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中图分类号: TU2 文献标识码: A 文章编号:
一、前言
近些年来,我国经济迅速发展,但是在经济高速增长的同时,也面临着严峻的能源危机和生态危机,不仅严重威胁着国民的生命财产安全,也影响到国民生活质量的提高,更严重阻碍了我国可持续发展战略的贯彻落实。建筑能耗一直在我国能源消耗中占据着很大的比例,降低建筑的能耗,发展绿色节能建筑,不仅仅是我国建筑行业发展的基本趋势,更是我国全面落实可持续发展战略的必然要求。加强绿色建筑的概念设计,具有很重要的意义。
二.绿色建筑的概念
建筑行业中,建筑的设计施工是其中很重要的环节,在建筑施工期间,不仅仅会消耗掉各种能源资源,也会使得施工周边的环境受到一定的污染。首先,由于建筑施工规模的不断扩大,对各种建筑材料的加工,制作,以及对各种建筑材料的使用都会消耗掉大量的能量,而这些能量在国民整体能源消耗中占据着很大的比重。其次,在建筑施工过程中,很容易产生噪音污染,光污染或者是各种粉尘的污染。同时,在建筑施工过程中,也会产生排放出各种建筑垃圾,比如废弃的建筑材料,排放的废气废水等。在对所产生的垃圾进行运输处理时候,会造成很大的能源压力,又很大程度的产生了新的污染。在建筑业的发展过程中,严重增加了我国的能源负担和生态压力。
绿色建筑是一种新的建筑设计理念,它要求建筑从设计施工到投入使用后,在其正常的生命周期内部,设计合理,施工规范,维护成本低,维护周期短。既可以满足人们最基本的生活需求,为居民创造出健康,舒适,安全,生态的生活工作空间,也可以做到资源的最大化利用,最大限度的节约资源,同时很大幅度的降低各种消耗,保护生态环境,减少各种建筑施工污染。绿色建筑要求实用性和生态性结合,促进人与自然的和谐相处,这种建筑设计理念不仅仅可以很大程度的提高人们的生活质量,又可以促进绿色环保节能的进程,日渐成为我国建筑行业发展的趋势。
我国人口基数大,资源总量相对丰富,但是人均占有量不足,伴随着经济的迅速发展,工业化水平不断提高,城市化进程不断加快,科学技术得到不断的突破,对各种能源的需求量也越来越大。在我国经济高速发展过程中,不仅仅面临着严重的能源危机,也背负着沉重的生态压力。我国的建筑行业这些年取得了辉煌的发展成果,但也使得我国的能源消耗进一步加剧,发展绿色建筑,已经是我国可持续发展的必然要求。
三、绿色建筑的概念设计方案分析
1.体型设计
建筑形体与建筑节能紧密相关。如果将建筑的体型系数定义为建筑物表面积与体积的比值,则小的建筑体型系数意味着建筑比较规整,可以减少制冷制热时消耗在外表面上的能量;反之,若建筑体型系数大,则其外表面积相对较大,会增加空调制冷制热时的能耗。因此,对建筑体形系数设计的合理与否将决定着建筑节能设计的优劣显而易见,当建筑具有相同的体积时,集中布局模式要比分散布局模式消耗更少的热量,故从节能的角度,经过比选后宜优先选择高层和中高层建筑,使建筑布局更加集中。
2. 围护结构的设计
围护结构的节能设计可以通过提高和改善围护结构的热工性能来实现,例如通过中空玻璃等导热系数小的高效隔热材料或外墙外保温、外墙内保温、夹心保温和外墙自保温等形式提高建筑外墙的热工性能;根据不同屋面形式选用不同传热系数的保温材料;外遮阳作为最有效的遮阳设施,可显著降低空调负载,减少能源消耗,提高室内居住舒适性,应根据太阳辐射强度随地点、日期、时间变化的特点选择最优的遮阳方案设计。外遮阳的形式通常可分为水平式、垂直式、综合式和挡板式4种,一个好的外遮阳设计必定既能满足建筑夏季的遮阳要求,又不影响采光及冬季的日照要求[3]。除此之外,还应从建筑楼地面的热工性能考虑,设计良好的楼地面构造。可以说,如何通过设计来有效地做好建筑采暖和隔热工作,并利用建筑构件调节采光方式,建立可持续发展的建筑环境是值得设计人员探讨的问题。
3.加强太阳能等新能源的推广应用
太阳能具有清洁无污染,可以再生等优势,是人类可以利用的最为环保,最为丰富的资源能源种类之一。随着我国建筑行业的发展,在建筑施工过程中,太阳能技术已经得到了广泛的运用。在建筑施工过程中,太阳能具有很多节能功能,主要表现在以下几个方面。其一,在建筑的楼顶可以设计安装太阳能电池发电系统,这种发电系统,可以将太阳能转化为热能和电力,并将这些转化而来的电能或者是热量通过专业的技术手段进行能量的存储,在需要使用这种电能和热能的供电设备上开始接线,如此,可以充分满足整个建筑物内部的动力和照明系统的各种能量需求。同时,充分利用太阳能作为采暖和供热功能,既可以减少日常的能源消耗,也使得建筑物的日常热能得到满足。同时,在建筑施工过程中,可以利用太阳能来控制建筑物的采光,使得整个建筑内部的环境更为舒适。
4.绿色建筑的节水设计
(一)合理使用洗衣机节水
家用洗衣机主要集中为滚筒式和波轮式,节能方面各有优缺点,绿色建筑设计在选择洗衣机方面要考虑怎么设计合理的洗涤程序、根据洗衣的多少确定用水量、采用健康、节能的方法,达到节水、节能的目的。
(二)雨水资源的利用
雨水在绿色建筑给排水系统中的应用主要是在雨水来临之时,采取一定的装置系统,采用合理科学的方式,将雨水收集起来,集中净化处理,并采取科学手段进行雨水的存贮,通过一定的方法进行处理后,根据净化后不同的水质,做出不同的应用选择,比如可以将雨水收集处理后,当天气干旱时候进行绿化用地的浇灌,城市水池,喷泉的补水,进行洗车,清洗路面等多种用途,绿色建筑中,通过各种方式将雨水收集净化,可以用于洗浴,冲洗卫生间,浇灌花木等。既可以节省各种用水成本,有实现了水资源的多元化利用。
(三)推广优质管材
镀锌钢管很容易由于腐蚀生成物,容易污染水质,在我国新建住宅中,冷镀锌钢管作为生活给水管道被禁使用,不要使用热镀锌钢管,建议使用新型管材。在建筑给水中,新型管材可以代替镀锌钢管,很好的解决好水质污染、锈蚀、漏水与渗水等浪费事宜。
(四)采用小容积水箱便器
在绿色建筑给排水设计中,可以采用小容积的水箱大便器。在建筑用水中,大便器冲洗的水量占据着着很大的比例,因此,要推进节水措施,必须加强节水型大便器的研究和推广。在进行绿色建筑给排水设计中,在满足居民生活需求,提高生活质量的基础上,推广安装小容积大便器,推进节水进程。比如可以推进两档水箱的应用,与节水型便器相比,两档水箱的便器冲洗也更干净、更卫生、更合理。
(五)采用节水水龙头
调节冲洗水量的功能,对节约用水的效用显著。研制不同出水量的水龙头来适应不同需求从而达到节水目的。洗涤和盥洗用水量是很大的,洗手、洗碗的时候,需要小水流,如果采用节水龙头,能够大量节水。充气水龙头,往水中加空气,达到节水的目的,延时自闭式冲洗阀具有延时自闭功能。要制定—个合理的水龙头额定流量使用标准,根据需求不同,安装不同流量的水龙头,达到不同的节水效果。
四、结束语
