在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施至關(guān)重要。一定程度上它反映了一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)水平，下面就這兩個(gè)問(wèn)題談一下本人的一點(diǎn)看法。

 

1　概念設(shè)計(jì)的重要性

 

      概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵，一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來(lái)完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。一般認(rèn)為，概念設(shè)計(jì)做得好的結(jié)構(gòu)工程師，隨著他的不懈追求，其結(jié)構(gòu)概念將隨他的年齡與實(shí)踐的增長(zhǎng)而越來(lái)越豐富，設(shè)計(jì)成果也越來(lái)越創(chuàng)新、完善。遺憾的是，隨著社會(huì)分工的細(xì)化，大部分結(jié)構(gòu)工程師只會(huì)依賴(lài)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、計(jì)算機(jī) 程序做習(xí)慣性傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，缺乏創(chuàng)新，更不愿（不敢）創(chuàng)新，有的甚至拒絕對(duì)新技術(shù)、新工藝的采納（害怕承擔(dān)創(chuàng)新的責(zé)任）。大部分工程師在一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)全面應(yīng)用的今天，對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)果明顯不合理、甚至錯(cuò)誤而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨著年齡的增長(zhǎng) ，導(dǎo)致他們?cè)诖髮W(xué)學(xué)的那些孤立的概念都被逐漸忘卻，更談不上設(shè)計(jì)成果的不斷創(chuàng)新。

 

       強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性，比如對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類(lèi)計(jì)算理論的缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無(wú)法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn)，往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。

 

       概念設(shè)計(jì)之所以重要，還在于在方案設(shè)計(jì)階段，初步設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類(lèi)結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們。

 

2　協(xié)同工作與結(jié)構(gòu)體系

 

       協(xié)同工作的概念廣泛存在于工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中，對(duì)于任一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，我們均不希望其在遠(yuǎn)未達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命（負(fù)荷、功能）時(shí)，它的某些部件（或零件）即出現(xiàn)破壞。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，協(xié)同工作的概念即是要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)構(gòu)件相互配合，共同工作。這不僅要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承載能力極限狀態(tài)能共同受力，協(xié)同工作，同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)，還要求他們能有共同的耐久壽命。結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作表現(xiàn)在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系上，必須視基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)為一個(gè)有機(jī)的整體，不能把兩者割裂開(kāi)來(lái)處理。舉例而言，對(duì)磚混結(jié)構(gòu)  ，必須依靠圈梁和構(gòu)造柱將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接成一個(gè)整體，而不能單純依靠基礎(chǔ)自身的剛度來(lái)抵御不均勻沉降，所有圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置，都必須圍繞這個(gè)中心。

 

       對(duì)協(xié)同工作的理解，還在于當(dāng)結(jié)構(gòu)受力時(shí)，結(jié)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)件能同時(shí)達(dá)到較高的應(yīng)力水平。在多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(shí)，能同時(shí)達(dá)到最大承載能力，但隨著建筑物的高度與層數(shù)的加大，巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來(lái)越大，從而造成高層建筑的底部數(shù)層出現(xiàn)大量短柱，為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)于大截面柱，可以通過(guò)對(duì)柱截面開(kāi)豎槽，使矩形柱成為田形柱，從而增大長(zhǎng)細(xì)比，避免短柱的出現(xiàn)，這樣就能使同層的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)在相近的水平位移下，達(dá)到最大的水平承載力；而對(duì)于梁的跨高比的限制，一般還沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到。實(shí)際上與長(zhǎng)短柱混雜的效果一樣，長(zhǎng)、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(fù)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(huì)出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，同時(shí)，由于梁的剪力增大，也會(huì)使支承柱的軸力大幅增大，這種設(shè)計(jì)是不符合協(xié)同工作原則的，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的造價(jià)必將會(huì)上升。多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的即是為了抵抗水平力的作用，防止扭轉(zhuǎn)，為有效的抵抗水平力作用，平面上兩個(gè)正交方向的尺寸宜盡量接近，目的是保證這兩個(gè)方向上的“慣性矩”相等，以防止一個(gè)方向強(qiáng)度（穩(wěn)定性）儲(chǔ)備太大，而另一個(gè)方向較弱，因此，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（柱、剪力墻）宜設(shè)置在四周，以增大整體的抗側(cè)剛度及抗扭慣性矩，同時(shí)，應(yīng)加大梁或樓層的剛度，使柱（或剪力墻）能承擔(dān)較大的整體彎矩，這就是“轉(zhuǎn)換層”的概念。防止扭轉(zhuǎn)的目的，是因?yàn)樵谂まD(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，各柱節(jié)點(diǎn)水平位移不等，距扭轉(zhuǎn)中心較遠(yuǎn)的角柱剪力很大，而中柱剪力較小，破壞由外向里，先外后里。為防止扭轉(zhuǎn)，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置，宜設(shè)在結(jié)構(gòu)兩端，緊靠四周設(shè)置，以增大抗扭慣性矩。因此，高層或超高層建筑中，盡管角柱軸壓比較小，但其在抗扭過(guò)程中作用卻很大（若角柱先壞，整個(gè)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度或強(qiáng)度下降，中柱必定依次破壞），同時(shí)，在水平力的作用下，角柱軸力的變化幅度也會(huì)很大，這樣勢(shì)必要求角柱有較大的變形能力。由于角柱的上述作用，角柱設(shè)計(jì)時(shí)在承載力和變形能力上都應(yīng)有較多考慮，如加大配箍，采用密排箍筋柱、鋼管混凝土柱。

 

       目前，部分已建建筑在其四角設(shè)置巨型鋼管柱，從而極大地增強(qiáng)了角柱的強(qiáng)度和抗變形能力。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，柱軸壓比的限值已成為困擾結(jié)構(gòu)工程師的實(shí)際問(wèn)題，隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)下部柱截面也越來(lái)越大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋，即使采用高強(qiáng)混凝土，柱截面也不會(huì)明顯降低。實(shí)際上，柱的軸壓比大小，直接反映了柱的塑性變形能力，而構(gòu)件的變形能力會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)的延性?；炷粱纠碚撝赋觯夯炷翗?gòu)件的曲率延性，即彎曲變形能力主要取決于截面的相對(duì)受壓區(qū)高度和受壓區(qū)邊緣混凝土的極限變形能力。相對(duì)受壓區(qū)高度主要取決于軸壓比、配筋等，混凝土的極限變形能力主要取決于箍筋的約束程度，即箍筋的形式和配箍特征值（λ=ρfyfc）。因此，為了增大柱在地震作用下的變形能力，控制柱的軸壓比和改善配箍具有同樣的意義，因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值。

