二級(jí)結(jié)構(gòu)專業(yè)輔導(dǎo)：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些基本思路和想法

1、二級(jí)結(jié)構(gòu)專業(yè)輔導(dǎo)：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些基本思路和想法建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面：選型、選材和建筑模型簡(jiǎn)化分析計(jì)算簡(jiǎn)化模型、利用力學(xué)根本概念對(duì)國(guó)家法規(guī)要求進(jìn)展符合性驗(yàn)算、實(shí)行構(gòu)造措施保證節(jié)點(diǎn)和細(xì)部構(gòu)造畫出具體的施工圖。1、選型選材和建筑模型簡(jiǎn)化：建筑構(gòu)造是一種運(yùn)用材料的藝術(shù)，通過運(yùn)用幾何圖形的這種手段將作用于建筑上的各種荷載和作用疏通和傳導(dǎo)到根底來表達(dá)自然而和諧的構(gòu)造之美。選型：是一種對(duì)空間幾何形式和物體空間位置的理解和應(yīng)用，優(yōu)秀的構(gòu)造設(shè)計(jì)方案在幾何造型上是符合自然規(guī)律和審美觀點(diǎn)的。由于自然界的物體均是以三維形式存在的，因此對(duì)構(gòu)造形式的理解也是按三維方式綻開的。人們對(duì)一般構(gòu)造的熟悉是建立在假定空間中

2、的自然坐標(biāo)系GCS上的，一般依據(jù)構(gòu)造形式和種類的不同依據(jù)實(shí)際需要選用笛卡爾坐標(biāo)、柱面坐標(biāo)和球面坐標(biāo)，基于以上坐標(biāo)可以描述出任何構(gòu)造在假象空間中的位置。但是建筑物可能存在成千上萬種構(gòu)件，對(duì)每個(gè)構(gòu)件均采納統(tǒng)一的空間位置來定位，對(duì)描述細(xì)部構(gòu)造帶來了許多問題同時(shí)也比擬簡(jiǎn)單不便于使用，因此人們假定構(gòu)件中的一點(diǎn)為原點(diǎn)，構(gòu)件中的其它點(diǎn)用距原點(diǎn)的相對(duì)位置來表示，統(tǒng)一構(gòu)件和簡(jiǎn)化表示方法UCS這樣空間位置中的構(gòu)件和自然坐標(biāo)系中存在肯定的變化規(guī)律，但表示方法和處理方法變的相對(duì)簡(jiǎn)潔。國(guó)際上通常將建筑造型劃分為膜構(gòu)造、索構(gòu)造、網(wǎng)架網(wǎng)殼構(gòu)造、框架構(gòu)造含剛架、排架、桁架構(gòu)造、板殼構(gòu)造含剪力墻、實(shí)體構(gòu)造根底和壩體構(gòu)造，對(duì)此我

3、們要依據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)展選擇。詳見林同炎構(gòu)造概念和體系等專著選材：建筑構(gòu)造中使用的材料種類繁多，但主要是混凝土、鋼材、鋁材、木材和砌體材料。對(duì)于鋼材和鋁材，由于材料性質(zhì)簡(jiǎn)潔，只要直接套用材料力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)和彈塑性力學(xué)的公式就可以解決，但是其它材料由于材料性質(zhì)簡(jiǎn)單并且在目前的條件下還沒有討論得很清晰，只能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的閱歷公式來設(shè)計(jì)。建筑模型簡(jiǎn)化：實(shí)際建筑模型與設(shè)計(jì)分析模型是不同的，事無具細(xì)的對(duì)建筑實(shí)際模型進(jìn)展分析是目前無法辦到的也是不明智的，事物的存在本身就是沖突的，要將全部的沖突全部解決是無法辦到的，只有分析清晰主要沖突并著手解決才能設(shè)計(jì)出合理的構(gòu)造形式。對(duì)構(gòu)造形式的簡(jiǎn)化主要分為:構(gòu)件形式簡(jiǎn)化、

