結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念與思路
2018/11/28 20:07:24??????點(diǎn)擊：
在計(jì)算機(jī)軟件日新月異的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑很大地簡(jiǎn)化了很多計(jì)算的過(guò)程，但是建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算是以概念設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，計(jì)算軟件只是輔助工具，所以在建模處理和圖形修改的過(guò)程中無(wú)時(shí)無(wú)刻不在體現(xiàn)一個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)已是不可忽視的重點(diǎn)。筆者認(rèn)為在一般的結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：
1布局合理
（1）任何一個(gè)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(zhǎng)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(gè)方面或二個(gè)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(lái)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(lái)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?yàn)椴徽搹目傮w還是從局部來(lái)說(shuō)均勻的剛度對(duì)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(kāi)洞過(guò)于集中或開(kāi)洞位置不對(duì)稱，或者局部樓板錯(cuò)層，都會(huì)造成水平分體系的剛度突度，給結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)穩(wěn)患，當(dāng)采用剛性樓板假定計(jì)算結(jié)構(gòu)的受力時(shí)，這點(diǎn)顯得尤為重要。
（2）梁在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中不僅承受了由板傳來(lái)的荷載，同時(shí)在抵抗地震力作用時(shí)也是豎向分體系（墻、柱）在各層處的支點(diǎn)。梁的高度不同時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體剛度也是不同的。梁自身的剛度，會(huì)對(duì)梁柱交接節(jié)點(diǎn)的剛度產(chǎn)生影響。梁的剛度不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小。梁的位置不同時(shí)，梁的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)體系的而貢獻(xiàn)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?huì)對(duì)結(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(shí)，可以適當(dāng)增大沿外墻一圈的梁的截面來(lái)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(gè)方向布置不均勻，不對(duì)稱，局部過(guò)密或局部過(guò)少也會(huì)造成結(jié)構(gòu)剛度的不均勻，這對(duì)豎向分體系在抗震時(shí)是十分不利的。在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)力求連續(xù)，均勻，對(duì)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(jì)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(lèi)似。中銀大廈的最高脊柱將整個(gè)建筑的重量分到四個(gè)角上，脊柱每到一個(gè)交會(huì)處就將重量分散到四周的分柱上，通過(guò)把重力引向外部，本來(lái)要用來(lái)重復(fù)橫向加固的鋼材現(xiàn)在可以縱向運(yùn)用了，整個(gè)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(duì)角線傳達(dá)到四個(gè)角柱。過(guò)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(diǎn)。因?yàn)橛萌切蔚年P(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(shí)，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(gè)人的兩條腿分開(kāi)時(shí)比合攏時(shí)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(shí)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(jì)算模型時(shí)通常比較費(fèi)時(shí)，筆者的經(jīng)驗(yàn)就是框架柱在每隔3層時(shí)截面就相應(yīng)減小50mm或者100mm，這樣布置以后，計(jì)算結(jié)果往往容易通過(guò)。
1布局合理
（1）任何一個(gè)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(zhǎng)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(gè)方面或二個(gè)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(lái)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(lái)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?yàn)椴徽搹目傮w還是從局部來(lái)說(shuō)均勻的剛度對(duì)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(kāi)洞過(guò)于集中或開(kāi)洞位置不對(duì)稱，或者局部樓板錯(cuò)層，都會(huì)造成水平分體系的剛度突度，給結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)穩(wěn)患，當(dāng)采用剛性樓板假定計(jì)算結(jié)構(gòu)的受力時(shí)，這點(diǎn)顯得尤為重要。
（2）梁在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中不僅承受了由板傳來(lái)的荷載，同時(shí)在抵抗地震力作用時(shí)也是豎向分體系（墻、柱）在各層處的支點(diǎn)。梁的高度不同時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體剛度也是不同的。梁自身的剛度，會(huì)對(duì)梁柱交接節(jié)點(diǎn)的剛度產(chǎn)生影響。梁的剛度不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小。梁的位置不同時(shí)，梁的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)體系的而貢獻(xiàn)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?huì)對(duì)結(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(shí)，可以適當(dāng)增大沿外墻一圈的梁的截面來(lái)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(gè)方向布置不均勻，不對(duì)稱，局部過(guò)密或局部過(guò)少也會(huì)造成結(jié)構(gòu)剛度的不均勻，這對(duì)豎向分體系在抗震時(shí)是十分不利的。在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)力求連續(xù)，均勻，對(duì)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(jì)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(lèi)似。中銀大廈的最高脊柱將整個(gè)建筑的重量分到四個(gè)角上，脊柱每到一個(gè)交會(huì)處就將重量分散到四周的分柱上，通過(guò)把重力引向外部，本來(lái)要用來(lái)重復(fù)橫向加固的鋼材現(xiàn)在可以縱向運(yùn)用了，整個(gè)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(duì)角線傳達(dá)到四個(gè)角柱。過(guò)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(diǎn)。因?yàn)橛萌切蔚年P(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(shí)，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(gè)人的兩條腿分開(kāi)時(shí)比合攏時(shí)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(shí)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(jì)算模型時(shí)通常比較費(fèi)時(shí)，筆者的經(jīng)驗(yàn)就是框架柱在每隔3層時(shí)截面就相應(yīng)減小50mm或者100mm，這樣布置以后，計(jì)算結(jié)果往往容易通過(guò)。
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