伴随着我国建筑环境友好型,资源节约型社会的理念提出,节能理念在建筑施工过程中得到了更为广泛的应用,不仅仅很大程度的降低了各种资源能源的消耗,也很大程度上改善了居民的生活环境和生活质量。推进了我国和谐社会的进程。
参考文献:
[1]中华人民共和国国家标准.GB/T53078-2006 绿色建筑评价标准[S]
[2]朱宏伟 浅谈农村地区推行绿色建筑的可行性 [期刊论文] 《科学与财富》 -2011年7期
【关键词】建筑;建筑学;释义
无论说建筑是空间还是场所或是别的什么,大家都有共识:建筑决不只是一个房子,决不只有一个物质的壳,它还必须包含与人类生活密切相关的社会意义、经济意义、精神与情感意义、文化意义等。原始人类为了避风雨、御寒暑和防止其他自然现象与野兽的侵袭,需要有一个赖以栖身的场所――空间,这就是建筑的起源。建筑对于人来说,具有实用价值的不是围成空间的实体的壳,而是空间本身。当然,要围成一定的空间就必然要使用各种物质材料,并按照一定的工程结构方法把这些材料拼凑起来,但这些都不是建筑的目的,而是达到目的所采用的手段。
中国古代把建造房屋以及从事其他土木工程活动统称为“营建”或“营造”。“建筑”一词是从日语引入汉语的。汉语“建筑”是一个多义词。它既表示营造活动,又表示这种活动的成果――建筑物,也是某个时期、某种风格建筑物及其所体现的技术和艺术的总称,如隋唐建筑、文艺复兴建筑、哥特式建筑。建筑与空间密不可分,人类在有意识地创造并美化环境,其意在营造良性空间,在建筑活动过程中积累知识,总结经验,不断创新,逐渐形成建筑学。
因此,建筑学是研究建筑物及其环境的学科,旨在总结人类建筑活动的经验,以指导建筑设计创作,创造某种体型环境。其内容包括技术和艺术两个方面。传统的建筑学的研究对象包括建筑物、建筑群以及室内家具的设计,风景园林和城市村镇的规划设计。随着建筑事业的发展,园林学和城市规划逐步从建筑学中分化出来,成为相对独立的学科。建筑学作为一门综合性的学科,兼有自然科学、社会科学、工程和美学等多种学科专业的知识特征。同时,随着社会发展,其内容和结构还在不断拓展。它是建筑活动经验与设计方法的集合,通过已有的经验与方法运用到新的设计中,为人类提供更美好的建筑环境。
建筑学是人类建立生活环境的综合艺术和科学。建筑技术和艺术密切相关,相互促进。技艺在建筑学发展史上通常是主导的一方面。在一定条件下,艺术又促成技术的研究。它与大千世界的辩证关系,归根到底,集中于建筑的空间与形式的创造。在我们的时代,近代建筑的主要问题已不再是纯体积的视觉表演,而是创造人们能生活的空间,不管它有多美、多讲究,要强调的已不再是外壳而是内容;不再是孤独的建筑,而是城市组织结构的连续性。
就工程技术性质而言,建筑师总是在建筑技术所提供的可行性条件下进行艺术创作,因为建筑艺术创作不能超越当时技术上的可能性和技术经济的合理性。埃及金字塔如果没有几何知识、测量知识和运输巨石的技术手段是无法建成的。人们总是可能使用当时可以利用的科学技术来创造建筑文化,现代科学的发展使建筑不仅可以向高空、地下、海洋发展,而且为建筑艺术创作开辟了广阔的天地。建筑学在研究人类改造自然的技术方面和其他工程技术学科相似。但是,建筑物又是反映一定时代人们的审美观念和社会艺术思潮的艺术品,“建筑应该是时代的镜子”。建筑学有很强的艺术性质,在这一点上和其他工程技术学科又不相同。就艺术性质而言,建筑学必须研究建筑的形式美的规律与特征以及建筑美学理论,空间和实体所构成的艺术形象,包括建筑的构图、比例、尺度、色彩、质感和空间感,以及建筑的装饰、绘画、花纹和雕刻以至庭园、家具陈设等等。建筑艺术主要通过视觉给人以美的感受,这是和其他视觉艺术相似之处。建筑可以像音乐那样唤起人们的某种情感。但是建筑又不同于其他艺术门类。它需要大量的财富和技术条件,大量的劳动力和集体智慧才能实现。它的物质表现手段规模之大,为任何其他艺术门类所难以比拟。建筑艺术是一门综合性很强的艺术。
建筑,同社会生产力、生产关系、意识形态,全都关系密切。不但建筑的艺术风格反映历史,十分灵敏,它的形制也一样反映。小而至于一朵装饰花纹,大而至于一座城市,人们可以从上面读出生动的历史。
社会在发展,建筑学在开拓。现代建筑关怀人,从“雅典”到“北京”,建筑师的责任不断提高――要把已有的和新建的、自然的和人造的因素结合起来,并通过设计符合尺度的空间来提高城市面貌的质量;保护和发展社会的遗产;为社会创造新的形式并保持文化发展的连续性。这就构成了对设计专业的新的挑战和新的社会职责。建筑师应该把自己看成是社会的公仆。建筑师必须将社会整体作为最高的业主,承担其义不容辞的社会责任。建筑设计、建筑质量、建筑与环境的结合、对自然与城市景观和我们传统的尊重,都为公众所关注;建筑师把自己的智力与职业活动视为对地方、民族和国际社会的发展所提供的一种服务。建筑,不仅用来满足个人或家庭的生活需要,而且也用来满足整个社会的各种需要。建筑学的基本精神是关怀人,即“对人的关怀”。方便而舒适的房屋是有感情的,它使人觉得温暖。因此,它能净化人的心灵,促进社会的和谐。其实是在培养我们的职业道德,即人道主义。设计建筑,在一定程度上就是设计生活。我们设计了什么样的城市和房屋,人们就得按照这个城市和房屋的特点来生活。设计生活还可以在更高的水平上进行。
因此要把建筑与社会生活联系起来。讨论建筑的基本问题,要把建筑与它的过去、现在和可见的未来存在于其中的人文环境尽可能全面的联系起来。因为建筑与它的人文环境本来就是全面联系着的,它是“石头的史书”。我们的国家正处于一个全面现代化的重大的历史转折时期,在这样一个严峻的时刻,在一切领域里,都必然有一个破除旧观念、建立新观念的历史任务。不完成这个任务,国家的现代化是不可能的。而破旧立新的根据就是生活。只有根基正确,社会中人们的精神状态、思维方式、观念意识才可能现代化。
参考文献:
1.1概念设计概述
概念设计是通过一种较为抽象的方式,在脑中将对象的进行感知和概括。这种设计方式一般不是基于计算结果产生,尤其是对于那些难以通过计算做出精确分析或是在规范中难以进行规定的相关问题,需要通过概念设计的方式,对不同的建筑环境和空间进行详细的分析,对整体的结构进行优化。概念设计主要通过对建筑的结构以及相互之间的力学关系的经验判断,在抗震设计的方案阶段对整体方案进行选择和优化,这种方式概念清楚、定性准确、算法简便,能够快速选择出最佳方案并确定结构构件的基本尺寸。
1.2概念设计与结构计算的关系
随着科学技术的不断发展,采用计算机技术进行结构抗震计算已成为不可阻挡的趋势,这种方式快捷精确,受到了广泛的应用。然而这导致了很多设计人员盲目相信计算结果,而忽略了工程的实际情况及概念设计的重要性,不注重保证结构的整体抗震性,这样一来只会影响到房屋的抗震稳定性。因此在进行抗震设计时,应将概念设计与结构计算相互结合,通过概念设计对结构计算进行总体的指导,通过结构计算对设计进行进一步的验算以及修改,保证两者之间的平衡,提高房屋的整体抗震性能。
2抗震概念设计的原则
