结构方案与概念设计PPT

1、结构方案与概念设计理念、知识、方法整体是由部分所组成，但决不是部分简单的叠加只有知其所以然，才能真正地知其然 基本内容结构总体方案与概念设计的意义建筑形体和结构总体布置楼盖体系的方案选择与设计 1 结构总体方案与概念设计的意义1.1 引言传统的设计体制使得结构师基本不参与建筑设计的方案阶段；传统的专业教育使得结构师习惯于从细节上考虑问题，对总体方案缺乏兴趣；传统的设计习惯将会导致建筑空间形式和结构设计理念之间的不协调，给设计埋下后患；部分结构师会认为结构设计就是“规范计算”，丧失了一个工程师基本的判断力与创造力。1.2 帮助建筑师开拓空间形式与功能 创造力和创新是结构师对设计的贡献真正的结构设

2、计不仅是一门专业技术，更是一门艺术；结构设计没有唯一解，只有通过不断探索，优化的相对最优。结构师的首要任务就是以自身拥有的结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，帮助建筑师开拓或实现已初步构思的空间形式及其使用、构造和形象功能。结构师应与建筑师一起构思总结构体系，并能明确结构总体系和主要分体系之间的最佳受力 特征要求；建筑师的结构设计思想无法代替结构师的工程设计理念、经验和判断力；结构师必须从整体概念来构思总体方案，创造性地去探索总体系、分体系和构件设计的关系，并不断地反馈、优化。习惯于概念设计的结构师总是能在不断比较、反馈和优化设计的过程中感受到乐趣。1.3 承载力、刚度、延性为主

3、导的概念设计 土木工程师不仅是可靠的应力计算者，更应该是一个有魄力、足智多谋、能正确判断事物的设计者。概念设计是在特定条件下，以结构师确定的理想承载力、刚度和延性为主导目标，用整体构思来设计各部分有机相连的结构总体系，并有意识地利用和发挥结构总体系和主要分体系、以及分体系与构件之间的最佳受力特征与协调关系。利用概念性的近似计算，迅速有效地对结构体系进行构思、比较与选择，估算出主要分体系及其构件的基本尺寸，提供基本的结构模型和原始数据。 结构中的风荷载与地震作用风荷载与地震作用是结构两种主要的水平荷载，其引起的侧移与结构的刚度直接相关；结构在风荷载和地震作用下引起的侧移是截然不同的，结构刚度大对

4、于抗风有利，但会引起较大的地震作用。结构工程师应根据结构的总体目标，有一个多道防线、刚柔结合的理想刚度目标。抗震设计中的“三水准、二阶段”方法？结构物应具有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，保证结构处于弹性工作状态；第一道防线有意屈服后，再结构变柔的同时仍具有足够的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御可能出现的罕遇地震；多道防线、刚柔结合作为理想目标，通过合理的结构整体设计和构造措施满足设计目标。罕遇地震强度无法预估，盲目加大结构整体刚度是不可行的。值得重视的几条基本原则应将复杂的变成简单。结构的受力与传力途径越简单、直接和明确越好。避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。应尽可能使结构平面

5、布置的正交抗侧力刚度中心与荷载作用中心或质心靠近，重合，以避免或减小扭转效应及其相应的破坏。竖向抗侧力构件的刚度最好设计成均匀、连续，避免软弱层和层间位移角、内力及传力途径的突变。应重视上部结构与其支承结构整体共同作用的机理，即传力者与受力者共同抗力的概念。建筑物是整体的三维空间结构，所有的构件都是以相当复杂的方式在共同协调工作，而不是脱离总结构体系的孤立构件。应遵循能有效增大结构抵抗侧向力和侧移能力，而无需增加更多成本的基本理念：1）尽可能加大抗测构件的抗倾覆力臂；2）设计结构分体系，应使其构件能以有效方式共同作用；3）绝大部分荷载应有抗倾覆构件直接承担；4）在抗测体系中应合理布置剪力墙或柱

6、间支撑；5）每层楼盖都应起到水平隔板的作用，以保证各竖向构件能共同协调工作。1.4 结构设计没有唯一解 结构工程师应不断探求应用自然法则，而不是盲从规范实际的建筑结构是整体的三维空间结构，所有的构件都是以相当复杂的方式在共同协调工作，而不是脱离总结构体系的孤立构件。建筑结构规范只是提供建筑物所应具有的“最低”要求的标准，随着工程技术的发展，规范条文永远是滞后的。应用规范进行设计时必须谨记“小心”二字。一个结构工程师一方面必须熟悉、了解和吃透规范条文的真实含义，另一方面也只能把规范作为一种指导、依据，而不是当作圣旨。1.5 运用正确的判断力把握设计即使在电子计算机时代，设计者仍应运用自身的结构概

