时间:2023-06-25 16:27:22
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇建筑结构逻辑,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词:建筑本体 表现要素 分析
中图分类号:TU198文献标识码: A
如果从建造的层面,我们可以看出材料的制造和材料的组织――材料、构造、结构构成了建筑本体产生的物质基础,也是建造赋予建筑本体性表现的三个要素。以下将对材料、构造和建筑结构三个方面的分析,探讨建造所赋予建筑本体的表现力。
一、 材料
建筑是从材料开始的,材料是形成建筑的骨、血,没有材料就无从而来建筑。从远古时期开始,材料的选择和运用就是建筑设计的不可缺乏的组成部分,从某种意义上来讲,很难界定究竟设计是材料的结果,还是材料被选择作为表达设计意图的手段。建构学理论当中一直存在着“对材料真实而清晰的表达”这样一个传统。材料真实性,即直接表现材料本身的质感美,而不是使用附加装饰,材料质感由材料自身特性以及材料的加工工艺决定。这种美学倾向表达了一种的技术性的审美趣味。对材料的真实表达既包括材料天性质感的表现也包含材料的力学逻辑的表现。材料本性中的力学性能在材料的真实表达中地位日趋重要。材料的力学逻辑必须借助特定的结构形式才能表达。因此真实表达出建筑材料的结构构造就是对材料力学性能的真实表现。当然真实表达也是一个历史的、动态的、相对的概念,其涵义随社会发展和建造技术的进步而不断拓展,人们终将发掘出真实表达的更深层内涵。
二、构造
建筑依靠对材料的逻辑化组织来解释自己的存在,反映着与世界的关系――这种逻辑化的组织就是“构造”。构造在设计中有着特殊的意义,它是材料解释自我的方式,也是材料构成建筑的根本方式,它包含了丰富的意义。可以说,建筑本体表现就是基于对材料及其连接方式的表现。对精细的构造的追求历来是工艺制造业的传统,它使得建筑的完美性得以淋漓尽致的发挥。构造的前提是对建筑材料的特性的理解,材料的物理、力学性能决定了材料的造型潜质,路易斯・康把这看成材料的一种“天赋”,属于自然法则,是人所不能改变的。“要忠实于材料,并知道它究竟怎样,那么你所创造的东西就会是美的。(大师编辑部,2007)”当然不同材料形成的构件的链接方式也有所不同。例如:传统的砖石等砌筑材料具有共同的物理特性,即中等的受压强度、最小的受拉强度和比较高的密度。抗拉强度的限制使砖石砌体在构件中,主内力是压力,即柱、墙或拱、穹窿等。砖石大都是很小的基本单元,砌筑过程用砂浆作为粘合剂连接完成,这使得砖石的构造非常的简单和直观。砌块单元不同的组合方式和砂浆形成的灰缝所组合出的表面肌理,是对砖石构造最直接的表现。建筑的表现潜能直接体现在建筑细部的构造上。佩雷曾经有一句著名的口号: “构造即细部。”(肯尼思・弗兰普顿,2007)一个建筑的细部决定着建筑的品质,很多建筑的远观的整体效果还好,但是无法让人长久的品位,就是在细部构造上处理的不到位。不同材料、不同的构造方式会有不同的表现,相同的构造也可以有着多种的表现方式,建筑师必须做出选择,确定某种合乎逻辑的表达方式。因此,构造方式是具有多样性的同时又带有强烈的个人风格和技术特征,直接体现着建筑的品质。
三、建筑结构
建筑结构的作用是传导施加在建筑物上的力,这些力通常从作用点一直传递到它们最终被抵消的建筑物基础以下的地面。建筑结构形式直接影响着整体建筑物的形态、空间以及建构的表现。
1、建筑结构的表现
建筑的一部分内在表现力与它的结构的具体形式是分不开的。每次建筑结构技术的革新都会引起建筑设计手法的改变,创造出新的建构表现形式,甚至直接影响到人们传统的审美观念。在古代同样是砖石砌筑的建造方式,在古希腊神庙中发展起来的梁柱体系,由于石料的抗拉性差,作为横梁使用时,限制了柱间距离,整体建筑的表现,显得稳固而坚实。而在哥特式的建筑中由于骨架券和飞扶臂的使用,整个建筑给人以生态的姿态,仿佛要脱离大地。
而现代建筑的巨大成就很大程度上是建立在钢和钢筋混凝土结构的基础上的。柯布西耶以钢筋混凝土框架结构为基础,提出了著名的建筑五点论,对建筑的发展起到了深远的影响。而当代建筑中表皮的出现正是基于框架结构对外立面的解放。可以自由表达的表皮极大的扩充了建筑的表现潜质。
在当代建筑结构的发展更是取得了长足的进步,空间网架、膜结构、充气式结构等等,为我们的建筑提供了全新的表现方式。随着计算机的大量应用和相关学科的不断进步,复杂性的结构模式成为当代建筑追求的目标,也使得结构成为表现的主体,结构与建筑一体化,结构就是建筑。建筑界里一直都有一些建筑师致力于对建筑结构极其技术的创新,并将其作为直接表现的对象。如诺曼・福斯特,在他的建筑中总是“乐观的展现建造的技术,并以炫耀的结构作为建筑的外观表现”。(大师编辑部,2007)在著名的香港上海汇丰银行的设计中,采用了构件工厂预制、现场组装的建造方式,钢结构框架清楚地显露在立面上,十分清晰地表现出它的逻辑:两组桁架柱是主支撑,从上到下有四个斜拉的桥形结构,每个桥都占了两层高度,每个桥从上到下分别悬挂着 5层、6 层、7 层、8 层标准层。玻璃幕墙后退在结构后面,他们悬挂在楼板的边缘,与主体结构不发生连接。东京世纪塔有着相似的表现手法,建筑将结构核布置于塔楼两侧,结构核的连接在外立面上以一种强烈的表达方式冲击着观者的视觉。
2、建筑结构类型
在苏黎世理工学院举行的关于“建筑形态”的演讲中,弗兰普顿吸取森佩尔建筑理论的观点,根据起源将建筑形式的发展分为“土方工程”和“屋面工程”,(安德烈・德普拉泽斯,2007)或者分为切石法(实体结构)和筑造学(杆系结构)。“土方工程”包括所有的实心墙体构造(夯土建筑、捣实黏土和土坯墙、黏土和石材砌体等等,以及它们的分体形式如墙、拱、拱顶)的建造工艺,广义的的“屋面工程”包含所有的线型的、杆状组成的结构,它们是一种织物编织的结构,跨越开放空间成为“覆盖物”并形成了“屋顶”。木结构由于其层次性和交织性,也属于这种类型。在建构的表现上,杆系结构倾向于向空中延展和体量的非物质化,而实体结构则倾向于地面,将自身厚重的体量深深地埋入大地。
总之,建筑本体离不开这三个要素,材料、构造、建筑结构。这三要素所形成的建造的逻辑就是建筑的建构,对它们的表现就是建构表现,也就是建筑本体性的表现。建筑本体通过这三要素表现自我,无论是对材料的真实表达,还是展示合乎材料力学性能和建造逻辑的构造方式,以及对建筑结构力的体现和组合方式的直接表达,都是对建筑本体的展示,体现着本体的表现力。
参考文献
[1][美]戴维・莱瑟巴罗著,史永高译.2008.评《建构文化研究――论 19 和 20 世纪建筑中的建造诗学》[J].世界建筑. 214 期。
[2]大师系列丛书编辑部.2005.托马斯・赫尔佐格的作品和思想[M].中国电力出版社.
[3]大师系列丛书编辑部.2005.赫尔佐格&德梅隆的作品和思想[M].中国电力出版社.
[4]大师系列丛书编辑部.2005.诺曼・福斯特的作品与思想[M].中国电力出版社.