2.1选择合适的场地
地震对建筑的影响很大部分原因与其场地的选择有关,一般而言地震导致建筑的破坏主要是由于地震时所产生的地面剧烈运动而导致房屋的破坏,第二类是由于各类灾害导致的房屋失稳,第三类则是由于各种断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。而这些都与结构选择的场地有直接的关系,在进行房屋的场地选择时,应进行详细的地质勘察和考察,尽量避免对房屋抗震不利的地段,选择有利于进行抗震并危险性较小的场地。一方面提高建筑抗震安全性,一方面也能提高建筑的经济性。
2.2结构方案的选择
结构的方案设计应考虑到建筑的实际情况以及下部的工程地质结构,在保证周围建筑以及环境的安全性的基础上,选择经济性较高的方案。在进行设计时,应充分发挥地基的潜力,根据不同地基的情况进行基础方案的设计,必要时需要对地基的变形进行验算。同时在设计时可以参考周边相似建筑的抗震资料,保证建筑基础方案的合理性。对于结构上部方案的设计与选择,则需要与相应的基础进行合理配置,保证结构整体的安全性。
3抗震概念设计的应用
3.1建筑结构体系
建筑结构体系对于建筑的抗震有很大的影响,好的建筑结构体系能提高房屋的整体性和稳定性。科学的建筑结构体系能够有效的抵抗外界的变形和抗冲击力,满足建筑的整体刚度要求。因此在建筑的结构体系选择时,应根据建筑的实际情况,保证建筑能够承受自身的荷载又能在地震发生时充分抵抗外部的巨大应力而不发生过大的变形和破坏,在进行结构选择时,要注意建筑物传力途径和受力计算的明确性,尽量避免使用转换层,防止地震作用下建筑物发生局部破坏或倾斜现象。
3.2抗震防线的综合布置
在进行抗震放线的布置时,应采取多条放线共同系统布置的方式。由于单一的抗震防线往往比较单一,若发生地震则可能由于单条放线的破坏而造成整栋建筑的坍塌,这样既不利于房屋的抗震稳定性。而通过多种抗震防线相互组合的方式,则能很好的结合不同房屋的实际情况,对不同的部位进行不同的防护措施,通过强弱的结合,保证房屋的整体性和抗震的强度。
3.3高质量结构材料
建筑结构的抗震性能除了基本的结构设计之外,还在很大程度上与其使用的建筑材料有关,建筑的质量、强度以及连续性与均匀性都会影响到建筑结构的抗震性能。因此在进行建筑结构材料的选择时,应根据建筑的抗震要求选择连续性好的材料,保证材料的质量和强度要求。同时在选择时,也行考虑到建筑的经济性,因此应综合考虑材料的性能与价格,保证材料性能与结构整体性能的最优。
3.4结构中薄弱部位的加固设计
建筑的结构是一个整体,任何一个部位失稳都会对整栋建筑造成影响,因此对于建筑结构中较为薄弱的部位,需要通过加固设计的方式保证其抗震的强度,保证各个部位共同工作。对于结构中的强剪弱弯、强柱弱梁以及柱、梁、节点处应尤其加以重视,通过箍筋加密等措施,保证建筑各个部位的构造整体性和延展性。
4结语
关键词:概念设计;建筑结构设计
1设置少量抗震墙的框架结构体系
2010版新规范实施后,荷载增加,地震作用增大,这使得有些结构按纯框架进行抗震计算时其层间位移角不能满足1/550的限值要求;也有些纯框架在抗震计算时,抗扭指标不满足要求,或是扭转位移比超过了1.5的限值,或是扭转周期比Tt/T1,超过了0.9的限值。
为了解决上述问题,一些结构设计中采用了设置少量抗震墙的框架结构,在刚度相对较弱的一侧增设少量抗震墙,或将楼、电梯间做成混凝土筒体而形成框架加少量抗震墙的结构。对于这种结构体系,2010版新抗规6.1.3条及条文解释已有明确的说明,主要有二条:①结构体系为框架结构②剪力墙抗震等级同框架;前提条件是在规定的水平力作用下,底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%,但是对于布置少量抗震墙的框架结构来说,这条是一般满足的。这里涉及到的概念主要是对这种结构体系的界定和剪力墙抗震等级的认定上。当然在新规还没用出来之前也有不同的做法,一种常用的做法为在设计时按纯框架结构进行计算,抗震墙作为安全储备,并按构造配置钢筋。现重点来谈论这种做法;计算结果,侧移虽然较按框剪结构计算增大,但能满足纯框架结果要求。但是,由于抗震墙是客观存在的,钢筋混凝土墙有极大的刚度,一片墙的刚度往往超过几十根柱子的刚度,也就是说,由于抗震墙的客观存在的使结构周期缩短,地震力大增,且地震力大部分集中在抗震墙上。在地震力作用下,抗震墙混凝土墙体将产生脆性破坏。由于抗震墙的存在,使框架梁受力产生较大变化,框架梁负筋受影响较大,与按框架一抗震墙结构设计比较,按框架结构计算的下部几层框架负筋增加,而上部几层框架负筋减少。这是因为,对于框架一抗震墙结构,抗震墙是坚向悬臂弯曲构件、其整体变形曲线为弯曲型,越往上,侧移增加越块,而框架则类似坚向悬臂剪力梁,其整体变形曲线为剪切型,越往上侧移增加越慢。但是,它们在同一楼层中,刚性的楼板将它们连结在一起,两者的位移协调,相应的内力也互相传递和重分配。
2抗震墙及连梁的布置在地震作用下,联肢墙可发生下列破坏形式:
2.1墙肢由于抗剪力不够而发生剪力破坏。此种破坏为脆性破坏,这会使抗震墙很快丧失承载能力,甚至造成结构突然倒塌,这在设计时应该绝对避免的,现行《建设设计抗震规范》规定了抗震墙截面的剪压比限值和墙底部设计值的放大系数,就是为了防止墙肢发生剪切破坏。
2.2墙肢发生弯曲破坏。此时,连梁尚未屈服,这种墙肢在破坏时极限变形很小,它虽然是一种延性破坏但吸收地震能量是有限的,设计中应避免这种情况出现。
2.3连梁发生剪切破坏。连梁发生剪切破坏会使联肢墙各肢丧失连梁的约束作用,在沉墙全高所在连梁均发生剪切破坏时,联肢墙的各墙肢成为单片的独立剪力墙,这会使结构的侧向刚度大大降低,墙肢弯矩增大。但是和墙肢发生剪切破坏相比,连梁发生剪切破,结构尚未丧失承载力,由于刚度降低,地震力随之降低,还不会造成结构的倒塌。
2.4连梁先屈服,最后是墙肢屈服。当连梁有足够的延性时,它通过塑性的变形吸收大量的地震能量,由于产生塑性铰,使结构周期变长,地震力降低,同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使墙肢继续保持足够的刚度和强度。这是设计中应首先考虑做到的。
在实际工程设计中,由于有些工程结构平面复杂,且受建筑功能的限制,抗震墙布置数量较少,如果增加抗震墙数量可以收到明显效果,但增加抗震墙,必须布置均匀、合理,否则由于抗震墙增加,刚度加大,地震力增加,抗震墙受力不均匀,效果反而不好。
在抗震墙数量不能满足要求的情况下,加开结构洞,降低连梁高度,降低结构刚度,使地震力减小,同时使各片抗震墙受力不均匀,使连梁承受的剪力相应减少,使抗震墙满足抗震要求,连梁满足强剪弱弯的要求,从而达到在强震作用下,连梁先于抗震墙屈服的情况。
3不到顶的抗震墙
