实提升本身的理论内容,而且要通过具体活动来提升水平。而且还可防止设计人员过分的靠电脑来工作,防止其思维呆滞。在具体的活动中,通过利用该思想,能够切实的提升工作者的具体能力。
3 怎样高效率的进行设计
3.1 平面设计
通常其平面形状最好是使用较小的风压,而且要分析到附近的物体对该项内容的作用,还要分析合理的抵抗性以及竖直的负载,当发生地震影响的时候,要确保平面简单。通常在高层中,由于建筑承担的风压非常多,假如不具备优秀的流体状态,必然会使得建筑持续的承受压力。由于高度不断的增加,平行方向就会发生更加厉害的负载现象。在平常情况下承受内部静态应力,如果发生地震等或者其他地质灾害,则会诱发外部形变,对建筑内居住者产生生命安全影响。
3.2 剖面设计
在竖向传力体系设计设计中,第一要关注的是严禁建筑高度太高,主要是由于新规中对其做了非常严苛的规定。在高层建筑的设计中,抗侧力结构刚度,应注意由基础向顶层逐渐过渡,要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象,以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。高层建筑必须有相应的锚固深度,此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要,作为一层或多层地下空间,这对降低高层建筑的重心有利,可提高建筑抗震能力及抗倾覆能力。
在竖向形体设计中,截锥形的建筑,采用由下而上分段逐渐减小楼层面积阶梯状体型,能使房屋刚度大大增加,由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小,除了在建筑使用功能方面存在优点外,在抗风和抗震方面也具有一定的优越性。新月形的房屋就像一个竖向的悬臂壳体一样,能有效地增加它低抗侧向力的刚度,它的作用就像波形的屋面壳体能有效地抵抗重力荷载一样,重力荷载由柱-壳-框架承受,侧向荷载由竖向的壳体抵抗,该壳体由于楼面结构的加劲作用而得以加强,新月形的壳体形式能有效地抵抗对称作用与它的侧向力。
3.3 基础设计概念
在建筑中基础不但会和地基有影响,同时还和其上的构造有一定的关联,除了在物体的外边发生较为严重的荷载时,其他情况下其形变都是呈现出中间多,小的特征。
在进行地质条件选型中,首先地基地质要好,或采用桩基。要求地基沉降量不能过大,重要的是控制高低层的沉降差,天然地基的建筑,高层部分一般采用满堂红基础,低层部分采用双向条形或单独基础,高层建筑常设有通往地下车库的通道,通道紧贴高层的外壁,并平行于外壁,作为车道的底板,便于铺防水层,也保证了高层建筑的整体连接。根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础、箱形基础和筏形基础。桩基础,当地基土质较软弱,建筑物层数较多,荷载较大的情况下,天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层,高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩,混凝土灌注桩和钢管桩。箱形基础,箱开基础在高层建筑中广泛应用,它整体刚度好,能将上部结构的荷载均匀地传给基础,对上部结构能良好地嵌固,箱基有效地抵抗不均匀沉降,并与周围土体协同工作,提高建筑物的抗震和抗风能力。筏形基础,筏形基础适用于上部结构荷载较大,地基承载力较低的工程,筏形基础整体较好,刚度大,能有效地分散上部结构的荷载,调整基底的压力和不均匀沉降。
在建造下部基层时,基础钢筋应力不断增长,建筑到四五层时钢筋应力达到最高值,以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小,这种现象是基础和上部结构协同作用的结果,当上部结构高低层数差别很大,但地下室有直通要求时,应做成整体基础,高低层不分开是有条件的。
结语
综合的说,此类设计是一种综合设计思想。规定人员要从大的层面上分析,要深入的探讨设计中的许多内容,通过合理的措施来开展活动。这种设计降低了员工对电脑软件的依靠,其重点是培养人员的理论能力以及实际水平。必须深入的分析其思想,才可以确保工作开展顺利有效,进而获得优秀的内容。
参考文献
2建筑设计中低碳设计策略
建筑的低碳设计包含着建筑的设计、建造、使用以及废弃方面,要能够在这些方面都能够达到低碳的目的,下面将详述建筑设计中的低碳设计策略。
2.1高效利用建筑空间
高效的利用建筑空间将可以使得建筑物所需的建造面积减少,尤其在城市建筑的建造过程中城市的面积有限,所以必须在有限的面积上更高效的使用空间。目前高效利用空间的最有效方法就是建造高层建筑,高层建筑可以在有限的面积上让更多的人居住。所以高层建筑被广泛的运用在城市的房屋建造中。这将有效的缓解城市居住面积偏少的情况,同时减少建造也可以更大限度的节省能源。而且高层建筑可以更大限度的节省土地的使用,避免占用过多的土壤,从而对环境的破坏降到最低。
2.2建筑的环境属性
运用低碳理念所进行的建筑设计主要是能够与环境进行教好的融合,而且建筑与环境的融合程度是判定建筑设计是否低碳的标准。所以低碳建筑设计既要能够满足建筑所需要的功能,也要能够和环境达到较好的融合,使得建筑和环境达到相对和谐的统一,让建筑物和环境能够较好的共存,而不会在建筑的建造、使用以及废弃后对环境造成较大的破坏,可以使得建筑物和环境呈现出和谐的局面,这是目前许多建筑设计所无法满足的。
2.3建筑的材料选取
运用低碳理念所设计的建筑在建造的过程中要使用节能材料,因为为了达到低碳的目的需要严格要求建筑施工中的各个要素,另外现今的建筑材料大多会对环境产生较大的破坏,而且在建筑物废弃之后也无法有效的回收。从而对环境造成更大的破坏。目前在我国建筑建造中所广泛使用的建筑材料就是水泥,虽然水泥的强度更高质量更好,但是水泥的使用会造成较大程度的污染,而且会产生较多的二氧化碳,这并达不到低碳建筑设计的标准。另外使用水泥会使得建筑物废弃之后拆除与处理变得非常困难,从而再一次的破坏环境,所以为了能够更大限度的满足低碳设计就需要选取低碳的建筑材料。
2.4建筑的材料利用
为了更好的达到低碳建筑设计的目的就需要更大限度的使用建筑建造所使用的材料,通常我们所使用的建筑材料是一次性的,即在使用过后这些材料就会被废弃,那么被废弃就会污染环境,但是对这些材料继续加以利用就可以达到低碳环保的目标。
2.5建筑物的体形设计
建筑物的体形设计和建筑物使用过程中所消耗的能源也有较大的关系,如果建筑物的体形设计合理就可以在更大程度上减少建筑物使用所消耗的能源。例如将建筑物的通风设计的更加合理就可以有效减少空调所使用的能耗,但是在不同地方建筑物所使用的体形有较大的区别,所以要依据不同地方的具体情况来设计建筑物的体形,使得建筑物体形和环境更好的融合在一起,此外还要能够有效的利用建筑物的体形来更大限度的减少能源的使用。例如在建筑物中设计透明的天窗将使得建筑物使用中所消耗的电能有效降低,房屋的隔层设计将使得房屋冬暖夏凉,使得房屋使用中空调消耗的电能显著降低。