 

3　協(xié)同工作與材料利用率

 

       協(xié)同工作設(shè)計(jì)的另一個(gè)目的，還在于對(duì)材料的充分利用。一般來(lái)講，材料利用率越高（即應(yīng)力水平越高），該結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作程度也越高（從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度，盡管結(jié)構(gòu)性能最好的方案，不一定是材料利用率最高），尤其對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的即是花最少的錢(qián)，做最好的建筑，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的充分利用，這從梁類(lèi)構(gòu)件的演變可以看出。矩形截面梁是最普通的受彎構(gòu)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(yīng)力水平低，另一方面是梁的彎矩沿梁長(zhǎng)一般是變化的，這樣對(duì)等截面梁來(lái)說(shuō)，大部分區(qū)段，即使是拉、壓邊緣，其應(yīng)力水平均較低。針對(duì)梁的這種受力特點(diǎn)，用結(jié)構(gòu)概念分析，主要是因?yàn)榱航孛娲嬖趹?yīng)變梯度，只有當(dāng)構(gòu)件是軸心受力時(shí)，材料利用率才可能增大，于是就出現(xiàn)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(jīng)濟(jì)，又降低自重；故桁架的上弦相應(yīng)于梁的受壓邊，下弦相應(yīng)于受拉鋼筋。規(guī)則桁架中腹桿的受力（拉、壓）與梁中主拉、壓應(yīng)力方向一致，根據(jù)上述分析，還可以將桁架的外形設(shè)計(jì)為與彎矩圖相似的形狀，從而使桁架的弦桿受力均勻。由于桁架中大量存在壓桿，壓桿的強(qiáng)度往往由其穩(wěn)定性決定，而不是由桿件截面材料強(qiáng)度決定，因此，在平面桁架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)設(shè)法降低壓桿的長(zhǎng)細(xì)比。

 

      單純?cè)龃蠼孛媸窍虏?，特別是上弦桿，應(yīng)努力增加其平面外的剛度（有時(shí)上弦采用雙桿形成的復(fù)合壓桿），提供平面外約束（增加支撐），如果把這些平面外的支撐再連接成桁架，這樣就使平面桁架變?yōu)槠矫娼徊骅旒?，最后發(fā)展為空間網(wǎng)架?？臻g網(wǎng)架的材料利用率高，應(yīng)力水平高，故在大跨度、大空間結(jié)構(gòu)中廣泛使用，但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中仍然存在壓桿，壓桿（特別是鋼壓桿）的應(yīng)力水平不可能太高（因?yàn)殡S著跨度的增加，網(wǎng)架的高度增大，腹桿的長(zhǎng)度將增大，同時(shí)節(jié)點(diǎn)距離的增大也導(dǎo)致弦桿長(zhǎng)度的增大），這樣高強(qiáng)材料就不能使用。因此，努力減少或消除結(jié)構(gòu)中的壓桿，就使我們找到了懸索結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)中所有的“桿件”均為拉桿，這樣就使懸索結(jié)構(gòu)中桿件的應(yīng)力水平極高，材料利用率極大，高強(qiáng)材料得以充分利用，還可施加預(yù)應(yīng)力。因而在超大跨度的結(jié)構(gòu)中，懸索結(jié)構(gòu)（或包括懸索結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)）是首選的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。就混凝土基本理論的發(fā)展來(lái)看，也體現(xiàn)了使各種材料充分發(fā)揮性能，并相互協(xié)同工作的特點(diǎn)。林同炎教授認(rèn)為：鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土之間的區(qū)別在于鋼筋混凝土是將混凝土與鋼筋兩者簡(jiǎn)單地結(jié)合在一起，并讓他們自行地共同工作，預(yù)應(yīng)力混凝土是將高強(qiáng)鋼筋與高強(qiáng)混凝土能動(dòng)地結(jié)合在一起，使兩種材料均產(chǎn)生非常好的性能。反映了人們對(duì)混凝土中的協(xié)同工作認(rèn)識(shí)和運(yùn)用過(guò)程的加深。

 

      目前廣泛使用的鋼-混凝土結(jié)構(gòu) ，是將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短形成的一種新型的結(jié)構(gòu)形成。尤其是鋼管混凝土，與預(yù)應(yīng)力混凝土相似，更將這兩種材料能動(dòng)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)材料的又一次革命。鋼管混凝土的原理有二：1）借助鋼管對(duì)核心混凝土的約束，使核心混凝土有更高的強(qiáng)度和變形能力；2）核心混凝土又對(duì)鋼管壁的穩(wěn)定提供了有效可靠的支撐。鋼管混凝土的極限承載力遠(yuǎn)大于鋼管和核心混凝土兩者的承載力之和，約為兩者之和的17～2 0倍，其極限變形能力是普通鋼筋混凝土的幾倍甚至幾十倍，這是鋼材與混凝土的又一次理想結(jié)合。它的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)意義上的受壓破壞特征由脆性變?yōu)檠有?，?duì)結(jié)構(gòu)抗震的延性設(shè)計(jì)意義巨大，也使超高層建筑底層柱的軸壓比限制問(wèn)題迎刃而解。

 

      從上述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的演化，推而廣之，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只有當(dāng)構(gòu)件越多處于軸心受力狀態(tài)，其材料的利用率才可以高，經(jīng)濟(jì)性也就越好。對(duì)框架結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性一般不好，故對(duì)非地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)，其框架柱應(yīng)優(yōu)先設(shè)計(jì)為小偏心受壓。這里就出現(xiàn)了一個(gè)矛盾，在地震作用下，大部分柱可能處于大偏心受壓狀態(tài)工作，截面設(shè)計(jì)時(shí)，大量柱的配筋僅僅是為萬(wàn)一發(fā)生地震而增加的，這些鋼材在不發(fā)生地震時(shí)，將不起絲毫作用，這顯然是不經(jīng)濟(jì)的，與抗震設(shè)計(jì)的整體思想也不相符。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，一方面應(yīng)設(shè)法加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，必要時(shí)，在某些樓層設(shè)置剛性轉(zhuǎn)換層，從而加大整體彎矩，減小引起柱彎曲變形的局部彎矩；另一方面，對(duì)柱的設(shè)計(jì)，可將整個(gè)樓層面的柱設(shè)計(jì)為多肢柱，使多肢柱的每一根桿件都能處于軸心受力狀態(tài)，如對(duì)鋼管混凝土柱，只有在小偏心受壓（或接近軸壓）時(shí)，鋼管和核心混凝土才能更好地協(xié)同工作，在偏心距較大的受壓構(gòu)件中使用時(shí)，更宜將其設(shè)計(jì)成雙肢、三肢或四肢組成的組合構(gòu)件。