当底部几层裙房与主楼连为一体时,有时设计人员只考虑到底部几层剪力大,且楼梯多,在裙房部分设置较多的抗震墙;这部分抗震墙只在群楼设置不到顶;由于裙房部分层数少,地震力降低较少,且抗震墙不到顶,刚度的突变对结构抗震墙更加不利。
4沉降缝的设置
在一般房屋结构总体布置中,考虑到沉降、混凝土收缩、温度应力和体型复杂对房屋结构的不利影响,常常用沉降缝、伸缩缝或防震缝将房屋分成若干独立部分,从而消除沉降差,温度应力和复杂体型对结构的危害。但高层建筑中,常常由于建筑使用要求和立面效果考虑,以及防水处理困难等等,希望少设缝或不设缝。希望能在结构总体布置上或采取一些构造措施来减少沉降差、温度应力和体型复杂引起的问题。
特别对于公共建筑的高层建筑一般高达十五层以上,而裙房一般3~4层,由于二者高差十分显著,上部结构荷载和刚度相差很大,对地基基础而言。这种情况往往造成基础内力和地基反力的差异,且变化很大,导致基础发生过大的沉降差异,如果高层建筑主楼和裙房之间的基础设计和连接不当,过大的沉降差将引起次应力,造成建筑开裂。
4.1设置沉降缝
设置沉降缝交将主楼和裙房基础分开。是一种传统的设计方法,按建筑地基基础规范,在建筑高度和荷载差异部位,结构或基础类型不同的部位,宜设沉降缝。但由于沉降缝带来使用上的不方便(容易漏水,影响正常使用),还影响整个建筑物的美观,造价也有所增加,因为这种处理方法较少被采用。
4.2采用整体基础
高层建筑主楼和裙房采用整体基础,二者同置于刚度很大的箱基或厚筏基础上,用基础本身抵抗差异沉降产生的内力;或者基础通过桩支承在基岩或变形较小的持力层上,这样,可以使主楼和裙房基础之间产生很小的沉降差异。
4.3联合设计
主楼和裙房基础的联合设计,是指主楼和裙房采用不同的基础形式,但中间不设沉降缝。这种方法通常主楼是采轻质材料减少自重或采取补偿基础以减少主楼附加压力。在主楼和裙房之间设置后浇带,主楼施工期间可以自由沉降,待主楼结构施工完毕后再浇后浇带中混凝土,使余下的不均匀沉降可以忽略或按经验方法处理。
当主楼和裙房之间不设沉降缝时,应从下面几个方面考虑。
4.3.1建筑平面简单,裙房位置比较有利,当体形复杂时,需要加强结构整体性的措施。
4.3.2裙房面积小,根据裙房伸出主楼的长度,确定采用整体基础
4.3.3采用桩基,使桩支承在基岩上,或采取减少沉降的有效措施,并经计算,将沉降差和对倾斜控制在规范允许范围内。
5.结语
5.1在框架结构中设置少量抗震墙,用来提高框架结构的刚度,满足位移角限值的要求,是一种非常实用合理的结构布置,应该会得到大量的推广运用。但是由于少量抗震墙客观存在,同纯框架相比,基底剪力和框架梁支座负弯矩都大大增加,因此将抗震墙作为安全储备,按纯框架结构设计,是不恰当的。抗震墙应该按照框架的抗震等级,参与模型的整体计算且应符合规范的要求配筋设计,不能按构造配筋。
5.2在抗震墙数量较少,以不能增加抗震墙数量的情况下,通过结构合理布置,开结构洞,降低地震力,使抗震墙均匀受力,可满足抗震要求,连梁满足强剪弱弯要求。
【关键词】概念设计;建筑结构;优化设计
随着我国国民经济的不断发展,房屋建筑行业也随之发展起来。特别是在城市化建设发展下,我国建筑行业日趋兴旺。在现代城市化建筑工程中,施工设计、工程设计以及施工建筑原材料是整个建筑施工中重要的构成因素。建筑结构是否合理、美观都会对整个施工建筑实用性、安全性以及经济性将会带来一定影响。工程建筑概念设计的提出是工程设计人员凭借自身专业知识以及丰富社会实践经验提出的建筑设计方案。因此概念设计出的建筑物和周边的环境以及整个社会文化内涵更加融合。
一、概念设计概述
工程结构设计一师在工程建筑中运用概念设计进一步完成整体工程施工建筑的整体方案。在整个工程过程中,工程设计师积极调动自身专业知识以及实践经验对整个建筑结构布置、构件、选型以及细节进行详细的计算和分析。并对设计过程中出现的问题,结合建筑知识、力学知识以及自身的社会实践经验进行全方面的考虑,并得出可行性和有效解决问题的方案,最后得出一个符合实际和具有创新性!而看操作性的建筑设计。
随着现代化城市的建设和发展,人们的思维和理念越来越开阔,对建筑物结要求越来越高,已经不在是具有实用性,还要求具有一定的美观性"所以,在建筑施工企业为了更好的适应当今社会潮流需求,不断重视概念性设计,工程设计师不断接纳和采取这样的设计思维,因此概念设计被不断应用于建筑结构优化设计中。由于概念设计对工程设计师的要求很高,所以建筑设计师一定要具备较强的建筑方面知识以及过硬的专业知识的能力,特别是较强的力学原理架构知识,这样才会使建筑工程设计方案具有一定的可行性,确保建筑施工工程的安全。
二、概念设计在建筑结构优化设计中应用
(一)概念设计要遵守工程结构规律
建筑建筑结构中广泛的应用概念设计,一定要遵循建筑施工结构的顾虑,要充分的做好实用化和合理化。第一,建筑施工结构外形,套具备一定的规则性和对称性,刚度分布和质量分布要均匀,不要在局部位置出现过大刚性,或者是质量上出现不均匀的分布现象,否则将会造成房屋建筑物出现倒塌状况;第二,建筑物布局和结构是否合理,是否具有一定程度的抗震性,这些因素都是工程设计师进行概念设计必须要涉及和考虑的问题。建筑结构对称、简单、规则性,容易实现抗震的作用,但是在一定程度上不能够满足创新性的需求,立体、多面、错层以及凹凸的建筑结构创新性和艺术性较强,容易达到人们对建筑结构美观性的需求,但是美观性好的建筑缺乏一定的抗震能力。
(二)优选合理建筑结构施工设计方案
概念设计工程施工放那在实际建筑工程施工应用中要达到实用性、合理性以及经济性的目的,同时这还是概念设计的主要目标。所以,如何选择具有一定科学性、可行性的建筑结构形式和建筑结构体系在建筑工程施工设计方案中显得尤为重要。总体而言,施工结构设计方案中展现的抗震系统和建筑结构体系的整体布置等方面的进行详细的分析,同一个建筑结构单元中通常不要用其他结构的体系,并做到纵向和平面上具有一定的规则性。针对建筑结构施工条件、施工特点以及工程施工原材料供应等方面,工程设计师要进行综合、系统、全方面分析和研究,采用多种方案进行对比,最后做出合理有效建筑结构施工设计方案。
(三)概念设计中抗震能力设计
建筑施工工程抗震能力设计直接关系当人们生命安全和财产安全,所以建筑工程中抗震设计尤为重要,同时备受人们的重视和关注。但是由于建筑物整体结构设计会涉及到一些实际问题,例如土质、地势、周围环境以及气候等因素影响,因此在建筑工程中抗震设计复杂且因素较多。所以,大多数建筑结构中抗震设计并不是由计算机设计出来的,而是由工程设计师概念设计出来的。例如底部设置加强区这样的问题,不管是建筑工程构造钢筋配率要求问题还是边缘构建问题,都是要建筑工程设计师利用概念设计解决问题,工程设计师通过概念设计,补充计算机抗震设计模拟计算的不足之处,才能够最终确保建筑工程施工中抗震设计的安全性和合理性。建筑结构优化设计中抗震能力还涉及结构构件问题,只要建筑构件完好,建筑工程中抗震能力才会充分的发挥和进一步提高。所以,工程设计师在建筑物抗震结构设计的过程中,要利用概念设计进一步保证工程施工设计中每一种建筑构件的强度和刚度在一定程度中满足工程实际的抗震需求,确保建筑构件和构件之间紧密联系,保证工程施工安全。此外,由于当前我国工程施工建筑结构大多数采用的是多次超静定建筑结构,因此在工程施工优化设计中建筑物的抗震设计还需要进行几道抗震防线,防止在发生地震中建筑物由于构件容易发生破坏或者是扭曲现象进而降低了建筑物抗震的能力。