复兴路乙59――1号改造工程位于西长安街的延长线,为一幢20世纪90年代初期设计建造的框架结构的9层办公楼的改造。该改造工程在保持原有建筑结构、功能、设施基本不变的基础上,对功能、空间和外观进行整理改善。改造后建筑面积5400。设计从2004年11月开始,建造时间为2005年7月至2006年5月。
改造使原建筑具有崭新的面貌。对将呈现出的造型进行了精心推敲,力求创造出符合其所处环境,并有自身特点的新建筑。改造设计原则基于场地环境和原有建筑自身结构逻辑,建筑体型的生成取决于和周边建筑及道路的关系,并修正自身原型的不完整。建筑形体基于一个基本的方形体量,并结合周边环境和曰照关系进行局部的切削和增长。
原建筑结构体系生成新的网格体系,作为立面及内部空间的控制系统。基于原有建筑的不规则的层高和柱网的结构体系确定了幕墙的框架网格,以利于幕墙结构与原框架结构的连接。因此,貌似不规则的幕墙网格实际是原有建筑结构框架的体现和强调,既符合改造加建的结构逻辑,天然地反映着原建筑的基本状况,又形成有自身独立特征的形象语言。同时外部网格被立体化和空间化,在不同朝向形成不同进深和特征的内部空间。西侧是立体画廊。北侧是办公休息区。南侧则是座椅和通风设施。幕墙采用全隐框玻璃幕墙,并根据内部功能的不目,控制光线和视线在建筑内外的影响,选用具有不同透明度的白色彩釉玻璃,使建筑呈现出平静。柔和-内敛的东方气质。
改造工程还将北侧内院车库顶部平台及屋面平台扩展为可利用的庭院空间,并结合建筑采光构件成为景观元素。
力求探索成熟技术和材料的多种表达方式。在设计施工的过程中注重与生产厂家的密切合作。几乎所有的重要部位均制作1:1的实体模型。这对控制最终效果非常有益。
作者:李兴钢,中国建筑设计研究院副总建筑师
张音玄,中国建筑设计研究院李兴钢工作室 主创建筑师
付邦保 谭泽阳,中国建筑设计研究院李兴钢工作室 建筑师
收稿日期:2006年2月
【关键词】BIM;设计;结构;应用;建模
引言
住房城乡建设部于2011 年5月10日,了《2011~2015 年建筑业信息化发展纲要》,文件中强调BIM技术的重要性,要求在"十二五"期间,普及和应用建筑企业信息系统,明确提出了加快BIM技术的应用。随着BIM技术的快速发展和完善,BIM技术在工程领域应用也越来越广泛。BIM技术能够实现不同专业的数据共享,通过共享数据,建立模型和分析,进而更加有效的完成工程任务,采用BIM技术可以有效的提高结构设计的质量。毋庸置疑,建筑信息模型( Building Information Modeling,BIM) 将是未来建筑信息技术发展的主流。在建筑的全寿命周期,BIM 技术应用贯穿始终,相当于建筑的"基因"。而整个建筑工程实现过程的关键环节是勘察设计阶段,探究 BIM 技术对结构设计的应用情况是十分必要的。
1.BIM技术概况
BIM的理论基础主要源于制造行业集CAD、CAM于一体的计算机集成制造系统CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)理念和基于产品数据管理PDM与STEP标准的产品信息模型。BIM是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,BIM是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型,能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源,是对工程对象的完整描述,可被建设项目各参与方普遍使用。BIM具有单一工程数据源,可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题,支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。BIM一般具有以下特征:
(1)模型信息的完备性:除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述,还包括完整的工程信息描述,如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息;施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息;工程安全性能、材料耐久性能等维护信息;对象之间的工程逻辑关系等。
(2)模型信息的关联性:信息模型中的对象是可识别且相互关联的,系统能够对模型的信息进行统计和分析,并生成相应的图形和文档。如果模型中的某个对象发生变化,与之关联的所有对象都会随之更新,以保持模型的完整性和健壮性。
(3)模型信息的一致性:在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的,同一信息无需重复输入。而且信息模型能够自动演化,模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展,而无需重新创建,从而减少了信息不一致的错误。
2.BIM在结构设计中的应用
BIM技术在建筑工程结构设计过程中,其应用与传统技术有重大的区别,其重要的应用体现在以下几个方面。
2.1模型建立
BIM技术可以有效的将结构的三维实体模型用真实的构件表示出来,对比传统的设计技术,突破了CAD技术进行施工图绘制时,只能表示平面信息的瓶颈,BIM技术可以利用直观的建筑结构构件表示整体结构以及各构件之间的关系。在实际结构设计中,利用BIM技术,可以通过可视化技术,通过对建筑结构的动态变化,对结构构件进行设计,进而设计出一个合理的结构设计方案。
2.2 参数化设计
在BIM系统中,整个建筑结构的所有信息都在一个数据库,并且这个数据库是共享的,参与设计的各方都可以共享这些数据。方案设计和 初步设计对施工图设计影响较大,造成了结构工程师将大量的精力都投入到了建筑工程项目并不是最重要的阶段。BIM的参数化设计就解决了整个问题。BIM技术采用了参数化的三维实体模型设计结构单元,将之前的点、线、面等元素替换为梁、柱等构件,大量使用的构件被定义为族,族中参数包括了几何信息、材料信息、逻辑信息等非几何信息。
2.3设计过程优化
与传统的设计过程相比,BIM技术在设计流程上进行了优化。BIM技术的结构设计流程为:BIM数据库中导出建筑几何信息结构设计师设计结构方案对结构方案进行优化,初步确定结构选型和布置建立初步分析模型导入结构有限元软件进行分析,完成截面设计各专业分析评估结构模型,输入BIM数据库并绘制施工图。
3.BIM在结构设计应用中的难点
BIM技术由于目前还处于前期推广阶段,其软件的成熟度、处理问题的能力都有待提高。由于软件使用是要求条件较高,需要较高素质的专业人才和配置较高的设备。BIM技术在应用过程中,也存在一些难点,遇到了一些问题,这些在一定程度上影响了BIM技术的广泛应用,这些难点主要包括以下几个方面。
(1)缺乏标准体系。由于BIM技术目前还处于探索阶段,国家和地区相应的各种规范和标准还没有出台,处于前期调研、或正在制定过程中。
(2)法律责任问题。主要体现在:BIM技术在使用过程中的合法性和有效性;参数进行传递,涉及到产权和责任问题;建立模型与传统技术内容的一致性;BIM各方的修改权限。
(3)应用和交付问题。不同设计阶段,BIM技术设计的深度也不同,设计标准也不同。参与设计的各方与传统技术相比,分工和内容也不同。
(4)BIM技术的缺点。由于BIM技术处于前期推广阶段,还存在以下几个方面的问题:软件主要是国外软件,本土话程度不高;软件对应用人员的专业素质和硬件设备要求较高;软件各个模块之间连接不完善,数据共享、数据传递程度较低,BIM技术的数据信息的传递成都有待进一步提高。
结语
BIM技术的快速发展和普及,必将引起结构设计的一次重大变革。目前的结构设计流程将被改变,许多在结构设计过程中遇到的问题将会得到解决。由于BIM技术在应用过程中遇到了以上问题,但是这些问题会逐渐解决,推动BIM技术的广泛应用。结构设计人员也要加强专业素质的提高,增强综合能力,熟悉掌握BIM技术,在保证建筑结构设计质量的前提下,快速、高效的完成建筑工程设计任务,从而保证建筑结构的质量。
参考文献:
[1]吴文勇.BIM 建筑结构设计过程的研究与实现[J].建筑结构,2013,43( sup) :825-828.
[2]张建平,曹铭,张洋.基于IFC标准和工程信息模型的建筑施工4D管理系统[J].工程力学,2005,(22):220-227
关键词:建筑结构;设计;优化设计;分析
1 建筑设计优化的重要意义
使用合理的优化方法,对建筑的结构设计进行优化,既能降低整个工程的造价,还能提升建筑的经济价值,从而能够有效提升建筑的经济效益。
1.1 使工程的造价降低
建筑工程结构优化设计在会充分的考虑到现行阶段的建筑行业的发展趋势来进行剖析,根据现行的建筑特点来进行设计,如当前的高层建筑和高层的住宅偏多,因此其层数很多,在建筑用地面积不变的情况下建筑总面积很大,在面对高层建筑的结构设计时,为了节省用地,会将建筑物的房顶进行细致的规划,可以保证整个工程的总造价降低,节约成本。
1.2 能够提高建筑结构的经济效益