 

      最后，協(xié)同工作的原則也是整體工作的原則。在概念設(shè)計(jì)日益重要的今天，要求結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)有深厚的基本理論基礎(chǔ)，并能不斷吸取他人先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想。對(duì)自己的作品、設(shè)計(jì)（即使是已建成的），應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行深刻的反思，對(duì)每一項(xiàng)設(shè)計(jì)都精益求精。

 

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)

http://www.civilcn.com/jiegou/jglw/lilun/1299044906126491.html

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用，每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯(cuò)覺(jué)，覺(jué)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集，等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案（非結(jié)構(gòu)的），使用計(jì)算機(jī)，然后設(shè)法去完成它，自己只不過(guò)是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫(huà)圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間，而且還會(huì)與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。

　　我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算，容許應(yīng)力法，破損階段計(jì)算，極限狀態(tài)計(jì)算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段?，F(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ68-84）則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過(guò)程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上，建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前，人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范，應(yīng)該把它作為一種指南、參考，并在實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中作出正確的選擇。這就要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識(shí)，把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。

　　所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問(wèn)題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　　比如，有的設(shè)計(jì)人員用多、高層結(jié)構(gòu)三維空間分析程序來(lái)計(jì)算底層框架，還人為的布置一些抗震墻，即不能滿足樓層間的合理剛度比，也不能正確地反映底層框架在地震時(shí)受力狀態(tài)。問(wèn)題在于結(jié)構(gòu)概念不明確，沒(méi)考慮這兩種結(jié)構(gòu)體系的差異。軟件的選擇和使用不當(dāng)，造成危害是不容忽視的。美國(guó)一些著名學(xué)者和專(zhuān)家曾警告工業(yè)界：“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。”然而避免這種情況，概念設(shè)計(jì)的思想不妨是個(gè)好方法。

　　運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R，以至混凝土的等級(jí)越用越高，配筋量越來(lái)越大，造價(jià)越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過(guò)最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見(jiàn)。以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢？目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層；加設(shè)消能支撐（類(lèi)似于阻尼器的裝置）；有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來(lái)降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國(guó)內(nèi)外正廣泛地深入展開(kāi)。在日本，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識(shí)的限制，在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。

　　同時(shí)，在目前建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固中，概念設(shè)計(jì)的思想也應(yīng)得到延伸。在1976年唐山地震中，天津市加固的2萬(wàn)間民房無(wú)一倒塌，但天津第二毛紡廠三層的框架廠房，卻因偏重于傳統(tǒng)構(gòu)部件的加固 ，忽視結(jié)構(gòu)總體抗震性能的判斷，造成不合理的加固使抗震薄弱層轉(zhuǎn)移，仍然倒塌。

　　概念設(shè)計(jì)的思想被越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受，并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。然而現(xiàn)在的高校教學(xué)中，往往只重視單獨(dú)構(gòu)件和孤立的分體系的力學(xué)概念講解。尤其在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，單項(xiàng)計(jì)算練習(xí)居多，綜合練習(xí)偏少，并著重體現(xiàn)在考題中，使得相當(dāng)部分學(xué)生養(yǎng)成只知套用公式解題的習(xí)慣。而且近年來(lái)強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育，比如，畢業(yè)設(shè)計(jì)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算、出圖。但由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程的屏蔽，手算過(guò)程訓(xùn)練程度的削弱，造成學(xué)生產(chǎn)生一定依賴(lài)性，結(jié)果綜合運(yùn)用能力下降，整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力、未來(lái)的工程師是相當(dāng)不利的。

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。

　　著名的美國(guó)工程院院士林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書(shū)中為結(jié)構(gòu)工程師提供了廣泛而又有獨(dú)特見(jiàn)解的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)實(shí)例。該書(shū)著重介紹用整體概念來(lái)規(guī)劃結(jié)果總體方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系尖的相互力學(xué)關(guān)系和簡(jiǎn)化近似設(shè)計(jì)方法。為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性地相互配合，設(shè)計(jì)出令人滿意的建筑奠定基礎(chǔ)。這本書(shū)第二版的出版，為我們更好的加深概念設(shè)計(jì)的理解，提供有益的幫助?？傊拍钤O(shè)計(jì)必然會(huì)成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想，這就讓我們來(lái)共同學(xué)習(xí)、發(fā)展它吧，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 高立人，王躍，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路——概念設(shè)計(jì)，工業(yè)建筑 ，1999（1）

　　2. 戴國(guó)瑩，李德虎，建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固的若干問(wèn)題，建筑結(jié)構(gòu)，1999（4）

　　3. 林同炎，S.D.思多臺(tái)斯伯利 ，結(jié)構(gòu)概念和體系，中國(guó)建筑工業(yè)出版社

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)重要性的探討

 

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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)重要性的探討

 

 

 

 

　　摘要；隨著生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件得到廣泛的應(yīng)用，從而加強(qiáng)了設(shè)計(jì)師對(duì)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的依賴(lài)，本文探討了重視概念設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的綜合設(shè)計(jì)能力的體現(xiàn)能力。使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)。

　　關(guān)鍵詞；；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)；

　　0引言

　　概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容十分豐富，應(yīng)用面也非常廣泛，幾乎蘊(yùn)含了所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。我們通常談到的安全度的概念、力學(xué)的概念、材料的概念、荷載的概念、地震的概念、使用的概念等都屬于結(jié)構(gòu)的概念。概念設(shè)計(jì)就是融合這些概念，貫穿到結(jié)構(gòu)造型、方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置、計(jì)算簡(jiǎn)圖抽象、計(jì)算結(jié)果處理、施工圖繪制等設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)理論無(wú)法明確的部位，還要有定性的認(rèn)識(shí)后才能反映到設(shè)計(jì)成果中。