三、概念设计在建筑结构优化设计中应用的意义
(一)拓宽建筑结构设计思路
传统的建筑结构设计主要研究的是如何提高建筑结构抗力性,造成钢筋棍凝土等不断增高,配筋量不断变大,工程造价提高。我们以建筑抗震设计为实例,通常是按照初定硅等级和尺寸计算出建筑结构的刚度,并由建筑结构刚度计算出抗震力,最后进行钢筋配筋。合理的概念设计可以降低地震作用的效应,并在这样的情况下提高房屋建筑工程质量和安全性。概念设计被广泛应用在建筑结构优化设计中,被工程设计师接纳和采用,并在建筑结构优化设计中发挥着至关重要的作用。
(二)概念设计在建筑结构优化设计中具有实践意义
概念设计广泛应用,通常蕴含了所有的工程建筑结构设计中。在不确定的受力状况和因素中变化比较大的高层建筑设计、抗震设计以及基础实施设计中,概念设计应用突出和重要。
1、由于现行的建筑结构理论性设计和计算机设计存在着一定的不可计算性和缺点。为了进一步弥补计算理论的不足之处,或者是实现实际施工操作过程中建筑结构构件的设计,需要概念设计来满足建筑建筑结构的优化设计目的;
2、在工程施工方案设计阶段,初步实际不能依靠计算机来实现,这就需要工程设计师通过了解和掌握概念设计,优选造价低!效果好的设计方案"概念设计施工人员通常会片面的理解,认为主要是用在一些较大的原则上,例如结构布置、确定结构方案等。在实际工程施工设计中任何一个施工都离不开科学概念设计作为指导方向。
3、建筑结构设计的整体方案,建筑工程设计师要联系紧密,互相合作与探讨。经过相互之间的学识和经验的探讨,得出最优的设计方案。例如建筑物的抗震设计,这个问题在建筑工程中是比较复杂的,它需要考虑建筑物的多方面因素。
四、结语
综上所述,概念设计在建筑结构中占据着重要的作用,不仅是建筑结构设计中工程师设计的理念,还是衡量工程结构设计师专业技术水平的标准。本篇文章阐述概念设计在建筑结构优化设计中应用问题,提供参考。
参考文献:
[1]胡丽荣.概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J].黑龙江科技信息,2010年27期.
[2]徐萍,叶明峰.杭震概念设计在建筑结构设计中的应用[J]..江苏建材,2011年02期.
[3]杨镇峰.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].山西建筑,2010年24期.
(1)对于建筑设计中的结构设计来说,最为主要的就是针对结构的抗震性进行设计和规划,在概念设计中存在两种较为有效的抗震设计模式,一种是隔震效能模式,其主要的抗震方式就是在建筑物内部构建一个夹层,这种柔性夹层的设置能够起到较好的隔震效果,另一种模式则是通过在建筑结构中的顶部装置一个反摆,顾名思义,一旦建筑物受到某一方向的震动,反摆就朝着相反的方向摆动,进而对于震动载荷产生一个反作用力,起到一定的保护作用,切实保障建筑物的安全;
(2)我们都知道建筑结构的设计是极为复杂的,概念设计在建筑结构设计中的作用不仅仅表现在抗震设计上,但是其在抗震设计中的效果是最为明显的,这主要是因为在建筑物遭遇地震的过程中,很多的数据和载荷大小是无法进行量化处理的,也无法进行直接的计算,这就在很大程度上给我们的抗震工作带来了麻烦,而概念设计并不需要针对地震中的数据进行计算,这无形中就减少了很多的麻烦,也就突显出了概念设计的重要性。
2建筑设计中概念设计运用的原则
概念设计在建筑设计中合理运用的效果极为突出,但是对于如何充分的发挥概念设计的作用,使其在建筑设计中做出更为突出的贡献就需要我们在概念设计的应用中遵循必要的原则,具体来说,当前建筑设计中运用概念设计需要遵循的原则主要有以下三点。
2.1优化选型原则
建筑设计中运用概念设计的一个最为主要的原则就是优化选型原则,优化选型原则主要包括两方面的内容:
(1)第一方面是对于建筑结构体系进行优化设计,建筑物的结构体系是最为关键的部分,对于结构体系进行优化能够起到保障建筑物稳定性的目的,在优化之前,我们应该首先对于建筑物所需要的结构构件进行全面的了解,进而根据建筑物特点以及周围的环境因素进行认真选择和判定,最终选择最佳的支承方法以确定基本的结构单元;
(2)优化建筑物的结构布置,对于建筑物结构布置来说,其最为主要的目的就是支撑建筑物,避免建筑物的变形,因此,对其进行优化极为关键。
2.2空间作用原则
针对建筑结构进行设计其实也就是针对建筑物的内部空间进行必要的设计,所以说,在我们采用概念设计进行相关设计时就必须加强对于建筑物内部空间相互作用的注意。
2.3合理受力原则
建筑设计还必须充分考虑建筑物的合理受力特点,这也是概念设计应用的一个基本要求,从建筑物受力的特点以及其发生形变的状况来看,建筑物发生形变不仅仅和其自身的强度和刚度有关,在很大程度上还建筑物的受力状态之间存在着密切的联系,所以,我们应该尽可能的使建筑物的受力状态较为平均,尤其是要使其在整个的建筑物空间结构内进行平均分布,避免力作用于一点或者是一个平面,尽可能的避免建筑物发生形变的可能性。
3建筑设计中概念设计的作用
3.1建筑场地的选取
对于建筑施工来说首先需要我们确定的一点就是建筑场地的选择,一般说来,我们在选择建筑场地时应该尽可能的选择便于施工的场所,不要给施工过程带来麻烦。在具体的建筑场地选择过程中,需要我们重点关注的要点和参考的要素有以下几个:建筑物的高度、建筑的边界、地形特点等,根据这些基本要素,结合建筑物的基本要求选择最佳的施工场所,确保建筑施工的顺利进行。
3.2建筑结构基础的选择
确定好建筑施工场所之后,还需要我们确定好建筑结构的基础,在具体的施工中,较为主要的基础主要包括箱形基础、桩基础和筏形基础三种,对于这三种基础的选取应该根据建筑物的要求和当地的地形地质特点进行合理的选取,选择最适合于进行施工建设的基础结构。
3.3建筑主体的选择
建筑主体是整个建筑物中最为核心的内容,也是需要我们慎重选择和设计的核心部分,在建筑主体的选择中,我们应该尽可能的选取较为规则和对称的结构,这种结构的选择能够在很大程度上确保建筑主体的稳定性,并且还能够有效节约施工成本。
3.4抗震的设计
对于建筑物来说合理的设计必要的防震抗震是极为关键的,尤其是对于建筑物抗灾防线的设计作用重大,一般说来,我们在进行施工建设中,首先在设计中应该尽可能多的设置抗震防线,如此才能在遭遇地震时切实保障建筑物的稳定性,避免建筑物遭遇较大的损害。
4结语