4、約束形式簡(jiǎn)化、作用方式和荷載作用方式的簡(jiǎn)化三方面。構(gòu)件形式簡(jiǎn)化：依據(jù)受力形式不同常見建筑構(gòu)造構(gòu)件單元分為：梁?jiǎn)卧?、桁架單元含索單元、膜單元、板單元薄板和厚板、殼單元等。梁?jiǎn)卧涸诳臻g有6個(gè)自由度包括3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，受一個(gè)軸力、一個(gè)方向扭矩、兩個(gè)方向彎矩和兩個(gè)方向剪力作用，需要構(gòu)件的物理常數(shù)為彈性膜量、泊松比、剪切膜量G、面積A、兩個(gè)方向的慣性矩和兩個(gè)方向的剪切面積等。桁架單元：在空間有6個(gè)自由度包括3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，受一個(gè)軸力作用，需要構(gòu)件的物理常數(shù)為彈性膜量、泊松比v、面積A等，利用設(shè)置只拉單元屬性和垂度設(shè)置可以模擬出索構(gòu)造的受力性能。膜單元、板單元薄板和厚

5、板、殼單元等由于比擬簡(jiǎn)單可以參見王瑁成有限元根本原理和數(shù)值方法。約束形式簡(jiǎn)化：約束產(chǎn)生美沒有約束就不會(huì)有任何構(gòu)造形式的存在。建筑機(jī)構(gòu)約束形式的簡(jiǎn)化主要有：固接、鉸接、固接約束釋放、彈性連接模擬支座沉降、半剛接和彈性地基梁或土壤的壓縮性能等、主從單元連接、滑動(dòng)支座等。作用方式和荷載作用方式的簡(jiǎn)化：荷載主要分直接作用力和間接作用力。直接作用力如自重、活動(dòng)荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載、積灰荷載、雪荷載和移動(dòng)荷載等，間接作用如地震作用、溫度作用、爆破作用、撞擊作用、火災(zāi)作用和核輻射作用等。荷載作用有標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)狀態(tài)有正常使用極限狀態(tài)和承載力極限狀態(tài)，組合系數(shù)的選用隨恒荷載或活荷載掌握值的不同而變化。

6、設(shè)計(jì)采納的荷載組合方式是依據(jù)根本工況構(gòu)件在線彈性范圍內(nèi)分別計(jì)算的內(nèi)力乘以分項(xiàng)系數(shù)后，構(gòu)件包絡(luò)圖的值。其中直接荷載可以由面荷載以不同路徑單向板或雙向板導(dǎo)到梁上變?yōu)榫€荷載，線荷載可以點(diǎn)荷載加彎矩的形式變?yōu)榧泻奢d。間接作用可以依據(jù)實(shí)際狀況簡(jiǎn)化為靜力荷載如地震力底部剪力法、半動(dòng)力半靜力方法地震力中的反映譜法直接以動(dòng)力荷載力、位移、速度、加速度的方式直接作用于建筑構(gòu)造地震力時(shí)程分析或者直接將靜力荷載乘以動(dòng)力系數(shù)轉(zhuǎn)換為動(dòng)力荷載等。其它間接作用依據(jù)實(shí)際狀況可以簡(jiǎn)化將不行能轉(zhuǎn)化為可能由未知變?yōu)橐阎?，便于利用已有設(shè)計(jì)方法對(duì)各種未知和未能完全確定的荷載作用進(jìn)展估量和計(jì)算。2、分析計(jì)算簡(jiǎn)化模型利用力學(xué)根本概念對(duì)國(guó)