建筑结构的设计需要保证到建筑工程的经济效果,随着建筑的层数的增加,高度也会增加,与其相关的墙体面积、柱体面积及配套的设施如管道等都会增加很多,层数比较少或者高度比较低时相应的建筑就会节省一些这样的荷载。同时,高度越高的建筑,相邻之间的距离也会比较远,这样不利于节省用地开支的目标实现,如果让建筑的总高度下降,那各建筑之间的距离也会靠的近一些,这样可以节约用地。另外,相同面积的建筑之间,建筑的平面形状不同会使得其周长不同,越规则的平面形状其周长会小一些,并且能够提高其荷载的性能,增强了建筑的质量。优化创新后的建筑结构设计相较于传统的设计,能够有效降低建筑的总造价,能够有效的提高建筑结构的经济效益。
2 建筑结构设计优化的具体内容
建筑结构优化设计的内容可以分为目标函数选择、变量选择、约束条件选择三个步骤,每一个步骤都涉及到建筑结构优化设计的一个方面的内容。
2.1 目标函数选择
确定建筑结构的目标函数是建筑设计人员对建筑结构进行优化创新设计时的第一步,通过采用相应的技术与办法,以建筑的面积的参数以及建筑可以达到的安全标准为前提,结合建筑建设所用的建筑材料等进行系统的规划和计算,要保证相关的参数在计算的过程中要满足相关的需求。合理科学地选择建筑的工程造价模式是建筑设计相关人员在建筑结构优化设计过程中必须要进行的工作,要尽量优化建筑结构设计,在保证建筑质量的前提下,降低工程的总体造价。
2.2 变量选择
建筑工程的设计阶段,除了对建筑工程优化设计的目标函数进行正确的选择,还要对建筑结构的进行变量选择,变量的选择对于建筑结构的设计也是至关重要的。变量选择,顾名思义就是对影响建筑结构设计的各种会变化的因素进行分析和选择,并研究其中会对建筑结构设计造成的影响最大的一个因素,然后在实际的设计过程中,对其进行评估计算以及控制其影响程度,以发挥建筑工程结构设计优化方法的作用。
2.3 约束条件选择
建筑工程是一个复杂而又系统的工程,因此在实际的设计过程中,受许多约束条件所影响,在对建筑工程结构设计进行优化设计时,必须要考虑到建筑工程的约束条件、对约束条件的准确判断,能够实现建筑结构优化设计的最大化。比如,在建筑设计时,设计人员对结构的强度、尺寸、应力等等因素所存在的约束条件进行判断选择,要以建筑工程的实际情况作为出发点,进行科学合理的选择,使得建筑结构设计的优化工作具有模范性和科学性,给建筑工程的施工打好基础,提高整个工程项目的效率和经济效益。
3 建筑结构设计优化的具体措施
建筑结构的优化方法,是由建筑结构的整体设计优化方法以及建筑结构的细节结构优化方法@两个发面体现出来的。在建筑结构整体的优化设计中,要立足整体,全面的分析总体的数据,并相互协调,确保选出最优的优化方法。在细节结构优化设计中,要对建筑结构的各个方面进行剖析,合理划分为不同的部分,逐个解决相关的选型、布置、造价等几个部分的优化设计,实现降低工程造价的目标。
(1)拓扑优化法。拓扑优化法,就是通过在建筑结构设计优化过程中,结合建筑自身的特点以及实际的用途和情况,正确找到理想化的建筑结构分布形式,全面的分析建筑结构的刚度和其他与结构相关联的属性,来减少建筑结构自身的重量,从而提升建筑的性能。设计人员要充分掌握以及了解拓扑分析方法的优点,合理运用拓扑分析方法,使得设计出来的建筑结构拥有很强的逻辑性。
(2)截面优化法。截面结构的可靠性以及安全性是建筑结构优化设计时相关人员必须要考虑的一个重要方面。截面结构作为建筑结构的细节所在,其性能是最能体现出建筑的整体性能的。在实际的设计过程中,为了保证截面结构的的可靠性与安全性,设计人员要对建筑结构中所涉及的界面进行准确的计算,然后再进行设计,不仅可以提升建筑结构的稳定性,还可以提高建筑的美观程度。具体的方法有,可利用有限元方法来计算设计变量的结构位移情况以及应力特点,然后用计算设备对获得的数据进行验算和分析,得出结果后,根据其需求调整,确定调整的范围,在此范围中再进行区域优化设计。
(3)外形优化法。外形优化是在界面优化的基础上进行完善的,以达到更好提升建筑的结构设计质量的目的。在对建筑结构进行外形优化时,相关人员要对建筑的整体情况掌握得很清楚,再根据我国现行的建筑柱结构设计的相关标准,在掌握的建筑的情况的基础上进行改进。建筑结构的外形特征就是利用外形优化法来进行划分的。外形优化方法在实际的实施过程中,通常会采用连续性结构与杆系结构。建筑结构的节点坐标选取是杆系结构的重要环节,节点坐标在选取好后,要将其作为设计的一个变量,来实现建筑外形优化设计的目标及需求。
(4)细节部分结构设计与概念设计相结合。概念设计优化方法,是在比较缺乏详细的相关数据的情况下进行的。某些因素是具有不确定性的,比如地震,在对建筑的抗震能力进行设计时,由于缺乏详细的数据,只能通过概念设计的优化方法,将一些存在的数据当作辅助来进行。同时,通过结合上诉的一些结构优化方法,使得优化效果更佳。另外,在设计的过程中,对建筑结构的细节部分进行优化设计是必须要做的工作,如现浇混凝土施工过程中,异形板料的弯曲部分容易开裂是一个比较突出的问题,对此我们将其进行简化,然后再选择钢筋,这样能有效的降低混凝土出现开裂现象的几率,不仅提高了经济效益,最重要的是满足了建筑结构的基本需求。
(5)对地基结构进行优化设计。对建筑的地基进行优化设计也是优化整个建筑结构的有效方法。选择合适的方案对于地基的结构优化来说很重要,例如,桩基类型的选择,要以实际的施工情况为准,并实现降低造价的目标,然后以桩端持力层的厚度为参考,选择科学合适的灌注桩长度,且对不同的优化方案进行集中对比,尽量使得选择的方案是最佳的。再比如,桩筏基础是某建筑结构的原有设计方案,通过把该设计利用的桩筏基础改为桩基础的优化方法,设置不同的承台,在此优化中,在保证总的沉降值和不均匀沉降值的前提下,顾及到的是基础传力的传递路劲越短会越省材料的原因。与桩筏基础设计方案相比,桩基础是一个更好的选择。
4 结束语
综上所述,建筑结构的优化设计能够使得建筑质量更好、更加美观、降低工程造价以及提升建筑的经济效益,在建筑行业竞争激烈的今天能够提高企业的竞争力,也能够为人们带来更有安全保障和质量保障的建筑物,因此其在建筑工程中是一个很重要的环节。但在建筑结构优化设计在实际的实施过程中,是比较复杂的,需要多方面的出发,充分结合实际的情况选择科学合理的方案,以实现对建筑结构进行最佳的优化目标。
参考文献
[1]李贵江.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].江西建材,2017(01).
【关键词】 平法建筑结构应用能力
平法,既建筑结构施工图平面整体设计方法(简称平法),平法对我国目前混凝土结构施工图的设计表示方法作了重大改革,对传统表示方法进行大幅度简化,使其更具专业性和统一性,形成一套新型的结构设计表示体系。
平法制图规则,即是设计者完成结构施工图的依据,也是施工、监理人员准确理解和实施平法施工图的依据。可以理解结构设计师在结构设计完成后,要按照“平法”的制图规则把设计意图表达出来,绘制结构施工图;而施工现场的监理、技术员、施工员要掌握“平法”的制图规则,才能看懂结构施工图纸,然后按照施工图表达的内容,建成高楼大厦。在房屋设计和建造过程中,结构师的工作是把对房屋设计的理念和意图表达在图纸上,重点体现在“制图”上,结构师的培养目标是“知识目标”;而技术员、施工员、监理员的工作是把图纸的内容变为现实,重点是在“识图”上,即能“看懂”图。技术员、施工员和监理员的培养目标为“能力目标”。
“建筑结构”课程是工民建专业一门重要的专业课,它主要任务是对房屋的结构体系进行设计,以保证房屋安全可靠。
“建筑结构”课程与“平法”技术,二者是密不可分的。“建筑结构”是对房屋结构设计的一套理论,包含结构受力分析、公式推导、实验数据的统计、构造措施等,而“平法”是表达结构设计意图的手段,它更像一种“语言”把结构设计的结果向技术员、施工员表达出来,它是设计与施工的桥梁。所以“平法”应该是“建筑结构”课程中重要的一部分,特别是对中等职业学校,工民建专业培养目标是要把学生培养成施工一线基层管理人员,如技术员、施工员、监理员等。中职培养突出“应用能力”和“技能’, 所以学生在学习中能读懂图就更为重要。在中职教学中“平法”是“建筑结构”课程中重中之重,课时要达到一定数目,才能保证学生掌握“平法”的技术。
“平法”技术是对我国原有的混凝土结构施工图的设计表示方法做了重大的改革,目前设计、施工现场早已推广应用,而中职教学计划、课程设置、教材内容却显得滞后。
目前的建筑结构课程只是从结构设计角度确定课程内容体系,与中等职业教育工民建专业为施工一线培养人才的目标不符:在目前出版的大部分建筑结构教材中,课程内容都是针对结构设计能力选编的,结构课程几乎没有体现为施工服务的意识。
建筑结构课程内容理论偏深、偏难,应用性不足。主要表现为:知识偏深而知识面偏窄;公式推导过多而公式应用较少;侧重基本构件的设计和计算,对结构概念、形式、体系等陈述过少;对结构体系中简化计算内容过多,而对结构概念陈述较少。
建筑结构课程内容陈旧,难以满足建筑业发展的需要。目前各学校所使用的教材内容基本上是对现行规范的解释和说明,而新技术、新材料、新工艺在教材中很少体现,特别是平法技术在建筑结构中的应用较少,难以满足工程施工实践的需要。