　　當(dāng)前科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序的全面應(yīng)用給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師帶來(lái)極大方便，大大減輕了他們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。但同時(shí)也容易讓人產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集，等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案(非結(jié)構(gòu)的)，然后就可使用汁算機(jī)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。因此，一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不重視結(jié)構(gòu)的基本理論和基本概念的正確使用，不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間去考慮結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)、協(xié)同工作等一系列概念設(shè)計(jì)問(wèn)題而是一味地依賴(lài)汁算機(jī)，久而久之許多設(shè)計(jì)人員缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念，對(duì)軟件技術(shù)條件認(rèn)識(shí)不清、對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果無(wú)法判斷，對(duì)規(guī)范與軟件之間的差異不甚了解，對(duì)如何加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性、合理性、經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有概念，甚至一些設(shè)計(jì)人員因?yàn)檫^(guò)多地相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際建筑物存在較大差別，引起結(jié)構(gòu)施工圖中出現(xiàn)了大量的概念性錯(cuò)誤和計(jì)算錯(cuò)誤，且有些錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為保證建筑結(jié)構(gòu)的安全、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠，對(duì)設(shè)計(jì)人員強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性是非常必要的。

　　1關(guān)于概念沒(méi)計(jì)

　　所謂的概念設(shè)計(jì)就是運(yùn)用清晰的結(jié)構(gòu)概念，不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，對(duì)結(jié)構(gòu)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正確的分析，并考慮結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況與計(jì)算假設(shè)間的差異，對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，使建筑物受力更合理、安全、協(xié)調(diào)。概念設(shè)計(jì)主要從兩個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行宏觀控制[1]；一是在方案設(shè)計(jì)滿足建筑要求的前提下，從宏觀的角度考慮結(jié)構(gòu)整體性及主要分體的相互協(xié)調(diào)關(guān)系，確定總體設(shè)計(jì)方案；二是在理論設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮工程條件、計(jì)算理論、材料性能等各種因素對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，判斷理論設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，并對(duì)一些工程中難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)采用一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施進(jìn)行處理[2]。換句話說(shuō)，概念設(shè)計(jì)是運(yùn)用人的判斷和思維能力，從宏觀解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題、概念設(shè)計(jì)是一種思路，是一種定性的設(shè)計(jì)，它不以精確的力學(xué)分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù)，而是對(duì)工程進(jìn)行概括性的分析，制定設(shè)計(jì)目標(biāo)，采取相應(yīng)結(jié)構(gòu)措施。具體到設(shè)計(jì)過(guò)程，就是根據(jù)特定的建筑空間和地理?xiàng)l件，結(jié)合建筑的功能要求，考慮結(jié)構(gòu)安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工方便等各種因素后，確定結(jié)構(gòu)的總體方案，按照結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和破壞過(guò)程，靈活且能有意識(shí)地利用整體結(jié)構(gòu)體系與基本桿件間的力學(xué)特性與關(guān)系、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的資源條件，全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題。既要注意到總體布置的大原則，又要顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)，從根本上提高結(jié)構(gòu)的可靠度。概念設(shè)計(jì)的目的是力求使設(shè)計(jì)方案安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，是一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程。概念設(shè)計(jì)運(yùn)用得好，能使結(jié)構(gòu)滿足建筑要求，并以最快的方式將荷載傳遞到基礎(chǔ)、地基中，創(chuàng)造更為安全、舒適的工作和生活環(huán)境，從而節(jié)約材料和資金，使工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、使用都能“又快、又好、又省”，這也是人們對(duì)工程建設(shè)的最基本要求。

　　2概念設(shè)計(jì)的必要性

　　2．1概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與靈魂

　　結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的地位，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程一般分為3個(gè)階段：前期的方案選擇、中期的結(jié)構(gòu)計(jì)算及后期的施工圖繪制。結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的第一步，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)階段離不開(kāi)科學(xué)的概念作指導(dǎo)。

　　(1)方案設(shè)計(jì)階段。一個(gè)成功的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，即選擇一個(gè)切實(shí)可靠的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。在此階段，設(shè)計(jì)者除了對(duì)建筑物的功能要求、地理環(huán)境、資金配備、材料供應(yīng)、施工條件與水平等進(jìn)行綜合的分析，并與建筑、水電、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)進(jìn)行充分比較外，還要考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)部的協(xié)同工作、結(jié)構(gòu)抗震的構(gòu)造設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)整體性能控制等問(wèn)題，而后完成結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)還要對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較，擇優(yōu)選用。因此方案設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)或理論計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它需要結(jié)構(gòu)工程師綜合應(yīng)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，在深入了解各類(lèi)結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案。

　　(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算階段。結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即要對(duì)作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的荷載和構(gòu)件的約束進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形必須與原結(jié)構(gòu)盡可能一致。目前由于建筑物的功能復(fù)雜多樣，結(jié)構(gòu)計(jì)算一般是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成的，因此結(jié)構(gòu)工程師必須把實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的計(jì)算模型，并且要保證模型受力和變形的精確性，在此基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)工程師還應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，在全面了解程序軟件的適用范圍與技術(shù)條件后正確選擇和使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，同時(shí)再用概念設(shè)計(jì)對(duì)電算結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，作正確合理的判斷。如果結(jié)構(gòu)工程師缺乏經(jīng)驗(yàn)、不具備結(jié)構(gòu)體系功能及其受力、變形特性的整體概念與判斷力，他們就無(wú)法確定實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖、無(wú)法判斷計(jì)算機(jī)顯示的計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果的正確否。

　　(3)施工圖繪制階段。結(jié)構(gòu)工程師通過(guò)計(jì)算機(jī)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算并對(duì)結(jié)果確認(rèn)無(wú)誤后，接著就是把計(jì)算結(jié)果用施工圖的方式表現(xiàn)出來(lái)(通常也是計(jì)算機(jī)完成)。此時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師還有一項(xiàng)比較艱巨的任務(wù)需要完成，即調(diào)圖工作。他們要檢查施工是否正確反映設(shè)計(jì)意圖，是否滿足結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和各構(gòu)件間協(xié)同工作的要求、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求、結(jié)構(gòu)的材料利用率和經(jīng)濟(jì)適用的要求等。很多剛畢業(yè)的大學(xué)生面對(duì)施工圖紙無(wú)法斷定其適用性和正確否，主要原因就是他們?nèi)狈?jīng)驗(yàn)與實(shí)踐過(guò)程中結(jié)構(gòu)概念的養(yǎng)成。

　　2．2概念設(shè)計(jì)思想的運(yùn)用。彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算理論的缺陷，拓寬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