7、家法規(guī)要求進(jìn)展符合性驗(yàn)算:分析模型分為：平面分析模型、三維分析模型和四維分析模型，分析模型是人類探究未知領(lǐng)域的方法和手段。平面分析模型：力學(xué)書和設(shè)計(jì)教材和設(shè)計(jì)手冊(cè)上經(jīng)典的分析模型，如剛架、排架、框架、屋架、樓梯、雨棚、樓板、梁、柱、支撐構(gòu)造、平面應(yīng)力構(gòu)造、平面應(yīng)變構(gòu)造等全部常用建筑形式，通過100多年的實(shí)踐閱歷證明，對(duì)常規(guī)建筑平面分析模型簡(jiǎn)潔有用根本概念清楚精確不失為一種優(yōu)秀的分析模型。三維分析模型：三維分析模型平面分析模型的進(jìn)展和擴(kuò)大對(duì)于向高層超高層構(gòu)造、膜構(gòu)造、索構(gòu)造、空間體型簡(jiǎn)單和不規(guī)章構(gòu)造如涼水塔或煤氣柜、網(wǎng)架和網(wǎng)殼構(gòu)造等采納三維分析模型是的選擇，該分析模型可以模擬出構(gòu)造各構(gòu)件在三維空

8、間種的相互作用和影響，可以精確供應(yīng)各種構(gòu)件指定截面上的內(nèi)力位移和應(yīng)力?？梢詾樵O(shè)計(jì)供應(yīng)精確的資料和信息，確保各種空間構(gòu)造設(shè)計(jì)的合理性。四維分析模型：四維分析模型是三維分析模型在時(shí)間空間維度上的拓展，可以分析在地震波作用下構(gòu)造的反映、可以模擬施工荷載、可以模擬風(fēng)洞、可以模擬水化熱、混凝土的收縮和徐變、焊接過程應(yīng)力變化和剩余應(yīng)力、可以分析構(gòu)造在流體力場(chǎng)和固體力場(chǎng)中的耦合作用，該種分析方法還有待進(jìn)展目前還未完全成熟，但這是構(gòu)造設(shè)計(jì)的進(jìn)展方向。設(shè)計(jì)分析方法主要有：靜力分析、動(dòng)力分析、材料非線性分析、幾何非線性分析、模態(tài)分析和屈曲分析以及靜力和動(dòng)力彈塑性分析(PUSHOVER )等。國(guó)家法規(guī)要求進(jìn)展符合性

9、驗(yàn)算：主要是依據(jù)以上分析結(jié)果中構(gòu)件的內(nèi)力、位移和臨界荷載依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公式來驗(yàn)證該構(gòu)件在強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性方面是否符合設(shè)計(jì)要求是否安全。(其中有許多設(shè)計(jì)參數(shù)需要考慮如長(zhǎng)細(xì)比、平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度、平面外計(jì)算長(zhǎng)度、高厚比、寬厚比、塑性進(jìn)展系數(shù)、穩(wěn)定系數(shù)、板的平面內(nèi)外剛度是否考慮扭轉(zhuǎn)、還有是采納彈性板還是采納剛性板等)這需要有多年的設(shè)計(jì)閱歷和對(duì)分析模型的深入了解，沒有十年鍥而不舍的刻苦鉆研和努力學(xué)習(xí)是很難完全把握的，因此設(shè)計(jì)是一種艱難的探究自然規(guī)律的過程。3、實(shí)行構(gòu)造措施保證節(jié)點(diǎn)和細(xì)部構(gòu)造畫出具體的施工圖：建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)無論采納何種計(jì)算模型計(jì)算，都很難保證構(gòu)造在全壽命期都保證安全而不出任何問題，良好的設(shè)計(jì)是要靠精確的節(jié)點(diǎn)和多年積存的構(gòu)造措施來保證的，任何不重視節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)者都將會(huì)為自己的無知而付出代價(jià)。千里之堤毀于蟻穴，建筑構(gòu)造的薄弱點(diǎn)一般都是由節(jié)點(diǎn)處理和構(gòu)造措施來保證的，因此可以用ANSYS多做一些節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，用板單元建模加荷載和約束后劃分網(wǎng)格進(jìn)展靜力分析，按第四強(qiáng)度理論驗(yàn)證強(qiáng)度是否安全、板元局部區(qū)格劃分位置是否有局部屈曲。施工圖的繪制可按傳統(tǒng)方式平面繪