7、念、经验、判断力和最新观念来主导设计。概念设计虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、简单快捷，能很快选出最佳方案和估算出构件的基本尺寸，也是判断计算机软件输出数据是否可靠的依据。任何计算分析程序都有其基本假定、应用范围和限制条件。手算虽有一定误差，但难出大错；计算机固然先进，但其计算结果必须要用正确的判断力来把握，决不可完全被程序计算结果左右。作为一个设计者，这是不可动摇的原则。一个好的设计主要靠设计人员自身的概念、经验、悟性、判断力和创造力，这是结构计算分析程序所无法取代的。1.6 寄语珍惜每一次的设计机会，无论大小，都是一个完整的有机结构，都应激发自我的挑战感、创造感和乐趣感。概念、悟性、判

8、断力和创造力不会凭空而来，都是在每一各工程的概念设计中，通过自身不断的反馈、比较、总结才能逐渐积累和充实。2 建筑形体和结构总体布置2.1 结构总体布置原则结构师根据承受竖向荷载、抗风、抗震的要求，布置结构构件。结构总体布置与建筑体形密切相关。抗震房屋的建筑体形和结构总体布置原则： 1）采用对抗震有利的平面、立面和结构布置，即采用规则结构，不应采用严重不规则结构。 2）具有明确的计算简图。 3）具有合理的、直接的传力途径。 4）具有整体的牢固性和尽量多的结构赘余度。 5）构件与构件之间，结构与结构之间应有明确的连接方式。 6）设置多道抗震防线。2.2 对抗震有利和不利的建筑平面 和结构布置抗震

9、有利平面：简单、规则、对称、长宽比较小抗震不利平面：平面狭长、突出过多、细腰型、角部重叠抗震有利的结构布置： 1）刚心与质心尽量重合，减小地震作用下结构扭转效应； 2）增大结构抗扭刚度，减小地震作用下结构的扭转反应。2.3 对抗震有利和不利的建筑立面 和结构布置抗震有利立面：规则、均匀、外形不变或变化较小，无过大的外挑或内收结构构件沿高度布置应连续、均匀，抗侧刚度及承载力上下相同或下大上小，避免刚度突变。底层或中部应避免形成软弱层、薄弱层，顶部刚度不易过小，否则会形成鞭梢效应。3 楼盖体系的方案选择与设计3.1概述楼盖体系作为结构水平分体系，在垂直方向通过抗弯起支承楼面和屋面荷载的作用；在水平

10、方向起隔板和连接竖向构件的作用，并作为抗测体系的一部分。楼盖体系方案的选择应考虑：建筑空间功能要求的开间大小及其跨度的长宽比、活荷载的大小、规划设计所限定的结构层间允许高度、所需对结构总体系整体刚度的贡献和边支承条件。楼盖的结构高度在高层建筑中尤为重要。3.2 平板体系主要形式为支承在方形柱网上的无梁楼板。无梁楼板可分为柱上板带和中间板带经济适用跨度：预应力平板：7.210.5m， 跨高比45钢筋砼平板：4.5 7.2 m 跨高比30363.3 梁板体系3.3.1 单向板梁体系当某一方向的梁承担的板面荷载小于等于总荷载的20时，为单向板梁结构。均布荷载下构件变形与其承担的荷载和跨度的四次方成正

11、比，与弹性模量和截面惯性矩成反比长向/短向1.5时可按单向板梁体系设计3.3.2 双向板梁体系当长向/短向1.5时可按单向板梁体系设计由于框架梁截面高度受限，梁刚度不可能很大，所以应考虑梁板的共同作用随梁板刚度比减小，边缘板带所承受的弯矩会快速加大通常的计算是以梁绝对刚性为假定的3.3.3 现浇梁板共同作用的设计概念现浇梁板共同作用不仅增加了框架梁的刚度，还提高了梁端负屈服弯矩的承载力。两个问题：1）弹性受力分析时框架梁的合理截面形式2）梁端负弯矩钢筋的合理分布3.4 主次梁体系主次梁楼盖体系实质上就是对单向板梁楼盖结构的一种改进，用较大跨度的主梁取代短向密布的柱子，取得更为宽敞的无柱空间。具

12、有如下优点：1）主次梁楼盖砼平均折算厚度很小，重量轻；2）开间大，PC(912)(13.518)m RC(68.1)(912)m 3）承载能力大，活载可达1020kN/m2,甚至更大； 4）对框架结构整体刚度的贡献比平板和双向密肋要大的多。 5）结构受力清楚，传力途径简单明确。 主次梁楼盖设计中应如何布置柱网间距，以取得最佳的综合经济效益？ 三个问题：1）究竟选择短跨还是长跨作为主梁？2）如何调整连续框架的端跨才更有利？3）如何利用边支承的优势来扩大结构跨度？3.4.1 柱网与主、次梁的合理布局结构布置一方面要考虑结构受力的合理性，另一方面还要考虑建筑的功能要求。例1：连续大空间建筑往往要求主、次梁所占结构空间最小。这就要求通过调整主、次梁的跨度，最好做到主、次梁的截面高度相同。从结构受力要求还应将主梁的变形控制在次梁的1/21/3。柱网亦设计成矩形，短跨与长跨之比在0.650.7比较合适。 例2：建筑在某一方向需要连续空间，另一方向有墙体。3.4.2 边跨的合理设计在其它条件相同时，等跨框架梁截面的最大正负弯矩都出现在边跨。有两