　　我國(guó)現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，與過(guò)去經(jīng)歷過(guò)的經(jīng)驗(yàn)估算法、容許應(yīng)力法及破損階段法相比，它更科學(xué)、更合理，但也存在一些缺陷或不可計(jì)算性，即它對(duì)具體空間結(jié)構(gòu)體系整體研究存在一定的局限性，只能視作近似概率法。如，對(duì)混凝土樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這一矛盾使計(jì)算結(jié)果結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)。為了彌補(bǔ)這一缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無(wú)法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，必須用優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。要充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)程工師的創(chuàng)新能力，因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。

　　2．3概念設(shè)計(jì)思想的運(yùn)用，有利于培養(yǎng)結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造力

　　隨著計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件的廣泛應(yīng)用和普及，它使人們擺脫了過(guò)去必須進(jìn)行的大量的手工計(jì)算，使人們的工作效率得到大幅度的提高。與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的依賴(lài)性也越來(lái)越大，有時(shí)甚至過(guò)分地相信計(jì)算軟件，并拘泥于規(guī)范、手冊(cè)、圖集等書(shū)本和遵從計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)，致使設(shè)計(jì)思維過(guò)于理論化，注重理論忽略結(jié)構(gòu)構(gòu)造，從而忽略了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性。并且，由于各種因素，目前的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件總是存在著一定的局限性、適用性和近似性。如，結(jié)構(gòu)的模型化誤差；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響；樓板對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響；溫度變化在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的應(yīng)力；結(jié)構(gòu)的實(shí)際阻尼(比)；回填土對(duì)地下室約束相對(duì)剛度比；地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的相互作用等。有些影響因素目前還無(wú)法給準(zhǔn)確的模型描述，也只能給出簡(jiǎn)化的表達(dá)或簡(jiǎn)單的處理，受人為影響較大，因此設(shè)計(jì)人員不能據(jù)此來(lái)定分析軟件的正確性，更不能對(duì)異常構(gòu)件、部位置之不理或偏信于計(jì)算機(jī)的結(jié)果，而足應(yīng)該從整體上來(lái)把握和控制結(jié)構(gòu)體系的各項(xiàng)性能，對(duì)內(nèi)力異常的構(gòu)件或部位，應(yīng)從明確的結(jié)構(gòu)概念出發(fā)來(lái)分析和處理，從而確保結(jié)構(gòu)的安全性。又如，現(xiàn)在三維結(jié)構(gòu)軟件分析次梁支座負(fù)彎距時(shí)會(huì)出現(xiàn)很小的現(xiàn)象，按理論分析一定是支座位移較大產(chǎn)生的結(jié)果，但我們實(shí)測(cè)的支座位移總是比理論計(jì)算的結(jié)果小得多，故這種現(xiàn)象只能用概念設(shè)計(jì)加以解釋。因此，在實(shí)際工作中強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用是培養(yǎng)結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)造力的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)對(duì)基本假定、力學(xué)模型及其適用范圍有所了解，并應(yīng)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷，確認(rèn)其正確合理、有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。

　　3重視概念設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

　　勘察設(shè)計(jì)是工程的靈魂，質(zhì)量的龍頭。只有具備優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，才能創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的工程。一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師會(huì)在每一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的開(kāi)始，即在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)理論，在腦海中進(jìn)行一個(gè)“優(yōu)化”過(guò)程，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，可以迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，同時(shí)幫助建筑師開(kāi)拓或?qū)崿F(xiàn)建筑物業(yè)所想要的空間形式及其使用、構(gòu)造與形象功能，并以此為目標(biāo)，與建筑師一起確定建筑的總體結(jié)構(gòu)體系，并能明確總體結(jié)構(gòu)體系分體結(jié)構(gòu)體系的最優(yōu)受力方案所得方案往往概念清晰、定性正確，避免了后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的煩瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，這也是判斷汁算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心和靈魂，它統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，貫穿著設(shè)計(jì)工程師的知識(shí)水平和設(shè)計(jì)水平。運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，這樣才能對(duì)計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的判斷、合理的采用，保證了工程師在設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)地位。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　概念設(shè)計(jì)的水平，取決于深厚的基礎(chǔ)理論、對(duì)結(jié)構(gòu)原理和力學(xué)性質(zhì)的深刻理解、豐富的工程經(jīng)驗(yàn)(包括處理施工中的一些實(shí)際問(wèn)題)以及設(shè)計(jì)人員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，它是一種綜合設(shè)計(jì)能力的體現(xiàn)。只有富于創(chuàng)新并具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程師才能協(xié)同建筑師去實(shí)現(xiàn)理想的構(gòu)思，設(shè)計(jì)質(zhì)量才能得到最佳的保證。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]高立人，王躍．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路——概念設(shè)計(jì)[J]．工業(yè)建筑，1999(1)：20～21．

　　[2]柳強(qiáng)，王玉玲．淺談概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J]．新疆化工，2006(1)：25～27．

　　[3]王順卿．談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J]．山西建筑，2006(8)：39～40．

　　[4]閔小雙．概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意義[J]．科技資訊，2006(34)：213．

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高層建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

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畢 毅

  

　 概念設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)人員中提得比較多 ,但人們往往片面地理解它 ,認(rèn)為概念設(shè)計(jì)主要是用于一些大的原則 ,如確定結(jié)構(gòu)方案 ,結(jié)構(gòu)布置等。其實(shí) ,在設(shè)計(jì)中任何地方都離不開(kāi)科學(xué)的概念作指導(dǎo)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了快速、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算工具。但不可迷信電腦 ,不能做電腦的奴隸 ,應(yīng)做電腦的主人。而人的設(shè)計(jì) ,就是概念設(shè)計(jì)。有很多設(shè)計(jì)存在諸多缺陷 ,主要原因就是在總體方案和構(gòu)造措施上未采用正確的構(gòu)思 ,即未進(jìn)行概念設(shè)計(jì)所致。

1　概念設(shè)計(jì)的意義及依據(jù)

1 . 1　概念設(shè)計(jì)的意義

能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致 充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì) 發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào) 更好地解決構(gòu)造處理 用概念設(shè)計(jì)來(lái)判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。

1 . 2　概念設(shè)計(jì)的依據(jù)

結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì) 設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則 計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能 吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2　概念設(shè)計(jì)的一般原則

2 . 1　選擇合適的基礎(chǔ)方案

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件 ,上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型及荷載分布 ,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析 ,選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力 ,必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告 ,對(duì)一些缺地質(zhì)報(bào)告的小型建筑也應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看和參考鄰近建筑資料。一般情況下 ,同一結(jié)構(gòu)單元不宜采用兩種不同的類(lèi)型。

