結(jié)構(gòu)方案與概念設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)方案與概念設(shè)計(jì)理念、知識(shí)、方法整體是由部分所組成，但決不是部分簡(jiǎn)單的疊加只有知其所以然，才能真正地知其然基本內(nèi)容結(jié)構(gòu)總體方案與概念設(shè)計(jì)的意義建筑形體和結(jié)構(gòu)總體布置樓蓋體系的方案選擇與設(shè)計(jì)

1結(jié)構(gòu)總體方案與概念設(shè)計(jì)的意義

1.1引言傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)體制使得結(jié)構(gòu)師基本不參與建筑設(shè)計(jì)的方案階段；傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)教育使得結(jié)構(gòu)師習(xí)慣于從細(xì)節(jié)上考慮問(wèn)題，對(duì)總體方案缺乏興趣；傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)慣將會(huì)導(dǎo)致建筑空間形式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念之間的不協(xié)調(diào)，給設(shè)計(jì)埋下后患；部分結(jié)構(gòu)師會(huì)認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是“規(guī)范＋計(jì)算”，喪失了一個(gè)工程師基本的判斷力與創(chuàng)造力。1.2幫助建筑師開(kāi)拓空間形式與功能

——?jiǎng)?chuàng)造力和創(chuàng)新是結(jié)構(gòu)師對(duì)設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)真正的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅是一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，更是一門(mén)藝術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有唯一解，只有通過(guò)不斷探索，優(yōu)化的相對(duì)最優(yōu)。結(jié)構(gòu)師的首要任務(wù)就是以自身?yè)碛械慕Y(jié)構(gòu)體系功能及其受力、變形特性的整體概念和判斷力，幫助建筑師開(kāi)拓或?qū)崿F(xiàn)已初步構(gòu)思的空間形式及其使用、構(gòu)造和形象功能。結(jié)構(gòu)師應(yīng)與建筑師一起構(gòu)思總結(jié)構(gòu)體系，并能明確結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系之間的最佳受力特征要求；建筑師的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想無(wú)法代替結(jié)構(gòu)師的工程設(shè)計(jì)理念、經(jīng)驗(yàn)和判斷力；結(jié)構(gòu)師必須從整體概念來(lái)構(gòu)思總體方案，創(chuàng)造性地去探索總體系、分體系和構(gòu)件設(shè)計(jì)的關(guān)系，并不斷地反饋、優(yōu)化。習(xí)慣于概念設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)師總是能在不斷比較、反饋和優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中感受到樂(lè)趣。1.3承載力、剛度、延性為主導(dǎo)的概念設(shè)計(jì)

——土木工程師不僅是可靠的應(yīng)力計(jì)算者，更應(yīng)該是一個(gè)有魄力、足智多謀、能正確判斷事物的設(shè)計(jì)者。概念設(shè)計(jì)是在特定條件下，以結(jié)構(gòu)師確定的理想承載力、剛度和延性為主導(dǎo)目標(biāo)，用整體構(gòu)思來(lái)設(shè)計(jì)各部分有機(jī)相連的結(jié)構(gòu)總體系，并有意識(shí)地利用和發(fā)揮結(jié)構(gòu)總體系和主要分體系、以及分體系與構(gòu)件之間的最佳受力特征與協(xié)調(diào)關(guān)系。利用概念性的近似計(jì)算，迅速有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，估算出主要分體系及其構(gòu)件的基本尺寸，提供基本的結(jié)構(gòu)模型和原始數(shù)據(jù)。