我们学校工民建专业在通过施工企业调研,毕业生反馈中了解了“平法”实用性和重要性,及时把“平法技术”引入“建筑结构”课程之中,并作为教学重点,同时安排一周的识图练习,从施工现场取出一套施工图,让学生用“平法”制图原则来进行识图练习。
1.1高层建筑结构的受力分析
因为高层建筑物都是由许多构件组合而来,结构设计一定要把建筑物的重量传至地面。就受力而言,在竖构件中,建筑自重与楼面应用荷载所引起的弯距与轴力数值和高层建筑的高度是正比关系,但是水平荷载对结构的倾覆力距和其在竖构件中产生的轴力,和高层建筑高度的平方是正比关系。就一个建筑来说,竖向荷载往往不会出现太大的变化,而地震荷载、风荷载等作用的大小会由于结构动力的不同特性而出现一定的变化,进而使得建筑出现一定的位移。在高层建筑设计中,一定要将位移量限定到一定的范围之中。
1.2预防建筑轴向变形与扭转破坏
通常而言,在高层建筑之中,过大的竖向荷载值会致使柱中出现较大的轴向变形,进而影响到连续梁弯矩,致使连续梁中间的支座位置的负弯矩变小,而跨中正弯矩变大;除此之外,还会影响到构件侧移与剪力,较之于构件的竖向变形,可能会出现不安全的结果。所谓的结构扭转问题指的是,在结构设计中没有做到三心合一,为了使得建筑物因水平荷载作用的影响而出现扭转破坏问题得以有效避免,在开展结构设计时,要对结构形式与平面布局予以合理选择,使得建筑物能够保持三心合一。
1.3高层建筑结构要考虑更大的延性设计
所谓的结构延性指的是:从相符时直到最大承载力或者达到之后承载力并无明显下降时期的变形能力。在对高层建筑进行抗震设计时,就是运用结构的延性来吸收地震的能力,从而有效避免建筑出现破坏。在地震的作用下,高层建筑往往会出现更大的变形。为了使得结构在到塑性变形阶段后还有较强的变形能力,就需要在构造上予以考虑,采取适当措施,有效确保结构具备较大的延性。
2高层建筑和结构关系的理性认识
2.1在高层建筑设计中结构的地位与作用
(1)在高层建筑设计中,结构是其经济合理、技术可行的重要基础。结构式支撑高层建筑、传递荷载的骨骼,高层建筑的空间以及造型等,都需要依靠结构承托。可以说结构式高层建筑设计的重要语法,换言之高层建筑设计过程中必须要遵循结构规律的法则。(2)结构是确保高层建筑功能合理的重要条件。结构不但是空间的重要支撑,可以影响建筑的空间形态,而且其可以在平面上发挥引导空间、开放空间、连接空间、延伸空间以及划分空间的作用,是塑造建筑空间的重要领导者。(3)结构是建筑创造的重要媒介。结构不仅仅是一种技术,同时也是一门艺术,其可以承托造型与空间,还可以变成烘托空间气氛、丰富空间层次以及美化空间的重要元素。
2.2建筑技术发展和高层建筑创作的互动关系
据相关研究发现,高层建筑创作与结构技术的发展之间是互相作用,互为动力的。(1)建筑技术可以有效的推动高层建筑创作的进步。在高层建筑发展中,结构技术本来就是一个重要的原动力,在一些情况下,结构技术的进步能够直接引发高层建筑设计的革命。同时,高层建筑也可以通过结构技术来不断寻找技术和艺术的交融之路,寻求结构技术所带来的新的感官刺激,从而将结构对高层建筑造型以及空间的实用价值与艺术价值展现出来。(2)新的高层建筑设计也可以推动结构技术的进步。通过对高层建筑发展历史的考察,可以发现高度的追求推动了许多新结构形式的出现以及新材料的应用。
3结构思维指导下的高层建筑设计基本原则
3.1确保结构合理性原则
建筑结构的合理性是有效确保建筑结构实用性、艺术性以及经济性的重要基础,同时也是运用结构思维开展高层建筑设计的基础条件。建筑结构是支撑高层建筑的骨骼,因此一定要确保其牢固性,其一定要具备承受各种形式外力的能力,这些外力荷载比如说:地震荷载、风荷载、雪荷载以及高层建筑自重等。据相关调查研究发现,建筑结构的合理性的实现要受到诸多因素的影响,比如说:技术可行性、结构耐久性、构造处理、材料运用以及结构形式等。科学的结构要具备一些条件:(1)具备完整的结构体系;(2)具备科学的结构形态;(3)具备科学的结构布置。建筑结构的合理性可以说是一种科学力的传递关系,其主要表现为应力的合理分配、结构的平衡以及结构的最优化等,并应该和建筑功能要求与艺术形式达到一致。除此之外,结构的合理性还提倡材料的有效性,换言之就是最大限度的发挥结构材料的效能。
3.2实现结构经济性原则
建造高层建筑往往需要耗费大量的资源以及劳动。在结构思维条件下创造高层建筑的时候,在使得美学、功能与力学的要求得以满足之后,方案能否付诸于实施还应该考虑到经济的因素。建筑结构经济性具有诸多影响因素,比如说:结构受力状况、结构造型、计算理论以及技术手段等都会影响到结构自重、结构断面尺寸以及材料消耗。实质上,建筑结构的经济性只是相对来说的,唯有在特定条件下选择适当的结构才可以使得结构的经济性得以有效实现。这就要求高层建筑师与结构师相互合作。
3.3发挥结构的实用性原则
据相关调查研究发现,结构拥有较好的组织与空间塑造能力,其可以在平面上开展引导空间、开放空间、连接空间、延伸空间以及划分空间工作。就本质上而言,发挥结构实用性主要是为了使得高层建筑与结构功能得以有效实现,这是符合结构思维的主要任务的。通常而言,结构的实用性是通过核心筒、剪力墙以及柱等结构构件实现的。柱通过不同的排列方式可以对不同大小、不同功能的空间结构进行划分,这是核心筒与剪力墙同样能够做到的。剪力墙的开孔方式与开孔率以及柱的间距都会对建筑空间的开放程度产生影响,剪力墙与柱的走势也往往会对建筑空间产生一定的引导作用。
3.4开发结构艺术性的原则
在高层建筑设计之中运用结构思维的主要任务就是:综合人文、技术、经济以及社会等因素,运用形象思维与结构逻辑,给高层建筑赋予优美的形式、鲜明的个性以及深刻的内涵。所以,开发结构的艺术性是非常重要的。结构的美在微观上能够看到西部节点的精细化处理;在中观上表现为空间处理与结构构架之间有效结合;在宏观上能够反映出高层建筑的壮美。通常而言,根据结构的属性可以将结构美分成三种:(1)科学理性美;(2)形式美;(3)感觉美。所以,在高层建筑设计中应该遵循开发结构艺术性的原则。
4高层建筑设计中应用结构思维的误区
4.1虚假结构
一般而言,结构的内涵和形象要相一致,如果不相一致就证明结构是虚假的,也就是结构一定要发挥结构的作用,不然不仅会对观者产生误导,也会影响到专业人士。结构构件能够使得建筑的韵律感、虚实感不断增强,还会使得建筑构图更加丰富。当前我国高层建筑设计中,有许多建筑物和建筑主体物任何结构联系,这些构件不但制作较为粗糙,就连从人的一般视点去观察,也会发现存在严重的比例失调问题,其不仅没有发挥美化造型的功能,还使得建设成本大大增加。
4.2忽略经济性
所谓的经济性就是指节约资源,把实现结构的经济性是高层建筑设计中的重要内容。建筑设计师应该要求将建筑设计做得既实用又经济。但现在许多高层建筑为了取得较为震撼的视觉效果,在进行设计时,只追求标新立异,忽略结构逻辑,大大增加了建设的成本。
4.3忽略艺术性
高层建筑设计中,注重设计的艺术性是非常重要的。唯有具有艺术性的高层建筑,才能够使得人们在审美上产生共鸣。但是,现在许多高层建筑设计单单追求结构体系自身的造型能力,往往忽视了构件尺度、构件间连接方式以及构建形式等,使得高层建筑设计较为粗糙,缺乏艺术性。
5结束语
【关键词】高层建筑;建筑美学;艺术设计;建筑形式
随着我国科学技术的不断进步,建筑行业也得到了快速的发展。特别是高层建筑结构外形的巧妙设计技术水平有着明显的提高。作为一门艺术,建筑设计的设计理念很难用绝对权威的理论进行指导,这是因为不同审美标准下会产生不同建筑设计艺术思潮,这将直接影响到建筑设计的风格、特征。因此建筑结构形式美学成为了越来越多的建筑师们的探讨对象,建筑的结构构成规律和与外形的有机结合也在不断的被总结和利用。但是在实际的工程建设中,上述理论普遍都是从建筑的视觉形象方面考虑的,只是对建筑的外在形式进行了认真的考虑,建筑的自身结构与外形的有机结合并未得到充分的体现。并且具体的建筑美学观点也没有很好的体现出来。下文将简单的对高层建筑的美学观点进行阐述。
一、建筑结构对建筑形式美的重要影响
(1)建筑结构的外形、尺寸、比例、韵律体现、均衡性、稳定性是建筑形式美的基本规律。这些建筑美学规律的形成是由建筑形态产生的内在力学关系决定的。一般说来,建筑结构只要符合力学规律,必然会存在着自身的和谐与统一。建筑结构外形、尺寸、比例、韵律体现、均衡性、稳定性的合理设计,在建筑结构的外部反应中,作为一种形式美存在。
(2)早期历史中的著名建筑物,其结构的构思和设计很好的表现了建筑艺术。这与建筑物营造工匠既是工程师又是建筑师的双重身份有着密切的关系。在对建筑物进行创作时,对建筑物的结构设计、使用功能、外形美观等方面的问题进行了综合的考虑。并对三者之间存在的矛盾进行了有效的调和。例如建筑造型趋近完美的罗马古迹拱形结构,在设计时由于缺乏抗拉材料,人们将火山灰、碎石和转材料、石灰拌合在一起,凝结成了穹顶的结构材料,为了抵抗结构的侧向推力,在高墙顶上放置了拱顶。再加上穹顶上方的圆窗采光使建筑结构的内部空间庄严肃穆,极具形态美。
