黃 宏

摘要:計算機技術的發(fā)展可以為結(jié)構(gòu)設計提供快速、準確的計算數(shù)據(jù),但結(jié)構(gòu)設計不能過分依賴計算機,計算機是依靠程序即固有模式來運行的,人類在總體方案和構(gòu)造措施上的正確構(gòu)思是計算機所做不到的。概念設計的思想具有很多優(yōu)點,拓寬了結(jié)構(gòu)設計的思路。文章對概念設計在設計的重要性、設計應遵循的基本規(guī)律以及設計思想的應用等方面作了相關探討。

關鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);概念設計;結(jié)構(gòu)設計;設計思想;設計規(guī)律

中圖分類號:TU342文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)24-0104-02

當前建筑結(jié)構(gòu)設計中一貫采用承襲傳統(tǒng)的設計思想,缺乏新意,當今建筑設計發(fā)展提倡采用概念設計思想來促進結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造性,推動結(jié)構(gòu)設計的合理性。概念設計已經(jīng)被結(jié)構(gòu)設計人員所了解,但是對它的認識存在偏差,他們往往認為概念設計只在大原則下應用,如確定結(jié)構(gòu)方案,結(jié)構(gòu)布置等。事實上,概念設計在結(jié)構(gòu)設計中任何地方都會用到。計算機技術的發(fā)展,為結(jié)構(gòu)設計提供快速、準確的計算數(shù)據(jù)。但是結(jié)構(gòu)設計又不能過分依賴計算機,計算機是依靠程序即固有模式來運行的,而人的設計,就是概念設計,在總體方案和構(gòu)造措施上的正確構(gòu)思是計算機所做不到的。

一、概念設計的重要性

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對建筑結(jié)構(gòu)設計也提出了更高的要求。加強計算機的應用,加快新型高強、輕質(zhì)、環(huán)保建材的應用,使建筑結(jié)構(gòu)設計更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟是當務之急。其中,打破建筑結(jié)構(gòu)設計中的墨守成規(guī),充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力是相當必要的。因為他們是結(jié)構(gòu)設計革命的推動者和執(zhí)行者。這需要工程界和教育界進行共同的努力。推廣概念設計思想是一種有效的辦法。

概念設計能夠充分地展現(xiàn)結(jié)構(gòu)工程師的先進的設計思想和理念。結(jié)構(gòu)項目工程師的工作重點就是在特定的建筑空間內(nèi)用整體概念來制定結(jié)構(gòu)總體方案,不僅能精確地計算和分析一個給定的分體系和構(gòu)件,而且要有意識地利用總結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學關系。國際上公認的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)設計,都是由一種或幾種基本分體系有機地組合而成。因此,要求結(jié)構(gòu)工程師具有不懈追求完美的設計思想,同時要求具備豐富、踏實的整體結(jié)構(gòu)概念和基本分體系的相互比較的能力。實踐得出的結(jié)論是,概念設計做得好的結(jié)構(gòu)工程師,其結(jié)構(gòu)概念隨著年齡與實踐的增長而不斷豐富,設計成果也更具創(chuàng)新性、完美性。

概念設計可以借助概念性簡化計算來完成,雖然存在誤差,但它的概念清楚,定性準確,能很快選擇和確定最佳方案。同時也是施工圖設計階段判斷計算機計算結(jié)果可靠與否的主要依據(jù)。

概念設計可以預防或減少不均勻沉降的危害,可以從建筑措施、結(jié)構(gòu)措施、地基和基礎方面加以控制。諸如:避免采用建筑平面形狀復雜、陰角多的平面布置;避免立面形體變化過大;將體形復雜、荷載和高低差異大的建筑物分成若干單元;加強上部結(jié)構(gòu)和基礎的剛度;同一建筑物盡量采用同一類型基礎并埋置于同一土層中等一系列措施。對層建筑而言,從經(jīng)濟的角度考慮,一般不愿意采用長樁的方案,但當?shù)剀浲翆雍穸容^大時,一般都需要經(jīng)過地基處理的方式來達到控制建筑物沉降的目的。常用的軟土地基處理方式類型較多,但在選擇地基處理方案前,必須認真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點及環(huán)境情況,并根據(jù)工程設計要求,確定地基處理范圍和處理后要求達到的技術指標,以及各種處理方面的適用性,同時綜合考慮處理方案的成熟程度及施工單位的經(jīng)驗,進行多方案比較,最終選定安全實用、經(jīng)濟合理的處理方案。地基經(jīng)處理后,還必須滿足規(guī)范所規(guī)定的強度和變形要求。

因此,概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中具有計算機無法比擬的功能,概念設計影響整個建筑構(gòu)造的可行性,直接影響建筑物的構(gòu)造布局的合理性。