孰料无独有偶,在2009年,南京因老城南拆迁改造爆出了上书国务院总理的新闻,与发生在北京的“梁林故居”保拆之争可谓同出一辙。老城南是南京历史最悠久的传统旧城区,也是南京城的发源地。进入20世纪90年代以来,随着南京市“推平式”的旧城改造步子不断加快,一片片历史街区濒临消失,于是老城南成了守护古城的最后“领地”。《南京市城市总体规划(1991-2010)》,曾将老城南划定为“历史文化保护区”,即后来被《文物保护法》和《历史文化名城名镇名村保护条例》所称的历史文化街区。依据《江苏省历史文化名城名镇保护条例》,2002年《南京历史文化名城保护规划》和2003年《南京老城保护与更新规划》都重申了对老城南的保护。然而南京市政府确定2009年全市十大项目工程时,竟将危旧房改造规模最大的项目———南捕厅四期工程选定在这里。于是居住在这里的4200户居民被告知:必须在6月底前完成动迁。顿时引起了当地居民强烈不满。老城南该不该列为危旧房改造项目?南捕厅该不该大量拆迁改建?在很长一段时间里,江苏省和南京市学术界本来就有两种迥然不同的声音。此时的动迁通知无疑提供了一个引爆燃点。当地居民、志愿者、新闻媒体、学术界纷纷加入,瞬间掀起轩然大波。以致29名专家学者集体上书国务院总理,呼吁南京历史文化名城保护告急。根据总理批示,住房城乡建设部和国家文物局很快组成联合调查组前往南京。至此老城南拆建叫停。南捕厅一带的房屋大都建在清末民初以来的不同历史时期,如今这里已经看不到集中成片的明清建筑。建筑形式和房屋结构混杂,密度高,日照通风条件差,市政设施不配套,院落拥挤,明显具有棚户区的一些聚落形态特征。尽管在危旧房屋改造的前期调查中,了解到这一带零星散落地保存着几十处重要近现代建筑,不过根据《历史文化名城名镇名村保护条例》和《历史文化名城保护规划规范》,以及《江苏省历史文化名城名镇保护条例》的规定,许多专家学者认为南捕厅街区已经达不到历史文化街区的法定条件,主张划定为历史文化风貌区,在尽可能多地保护传统街道格局和重要近现代建筑的前提下,实施拆迁改造。而上书疾呼的专家学者和志愿者并不认同这种观点,认为老城南位于秦淮河两岸,是南京的根,承载着厚重的历史文化。南京的方言、云锦、绒花、白局、灯会、盐水鸭等传统民俗和非物质文化遗产大都发源于此,有些重要历史事件也发生在这里,还有许多历史名人曾在这里居住。所以即使老城南现存建筑质量和居住条件比较差,也不等于没有保留价值。他们反对降低历史文化街区定位,改为历史文化风貌区,一再要求完整保护现存的南捕厅街区,停止破坏性的“旧城改造”。显而易见,学术界分歧的焦点同样集中在如何界定历史文化街区和历史建筑的概念。正是由于我国目前没有明确统一的价值标准,无法可依,无章可循,因此才形成两种截然对立的主张,不仅围绕“梁林故居”和南捕厅街区的拆与留展开了激烈博弈,酿成尖锐的社会矛盾,而且也将历史文化名城的保护和监管置于尴尬境地。北京与南京分处大江南北,是中国历史上两座著名的古代都城。无论过去,还是现在,不仅拥有优越的行政资源、智力资源和丰厚的文化底蕴,而且还是不同时期国家最高权力的象征。发生在两“京”的大小事,无不具有指标性、普适性和示范性,足以影响全国,起着牵一发而动全身的作用。如今围绕梁林故居引发保拆之争和南京老城南拆迁改造掀起轩然大波,绝非巧合与偶然,而是蓄势已久的各地大量同类矛盾和问题的集中反映。出现这些矛盾和问题,反映出我国历史文化名城保护制度存在思想理论缺失,乃至连构成历史文化名城基本要素的概念界定也含混不清,无怪乎保护监管难以适从。
解析历史文化街区概念界定的模糊与缺憾
历史文化街区概念在我国最早出现在2002年公布的《文物保护法》。2007年修订后的《文物保护法》原文保留了这部分内容。《历史文化名城名镇名村保护条例》和《历史文化名城保护规划规范》延展了《文物保护法》的法定概念,并在行政法的基础上,对历史建筑的定义分别作了表述。但是在实施过程发现,目前我国法律、法规和技术规范确定的概念比较宽泛模糊,表述不尽一致,尚存颇多缺憾。《文物保护法》第十四条第二款确定:“保存文物特别丰富并且具有重大历史价值或者革命纪念意义的城镇、街道、村庄,由省、自治区、直辖市人民政府核定公布为历史文化街区、村镇,并报国务院备案。”在这部经过修订的行政法里,将历史文化街区与历史文化名城的核定公布条件完全等同起来,只字不差,本身就是一大缺陷。从理论上说,“街”与“城”在历史城市的空间结构上处于两个完全不同的层次,不仅聚落规模差异很大,而且两者空间形态、文化内涵及其属性特征也都有着本质的区别,不应等量齐观。一律采用宽泛的概念,要求“街”也像“城”那样,保存特别丰富的文物,同时具有重大历史价值或者革命纪念意义,委实很难。姑且不说评价“保存文物特别丰富”,是评价保存文物的数量多寡,还是文物的品位和等级高低,对此法律法规并没有作出明确规定,更没有对保存文物的丰富程度制定量化标准。如此一来,必然会给人们的主观评价预留下很大的自由裁量空间,不可避免地带来随意性。至于对核定的对象是否同时“具有重大历史价值或者革命纪念意义”,法律法规同样缺乏明晰准确的规定,反映了我国历史文化名城保护监管具有初始阶段的粗放式特征。按照现行《历史文化名城保护规划规范》规定,“历史文化街区用地面积不小于1公顷”。试想在如此狭小的地块里,怎么可能拥有“特别丰富”的文物?又怎么可能同时“具有重大历史价值或者革命纪念意义”?从我国已经核定公布的118个历史文化名城了解,目前真正原汁原味保留完貌的历史文化街区所剩无几。即使比较完美的历史文化街区,也很难完全符合法定概念给出的三个条件。由此可见,无论理论,还是实践,都要求对于历史文化街区的概念界定,有别于历史文化名城,凸显街区的属性特征,并且做到概念明晰化。《历史文化名城名镇名村保护条例》属于行政法规,关于历史文化街区的概念虽然有所延展,但是将其定义放在了条例附则里表述,第四十七条第二款作出这样的规定:“历史文化街区,是指经省、自治区、直辖市人民政府核定公布的保存文物特别丰富、历史建筑集中成片、能够较完整和真实地体现传统格局和历史风貌,并具有一定规模的区域。”这里沿用了“保存文物特别丰富”的宽泛模糊概念,但没有就此进行细化分解,同时却又令人费解地删去了法律规定的“并且具有重大历史价值或者革命纪念意义”内容,另外增加了三项构成要素,一是“历史建筑集中成片”,二是“体现传统格局和历史风貌”,三是“具有一定规模”。也就是说,行政法规在界定历史文化街区的概念时,进一步强化了其空间形态特征的重要性,弱化了其历史文化内涵。应当说强调空间形态特征是完全必要的,然而忽视对历史文化内涵的价值评估,无异于失去了保护的根本。发生在北京和南京的两起风波,追根溯源,均与此息息相关。《历史文化名城保护规划规范》是2005年7月15日由建设部的国家标准规范。但是该规范对历史文化街区概念的界定却与《文物保护法》表述不一。其中术语解释2.0.4规定:“经省、自治区、直辖市人民政府核定公布应予重点保护的历史地段,称为历史文化街区。”这里所称由省级人民政府核定公布“应予重点保护的历史地段”,不仅于法无据,而且对“应予重点保护的历史地段”既没有明确其空间形态特征,也没有涉及到它的历史文化价值所涵盖的内容。至于何谓“重点保护”,什么条件或什么情况下“应予重点保护”,规范没有说明。目前法律、法规和技术规范对历史文化街区确定的概念过于宽泛模糊,看似明确,实则含混不清,相互之间对法定概念表述缺乏有机衔接,甚至出现矛盾,这是导致思想认识出现分歧和混乱的重要原因之一。尤其在历史文化名城保护监管中,这种状况使得规划、文物行政主管部门无所适从,操作层面面临着许多困难,很难适应经济社会全面转型发展的需要。