結(jié)構(gòu)中的風(fēng)荷載與地震作用

風(fēng)荷載與地震作用是結(jié)構(gòu)兩種主要的水平荷載，其引起的側(cè)移與結(jié)構(gòu)的剛度直接相關(guān)；結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下引起的側(cè)移是截然不同的，結(jié)構(gòu)剛度大對(duì)于抗風(fēng)有利，但會(huì)引起較大的地震作用。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的總體目標(biāo)，有一個(gè)多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合的理想剛度目標(biāo)?？拐鹪O(shè)計(jì)中的“三水準(zhǔn)、二階段”方法？結(jié)構(gòu)物應(yīng)具有一定大的剛度和承載力來(lái)抵御風(fēng)荷載和小震，保證結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)；第一道防線有意屈服后，再結(jié)構(gòu)變?nèi)岬耐瑫r(shí)仍具有足夠的彈塑性變形能力和延性耗能能力來(lái)抵御可能出現(xiàn)的罕遇地震；多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合作為理想目標(biāo)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)。罕遇地震強(qiáng)度無(wú)法預(yù)估，盲目加大結(jié)構(gòu)整體剛度是不可行的。值得重視的幾條基本原則應(yīng)將復(fù)雜的變成簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑越簡(jiǎn)單、直接和明確越好。避免出現(xiàn)以抗扭為主導(dǎo)的關(guān)鍵性傳力構(gòu)件。應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)平面布置的正交抗側(cè)力剛度中心與荷載作用中心或質(zhì)心靠近，重合，以避免或減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及其相應(yīng)的破壞。豎向抗側(cè)力構(gòu)件的剛度最好設(shè)計(jì)成均勻、連續(xù)，避免軟弱層和層間位移角、內(nèi)力及傳力途徑的突變。應(yīng)重視上部結(jié)構(gòu)與其支承結(jié)構(gòu)整體共同作用的機(jī)理，即傳力者與受力者共同抗力的概念。建筑物是整體的三維空間結(jié)構(gòu)，所有的構(gòu)件都是以相當(dāng)復(fù)雜的方式在共同協(xié)調(diào)工作，而不是脫離總結(jié)構(gòu)體系的孤立構(gòu)件。應(yīng)遵循能有效增大結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向力和側(cè)移能力，而無(wú)需增加更多成本的基本理念：1）盡可能加大抗測(cè)構(gòu)件的抗傾覆力臂；2）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分體系，應(yīng)使其構(gòu)件能以有效方式共同作用；3）絕大部分荷載應(yīng)有抗傾覆構(gòu)件直接承擔(dān)；4）在抗測(cè)體系中應(yīng)合理布置剪力墻或柱間支撐；5）每層樓蓋都應(yīng)起到水平隔板的作用，以保證各豎向構(gòu)件能共同協(xié)調(diào)工作。1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有唯一解

——結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)不斷探求應(yīng)用自然法則，而不是盲從規(guī)范實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)是整體的三維空間結(jié)構(gòu)，所有的構(gòu)件都是以相當(dāng)復(fù)雜的方式在共同協(xié)調(diào)工作，而不是脫離總結(jié)構(gòu)體系的孤立構(gòu)件。建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范只是提供建筑物所應(yīng)具有的“最低”要求的標(biāo)準(zhǔn)，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，規(guī)范條文永遠(yuǎn)是滯后的。應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)記“小心”二字。一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師一方面必須熟悉、了解和吃透規(guī)范條文的真實(shí)含義，另一方面也只能把規(guī)范作為一種指導(dǎo)、依據(jù)，而不是當(dāng)作圣旨。1.5運(yùn)用正確的判斷力把握設(shè)計(jì)

即使在電子計(jì)算機(jī)時(shí)代，設(shè)計(jì)者仍應(yīng)運(yùn)用自身的結(jié)構(gòu)概念、經(jīng)驗(yàn)、判斷力和最新觀念來(lái)主導(dǎo)設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)雖有一定誤差，但概念清楚、定性準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單快捷，能很快選出最佳方案和估算出構(gòu)件的基本尺寸，也是判斷計(jì)算機(jī)軟件輸出數(shù)據(jù)是否可靠的依據(jù)。任何計(jì)算分析程序都有其基本假定、應(yīng)用范圍和限制條件。手算雖有一定誤差，但難出大錯(cuò)；計(jì)算機(jī)固然先進(jìn)，但其計(jì)算結(jié)果必須要用正確的判斷力來(lái)把握，決不可完全被程序計(jì)算結(jié)果左右。作為一個(gè)設(shè)計(jì)者，這是不可動(dòng)搖的原則。一個(gè)好的設(shè)計(jì)主要靠設(shè)計(jì)人員自身的概念、經(jīng)驗(yàn)、悟性、判斷力和創(chuàng)造力，這是結(jié)構(gòu)計(jì)算分析程序所無(wú)法取代的。1.6寄語(yǔ)

珍惜每一次的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，無(wú)論大小，都是一個(gè)完整的有機(jī)結(jié)構(gòu)，都應(yīng)激發(fā)自我的挑戰(zhàn)感、創(chuàng)造感和樂(lè)趣感。概念、悟性、判斷力和創(chuàng)造力不會(huì)憑空而來(lái)，都是在每一各工程的概念設(shè)計(jì)中，通過(guò)自身不斷的反饋、比較、總結(jié)才能逐漸積累和充實(shí)。2建筑形體和結(jié)構(gòu)總體布置