(3)中国的木结构建筑《营造方式》中,对“侧脚”的解释是:在建筑内侧微微倾斜柱头,柱脚向外微出。如果从几何的稳定性来分析结构力学,当所有的柱子都垂直于地面时,它们之间形成了互相平行的关系,在与水平梁连接之后,组成了几何可变体系。一旦体系发生了微小的移动,将会导致运动一直进行下去,因此这种结构是不安全的。在建筑中对“侧脚”的使用,能够使柱子之间形成虚铰,对各柱子间的水平结构进行了有效的改变使建筑物的几何体系更加的稳定,同时柱子的视觉透视效果,使建筑产生了一种沉稳挺拔美。
综上所述可知,建筑结构的空间设计、外形轮廓、内在韵律对建筑美有着重要的影响。建筑形式合理的技术内容,直接的影响到了建筑物实用性的审美效果和建形态美规则。
二、建筑形态结构与美学观点结合的实际运用
(1)建筑结构形态的多样化和建筑材料的进步,在建筑行业的的高速发展中发挥着重大的作用。建筑师在这些条件的基础上进行了新的、大胆的结构尝试,建筑物的形态特征和形式发生了重大的改变。随着社会的不断进步,人们的思想意识和审美观点也发生了改变,对建筑结构的要求也有了进一步的提高,普遍的接受了建筑美学和其带来的技术价值。作为建筑艺术的的组成部分之一,结构技术对建筑物形象创作有着深刻的影响。对成功的运用了结构技术的建筑物的分析来看,它们之所以能够成功是因为结构技术不但达到了建筑本身的功能需要,同时存在着巨大的艺术感染力。这种有机结合了建筑的结构和美学观点的方式,很值得我们进行学习和借鉴。
(2)在建筑艺术和结构技术合理结合的优秀作品中,1957年罗马小体育馆的建造是意大利工程师奈尔维的经典作品。小体育馆大体上呈圆形,穹顶由钢筋混凝土组成,共运用了1600块菱形预制板槽,并由现浇梁联系在一起。精致的拱肋交互错杂,呈旋转辐射图案。整体形状像是凹凸相间的葵花,将强烈的节奏感和韵律美体现的淋漓尽致。由于对建筑几何形态的巧妙设计,加上结构形态技术的合理运用,不仅提高了建筑空间的利用率,又实现了建筑形态的使用功能和美学功能的有效结合。
三、建筑美学观点在建筑结构形态中的重要体现
(1)先进的建筑技术能够带来新的结构形态,使结构的本身就具有强烈的艺术表现力。以建筑形式美规律为基础,对力学原理和支承方法进行形象化分析,能够使建筑的结构形式更加的明了、清晰,促使美学判断标准和美学评价的形成。在所有建筑结构的技术因素中,结构因素占据着重要的地位,对建筑美学规则有着重大的影响。建筑形式的结构本体是直接的暴露的,是结构的直接产物,作为一种具体的技术被人们欣赏。
(2)在1972年的慕尼黑奥运会的建筑群屋顶设计中,德国结构大师奥托通过对巨大的帐篷的运用,连续全面的覆盖了游泳馆、体育场和体育馆。空间钢结构的异形体系、艺术气息浓重的张力透明屋顶、极似射束的根钢索、充分体现了理性结构技术下的逻辑之美。设计的本身明显的区别开了一些建筑师玩弄建筑曲线的本质体现,通过起伏的变化和优美的曲线阐释了力学的传递规律。建筑结构不仅仅是为了解决技术问题的,最重要的是为建筑美的艺术形态打下结构基础,作为无需隐蔽的表现力量,强烈的表现了建筑的技术美。
(3)巴黎的蓬皮杜中心大楼,跨在中央空间的衔架大梁构成了主结构框架。使周边的柱子和悬臂牛腿紧密的连接在一起,对外部构件牛腿精心制作,具有特殊的视觉效果。虽然整体思路没有很大的结构意义,但是建筑整理散发出来的强烈形式感建筑构件,给人带来了心理震撼和视觉冲击,也体现出了建筑美学信息。
结语:本文通过对建筑结构对建筑形式美的重要影响、建筑形态结构与美学观点结合的实际运用、建筑美学观点在建筑结构形态中的重要体现等问题的详细分析,阐明了建筑结构形态对建筑的整体造型发挥着主观能动作用。在建筑的实际过程中,我们应该把建筑结构做为建筑美学的体现工具和表现手段,建筑结构、建筑构件、建筑美学进行深入的了解和分析,及时关注建筑结构的变换和建筑技术的更新,通过对美学表现力的充分运用,创造出更具美感、魅力的建筑作品。
参考文献:
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关键词:房屋建筑;设计;基本原则;要点
中图分类号:TU8文献标识码: A
引言
建筑工程质量的优劣直接关系着了人民的生命财产安全。因此,在进行建筑工程结构设计的阶段,我们应该不断的把握建筑工程结构设计的要点,将建筑工程结构设计的方方面面的工作能够做的细致和具体,进而确保建筑的质量,确保用户的使用安全。
一、建筑工程结构设计的基本原则
建筑工程结构设计是一项综合性强和政策性、涉及面广泛的创作活动。建筑工程结构设计成果不仅能体现当时的地方特点、科学技术水平、社会经济水平、文化传统和历史的影响,建筑工程结构设计还必然受到当时有关建筑方针政策的制约。建筑工程结构设计除应执行国家有关建筑工程建设的方针政策外,尚应执行下列基本原则。
1.建筑工程结构设计应遵守当地城市规划部门制定的城市规划实施条例。城市规划包括总体规划和详细规划,城市规划规划实施条例是对贯彻执行规划的具体规定。建筑工程结构设计必须服城市规划的总体安排,充分考虑城市规划对建筑工程群体和建筑工程个体的基本要求,使建筑工程成为城市的有机组成部分。
2.根据建筑物的用途和目的,综合建筑工程的经济效益、环境效益和社会效益。建筑工程结构设计讲求效益要克服片面性,不仅要对建筑工程自身进行经济评估,同时还应对建筑的社会贡献和在促进环境改变的效益方面进行评估,把经济效益、环境效益和社会效益三者有效的结合起来,全面的对建筑工程结构设计进行效益评价。
3.适应我国经济发展水平,在满足当前需要的同时适当考虑将来提高和改造的可能。建筑设计应该考虑远近期结合,使设计在近期与现实经济条件相适应,建筑工程而在远期有适应更高要求的可能。在建筑工程个体设计中,未来于现实之中的建筑工程结构设计手法称潜伏设计。
4.节约建筑工程能耗,保证建筑工程围护结构的热工性能。我国是一个幅员广大的国家,南北不同的气候区分别存在着保温和隔热的围护结构热工问题。应该从建筑工程节约能源出发,合理选择建筑工程围护结构。处理这个问题,应着眼于建筑工程结构设计长期效益和综合效益,不能只考虑建筑工程短期经济效益造成能源浪费。
5.合理利用城市空间和土地,提倡城市社会化综合开发建筑工程。城市土地十分有效,要在城市社会化改变那种一个单位一栋楼、封闭、小而全的“割据”局面。按城市规划要求,建造适当体量的综合性建筑的工程,不仅可以有效的利用城市空间与土地,提高城市土地利用的经济效益和社会效益,还能丰富城市建筑轮廓线,增强建筑工程的艺术效果。
二、我国现阶段房屋建筑设计存在的问题
1.过于简略的设计图纸
建筑施工的基础是建筑结构设计图纸,这就要求建筑图纸能够非常详细的说明建筑结构设计的每一个环节与细节。例如,结构类型、抗震防震、墙体材料等方面。在当前建筑施工过程中,一些建筑施工单位的建筑结构设计不够规范。例如,在梁、柱、墙的配筋图中,使用的是不太标准的图集,对地上、地下的结构标高和结构层高没有进行清晰的标注,导致施工现场一片混乱,从而引起一些建筑施工方面事故的发生。
2.不科学的建筑基础选型
建筑基础的选型对建筑的安全与实用起着极其重要的作用,所以需要对建筑基础的选型提高重视。在当前的建筑基础选型的过程中,没有按照科学的方法进行选择,导致一些建筑没有到达建筑安全系数方面的要求,这样一来,不但缩短了整个建筑的寿命,也严重影响了整个建筑中居民的安全。
3.盲目的追求低含钢率
当今社会,建筑方的工程数量日渐增多,而少数的建筑方则为了追求更高的经济效益,盲目的追求建筑材料的低含钢量,在建筑结构设计中忽视了设计情况,导致建筑施工的安全性降低,对建筑工人的生命安全有很大的消极影响,更降低了今后建筑中居民们的安全系数。
三、建筑结构设计要点分析
1.建筑结构的合理设计方案
建筑结构设计方案是否合理直接决定了建筑时候能否顺利进行。更是影响了整个建筑的使用年限和使用质量。所以,结构设计的科学合理至关重要。下文对结构设计的合理方案进行探讨。
1.1结构计算
在结构计算的时候,在底框砌体结构验算的过程中,底部剪力法仪适用于刚度较为平均的多层结构。在有着薄弱层的底层框架混合结构中,要考虑塑性变形集中造成的影响。底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙。因为底框架结构中只有底层框架抗震墙,应该选用双保险的办法。然后,在建筑结构设计方案的时候,要保证荷载计算正确。在荷载计算过程中,设计人员要结合建筑用途、整体结构,科学准确的计算出建筑荷载范围。确保建筑结构稳定,避免后天人为的破坏。在整个结构设计过程中,结构计算关系建筑工程的稳定性和安全性。所以在计算时务必要做到仔细。
1.2结构构造
对于建筑结构而言,以下几个方面需要加强:第一,抗震设计时,考虑构件配筋率的问题。如果发生地震灾害,建筑结构应具有一定的延性,与最小配筋率需求相符。第二,钢筋中各个位子的延伸长度、锚固及搭接长度等,应与相关规范一致,严格按照强度要求选择原材料。第三,建筑屋面发生墙体裂缝是常见问题,在设计时如果可以采取合理的通风融热技术与措施,可以有效的避免这个问题发生。
1.3结构抗震
抗震设计是每个建筑不可缺少的结构设计之一。在一般住宅建筑中,结构设计可采取纵墙和横墙结合的方式,共同承载压力。在对称的基础上,保证上下层墙体的一致。在高层建筑中,抗震结构不能使用常用的单向布置形式,应选用双向布置形式来提高建筑的抗震水平。为了更好的确保建筑整体性能,采用框简体系与抗震墙分别抗震的设计形式来控制各个楼层的连接度。同时注意建筑结构尽量遵从规则性,发挥防震缝的作用,提高建筑结构的使用性能、延长建筑使用寿命。
