概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用

概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用

王坤章

四川观晟建筑设计有限公司  四川成都市

摘 要： 概念设计与结构措施是相辅相成，相互促进的。为此，本文将结合概念设计的重要意义、协同工作与结构体系的相关内容，着重分析协同工作与材料利用效率的优化路径，希望能够借此在建筑结构设计当中更好的发挥出概念设计与结构措施的应用效果。

关键词：概念设计；结构措施；思考与应用

现阶段，必须要充分认识到协同工作的重要性，为有效提高协同工作开展过程中的材料利用效率，就必须要从梁类构件的演变、增大截面、混凝土基本理论、结构设计这几个方面出发，从根本上提高材料利用效率。通常来说，材料利用效率更高则说明应力水平也更高，该结构设计过程中的协同工作程度也就越高。

一、概念设计的意义

一般来说，概念设计工作水平越高的结构工程师，在其不断努力的过程中，其结构概念也会不断丰富，设计成果也会越来越完善，但是在现阶段的结构工程师程序设计工作当中，依旧存在计算结果不合理、无法及时发现错误等问题。由于现行结构设计理念与计算理念依旧具有较多缺陷，比如在设计混凝土结构过程中，内力计算往往是以弹性理论为基础的，而截面计算则是以塑性理论在极限状态下为基础进行的，这种矛盾问题的存在，到时计算结果和结构具体受力状态往往会出现较大偏差，因此为有效填补这种缺陷，就必须要融入更加优秀的概念设计和结构措施，从而更好的满足结构设计要求。同时也只有结构工程师掌握了较强的结构概念之后，才能够更加客观且真实的对结构工作性能进行深入理解。概念设计之所以十分关键，重点就在于方案设计这一阶段，在初步设计方案过程中，要求结构工程师需要对结构理念进行综合的掌握与运用，尽可能选择一个效果最好、成本最低的结构设计方案，为此，要求结构工程师必须对自身现有的结构概念进行不断丰富。更加深入且深刻的对不同类型结构性能进行了解，并可以有意识且更加灵活的加以运用。
二、协同工作与结构体系分析

针对建筑结构来说，协同工作这一概念就是要求建筑结构内部每一个构件之间都能够更好的相互配合与工作。这既需要结构构件具有较强的承载能力，可以在极限状态下共同受力与协同工作，同时也需要各个构件之间具有同样的耐久度。结构协同工作主要体现在基础和上部结构之间的关系上，必须要充分重视基础与上部结构之间的有机整体性，避免将二者割裂开来。比如砖混结构，就必须要借助于圈梁与构造柱来连接基础与上部结构，而不能够简单的借助于基础本身刚度对不均匀沉降进行抵御，要求所有圈梁与构造柱在设置过程中都必须要基于这一中心[1]。在当前最为常见的高层建筑结构设计过程中，柱轴压比限值已经成为对结构工程师产生最大困扰的问题，在建筑高度不断增加的同时，结构下部的柱截面也会不断加大，而柱纵向钢筋则大多数属于构造钢筋，即便是利用强度较高的混凝土，也无法有效降低柱截面。事实上，柱轴压比的大小往往能够对柱塑性变化能力进行直接反映，并且也会影响到建构形变能力。在混凝土理论当中提到，混凝土构建的形变能力主要是由截面相对受压区的边缘混凝土形变能力与具体高度决定的。为有效提高柱在地震等作用之下的形变抵御管理，也可以采取密排螺旋箍筋柱或者钢管混凝土等方式来提升柱轴压比限值。
三、协同工作与材料利用效率
（一）梁类构件的演变

在从梁类构件演变过程中不难发现，矩形截面梁属于一种最普通的受弯构件，因此其具有最低的材料利用效率。主要原因有以下两点：1.邻近中和轴部分材料不具备较高应力水平；2.梁弯矩沿梁长通常是不断变化的，因此对于等截面梁而言，大多数区段即便是拉、压边缘，也无法具备较高的应力水平。只有在构件处于轴心受力的情况下，才可能提高材料利用效率，因此也就出现了所谓的平面桁架，也可以将其理解为一种被掏空的梁，就是去除梁中的多余材料。既具有一定的经济性，也能够有效降低自重，因此桁架上弦相应于梁受压边与受拉钢筋。规则桁架当中腹杆受力、压、拉以及梁中主拉与压保持一致的应力方向。由此，还能够将桁架外形设计成类似于弯矩图的形状，从而促使桁架弦杆具有均匀的受力。因为桁架当中存在较多的压杆，并且压杆强度通常是自身稳定性决定的，而不会受到杆件截面材料的强度影响。因此平面桁架在设计期间需要尽可能降低压杆本身的长细比。
（二）增大截面

单一将截面增大属于下策，偶尔上弦采取双杆生成的一种复合压杆，为其提供平面外的约束，提高支撑能力。一旦将这部分平面之外的支撑全部连接成为桁架，就能够将原本的平面桁架转变为交叉桁架，并逐步发展成为空间网架。空间网架具有极高的材料利用效率与应力水平，因此在一些空间与跨度较大的结构当中应用更加广泛，但是网架结构当中依旧具有压杆，尤其是钢压杆，因此可能不具备较高的应力水平，由于不断增加的跨度，网架高度也会明显增大，腹杆长度也会延长，同时还有可能导致节点距离的的增加。这种强度较高的材料就不能够直接利用。所以尽可能减少或者直接消除结构当中存在的压杆，就可以利用悬索结构。在该结构当中，所有压杆都属于拉杆，从而能够有效提高应力水平，具有极大的材料利用效率，强度较高的材料在得到充分利用之后，反过来还能够有效提高预应力。所以在跨度较大的结构当中，悬索结构是首选的一种建筑结构类型

[2]。
（三）混凝土基本理论

从混凝土基本理论角度来看，在发展过程中也体现出了不同材料利用过程中自身性能发挥以及相互协同工作的优势特征。钢筋混凝土和预应力混凝土二者间存在的最本质区别就是钢筋混凝土有效结合了钢筋和混凝土两种材料，能够让它们开展共同的工作；而预应力混凝土则是结合了刚强度的钢筋与混凝土，从而通过结合更好的发挥出两种材料最高性能[3]。
结束语

综上，在工作过程中要不断汲取他人的先进设计理念，针对自己的每一次设计工作、每一个设计作品，都需要精益求精，运用更加先进、科学的计算模型和理论方法，不断完善与优化结构概念设计工作。
参考文献：

[1]李敬超.概念设计与结构措施在建筑结构设计中应用[J].建筑技术开发,2021,48(13):5-7.

[2]罗长生.分析概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用策略[J].中国建筑金属结构,2021(06):66-67.

[3]丁晖.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用分析[J].居舍,2021(12):74-75.