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。
　　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。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。
　　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，可以通過對(duì)柱截面開豎槽，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。
　　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，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。
　　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)。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。
　　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。
　　
　　4.結(jié)語(yǔ)
　　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。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
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