2 . 2　合理選擇結(jié)構(gòu)方案

一個(gè)成功的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案 ,即要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確 ,傳力簡(jiǎn)捷 ,同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系 ,地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則?？傊?,必須對(duì)工程的設(shè)計(jì)要求、地理環(huán)境、材料供應(yīng)、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析 ,并與建筑、水、暖、電等專(zhuān)業(yè)充分協(xié)商 ,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型 ,確定結(jié)構(gòu)方案 ,必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行多方案比較 ,擇優(yōu)選用。

2 . 3　選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖

結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的 ,計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故屢有發(fā)生 ,因此選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來(lái)保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的剛結(jié)或鉸結(jié)點(diǎn) ,但與計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

2 . 4　正確分析計(jì)算結(jié)果

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù) ,但由于目前軟件種類(lèi)繁多 ,不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí) ,由于程序與結(jié)構(gòu)某處實(shí)際情況不相符合 ,或人工輸入有誤 ,或軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果 ,因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析 ,慎重校核 ,做出合理判斷。設(shè)計(jì)師的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)還是不可缺少的。

2 . 5　采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

始終牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉原則” 注意構(gòu)件的延性性能 加強(qiáng)薄弱部位 注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度 ,尤其是鋼筋的直線段錨固長(zhǎng)度 考慮溫度應(yīng)力的影響。除此之外 ,還應(yīng)注意按均勻、對(duì)稱(chēng)、規(guī)整原則考慮平面和立面的布置 綜合考慮抗震的多道防線 盡量避免薄弱層的出現(xiàn) 以及正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算等等都需要概念設(shè)計(jì)作指導(dǎo)。

 

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淺議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)

　　在不斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中，人們積累了大量有益的經(jīng)驗(yàn)，并體現(xiàn) 在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖集等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用，每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯(cuò)覺(jué)，覺(jué)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集，等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案（非結(jié)構(gòu)的），使用計(jì)算機(jī)，然后設(shè)法去完成它，自己只不過(guò)是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫(huà)圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間，而且還會(huì)與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。 

我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算，容許應(yīng)力法，破損階段計(jì)算，極限狀態(tài)計(jì)算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段。現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84)則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過(guò)程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上，建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前，人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范，應(yīng)該把它作為一種指南、參考，并在實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中作出正確的選擇。這就要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識(shí)，把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。 

所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問(wèn)題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。 

比如，有的設(shè)計(jì)人員用多、高層結(jié)構(gòu)三維空間分析程序來(lái)計(jì)算底層框架，還人為的布置一些抗震墻，即不能滿足樓層間的合理剛度比，也不能正確地反映底層框架在地震時(shí)受力狀態(tài)。問(wèn)題在于結(jié)構(gòu)概念不明確，沒(méi)考慮這兩種結(jié)構(gòu)體系的差異。軟件的選擇和使用不當(dāng)，造成危害是不容忽視的。美國(guó)一些著名學(xué)者和專(zhuān)家曾警告工業(yè)界：“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。”然而避免這種情況，概念設(shè)計(jì)的思想不妨是個(gè)好方法。 

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R，以至混凝土的等級(jí)越用越高，配筋量越來(lái)越大，造價(jià)越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過(guò)最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見(jiàn)。以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢？目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層；加設(shè)消能支撐（類(lèi)似于阻尼器的裝置）；有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來(lái)降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國(guó)內(nèi)外正廣泛地深入展開(kāi)。在日本，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識(shí)的限制，在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。 

同時(shí)，在目前建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固中，概念設(shè)計(jì)的思想也應(yīng)得到延伸。在1976年唐山地震中，天津市加固的2萬(wàn)間民房無(wú)一倒塌，但天津第二毛紡廠三層的框架廠房，卻因偏重于傳統(tǒng)構(gòu)部件的加固 ，忽視結(jié)構(gòu)總體抗震性能的判斷，造成不合理的加固使抗震薄弱層轉(zhuǎn)移，仍然倒塌。 

概念設(shè)計(jì)的思想被越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受，并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。然而現(xiàn)在的高校教學(xué)中，往往只重視單獨(dú)構(gòu)件和孤立的分體系的力學(xué)概念講解。尤其在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中，單項(xiàng)計(jì)算練習(xí)居多，綜合練習(xí)偏少，并著重體現(xiàn)在考題中，使得相當(dāng)部分學(xué)生養(yǎng)成只知套用公式解題的習(xí)慣。而且近年來(lái)強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育，比如，畢業(yè)設(shè)計(jì)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算、出圖。但由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程的屏蔽，手算過(guò)程訓(xùn)練程度的削弱，造成學(xué)生產(chǎn)生一定依賴(lài)性,結(jié)果綜合運(yùn)用能力下降，整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力、未來(lái)的工程師是相當(dāng)不利的。 

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用， 使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。 

著名的美國(guó)工程院院士林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書(shū)中為結(jié)構(gòu)工程師提供了廣泛而又有獨(dú)特見(jiàn)解的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)實(shí)例。該書(shū)著重介紹用整體概念來(lái)規(guī)劃結(jié)果總體方案的方法，以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系尖的相互力學(xué)關(guān)系和簡(jiǎn)化近似設(shè)計(jì)方法。為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性地相互配合，設(shè)計(jì)出令人滿意的建筑奠定基礎(chǔ)。這本書(shū)第二版的出版，為我們更好的加深概念設(shè)計(jì)的理解，提供有益的幫助?？傊拍钤O(shè)計(jì)必然會(huì)成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想，這就讓我們來(lái)共同學(xué)習(xí)、發(fā)展它吧，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵， 一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來(lái)完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)， 并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 一般認(rèn)為， 概念設(shè)計(jì)做得好的結(jié)構(gòu)工程師， 隨著他的不懈追求， 其結(jié)構(gòu)概念將隨他的年齡與實(shí)踐的增長(zhǎng)而越來(lái)越豐富， 設(shè)計(jì)成果也越來(lái)越創(chuàng)新、完善。 遺憾的是，隨著社會(huì)分工的細(xì)化， 大部分結(jié)構(gòu)工程師只會(huì)依賴(lài)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、計(jì)算機(jī)程序做習(xí)慣性傳統(tǒng)設(shè)計(jì)， 缺乏創(chuàng)新， 更不愿 (不敢 )創(chuàng)新， 有的甚至拒絕對(duì)新技術(shù)、新工藝的采納 (害怕承擔(dān)創(chuàng)新的責(zé)任 )。大部分工程師在一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)全面應(yīng)用的今天， 對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)果明顯不合理、甚至錯(cuò)誤而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。 隨著年齡的增長(zhǎng)， 導(dǎo)致他們?cè)诖髮W(xué)的那些孤立的概念都被逐漸忘卻， 更談不上設(shè)計(jì)成果的不斷創(chuàng)新。 強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性， 比如對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法， 而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法， 這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)， 為了彌補(bǔ)這類(lèi)計(jì)算理論的缺陷， 或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無(wú)法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)， 都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn)， 往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的誤解， 結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng) ，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。 概念設(shè)計(jì)之所以重要 ，還在于在方案設(shè)計(jì)階段， 初步設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念， 選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案， 為此， 需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念， 深入、深刻了解各類(lèi)結(jié)構(gòu)的性能， 并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們.