关键词:建筑;概念设计;结构设计
前言
随着科技的快速发展,时代不断进步,,国内人们的生活水平越来越高,对生活质量的要求也逐渐提高。为了满足人们日益增长的物质文化需要,满足消费者的需求,我国的建筑行业在建筑结构方面的设计也在改革发展。在国外先进设计理念的影响下,我国结构工程师也在总结自身的设计经验,利用概念设计的新理念来进行建筑结构设计。概念设计是指在没有经过计算的前提下,特别是在没有条件进行精确的力学分析,或者在设计规范中没有定义的情况下,从整体的角度来进行结构设计。通常包括整体的设计布置,以及抗震方面的细节设计。通过整体来进行建筑结构设计的宏观调控。
一、概念设计的重要性
在传统的建筑结构设计中,结构工程师依据以前的设计施工经验,经过不断的总结和追求完善,设计经验与理念也在实际工作中得到进步和创新。随着时间的推移,经验不断丰富,设计理念不断完善,设计的作品逐渐成熟。但是,由于很多工程在创新方面的努力不够,习惯于依据规范和设计手册等传统书籍,只是借鉴以前的设计风格和设计手法。不仅对于国外、国内的先进技术和理念没有给予足够的重视,在设计中进行改进和运用,也过分依赖设计程序,忠于传统设计,因为害怕创新和手工的设计作品不符合设计的要求造成不的后果。还有的工程师在设计的过程中,因为依赖设计程序的运用,对于程序给出的运算数据不质疑,大胆用,没有足够的认真和质疑的精神来对待设计结果,造成没有发现程序设计中的错误。而且,结构设计需要运用的知识涵盖建筑学的很多方面,很多知识是在工作经验中总结的,或者是自己的想法和领悟,并不是在学校学习的系统知识,相对的分散,不容易记忆,因此在设计中也不容易进行运用。概念设计的重要性不仅在于概念设计在传统设计理念的优点结合,并在传统设计的不足之处进行改进,将计算理论的漏洞从整体的角度来进行解决。例如,混凝土的结构设计。虽然内力计算的理论支持是弹性理论,但实际上,界面设计的计算支持却是塑性理论。这个不同就会造成计算得到的结论与实际的情况相距甚远。为了避免出现这样的情况,就需要进行良好的概念设计的把握。计算机的特点在于计算精度高,计算速度快。
但工程师又会因此对结构性能产生不明白的地方。因此,工程师有良好的概念设计技能,才能正确的理解结构工作性能。设计的初期,所有的准备工作是计算机不能胜任的,需要手工进行。概念设计在这个阶段就显得非常重要。结构工程是良好地运用概念设计在结构设计中,能够让设计的方案更加的合理,性价比低,更加符合实际情况。因此,工程师需要在工作中不断地完善概念,尽自己的能力去了解结构设计内容和理念,争取良好地进行运用。
二、建筑结构设计中的概念设计
我国在概念设计方面还不十分完善,在整体设计的技术上还存在一定的局限性。也就是说,在我国传统的结构设计中,在设计内容上很多都进行了假设和简化。这就让工程师在设计的过程中,进行自主的选择和判断,照搬设计的方法是行不通的。而是应该将规范当作一种工具,为自己的设计提供思路。所以,工程师应该将概念设计运用到实际的设计中区,将自身对结构设计的理解和创新将结构设计进行得更加完美。
概念设计在整体结构体系方面的理念的运用相较于传统设计更加深入。分体系力学方面也是。尤其是在结构破坏机理的理解和运用方面有很强的宏观性。在规范不能规定以及不能精确分析的情况中,概念设计可以从整体的视角来处理问题。运用类似估算的方式,将设计方案进行改革。使其能够在结构体系方面的设计更加直白,方便理解和计算。这种设计通常在概念方面的定性准确,没有歧义。在设计的时候能够避免某些不必要的计算,安全可靠性高。同时,也是能够对计算机得出的数据结论进行判断。例如,在底层框架的计算中,传统的结构设计途径很多。可以通过多、高层结构三维空间分析程序来进行。某些工程师习惯设置抗震强。这样不仅在底层框架的承受能力上没有得到真实反映。在刚度比上也不能满足。这个情况的症结在于结构概念设计没有在不同的结构体系的不同之处着想。而且,对计算机的过度依赖也会造成一定的后果。如果没有能及时地发现计算机结论的错误,那么还不如不用计算机程序来进行设计。否则,发生事故是迟早的问题。结构设计中经常会碰到这样的问题。例如在传统结构设计中,对结构抗力的关注度很高。要对其进行提高,就需要相应地提高混凝土等级、配筋量。这就造成工程的成本提高。工程师在这方面的注意力只在于不超过最大配筋率。往往就造成肥梁、深基础。与我们要的良好的经济性、适用性结果不符。概念设计能很好地解决这个问题。概念设计的优点不仅在于提供设计的新思路,也能够一定程度地避免旧的设计理念的干扰。
三、概念设计的问题
虽然概念设计在我国的应用越来越广泛,这一设计理念也在工程师的设计之间经常见到。但是,在我国的高校相关专业科目的教学中,在力学概念的教授方面还比较片面。大多数比较重视单独构件和孤立分体系的学习。特别是在高校的专业课中,教师的讲课内容多是围绕单项计算进行。在综合练习的方面比较不足,这对于学生在整体上对设计进行把握不利。而且,教师的这种教学理念通过考试等方式的结合,深深地融入到学生的学习中,让其对这样的思维方式进行强化。久而久之,学生就会变得只会在解题的时候将公式带入进行计算,而不知道为什么。随着计算机网络的普及,毕业设计也过于依赖计算机。计算机对设计思路的屏蔽,让学生在手算方面显得更加不足。这样的教学就会造成学生的实际操作能力下降,对概念的理解和把握不足。这些将会成为工程师的学生的设计思路会因此受到影响。
四、建议和意见
人们对建筑设计的要求越来越高,因此设计也要进行创新。建筑架构设计应该建立在计算机的良好运用的基础上,还要结合概念设计,将结构设计进行优化。环保、优质建材的使用,只是建筑结构设计的一部分。最重要的是对概念设计的理解。通过对结构设计的创新,才能够将建筑设计的创新和发展进行得更加顺利。所以,可以说,推广概念设计,将其深刻的进行理解,是工程师的首要任务。结合教育机构对于教材和教学方式的改革,将概念设计在学生时代就进行培养,对于我国的建筑结构设计方面的进步非常重要。
关键词:概念设计;结构设计;原则
所谓概念设计,一般指不经数值计算,尤其在一些难以做出精确理性分析时,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法,可以在建筑设计方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的经济可靠性能。