2.1結(jié)構(gòu)總體布置原則結(jié)構(gòu)師根據(jù)承受豎向荷載、抗風(fēng)、抗震的要求，布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)總體布置與建筑體形密切相關(guān)?？拐鸱课莸慕ㄖw形和結(jié)構(gòu)總體布置原則：1）采用對(duì)抗震有利的平面、立面和結(jié)構(gòu)布置，即采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)。2）卻具有索明確枕的計(jì)精算簡(jiǎn)鮮圖。3）鳳具有到合理濟(jì)的、鵝直接最的傳稀力途宅徑。4）躲具有帽整體肌的牢肝固性辯和盡判量多朵的結(jié)腰構(gòu)贅感余度奔。5）匠構(gòu)件店與構(gòu)隙件之梢間，攪結(jié)構(gòu)瓶與結(jié)山構(gòu)之般間應(yīng)竊有明運(yùn)確的班連接搞方式杜。6）增設(shè)置努多道蜻抗震星防線。2.嘉2道對(duì)抗藝震有攏利和倚不利薪的建污筑平買(mǎi)面衛(wèi)和結(jié)菊構(gòu)布望置抗震扣有利膛平面鄰：簡(jiǎn)享單、仔規(guī)則帶、對(duì)腳稱(chēng)、肉長(zhǎng)寬縮慧比較底小抗震慰不利成平面副：平醉面狹修長(zhǎng)、倒突出經(jīng)過(guò)多體、細(xì)自腰型逗、角誦部重蝦疊抗震避有利器的結(jié)伸構(gòu)布皺置：1）沸剛心拆與質(zhì)泰心盡神量重在合，巧減小袋地震救作用旬下結(jié)工構(gòu)扭頸轉(zhuǎn)效甚應(yīng)；2）矛增大襖結(jié)構(gòu)向抗扭飛剛度琴，減緣瑞小地纏震作宣用下竭結(jié)構(gòu)拖的扭挑轉(zhuǎn)反昨應(yīng)。2.斗3側(cè)對(duì)抗容震有熄利和播不利炊的建閑筑立序面辱和結(jié)這構(gòu)布折置抗震亞有利味立面趴：規(guī)令則、窮均勻幻玉、外工形不僅變或李變化全較小拿，無(wú)輸過(guò)大乓的外悟挑或儀內(nèi)收結(jié)構(gòu)池構(gòu)件幫沿高夕度布司置應(yīng)譯連續(xù)芳、均刊勻，閣抗側(cè)廣剛度辱及承秩載力非上下耕相同醒或下證大上堆小，系避免象剛度蘋(píng)突變?nèi)凇５讓游浠蛑泻Y部應(yīng)縱避免棚形成予軟弱攔層、矛薄弱萌層，劑頂部棚剛度稅不易未過(guò)小株，否凱則會(huì)指形成恢鞭梢禽效應(yīng)來(lái)。3搏樓蓋映體系鍋的方染案選臣擇與燥設(shè)計(jì)3.兔1概紅述樓蓋壘體系政作為傾結(jié)構(gòu)盈水平播分體智系，擋在垂梢直方俘向通寫(xiě)過(guò)抗愛(ài)彎起哄支承道樓面胳和屋灘面荷腥載的亮作用行；在頓水平豪方向世起隔耐板和免連接宏豎向褲構(gòu)件莖的作創(chuàng)用，而并作夕為抗育測(cè)體杠系的責(zé)一部虛分。樓蓋攏體系都方案各的選券擇應(yīng)般考慮刮：建辨筑空嫂間功園能要劣求的腎開(kāi)間小大小尺及其扶跨度偏的長(zhǎng)洋寬比櫻、活謀荷載勻的大吊小、角規(guī)劃去設(shè)計(jì)雁所限志定的熱結(jié)構(gòu)甚層間伏允許的高度叨、所偉需對(duì)違結(jié)構(gòu)爬總體儉系整良體剛俗度的疤貢獻(xiàn)壤和邊穩(wěn)支承禾條件男。樓蓋吧的結(jié)庸構(gòu)高從度在半高層碧建筑見(jiàn)中尤心為重梅要。3.擋2遞平板拐體系主要練形式糾為支系承在鎖方形歲柱網(wǎng)豎上的棕?zé)o梁屑樓板京。無(wú)梁劑樓板駕可分承為柱脂上板唯帶和碌中間蛾板帶經(jīng)濟(jì)推適用輔跨度的：預(yù)應(yīng)剛力平詢(xún)板：炕7.截2～悲10閑.5座m，跨高保比≤火45鋼筋鳴砼平鳥(niǎo)板：筋4.墾5～乏7丸.2摘m跨高炊比3故0～證363.菊3暮梁－肅板體頭系3.悉3.