 

創(chuàng)新——論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的“思想解放”！

(20http://blog.sina.com.cn/s/blog_70d60a4a0100tpm0.html

 

引子：偶爾看到08年的一篇文章“批判性思維不可缺”【南方周末】本文網(wǎng)址：http://www.infzm.com/content/trs/raw/37454

想起了08年定了一年的報(bào)紙《南方周末》，里面很多文字都是哲學(xué)語(yǔ)、精英話、狗屁文章，難得有幾篇看了順眼和讓人心服,這篇算一個(gè)，還有那篇“解放思想從哪里殺出一條血路來(lái)”，都是由衷的佩服的。當(dāng)年也試著在“OKOK”上論過(guò)一回論壇的改革，部分編輯給予鼓勵(lì)，部分“實(shí)權(quán)派”避之不及，說(shuō)的和公務(wù)員在兩會(huì)上的發(fā)言差不多：“精神可嘉，歷程從緩”，也導(dǎo)致了自己覺(jué)得無(wú)趣，退出編輯部，過(guò)去了。今天又看到這篇文章，不覺(jué)有些感觸，不說(shuō)大事，就從個(gè)人角度說(shuō)說(shuō)“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新精神吧”！

 

對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，何為“創(chuàng)新”？又何為“思想解放”？

創(chuàng)新，不是憑空想象、閉門(mén)造車(chē)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新，分為三個(gè)層次，一為結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)新，二是設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，三為設(shè)計(jì)理論的創(chuàng)新應(yīng)用。

“結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)新”是少數(shù)如“W.Clough、Park、Timoshenko、陳紹蕃”等大師可以研究的，不是一般人可以企及的，暫不論也罷！

“設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新”主要指力學(xué)方法的實(shí)現(xiàn)，比如“軟件突破、概念化的簡(jiǎn)化”，個(gè)中翹楚是“林同炎、郁彥、趙西安、李云貴”等大師，還說(shuō)嗎，多了去了，不必了。

“設(shè)計(jì)理論的創(chuàng)新應(yīng)用”其實(shí)是一個(gè)很高的話題，大師也是如此，貼近小設(shè)計(jì)師的主要是廣為宣傳的“概念設(shè)計(jì)”，具體人不說(shuō)了，大家身邊就有，每個(gè)人在設(shè)計(jì)時(shí)都面臨著“結(jié)構(gòu)選型”。概念設(shè)計(jì)應(yīng)用的例子很多，如：一座橋，用預(yù)應(yīng)力梁可以做，用拱可以做，用桁架可以實(shí)現(xiàn)，用懸索可以擺平，用哪一種取決于工程師的經(jīng)驗(yàn)、智慧和責(zé)任心。

下面我就從第三層次——狹義的創(chuàng)新，談一下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

要?jiǎng)?chuàng)新，必須先要“解放思想”。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的解放思想，先有一個(gè)負(fù)責(zé)任的心態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要當(dāng)做一項(xiàng)業(yè)績(jī)、一個(gè)事業(yè)去做，不能把它當(dāng)成工作完成就好。解放思想，不是盲目去蠻干，不是奇思淫巧，一切要從經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的理論入手分析建筑物或構(gòu)筑物的使用功能，在滿足其要求的前提下做合理的體系選擇，做適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)布置。

一、結(jié)構(gòu)選型

建筑中大跨度結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，有很多體系可選擇，肥梁胖柱隨處可見(jiàn)，有很多不合理的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了。比如，九十年代的北京亞運(yùn)會(huì)的“英東游泳館”采用的就是懸臂梁為屋面懸索的支柱，就像立了兩根竹竿再拉繩涼衣服，竹竿很高，衣服又重，大家可以想象其基礎(chǔ)承受多大的彎矩；央視的“大褲衩”、奧運(yùn)的“鳥(niǎo)巢”，如果用鋼框架和膜結(jié)構(gòu)來(lái)做可以省下許多鋼材，何苦現(xiàn)在為節(jié)約所謂教育資源而讓農(nóng)民工的孩子流離失所？芝加哥的“西爾斯”大廈和林同炎教授搞的“中銀辦公樓”都是合理選用結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)“多快好省”的典型例子。有很多體育建筑、會(huì)展建筑、站臺(tái)建筑，長(zhǎng)懸臂、大雨篷（此處為雨篷，不是雨蓬或雨棚，哪個(gè)注意到了？）屢見(jiàn)不鮮，其實(shí)大部分為造型服務(wù)、為領(lǐng)導(dǎo)眼球服務(wù)，從功能上講很沒(méi)必要，于是桁架、張弦梁、預(yù)應(yīng)力應(yīng)用了很多，如果做這種門(mén)面工程用些輕薄材料，用些可拆卸的東西也就為百姓省下了納稅錢(qián)，也給下一任領(lǐng)導(dǎo)大拆大建留點(diǎn)資金（想想沈陽(yáng)五里河，在想想悉尼奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)），可以用些立柱的索膜結(jié)構(gòu)，去除附屬結(jié)構(gòu)后還可以使用。

