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1.3 结构设计的六种能力

图1.2 结构设计的六种能力

1.掌握结构受力分析

(1)抗震结构体系要通过综合分析,采用合理而经济的结构类型结构的地震反应同场地的频谱特性有密切的关系,场地的地面运动特性又与地震震源机制、震级大小、震中的远近有关;建筑的重要性、装修的水准对结构的侧向变形大小有所限制,从而对结构选型提出了要求;结构的选型又受结构材料和施工条件的制约以及经济条件的许可等。这是一个综合的技术经济问题,应加以周密考虑。抗震结构体系要求受力明确、传力途径合理且传力路线不间断,使结构的抗震分析更符合结构在地震时的实际表现,对提高结构的抗震性能十分有利,是结构选型与布置结构抗侧力体系时首先考虑的因素之一。结构方案对建筑物的安全有着决定性的影响,结构设计人员协调建筑方案时应考虑结构体形(高宽比、长宽比)适当,传力途径和构件布置能够保证结构的整体稳固性,避免因局部破坏引发结构连续倒塌。结构体系应符合下列各项要求:

1)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

2)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

3)应具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

4)对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其抗震能力。

(2)结构构件应符合下列要求:

1)砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱,或采用约束砌体、配筋砌体等。

2)混凝土结构构件应控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置,防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于钢筋破坏。

3)预应力混凝土的构件,应配有足够的非预应力钢筋。

4)钢结构构件的尺寸应合理控制,避免局部失稳或整个构件失稳。

5)多、高层的钢筋混凝土屋盖宜优先采用现浇混凝土板。当采用预制装配式屋盖时,应从楼盖体系和构造上采取措施确保各预制板之间连接的整体性。

2.深刻理解规范精髓

设计人员需要经常查阅规范条文,以指导和协助自己的工作。对于各规范的条文,不但对于其中重要的条款应熟记,而且对于各条文的含意应当正确理解,以便正确应用。规范中有相当一部分条文在使用时有一定范围,不是任何情况都适用;有的规范条文内容不明确,容易产生误导;个别规范条文甚至是强制性条文,可能无法执行;还有个别条文甚至出现概念错误。因此,设计人员对于规范条文的正确理解和应用是非常重要的。如果错误地理解和应用了规范条文,轻则导致设计造成浪费,重则导致结构安全问题。迷信规范,但也不墨守成规。简单地说,规范是一些有经验的研究人员与工程师共同研究的成果,它是将实际工程经验与科研成果综合编制而成的。它不代表我国的最高技术水平,有时是各种因素折中的产物。要想编出完全适应于各种工程情况的规范,实际上是不可能的。因此,不能把任何工程情况都要靠规范来解决,规范绝不是万能的。规范是根据过去的工程成果编成的,它只能代表过去的成果,不能预见新事物的成长、新技术的诞生。所以,千万不能以“规范上没有”而阻碍新技术、新体系、新结构的产生。一般情况下,都是先有工程实践和科学试验,然后再有规范,像现在这样的施工图审查,拿着规范一条条查,还能有新技术出现吗?

3.精通结构建模计算

利用计算机软件进行结构计算分析,应符合下列要求:

1)计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况,计算中应考虑楼梯构件的影响。

2)计算软件的技术条件应符合规范及有关标准的规定,并应阐明其特殊处理的内容和依据。

3)复杂结构在进行多遇地震作用下的内力和变形分析时,应采用不少于两个合适的不同力学模型,并对其计算结果进行分析比较。

4)所有计算机计算结果,应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。

4.加强手算复核能力

随着计算机技术在结构设计当中的应用,结构设计人员采用计算软件进行着“高效率的计算和出图”,给人的错觉好像设计很简单,甚至一些设计人员过多地相信计算机分析结果而使结构计算模型与实际建筑物存在较大差别,导致施工图纸中出现了概念性错误,造成重大工程事故。因此,对于软件计算结果,一定要仔细核对,不能算出结果就画图,尤其对于一些特殊构件,应当用简化手算以补充计算机计算。

5.加强概念设计和构造措施

在建筑结构设计中,概念设计与结构措施至关重要,结构构造是结构设计的保证,构造设计必须从概念设计入手,加强连接,保证结构的整体性、足够的强度和适当的刚度。结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含的内容极为广泛,如选择对抗震有利的结构方案和布置,采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施,设计延性结构和延性结构构件,分析结构薄弱部位,并采取相应的措施,避免薄弱层过早破坏,防止局部破坏引起连锁效应,避免设计静定结构,采取两道防线措施等。应该说,从结构方案、布置、计算到构件设计、构造措施,每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计的内容。利用概念设计可以在建筑方案阶段对结构体系进行迅速、有效的构思、比较与选择,这样从源头保证建筑方案的科学性和合理性,就可有效避免后期设计阶段因较大的改动而影响方案效果。

6.提高施工图设计质量

施工图是工程师的“语言”,是设计者设计意图的体现,也是施工、监理、经济核算的重要依据。结构施工图在整个设计中占有举足轻重的作用,切不可草率从事。对结构施工图的基本要求是:图面清楚整洁、标注齐全、构造合理、符合国家制图标准及行业规范,能很好地表达设计意图,并与计算书一致。在施工图设计阶段,就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求,同时还要符合规范中的构造要求,最后还要考虑选用的材料及施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要有很好地理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构,才会是合理的结构。在施工图设计阶段,结构专业设计文件应包含图纸目录、设计说明、设计图纸和计算书。施工图是设计人员的语言,是设计的最终产品,主要目的在于指导施工,必须表达清楚、全面,施工技术人员能看懂且不产生歧义。结构设计人员应根据现有技术条件(材料、工艺、机具等)考虑施工的可行性。对特殊结构,应提出控制关键技术的要求,以达到设计目标。 JoYOZBrrW/H9yvY0zs9B1/MmK4TRhetgTCViB2cHLyGE651G8Edv9E9m6GN9S3Oa

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