臟1堪單向啞板－南梁體來(lái)系當(dāng)某津一方猾向的夜梁承庸擔(dān)的爸板面職荷載磚小于圣等于思總荷陶載的收20鋸％時(shí)核，為協(xié)單向縱板－絹梁結(jié)鑰構(gòu)。均布訓(xùn)荷載蠢下構(gòu)父件變梨形與糧其承防擔(dān)的和荷載叮和跨夏度的陜四次丙方成競(jìng)正比監(jiān)，與蘿彈性創(chuàng)模量給和截優(yōu)面慣語(yǔ)性矩車(chē)成反禽比長(zhǎng)向莊/短摘向≥小1.弊5時(shí)乒可按斤單向是板－絲式梁體盡系設(shè)倡計(jì)3.簡(jiǎn)3.男2虜雙向飽板－它梁體損系當(dāng)長(zhǎng)信向/次短向漲≤1帶.5每時(shí)可混按單徹向板唱－梁芝體系我設(shè)計(jì)由于釘框架僅梁截杠面高虹度受社限，脹梁剛?cè)ザ炔恍悼赡苊酆艽笮?，所就以?yīng)預(yù)考慮餃梁板結(jié)的共耕同作畜用隨梁疊板剛昂度比記減小僚，邊矛緣板柏帶所孝承受沈的彎祥矩會(huì)焰快速攜加大通常帆的計(jì)野算是技以梁葵絕對(duì)矮剛性輝為假剛定的3.素3.結(jié)3彈現(xiàn)澆捧梁板肯共同嫩作用濤的設(shè)灑計(jì)概竭念現(xiàn)澆潑梁板脾共同忘作用阿不僅塊增加催了框某架梁畜的剛志度，亞還提皮高了蛙梁端鵲負(fù)屈笑服彎嘴矩的寧承載障力。吊兩個(gè)攤問(wèn)題坊：1）斃彈性綠受力嫩分析口時(shí)框默架梁職的合祝理截仔面形壘式2）勇梁端湊負(fù)彎拜矩鋼變筋的套合理谷分布3.融4穿主－精次梁姨體系主－師次梁諸樓蓋艱體系胖實(shí)質(zhì)批上就麻是對(duì)鋼單向戰(zhàn)板－鉤梁樓掉蓋結(jié)涉構(gòu)的味一種推改進(jìn)黨，用先較大至跨度聲的主橋梁取安代短險(xiǎn)向密惰布的養(yǎng)柱子震，取土得更場(chǎng)為寬跌敞的惑無(wú)柱窗空間累。具鋼有如常下優(yōu)兵點(diǎn)：1）金主－汁次梁寇樓蓋翠砼平拉均折率算厚林度很任小，甚重量尤輕；2）口開(kāi)間錦大，樸PC獅(9真～1廈2)怪×(斜13陵.5脹～1探8)丹mRC繩(6擋～8團(tuán).1財(cái))×頃(9籠～1尾2)句m3）尿承載納能力圈大，答活載次可達(dá)怎10認(rèn)～2削0k芒N/晶m2,甚還至更乘大；4）疾對(duì)框才架結(jié)孩構(gòu)整裳體剛由度的筍貢獻(xiàn)殺比平栽板和質(zhì)雙向假密肋矛要大億的多禽。5）雀結(jié)構(gòu)頸受力附清楚絡(luò)，傳俊力途獎(jiǎng)徑簡(jiǎn)串單明蓬確。主－譜次梁龜樓蓋倡設(shè)計(jì)旬中應(yīng)仙如何妙布置清柱網(wǎng)烘間距沙，以奏取得角最佳書(shū)的綜票合經(jīng)殃濟(jì)效巧益？三個(gè)主問(wèn)題嬸：1）賠究竟齒選擇組短跨愿還是晴長(zhǎng)跨仿作為中主梁遣？2）惱如何景調(diào)整掠連續(xù)善框架鑒的端理跨才偷更有撈利？3）窄如何四利用懶邊支嘴承的肚優(yōu)勢(shì)姑來(lái)擴(kuò)宿大結(jié)透構(gòu)跨侍度？3.飾4.薦1硬柱網(wǎng)出與主次、次謊梁的屆合理壇布局結(jié)構(gòu)山布置曉一方獵面要全考慮怨結(jié)構(gòu)深受力魂的合貝理性煤，另巖一方舟面還真要考團(tuán)慮建州筑的逐功能途要求企。例1卡：連餅續(xù)大厲空間挖建筑疲往往慰要求羞主、陳次梁乏所占儉結(jié)構(gòu)左空間繭最小府。這瞇就要減求通拉過(guò)調(diào)灑整主構(gòu)、次良梁的厲跨度竄，最即好做辛到主治、次巴梁的門(mén)截面掛高度腐相同場(chǎng)。從羽結(jié)構(gòu)東受力鏈要求擱還應(yīng)勉將主傍梁的哪變形揭控制染在次插梁的逗1/坦2～寄1/衛(wèi)3。柱網(wǎng)鉆亦設(shè)哲計(jì)成危矩形箭，短湖跨與墨長(zhǎng)跨躲之比珠在0累.6行5～姥0.失7比淹較合餐適。例2居：建余