2.火灾自动报警系统的设计要点
根据被保护对象发生火灾时燃烧的特点确定火灾类型;根据所需防护面积部位;按照火灾探测器的总数和其他报警装置(如手报)数量确定火灾报警控制器的总容量;按划分的报警区域设置区域报警控制器;根据消防设备确定联动控制方式;按防火灭火要求确定报警和联动的逻辑关系;最后还要考虑火灾自动报警系统与智能建筑“3AS”(建设设备自动化系统、通信自动化系统、办公自动化系统)的适应性。
3.建筑外墙设计
在建筑设计中,外墙材料的选择应主要取决于建筑的风格与功能,并应根据地理位置、气候、条件、风俗习惯、审美观念、文化传统等因素综合考虑。设计中应充分考虑到材料使用后的实际效果和维护、修补、清洗等具体问题,色彩是城市的建筑语言、形象体现,它能直接反映出一个城市的整体风貌体,现出时代的气息。外墙的色彩是建筑物的面容,颜色和质地都有视觉上的重量感和冲击力。目前易见的问题是色彩的选用上,设计者对建筑元素考虑多,而对周边空间及环境的因素考虑少,造成整体的不协调。
4.重视建筑节能
在设计中,建筑节能也是大有可为的。比如,体现在日常生活中的能源节约可谓比比皆是,大到居住区的中水系统设计,小到家庭抽水马桶上的设计,都会有效的节省水资源。比如建筑的外墙、门窗、屋面、采暖系统等都是关系建筑节能的重要部分。高舒适度、低能耗的建筑设计可以从四个方面入手:a.热功能环境;b.空气质量;c.声环境;d.光环境。这些内容都会引起设计的变化,原来的建筑设计是一个线型分布,现在应该全部整合起来,成为一个新的能量技术工程。
结束语
综上所述,建筑工程结构设计是一项既全面又系统的工作,在对建筑工程外观的要求进行合理协调的同时,还需要满足相关的安全系数。所以,建筑工程结构设计人员需要具备坚实基础的理论内容、创新灵活的思维以及严肃认真的工作态度,这样才能使建筑设计更加完善。在建筑行业日渐发展的过程中,需要我们运用相关的理论知识,对建筑结构设计过程中出现的问题进行分析与总结,并且制定相应的对策,从而促进建筑行业的健康、协调发展。
参考文献:
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关键词:高层建筑;抗震;概念设计;计算设计
中图分类号:TU318+.1 文献标识码:A
现代高层建筑出现在19世纪,1960年以后,建筑材料、结构体系和施工技术的不断发展,进入了大量建造50层以上高层建筑的时代。高层建筑结构的材料主要是钢筋混凝土和钢。除了全部采用钢材的钢结构和全部采用钢筋混凝土材料的钢筋混凝土结构外,同时采用两种材料做成的混合体结构和组合结构在近年来也得到了广泛应用。但考虑到建设成本、维护成本、可模性等因素,钢筋混凝土结构在未来很长一段时间内仍然会作为高层建筑的主要结构类型。
一、高层建筑的特点
何谓高层建筑,其高度测量起始位置和终止位置在何处,世界上均无统一规定。在我国,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(下简称《高规》)规定:10层及10层以上或总高度超过28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他民用建筑混凝土结构为高层建筑。
相较于低层结构以竖向荷载为控制因素,在高层结构中,水平荷载往往成为了设计中的控制因素,建筑物的高度与荷载效应的关系一般为:N=f(H),M=f(H2),=f(H4)。由此可知,随着高度的增大,位移增大最快,矩次之,轴力再次之。构件截面层次的强度、结构层次的刚度和稳定性是高层建筑设计的核心控制指标。
在地震区,要求高层建筑有良好的抗震性能。在地震作用下结构具有良好的塑性变形能力。具体应使高层建筑达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的要求。
高层建筑的设计是一个系统工程,包括概念设计、构件设计、构造措施、维护保养手段等。如果将其与人做对比,那么概念设计无疑是高层建筑的DNA,决定了建筑物先天条件;构件设计和构造措施,类似人的后天成长和学习;与人类一样,维护保养可以使建筑物更长久更安全地服役。
二、抗震概念设计的含义
因其丰富内涵,概念设计对高层建筑结构设计具有相当重要的作用,尽管多年以来在高层建筑结构的教育和培训中受到普遍重视,但当前结构工程师对结构设计软件的依赖和面向应用的高等教育模式又往往将其淡化了。结构概念设计并非强调计算方法和计算的准确性,它强调的是一种抗震设防理念在结构设计每一步骤中具有体现,包括方案设计阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段等,它是结构工程师水平的体现。
概念设计是根据试验数据、震害现象和工程经验提炼、总结出的基本设计原则和理念,是一种定性设计。
三、概念设计的目的和重要作用
在进行建筑抗震设计时,原则上应满足二阶段三水准的设计原则。第一阶段的设计,通过计算保证强度要求和变形要求。第二阶段的设计,通过弹塑性层间侧移验算结构的弹塑性变形,实现“大震不倒”的第三水准抗震设防要求。我国设计规范主要通过良好的抗震构造措施来实现“中震可修”的第二水准要求。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则,以满足抗震设防要求。概念设计的重要性还在于现行建筑抗震设计方法存在以下问题:(1)地震影响的不确定性;(2)地震作用计算方法的近似性;(3)结构内力分析方法的近似性。
四、抗震概念设计的基本内容
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(下简称《抗规》)对抗震概念设计作了全面具体的规定,使概念设计更容易理解,也使更多的设计人员便于掌握和运用概念设计。规范明确了概念设计包含的3个基本内容:(1)重视结构的规则性;(2)选择合理的结构体系;(3)结构构件的延性设计。
五、概念设计的核心准则及其保证措施
(一)核心准则
“强节点弱构件”――防止节点核心区破坏先于构件;“强柱弱梁”――防止结构塑性铰先在柱内出现,要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力;“强剪弱弯”――防止构件发生剪切破坏,要求构件受剪承载力高于受弯承载力。
(二)保证措施
保证措施有两个方面:一是合理选择确定结构屈服水准(也可以说承载能力)的地震作用。这个地震作用通常小于或明显小于设防烈度地震,但它必须与结构的延性能力相协调。二是制定有效的抗震构造措施使结构确实具备所需要的保持竖向承载力条件的非弹性变形能力。这两个方面在《高规》中有详细的规定。如:《高规》第3.9节(抗震等级)的要求,我国规范对钢筋混凝土延性等级的划分以烈度区为主要依据,但还要考虑各类结构构件以及同一类结构中不同组成部分对延性的不同需求,因此《高规》建立了“抗震等级”(即抗震措施的等级)的概念,并将其划分为一、二、三、四级。这样,只需规定各抗震等级对应的内力调整和构造措施,所有不同类型结构在不同抗震设防标准下的对应抗震手段就都清楚了。总之,《高规》中许多条文都是概念设计的内容,都与“三强三弱”密切相关。
六、加强抗震概念设计的建议
(1)结构工程师不应被设计软件束缚,应该对概念设计有清晰认识,通过概念设计使建筑结构更合理;对《高规》及《抗规》应加强学习理解,对各条规范内涵应注意把握,对规范条文的逻辑联系应加强体会。在实践中,保证对各条概念设计条文的正确执行;(2)结构工程师应当善于模仿、学习、创新,善于从别人的结构方案中获得新的灵感;(3)建筑师也应加强结构专业知识的学习,掌握基本的建筑力学和结构设计概念,在方案阶段就尽力保证建筑结构布局和造型的美观合理,并注意与结构工程师配合沟通,避免出现因沟通不畅导致的项目进展阻滞。
结语
高层建筑结构设计遵循如下的流程:方案选择、概念设计荷载水平计算各种工况下结构内力及变形计算第一次内力调整荷载组合第二次内力调整构件设计及刚度验算。概念设计贯穿了整个设计流程,尤其是在结构选型和布置阶段,严格执行概念设计足以帮助建筑结构拥有良好的先天安全与稳定优势,在后续构件设计及刚度验算时更容易满足和通过。概念设计也是体现一个结构工程师水平高低的重要方面。无论是教学、科研还是工程实践,概念设计都应该是重点和核心内容。
参考文献
[1] JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]包世华,张铜生.高层建筑结构设计和计算[M].北京:清华大学出版社,2013.
【关键词】建构;结构;表现性
中图分类号:TU3文献标识码: A
弗兰普顿在《建构文化研究》的绪论中写道:“无需声明,我在本书里关注的不仅仅是建构的技术问题,而且更多的是建构技术潜在的表现可能性。如果把建构视为结构的诗篇的话,那么建构就是一门艺术,一门既非具象又非抽象的艺术”[][1]表明了建构一词无法与技术问题分离,但又绝不是仅仅一个建造技术的问题,建构是“技术”与“艺术”两方面的统一,建构的精髓在于“诗意的建造”。本文正是基于建构理论,探讨如何去寻找结构技术和建筑艺术的结合点,实现建筑结构的艺术表现。
1.如何理解基于建构的结构表现?