二、結(jié)構(gòu)布置

要從力學(xué)的角度看待結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件，用最合理的布置把構(gòu)件布置在它能發(fā)揮自己優(yōu)勢(shì)的地方，用人上講究“量才使用、揚(yáng)長(zhǎng)避短”，結(jié)構(gòu)也是如此。目前抗震規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)控制越來(lái)越趨向嚴(yán)格，就一個(gè)非抗震建筑來(lái)說(shuō)，也是布置的剛度均衡為好。有時(shí)為了滿足規(guī)范的系數(shù)要求，有的兄弟一味的加大構(gòu)件截面那真是個(gè)蠢辦法。從小處著手看一個(gè)結(jié)構(gòu)師的智慧：飄板、長(zhǎng)雨篷，不僅要考慮抗彎，還有抗裂、抗風(fēng)、對(duì)主體連接的抗扭問(wèn)題，此時(shí)如果改變結(jié)構(gòu)傳力途徑是最合理的，比如采用拉壓桿連接，吊索等措施可以合理避免應(yīng)力集中。

三、任何看待結(jié)構(gòu)規(guī)范

規(guī)范是圣經(jīng)嗎？自然不是。圣經(jīng)算個(gè)屁??！信教的看做是靈魂的救贖器，印刷工人看就是一堆紙，在廁所看來(lái)就是應(yīng)急后的一坨屎跡。在規(guī)范面前亦步亦趨，不敢越雷池一步的做法是保守了些，但懷疑一切否定一切的傾向更可怕。黑格爾說(shuō)過(guò)：“當(dāng)一種哲學(xué)被推翻的時(shí)候，其中的原則并沒(méi)有失去，失去的只是這種原則的絕對(duì)性和至上性。”我們反對(duì)的只是將規(guī)范視為一條不可逾越的鴻溝的這種絕對(duì)性和至上性，規(guī)范是對(duì)結(jié)構(gòu)理論有限應(yīng)用的總結(jié)，存在未必合理，合理未必存在。

有很多時(shí)候“規(guī)范條文”也是各大門(mén)派斗法后協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，自然有精華也有糟粕，套用馬克吐溫的一句話說(shuō)“有些人不是婊子養(yǎng)的”，但某些權(quán)衡下，恰恰是留了下來(lái)婊子的東西，理解嗎？有的時(shí)候，人是不當(dāng)婊子不能成“專(zhuān)家”，于是有了婊子的孩子——規(guī)范，這就是中國(guó)的某些科學(xué)家和規(guī)范，沒(méi)人靜下心來(lái)認(rèn)真搞搞實(shí)驗(yàn)，大部分專(zhuān)家都喜歡坐在椅子上分析或者和忙著參考國(guó)外規(guī)范對(duì)比。為了和人家結(jié)果統(tǒng)一和保險(xiǎn)，在柱承載能力上乘個(gè)越來(lái)越大的放大系數(shù)，通過(guò)機(jī)器上的推覆一分析，呵呵，這個(gè)可以了，就這么定吧！可憐的“構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范”終于能體現(xiàn)一部分結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)容了，但做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?；蛘哒f(shuō)，智慧的參與少于計(jì)算機(jī)的參與，理論竟然大于實(shí)踐！

鼓勵(lì)對(duì)規(guī)范置疑精神和有創(chuàng)新的提問(wèn)，其實(shí)規(guī)范不過(guò)是一種可操作的力學(xué)模型計(jì)算形式而已，隨著結(jié)構(gòu)理論體系的進(jìn)步，過(guò)去看似永遠(yuǎn)的真理，今天可能就是發(fā)展的障礙。不要一葉樟木！鼓勵(lì)獨(dú)立思考，尤其是一些有爭(zhēng)議的學(xué)術(shù)題目和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)上，未必一定存在所謂的對(duì)與錯(cuò)。其實(shí)歷史可以證明，正是一些有見(jiàn)地的爭(zhēng)議促進(jìn)了結(jié)構(gòu)發(fā)展！

 

 

 

工業(yè)設(shè)計(jì)院里的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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以下內(nèi)容摘自“中華鋼結(jié)構(gòu)論壇”的兩篇帖子，為保持通順性，有部分刪減：

http://okok.org/forum/viewthread.php?tid=270985

http://okok.org/forum/viewthread.php?tid=210766

工業(yè)院的結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)是主導(dǎo)專(zhuān)業(yè)（工藝或其他）的配套專(zhuān)業(yè)，從他們那里接受設(shè)計(jì)條件，主要有管道條件，設(shè)備布置及荷載條件，樓面開(kāi)洞及埋件條件，水道條件，儀表電氣條件等，然后開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)是最后得到設(shè)計(jì)條件的，但是結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)需要最先出圖，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)施工最先開(kāi)始的就是土建，土建完工才能進(jìn)行設(shè)備安裝及配管。

工業(yè)院的結(jié)構(gòu)一般不太注重細(xì)節(jié)，做得都比較粗放。一個(gè)原因是前面提到的設(shè)計(jì)時(shí)間有限，這么短的時(shí)間需要做的很精細(xì)不太可能，而且接受的設(shè)計(jì)條件繁多且不確定性很強(qiáng)，一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員為了保證安全度，都放大的比較多；再一個(gè)原因是結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)僅為配套專(zhuān)業(yè)，土建上的投資只占整個(gè)項(xiàng)目投資額的10~30%，結(jié)構(gòu)冒著極大的風(fēng)險(xiǎn)熬夜做優(yōu)化省了100w的材料費(fèi)，工藝專(zhuān)業(yè)輕松的改變一臺(tái)設(shè)備的型號(hào)立馬就節(jié)省下來(lái)300w。所以工業(yè)院的結(jié)構(gòu)一般都“肥梁胖柱”，專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)不高。

既然是主導(dǎo)專(zhuān)業(yè)的配套專(zhuān)業(yè)，所以一開(kāi)始就注定你不是主角。在工業(yè)院里，特別是工藝比較復(fù)雜的工業(yè)院，土建專(zhuān)業(yè)的人員想要向上發(fā)展是很艱辛的。主導(dǎo)專(zhuān)業(yè)（工藝專(zhuān)業(yè)）一般5、6年就能擔(dān)當(dāng)重任，突出的可以做設(shè)計(jì)經(jīng)理，再過(guò)幾年表現(xiàn)突出就可以做項(xiàng)目經(jīng)理。相比之下，土建專(zhuān)業(yè)的發(fā)展就比較慢了，從業(yè)5年才剛剛熟悉完各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，表現(xiàn)優(yōu)異的才能擔(dān)任專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人，而且大部分結(jié)構(gòu)人員專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人也就到頭了，想擔(dān)任設(shè)計(jì)經(jīng)理或項(xiàng)目經(jīng)理幾乎不可能------因?yàn)槟悴欢に嚒?/div>