1概念设计的重要性
强调概念设计的重要,主要因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。概念设计的重要,还在于在方案初步设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的,它需要综合运用结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案。
综上所述,做好结构概念设计是做好结构设计的前提,也是工程设计方法发展的必然趋势。基于建筑结构的复杂多样性,结构的概念设计也存在着广阔的空间。
2.结构概念设计需遵循的原则
(1)全面综合考虑原则。结构概念设计时,首先要对其所设计工程的各个方面做全面的考虑,包括建筑、结构和施工等方面。建筑方面要考虑空间、尺度等使用要求,采光、通风、防火等功能要求,美学、风格等美观要求;结构方面要考虑结构整体和关键部位受力的合理性,主要构件连接的牢固性,所选择结构体系的可靠性、经济性,以及材料在长期使用环境下的耐久性;施工方面要考虑取材的方便与否,成型的可能,以及做法的合理性。做好上述考虑,就为做好结构概念设计奠定了基础。
(2)合理受力原则。概念设计是要正确运用力学原理处理结构的一般受力分析问题。结构的构造做法必须与结构的受力分析一致:①从受力和变形看,均匀受力优于集中受力,多跨连续优于单跨简支,刚性连接优于铰连接,空间作用优于平面作用,超静定的受力体系优于静定的受力体系。传力简捷比传力曲折好,要避免不明确的受力状态;要尽可能利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性,既要分析各部分构件的直接受力状态,还要分析整体结构的受力状态,要抓住主要的受力状态和变形,忽略次要的受力状态和变形;②从抗力和材料看,要尽可能选用以轴向受力为主的受力状态,尽可能增加结构和构件的截面惯性距和抗弯刚度、抗剪刚度,合理的选用材料和构件的截面;③从构件自身看,混凝土构件要避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋和混凝土的粘结破坏先于构件自身破坏,以避免造成脆性失效;构件间和连接应使节点和预埋件的破坏不先于其连接件以便充分发挥构件自身的作用。
(3)减轻自重原则。结构所承受的荷载有两种,竖向荷载和水平荷载。竖向荷载的85%以上是建筑自重,水平荷载中的地震作用与建筑物自重直接相关。减轻自重不仅可以减轻结构承受的荷载,而且可以降低工程造价、加快施工速度。减轻自重可采取以下措施:①采用轻质高强材料;②采取高效能的结构型式;③选择优越的结构体系;④选择合理的结构。
(4)优化选型原则。根据环境、建筑功能选择适合的结构体系,如框架结构、剪力墙结构、框剪结构等。在满足使用要求的前提下优化结构布置,平立面宜规则、对称,具有良好的整体性,竖向除规整外侧向刚度宜均匀变化,自下而上逐渐减小,避免突变。
(5)空间作用原则。建筑物本身是一个空间结构,平时为了结构设计计算工作的简化,将它分解成各种平面受力状态进行量化分析,在结构概念设计是考虑建筑物内各部分结构的空间作用,实际上是还原到他本来的结构面貌。
3.概念设计在建筑结构设计中的应用
运用概念性近似估算方法,可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择,同时也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
比如,有的设计人员用多、高层结构三维空间分析程序来计算底层框架,还人为的布置一些抗震墙,既不能满足楼层间的合理刚度比,也不能正确地反映底层框架在地震时受力状态。问题在于结构概念不明确,没考虑这两种结构体系的差异。软件的选择和使用不当,造成危害是不容忽视的。
运用概念设计的思想,也使得结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力,以至混凝土的等级越用越高,配筋量越来越大,造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率,结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例,一般是根据初定的尺寸、混凝土等级算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,结构刚度越大,地震作用效应越大,配筋越多,刚度越大,地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。其实,为什么不考虑降低作用效应呢?目前在抗震设计中,隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层;加设消能支撑(类似于阻尼器的装置);有的在建筑物顶部装一个“反摆”,地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反,从对建筑物的振动加大阻尼作用,降低加速度,减少建筑物的位移,来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%,提高建筑物的抗震安全性。
4.概念设计在建筑结构中的意义
(1)概念设计体现了设计的创新性。由于传统的设计方法需要通过设计师查找手册、计算机程序等进行循规蹈矩的方式进行,从而缺少设计风格以及创新性。而使用概念设计可以允许工程师在设计过程中根据自己的经验以及理论知识,同时结合概念设计的新方法以及新思路得出具有合理性以及一定创新性的设计。
(2)概念设计可以有效地提升工程师的设计能力。概念设计允许工程师在遵循一定要求的条件下进行一定程度的发挥,从而可以有效地解决设计中存在的问题。同时通过概念设计中的正确理念与原则的指引,便于工程师从根源查找问题,从而使得计算计算结果更为准确。
(3)概念设计可以优化设计结果。采用概念设计方案可以在方案的对比中选择出更加优秀的设计方案,这种优选方案不仅体现了方案的可靠性与经济性,同时也有效地避免了设计后期出现的繁琐计算。
5.结语
在结构概念设计时掌握好以上原则和方法,就能为结构设计勾勒出正确的方向,从而做出在结构上安全经济、在建筑上美观的结构设计。概念设计是结构设计的核心和灵魂,它统领结构设计的全过程。作为一名结构设计工程师应该注重提高概念设计的能力,才能将结构设计做得更好。
参考文献:
[1]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京:机械工业出版社,2004.