1.1理性的态度是结构表现的基础
建构理论其本身是对建造的关注,成功的建造必然要符合形式的逻辑、材料的逻辑、结构的逻辑和节点细部的逻辑,必须符合合理性的精神。虽然结构形态表现性的获得离不开设计师的创造性思维,但其基础应该是理性的,而这个理性的基础就是科学。只要我们还在地球上建造,重力的规律、材料的特性、自然的法则就是我们无法摆脱的现实。历史上许多大师的作品,都是艺术与科学思维结合的典范。不同的是,有的大师偏重用新材料表现新结构,有的偏重表现新材料的新工艺和新构造,有的则是用新材料、新结构表达所创造的空间,但基本都处于理性表现的范畴。违反结构和材料的基本性质,盲目追求表现的做法是行不通的。
1.2诗意的建造
建构并非机械的计算和结构搭砌,而是在建造过程中加入艺术成分,体现艺术价值。弗兰普顿在《建构文化研究》一书中就指出:建构一词无法与技术问题分离,但又决不仅仅是一个建造技术的问题,是一种“诗意的建造”。建构具有深厚的人文色彩,建造活动应该揭示情感,带来人文的温情。所以,我们在建造师不应该仅仅考虑纯粹的功能和技术,还要加入情感和文化的成分。只有这样,建筑才能超越纯粹的功利,获得更长的生命力。
2.结构造型与结构表现
2.1结构形态表现外在形态
结构形态构筑形体时,结构的外形可以是规则的几何形体,也可以是通过切割、组合等方式进行进一步加工的形体。在设计加工过程中,既要重视结构形态与设计物功能的一致、注重结构受力的合理性,也要注重其外在的形式美感。任何物体的外部形态都不是凭空产生的,也不是由设计者随心所欲决定的,它是内在力学规律的反映,同时也是结构形态逻辑关系的真实反映。
2.2结构形态表现内在规律
结构形态表现其内在的力学规律。这是结构表现的必然要求和本质内容。但是,这不是要求所有的结构都固定在条条框框里面,对于同样的力学规律,反映的方式也可能是千变万化的,关键在于要从本质上把握形象与规律的关系,通过对结构实体的轮廓线、比例、尺度、质感、色彩等进行适当的加工与处理,来达到形式上“多样性的统一”,这是赋予合理的结构以形式美的必要道路。
3.结构形态的建构原则
3.1.营造逻辑的清晰体现
营造逻辑清晰是指应该从外表可以判断建筑是以何种材料及结构形式建造起来的。即从外表可以判断出建筑是以何种材料以及结构形式建造起来的,而且重要的是建筑提供的信息应该是基本真实的,这些都是建筑所应该具有的基本特征。营造逻辑清晰是建构的重要表现,它要求结构形态具有严谨的秩序。秩序在这就是指理性的组织规律在形式结构上所形成的视觉条理,通过秩序可以达到艺术作品自身的整体性。设计师应该熟悉营造逻辑对结构形态的制约因素以及艺术表现的潜在可能性。
3.2结构形态的形式美体现
形式与结构并不是剥离的关系,形式不是肤浅的,结构也不是封闭的,而是浑然一体,相互支持。不同的结构形式不但能够适应不同的功能要求,而且也具有独特的表现力。可以充分利用结构中符合力学规律和力学原理的形式美因素,来提高建筑艺术的表现力。通过结构中的组件和它们的组合形式所展现出的构成美,通过其简洁,流畅,力量的传递,可以给人留下深刻直观的印象。他们的具体表现形式有以下几种:1、结构的均衡与稳定;2、结构的韵律与节奏;3、结构的形式感;4、结构的简洁与明确。
3.3功能与技术条件的完美契合
科学技术的发展为设计师的创作提供了有力的技术支持,技术手段的运用也使得建筑的外表更加多样,功能更加丰富,可操作性更强。同时,也为建筑创作提供了一种新的创作灵感。不断发展中的科技极大地推动建筑领域的发展。科学技术在为建筑创作提供物质基础的同时,也影响了人们的审美观念。任何一个时代,都是新材料的出现必然要求产生新的结构理论和发展新的技术工艺,从而促使新的结构形态不断出现。同时也只有在结构形态方面不断创新,才能赶上新技术发展日新月异的步伐。
3.4文化价值与时代精神的表达
建筑本来是没有生命的,如果承载文化价值和时代精神,就会赋予建筑丰富的内涵,建筑也获得了生动的内容。建筑不仅要满足使用功能和视觉感受的需要,同时也要承担文化载体的责任。这里的人文价值包含了两方面的内容:从建筑使用者的角度来说,主要是指因人种、民族不同而造成的人的生活习惯、审美情趣等方面的差异;从建筑所处环境的角度来说,主要是指地域环境与文化传承的结合。
4.结构形态创新及发展趋势
4.1新材料的运用
随着科技的发展,新材料层出不穷。如特氟龙膜材、不锈钢、穿孔铝板、金属丝网等的大量运用也使建筑的表皮越来越轻、薄。建筑越来越轻盈、透明、开放,更具有亲和力和动感。许多设计师也尝试参与到新材料的开发和研究上,包括对现有材料的重新利用和介入新材料研究。通过这一过程,创造了许多合成物,如半透明的水泥、数字织物、印有图像的玻璃等等。
4.2形态的自由化与高科技的运用
建筑形态自由化创作倾向是当今建筑形象创作的一个动向,由于高科技,新材料的飞速发展,为建筑形态自由化提供了可能。流线型的曲面、异形的墙体、弧形的结构体等异质元素的出现,使得建筑形态实现了突破性的创新。异形的形体使建筑更具轻盈感和技术美感,并富于视觉冲击力和时代气息。另外,结构形态的动感也是另外一个重要的变化。通过对形式要素的组织和调度,利用倾斜、扭转、弯曲、波浪形等形体处理手法或借助形状比例的变形产生失稳、失重的不定势态等多种途径来实现的富于动感的结构形态。
这些形体的实现很大程度上得益于建筑创作中高科技特别是计算机技术的应用,包括NURBS造型技术、结构计算中的有限元分析和构件制造的CAM技术等等。计算机处理了从确定形式、结构尺度、动态计算和自动生成以及数控到全球定位系统等多项工作。随着高科技对建筑创作产生革命性的影响,它所包含的独特概念已成为建筑师探索设计新理念、新形式的灵感源泉。
4.3多元化创作思维和表现手法
当代信息与数字技术的发展,不仅使建筑师得到了新的创作工具和设计方法,也使得人们的审美观念和思考方式不断发生变化,设计师的创作思维也因此呈现出多元化的趋势。
A,个性化
现代建筑师不断开拓思维,更加注重突出个性,充分发挥个人主观能动性,带来了建筑创作“主题意识的崛起”。他们以积极向上的乐观主义精神和创新精神,突破传统的囹圄,创作了很多新颖的作品。倡导差异性和异质性的审美思维的确不失为一种摆脱僵化思维惰性的美学策略。
B,界限的模糊-----混沌思维
从哲学上来讲,宇宙在一开始是混沌的,后来才逐渐变得层次分明,有秩有序。人认识事物的规律也是如此,建筑师不再局限于任何固定的模式,势必会创造出更灵活、更有机、更符合当代审美需求的结构形态。这种混沌思维方式赋予建筑设计师一种更加自由的创造精神。必将会激发更多建筑设计师的创作灵感。
4.4结构仿生
在自然界广泛存在的自然结构蕴含着高深的哲理,为建筑创作提供了广阔的思维素材。随着人们对环境问题的日益关注,扑捉和传达建筑的生态潜质,成为建筑形式创作的重要方向之一。也使生态思维为当代建筑审美增加了一个新的角度。运用形象思维和逻辑思维,把握各种自然结构的本质和规律,创造新的结构形态,这是我们研究和设计结构形态的重要途径之一,也势必成为未来可持续建筑设计发展的方向。
参考文献
[1]马进,杨靖,当代建筑构造的建构解析,东南大学出版社,2005
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[3]彭一刚,建筑空间组合论,北京:中国建筑工业出版社,1998
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[5] (美)肯尼思・弗兰姆普敦,现代建筑――部批判的历史(原山等译),北京:中国建筑工业出版社,1998
[6] (美)肯尼思.弗兰姆普敦.建构文化研究一论19世纪和20世纪建筑中的建
关键词:高层建筑;设计方案;经济合理
引言
随着城市化进程的日益加快,各类建筑工程不断的发展,高层建筑也日益成为人们生活中常见的居住和工作的场所,而高层建筑设计,是整个高层建筑施工建设中一个十分重要的组成部分,其在保证高层建筑稳定性、可靠性及经济合理性上占据着主导地位,而也正是在这种主导地位的刺激及约束之下,其在进行实际的设计的过程中,总是需要紧紧地围绕着城市的整体规划以及发展布局。一般来说,我们在进行高层建筑设计时,需要以一种整体到局部,局部到整体的眼光对其中的各个部分进行合理的布置,不能只看眼前利益,要立足长远将经济利益、社会效益等结合起来。
一、高层建筑方案设计
高层建筑方案的设计讲究风格独特,要能充分体现建筑物的个体性。建筑风格不同,在资金的投入上也会有很大的差异。例如欧式风格的建筑,外立面的装饰和线脚比较多,节点构造也比较复杂,施工难度大,所以在建筑立面上的投入成本就高;对于现代风格的建筑,虽然立面装饰及线条简单,但如果过分追求造型,在结构计算中为满足各项控制指标的要求,增大了用钢量,也会加大成本投入。比如某高层建筑在立面上有中空(开大洞)的造型;两个高层建筑之间在顶部仅用几个楼层联系在一起;楼梯间与电梯间的平面位置布置较偏;建筑的立面凸凹变化很大等等,这些造型及立面布置都对结构受力及抗震造成不利影响,产生极大的浪费。
二、高层建筑方案设计经济合理性的原则
1、保证建筑结构基础设计方案的合理性
一般而言,高层建筑的地质条件是选择高层建筑结构基础方案的参考依据,这就要求高层建筑结构设计必须具备相应的地质勘查报告。高层建筑结构设计基础方案通常应确保最大化发挥地基的潜力,所以在设计时应该对高层建筑的结构类型、施工条件、荷载分布情况、与邻近既有建筑物的关联性等因素进行综合考虑,从而提出合理并且高效的高层建筑结构基础方案。
2、保证建筑结构设计方案的合理性
高层建筑结构方案是否合理是根据高层建筑结构设计方案与结构体系和要求方式是否保持一致来判定的,在满足建筑结构需要的同时还要能够满足经济性的需求,对于结构体系的要求则是传力要简单化,受力明确化。结构单元相同的高层建筑物,其结构体系也应该是相同的。
三、做好高层建筑设计方案经济合理性建议
1、重视合国家安全规定
高层建筑安全事故频繁,这让大家的关注点都集中在了建筑的安全上,所以无论什么样的建筑理念,安全问题是不容忽视的。国家对建筑结构的安全性提高了重视,陆续出台一些相关法律法规,对于建筑结构的设计有了强硬性的要求,防止一些建筑商减少针对建筑安全的投入。这些规定会随着建筑行业的实际情况而提出针对性的改变,建筑结构的设计不仅在安全上有保障还需要与时俱进。同时,建筑结构设计师应该要尽职尽责,不能为了一己私利不顾人民群众的安危,为提高建筑物的质量,消除存在的安全隐患贡献出自己的绵薄之力,要不畏强权,在建筑行为中发现不符合国家规定的行为要勇敢地提出质疑,并且做出相应的解决措施,基于安全性上考虑,在设计出经济合理的方案的前提下,尽可能地提升建筑结构的安全质量。
2、做好结构方案的设计
高层建筑的结构设计往往屈从于城市规划部门、建设单位和建筑造型的要求。结构设计一般都是在建筑专业已经确定好的平面和竖向布置的基础上来进行设计。先假定好构件的尺寸,通过计算机,运用专业软件计算后,如果有个别构件超筋或控制指标超限,则对局部构件进行调整,直至没有超筋或超限后,就开始画施工图。至于建筑方案是否完善;是否还可以再优化;虽然控制指标没有超限,但是不是余量较多;构件虽然没有超筋,但是不是假定尺寸太大等情况,则心中无数,盲目设计。作为结构设计者,在接到建筑方案后,应按照抗震规范的各项原则,在满足使用功能的前提下进行经济合理性评价及方案优化,然后再进行结构方案的确定,并在多种方案的比较中确定出最佳结构方案。高层建筑通过计算后,有许多构件都是构造配筋,对于大多数构件,规范只规定了一个极限值,如柱子的轴压比和最小配筋率等。有些限值又在很大的范围内波动,有些规范没有规定,如剪力墙的最大配筋率等。但在设计时具体应取多少合适还与设计人员的经验p习惯p对规范和计算机专业软件中个别参数的理解程度等因素有关。因此。同样一个工程,不同的设计者设计,会产生不同的设计结果。对于一些计算指标和构造要求应该如何正确判断取值,统一构造做法,是高层建筑结构设计工作中一个非常重要的环节,应予以重视。
3、优化项目决策及标准
建设项目决策阶段的任务主要是对拟建项目的建设必要性和实施可行性进行技术经济论证,通过对不同建设方案进行技术经济比较,选出技术先进,经济合理,效益最佳的设计方案来。项目决策是建设工程项目成功的关键,据有关资料统计,在项目建设各阶段中,投资决策阶段对工程造价的影响高达到80%~90%。2建设标准建设标准的高低决定了建筑的建造成本,并对建筑物投入使用后的运营费、资金回收,以及建筑物所产生经济效益和社会效益都有很大的影响。标准制定过高,会造成不必要的浪费,因此在制定建设标准时,应当以实事求是的态度,远近结合的观点,综合分析建筑的性质以及所需要的规模,做到应高则高、该低则低、高中有低、高低结合。
4、把好场地和材料的选择
建设用地的选择对于整个工程项目的建造成本以及建成使用后的运营成本等都有重要的影响。因此,关于建设用地的自然条件(包括地形地貌、气象条件、地质水文、土壤植被等)、环境条件以及规划要求(包括用地范围控制、容积率、建筑密度、出入口限制、空间要求、高度限制、环境保护等)等,建筑师都应进行充分的研究分析。建筑材料的质量与选用,直接影响建筑物的坚固性、实用性、耐久性和经济性要求。建筑材料对提高工程质量和加快建设速度起着重要作用,并且还直接影响工程造价。在一般工程造价中,材料费占60-70%。现在很多建筑设计只考虑外观效果,忽视材料在选择和使用上的经济性。
结束语
综上所述,在建筑行业日益发展的今天,高层建筑设计的经济合理性尤为重要,通过对高层建筑设计方案经济合理性的研究,我们可以发现,在我国目前的高层建筑设计方案中,还存在着不同程度的问题,这些问题的解决有待于对相关问题作出更为深入的研究。相关人员应该结合客观条件,制定出最为经济合理的建筑设计方案。
参考文献
[1]张建涛,刘韶军.建筑设计与外部环境.天津大学出版社.2012:550-551.
