建筑結構類型有哪6種 [建筑結構設計中的概念設計與其措施]

　　在建筑結構設計中，概念設計與結構措施至關重要。一定程度上它反映了一個結構工程師的設計水平，下面就這兩個問題談一下本人的一點看法。 　　1.概念設計的重要性 　　概念設計是展現先進設計思想的關鍵，一個結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計，并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系。一般認為，概念設計做得好的結構工程師，隨著他的不懈追求，其結構概念將隨他的年齡與實踐的增長而越來越豐富，設計成果也越來越創(chuàng)新、完善。
　　強調概念設計的重要，主要還因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態(tài)差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計，都需要優(yōu)秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。概念設計之所以重要，還在于在方案設計階段，初步設計過程是不能借助于計算機來實現的。這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念，選擇效果最好、造價最低的結構方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結構概念，深入、深刻了解各類結構的性能，并能有意識地、靈活地運用它們。
　　
　　2.協(xié)同工作與結構體系
　　協(xié)同工作的概念廣泛存在于工業(yè)產品的設計和制造中，對于任一個工業(yè)產品，我們均不希望其在遠未達到其設計壽命（負荷、功能）時，它的某些部件（或零件）即出現破壞。對于建筑結構，協(xié)同工作的概念即是要求結構內部的各個構件相互配合，共同工作。這不僅要求結構構件在承載能力極限狀態(tài)能共同受力，協(xié)同工作，同時達到極限狀態(tài)，還要求他們能有共同的耐久壽命。
　　舉例而言，對磚混結構 ，必須依靠圈梁和構造柱將上部結構與基礎連接成一個整體，而不能單純依靠基礎自身的剛度來抵御不均勻沉降，所有圈梁和構造柱的設置，都必須圍繞這個中心。對協(xié)同工作的理解，還在于當結構受力時，結構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。在多高層結構設計時，應盡可能避免短柱，其主要的目的是使同層各柱在相同的水平位移時，能同時達到最大承載能力，但隨著建筑物的高度與層數的加大，巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來越大，從而造成高層建筑的底部數層出現大量短柱，為了避免這種現象的出現，對于大截面柱，可以通過對柱截面開豎槽，使矩形柱成為田形柱，從而增大長細比，避免短柱的出現，這樣就能使同層的抗側力結構在相近的水平位移下，達到最大的水平承載力；而對于梁的跨高比的限制，一般還沒有充分認識到。實際上與長短柱混雜的效果一樣，長、短梁在同一榀框架中并存，也是極為不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正、負彎矩也很大，其配筋全部由水平力決定，豎向荷載基本不起作用，甚至于梁端正彎矩鋼筋也會出現超筋現象，同時，由于梁的剪力增大，也會使支承柱的軸力大幅增大，這種設計是不符合協(xié)同工作原則的，同時，結構的造價必將會上升。
　　3.協(xié)同工作與材料利用率
　　協(xié)同工作設計的另一個目的，還在于對材料的充分利用。一般來講，材料利用率越高（即應力水平越高），該結構的協(xié)同工作程度也越高（從優(yōu)化設計的角度，盡管結構性能最好的方案，不一定是材料利用率最高），尤其對我國這樣一個發(fā)展中國家，結構設計的目的即是花最少的錢，做最好的建筑，這就要求設計時對結構材料的充分利用，這從梁類構件的演變可以看出。
　　矩形截面梁是最普通的受彎構件，它的材料利用率很低，原因有二：一方面是靠近中和軸的材料應力水平低，另一方面是梁的彎矩沿梁長一般是變化的，這樣對等截面梁來說，大部分區(qū)段，即使是拉、壓邊緣，其應力水平均較低。針對梁的這種受力特點，用結構概念分析，主要是因為梁截面存在應變梯度，只有當構件是軸心受力時，材料利用率才可能增大，于是就出現了平面桁架，平面桁架可以理解成“掏空”的梁―――將梁中多余材料去除，既經濟，又降低自重；故桁架的上弦相應于梁的受壓邊，下弦相應于受拉鋼筋。
　　就混凝土基本理論的發(fā)展來看，也體現了使各種材料充分發(fā)揮性能，并相互協(xié)同工作的特點。目前廣泛使用的鋼-混凝土結構 ，是將鋼結構與混凝土結構相互取長補短形成的一種新型的結構形成。尤其是鋼管混凝土，與預應力混凝土相似，更將這兩種材料能動地結合起來，實現了結構材料的又一次革命。鋼管混凝土的原理有二：1）借助鋼管對核心混凝土的約束，使核心混凝土有更高的強度和變形能力；2）核心混凝土又對鋼管壁的穩(wěn)定提供了有效可靠的支撐。
　　從上述結構構件的演化，推而廣之，在結構設計中，只有當構件越多處于軸心受力狀態(tài)，其材料的利用率才可以高，經濟性也就越好。對框架結構，豎向載作用下，框架柱宜處于小偏心受壓下工作，若大量柱處于大偏心受壓工作狀態(tài)，則該結構方案的經濟性一般不好，故對非地震區(qū)的框架結構，其框架柱應優(yōu)先設計為小偏心受壓。
　　
　　4.結語
　　協(xié)同工作的原則也是整體工作的原則。在概念設計日益重要的今天，要求結構工程師應有深厚的基本理論基礎，并能不斷吸取他人先進的設計思想。對自己的作品、設計（即使是已建成的），應經常進行深刻的反思，對每一項設計都精益求精。
　　
　　
　　參考文獻
　　[1] 方鄂華.《高屋建筑鋼筋混凝土結構概念設計》. 機械工業(yè)出版社，2004.
　　[2] 呂西林，蔣歡軍.《結構地震作用和抗震概念設計》. 武漢理工大學出版社，2004.
　　[3] 王秀麗.《大跨度空間鋼結構分析與概念設計》. 機械工業(yè)出版社，2008.
　　
　�。ㄗ髡邌挝唬焊鹬迚魏＜�房產公司湖北武漢430000）

相關熱詞搜索：結構設計 概念 措施 建筑結構設計中的概念設計與其措施 橋梁結構抗震概念設計 建筑結構抗震設計方法