二、概念設計應遵循的基本規(guī)律

1.確定合適的設計方案。設計方案的確定應根據(jù)工程地質(zhì)條件,上部結(jié)構(gòu)類型及荷載分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析,提出經(jīng)濟合理的基礎方案。設計時要充分挖掘地基潛力,同時進行地基變形驗算。根據(jù)地質(zhì)情況,寫出詳盡的地質(zhì)勘察報告,沒有地址勘察報告的小建筑要進行現(xiàn)場勘察和比照附近建筑的地質(zhì)資料。

2.結(jié)構(gòu)方案合理化。經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案才是一個成功的設計方案,所以要選擇一個可行性強的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系力求做到受力明確,傳力簡捷,同一結(jié)構(gòu)單元宜采用相同結(jié)構(gòu)體系,地震區(qū)應按照平面和豎向規(guī)則進行設計。在對工程的設計要求、地理環(huán)境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析的基礎上,還要與建筑、水、暖、電等專業(yè)充分協(xié)商,進行結(jié)構(gòu)選型,確定合理結(jié)構(gòu)方案。

3.使用合適的計算簡圖。計算簡圖是結(jié)構(gòu)計算中必須應用的,如果選用不當即導致結(jié)構(gòu)安全的事故發(fā)生,因此選擇恰當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖應有相應的構(gòu)造措施來保證,其誤差應嚴格限定在設計允許范圍之內(nèi)。

4.正確分析計算結(jié)果。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設計中計算機技術應用廣泛,由于應用軟件種類繁多,不同軟件會出現(xiàn)不同的計算結(jié)果。結(jié)構(gòu)設計工程師在對程序的適用范圍、技術條件等全面了解的情況下,進行計算機輔助設計時,應認真分析電算結(jié)果,慎重校核,做出合理判斷。設計師的知識、經(jīng)驗是判斷分析結(jié)果不可缺少的。

三、概念設計思想的實際應用及發(fā)展中遇到的問題

概念設計的思想,拓寬了結(jié)構(gòu)設計的思路。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算理論的研究和結(jié)構(gòu)設計似乎只關注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R,因此在施工中出現(xiàn)混凝土的等級越用越高,配筋量隨之增大,工程造價必然升高。結(jié)構(gòu)工程師很注意限制最大配筋率,卻忽視了肥梁、胖柱、深基礎。比如在抗震設計中,常規(guī)做法是根據(jù)原先的尺寸、砼等級算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,進而確定配筋。眾所周知,結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這種做法是通過增加鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,從而增強結(jié)構(gòu)抵抗地震作用的能力。我們不否認前一種做法,但是我們可以考慮換一種思路,通過降低作用效應達到增強地震效應的目的。目前在抗震設計中,隔震消能的研究是一個很好的例子。隔震消能的作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層;加設消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個“反擺”,地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從而對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應。合理設計可降低地震作用效應達50%以上,同時提高建筑物的安全性。

概念設計的思想已經(jīng)被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受,并在結(jié)構(gòu)設計中發(fā)揮越來越大的作用。然而現(xiàn)在的高校教學中,往往只重視單獨構(gòu)件和孤立的分體系的力學概念講解。在專業(yè)課教學中,單項練習居多,綜合練習偏少,在考題中體現(xiàn)尤其嚴重,這種狀況使得相當部分學生養(yǎng)成了固定的套用公式解題的習慣。近幾年來計算機普及加強,畢業(yè)設計用結(jié)構(gòu)設計軟件計算、出圖。但由于計算機設計過程的屏蔽,學生手算能力下降,造成學生產(chǎn)生一定依賴性,導致綜合運用能力下降,整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這對于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力的未來的工程師是相當不利的。因此,應當通過加強學生的動手計算能力,拓展他們的思維能力,強化運用大腦思維進行結(jié)構(gòu)設計,激發(fā)對所學知識的發(fā)散應用。從而為我國培養(yǎng)出更多的具有創(chuàng)造性思維能力的結(jié)構(gòu)工程師,為我國的建筑業(yè)做出應有的貢獻。

參考文獻

[1]楊帆,梁欣,樊爽,張艷.結(jié)構(gòu)設計中的概念設計[J].陜西建筑,2007,(2).

[2]蔣新梅.論高層建筑結(jié)構(gòu)設計之常見問題的分析[J].四川建材,2009,(2).

[3]柳強,王玉玲.淺談概念設計在結(jié)構(gòu)設計中的運用[J].新疆化工,2006,(1).

[4]范俊梅.高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的幾個問題分析[J].山西建筑,2009,(15).

[5]黃俊.概念設計的要點與應用探討[J].中國住宅設施,2009,(6).

[6]許燕祿.概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用[J].廣東土木與建筑,2005,(2).

[7]鄧影,李秀輝.虛擬現(xiàn)實技術與建筑結(jié)構(gòu)概念、優(yōu)化設計[J].建筑設計管理,2007,(2).

[8]寧小東.高層建筑方案階段的結(jié)構(gòu)概念設計[J].邵陽學院學報(自然科學版),2006,(2).