[2]曾春雷.建筑设计中的经济和逻辑思维[J].中国住宅设施.2011(16):85-86.
关键词 : 抗震结构;概念设计;前景展望;发展;
中图分类号: TU352.1+1 文献标识码: A 文章编号:
引言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中,打破建筑结构设计中的墨守成规,充分发挥结构工程师的创新能力是相当必要的,因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。
一、建筑结构抗震设计的内容
《抗震规范》条文说明中明确提出“结构抗震设计性能的决定因素是良好的概念设计”。概念设计是指依靠设计者的知识和经验,运用思维和判断正确地的决定结构的总体方案和细部构造,做到合理的抗震设计;计算设计是仅靠计算分析得出的数据进行的抗震设计(也称为数值设计);抗震构造措施是指根据抗震概念设计原则,一般不需要计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求,以保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力,同时保证结构的整体性。
概念设计与计算设计之间存在着辩证逻辑关系。概念设计不仅弥补了计算设计的一些不足,使计算设计的结果尽可能地反映结构的实际地震反应,同时概念设计对计算设计提出了更高的要求,从而促进了计算方法和计算手段(比如三维空间分析、弹塑性时程分析等)的不断发展,而且也使概念设计的某些内容能够通过计算设计来体现。当然计算方法和计算手段的发展,也深化了概念设计。正是概念设计与计算设计之间的这种关系,促使了结构抗震设计水平的不断提高和发展。
在结构抗震设计中概念设计、计算设计和抗震构造措施应当有效地融合。针对传统设计将规范或规程中规定的功能指标作为归宿,一旦计算或验算满足设计即宣告设计的完成,而对结构的实际工作性能及结构的破坏过程、破坏模式等无法预期,应当变被动设计为主动设计,即将结构物的功能作为起点和控制的目标,反过来对结构物提出各种要求,从而克服盲目性,提高设计的自觉性。因此,结构抗震设计本身就是概念设计的具体表现,但同时它又不仅仅只是概念设计,它是一套完整的设计理念、计算方法和设计构造,即是概念设计、计算设计与构造措施的融合。
二、我国现阶段建筑结构抗震设计状况
我国有组织地进行结构抗震研究工作是从20世纪50年代开始的,1976年7月唐山大地震造成了人民生命财产的重大损失。从那时起,我国对工程结构的抗震问题得到普遍重视,时至今日我国己在有关科学研究中取得了很大成绩。
我国地处太平洋地震带和欧亚地震带之间,是一个多地震国家。我国大致可以划分成六个地震活动区:①台湾及其附近海域;②喜马拉雅山脉地震活动区;⑨南北地震带;④天山地震活动区;⑤华北地震活动区;(6)东南沿海地震活动区。目前我国在抗震设计中现行的抗震规范是《建筑抗震设计规范GB50011-2001>>,它结合我国目前的经济能力提出了“三水准,两阶段”的抗震设防目标,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。设计思想是‘抗震概念设计”。“抗震概念设计”是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造,以达到合理抗震设计的目的,其思想主要有五个方面:一是预防为主,全面规划;二是选择有利的抗震场地,做好地基基础的抗震设计;三是建筑物布置宜规则;四是选用良好的抗震结构体系;五是重视防止非结构构件的震害。
三、建筑结构抗震概念设计
造成建筑物震害的原因是多方面的,针对各方面的原因,概念设计主要包括以下几个方面的内容。
3.1注意选择有利场地
选择工程场地时,首先应进行详细的勘察,搞清楚地形、地质、地貌以及地下的情况,挑选对建筑物抗震有利的地段,一般指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土,在此类场地上建造的建筑物一般不会发生由于地基失效而导致的震害。对建筑抗震不利的地段,一般是指软弱土、易液化土、旧河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基等,以及在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段。
3.2合理选用建筑体型和结构布置
建筑结构的动力性能主要取决于建筑物的建筑体型和结构布置。建筑体型简单合理,结构布置符合抗震原则,就能从根本上保证房屋良好的抗震性能。实践表明,简单、规则、对称的建筑物抗震能力较强,容易准确计算其地震反应,可以保证地震作用具有明确直接的传递途径,容易采取抗震构造措施和进行细部处理,在地震时不易被破坏。
3.3采用合理的抗震结构体系
抗震结构体系是结构抗震设计中应考虑的关键问题,抗震规范对建筑结构体系有明确的规定:结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。目前主要应用的结构体系按结构材料分类有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构等。结构体系的合理与否受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等诸多方面因素的影响,是一个综合的技术经济问题,需进行周密考虑确定。
3.4提高结构的延性
延性对抗震来说是极为重要的一个性质。结构的延性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力,是防止建筑物在地震作用下倒塌的关键因素之一。对于梁柱等构件,延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点:混凝土极限压应变;破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。在结构抗震设计中为了保证结构的延性,经常采用以下的措施:控制受拉钢筋的配筋率,保证一定数量的受压钢筋,通过加箍筋保证纵筋不局部压屈失稳,约束受压混凝土,以及对柱子限制轴压比等。
3.5保证非结构构件的安全以确保结构的整体性
结构是由许多构件连接组合而成的一个整体,并通过各个构件的协调工作来有效地抵抗地震作用。所以建筑结构应有使结构在地震作用时能够保持整体的结构连续性,有满足传递地震力时的强度要求,有适应地震大变形的延性要求,有保证构件之间的可靠连接,有使结构沿纵、横2个方向足够的整体竖向刚度,并使房屋基础具有较强的整体性,以抵抗地震时可能发生的地基不均匀沉降及地面裂隙穿过房屋时所造成的危害。
四、建筑结构抗震的前景展望
在过去的二十世纪,建筑结构抗震领域发展之快、进步之神速是几千年来世界建筑史上前所未有的。但是由于地震对结构输入的性质是复杂的,传统的抗震理论仍存在较大的局限性,结构抗震设计中仍然还有大量不确定因素有待解决。展望二十一世纪建筑结构抗震将得到更深入地发展,具体表现如下:
(1)结构抗震体系由传统的以“硬抗”为主的抗震体系向以“柔抗”为主的结构减震控制体系发展。结构减震体系采用的是以“柔”克刚的新概念,它通过调整结构动力特性、隔震、减能或控制来达到抗震的目的。
(2)结构抗震研究对象由单个构件向整个结构发展。这样得到的研究结构更符合真实情况。
(3)建筑材料对结构抗震的影响越来越得到重视。
(4)计算机模拟抗震试验得到广泛应用。
总之,展望建筑结构抗震的未来,一定会更加灿烂和辉煌。
结束语
总之,概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想,这就要求我们需要不断的学习和提高,为结构设计的发展作出应有的贡献。概念设计中最重要的是分析、预见、控制结构的耗能和薄弱部位,找到能支持结构不倒塌的关键部分。
参考文献
[1]地震工程概论编写组,地震工程概论[M],科学出版社.
[2]肖燕武.浅谈建筑结构设计的安全度[J].科技创新导报,2007,35:107.