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建筑结构设计的一些基本�路和想法

æ�¥æº�:考试大  2009å¹´10月28æ—¥   ã€�考试大:中国å�—欢迎的考试教育王国】

    狭义的结构包括工业建筑和民用建筑以å�Šæž„筑物如煤气柜或除尘器等。广义的结构包括机械结构ã€�建筑结构ã€�生物体结构等多方é�¢ã€‚建筑结构设计包括(钢结构ã€�æ··å‡�土结构ã€�木结构ã€�砖混结构ã€�é�“路桥æ¢�结构等)。
    建筑结构设计包括三个方é�¢ï¼šé€‰åž‹ã€�选æ��和建筑模型简化分æž�计算简化模型ã€�利用力学基本概念对国家法规è¦�求进行符å�ˆæ€§éªŒç®—ã€�采å�–构造措施ä¿�è¯�节点和细部构造画出详细的施工图。
    1ã€�选型选æ��和建筑模型简化:建筑结构是一ç§�è¿�用æ��料的艺术,通过è¿�用几何图形的这ç§�手段将作用于建筑上的å�„ç§�è�·è½½ï¼ˆå’Œä½œç”¨ï¼‰ç–�通和传导到基础æ�¥ä½“现自然而和è°�的结构之美。
    选型:是一ç§�对空间几何形å¼�和物体空间ä½�置的ç�†è§£å’Œåº”用,的结构设计方案在几何造型上是符å�ˆè‡ªç„¶è§„律和审美观点的。因为自然界的物体å�‡æ˜¯ä»¥ä¸‰ç»´å½¢å¼�存在的,因此对结构形å¼�çš„ç�†è§£ä¹Ÿæ˜¯æŒ‰ä¸‰ç»´æ–¹å¼�展开的。人们对普通结构的认识是建立在å�‡å®šç©ºé—´ä¸­çš„自然å��标系(GCS)上的,一般根æ�®ç»“构形å¼�å’Œç§�类的ä¸�å�Œæ ¹æ�®å®žé™…需è¦�选用笛å�¡å°”å��æ ‡ã€�柱é�¢å��标和ç�ƒé�¢å��标,基于以上å��æ ‡å�¯ä»¥æ��述出任何结构在å�‡è±¡ç©ºé—´ä¸­çš„ä½�置。但是建筑物å�¯èƒ½å­˜åœ¨æˆ�å�ƒä¸Šä¸‡ç§�构件,对æ¯�个构件å�‡é‡‡ç”¨ç»Ÿä¸€çš„空间ä½�ç½®æ�¥å®šä½�,对æ��述细部构造带æ�¥äº†å¾ˆå¤šé—®é¢˜å�Œæ—¶ä¹Ÿæ¯”较å¤�æ�‚ä¸�便于使用,因此人们å�‡å®šæž„件中的一点为原点,构件中的其它点用è·�原点的相对ä½�ç½®æ�¥è¡¨ç¤ºï¼Œç»Ÿä¸€æž„件和简化表示方法(UCS)这样空间ä½�置中的构件和自然å��标系中存在一定的å�˜åŒ–规律,但表示方法和处ç�†æ–¹æ³•å�˜çš„相对简å�•。国际上通常将建筑造型划分为膜结构ã€�索结构ã€�网架网壳结构ã€�框架结构(å�«åˆšæž¶ã€�排架)ã€�æ¡�架结构ã€�æ�¿å£³ç»“构(å�«å‰ªåŠ›å¢™ï¼‰ã€�实体结构(基础和å��体结构),对此我们è¦�æ ¹æ�®å®žé™…需è¦�æ�¥è¿›è¡Œé€‰æ‹©ã€‚(详è§�æž—å�Œç‚Žã€Šç»“构概念和体系》等专著)
    选æ��:建筑结构中使用的æ��æ–™ç§�ç±»ç¹�多,但主è¦�是混å‡�土ã€�é’¢æ��ã€�é“�æ��ã€�木æ��和砌体æ��料。对于钢æ��å’Œé“�æ��,由于æ��料性质简å�•,å�ªè¦�直接套用æ��料力学ã€�结构力学和弹塑性力学的公å¼�å°±å�¯ä»¥è§£å†³ï¼Œä½†æ˜¯å…¶å®ƒæ��料由于æ��料性质å¤�æ�‚并且在目å‰�çš„æ�¡ä»¶ä¸‹è¿˜æ²¡æœ‰ç ”究得很清楚,å�ªèƒ½æŒ‰ç…§è§„范中的ç»�验公å¼�æ�¥è®¾è®¡ã€‚考试大论å�›
    建筑模型简化:实际建筑模型与设计分æž�模型是ä¸�å�Œçš„,事无具细的对建筑实际模型进行分æž�是目å‰�无法办到的也是ä¸�明智的,事物的存在本身就是矛盾的,è¦�将所有的矛盾全部解决是无法办到的,å�ªæœ‰åˆ†æž�清楚主è¦�矛盾并ç�€æ‰‹è§£å†³æ‰�能设计出å�ˆç�†çš„结构形å¼�。对结构形å¼�的简化主è¦�分为:构件形å¼�简化ã€�约æ�Ÿå½¢å¼�简化ã€�作用方å¼�å’Œè�·è½½ä½œç”¨æ–¹å¼�的简化三方é�¢ã€‚www.ï¼¥xamda.CoM考试就到考试大
    构件形å¼�简化:根æ�®å�—力形å¼�ä¸�å�Œå¸¸è§�建筑结构构件å�•元分为:æ¢�å�•元(å�«æŸ±ï¼‰ã€�æ¡�æž¶å�•元(å�«ç´¢å�•元)ã€�膜å�•å…ƒã€�æ�¿å�•元(薄æ�¿å’ŒåŽšæ�¿ï¼‰ã€�壳å�•元等。æ�¥æº�:www.examda.com
    æ¢�å�•元:在空间有6个自由度包括3个平动自由度和3个转动自由度,å�—一个轴力ã€�一个方å�‘扭矩ã€�两个方å�‘弯矩和两个方å�‘剪力作用,需è¦�构件的物ç�†å¸¸æ•°ä¸ºå¼¹æ€§è†œé‡�Eã€�泊æ�¾æ¯”νã€�剪切膜é‡�Gã€�é�¢ç§¯Aã€�两个方å�‘的惯性矩和两个方å�‘的剪切é�¢ç§¯ç­‰ã€‚
    æ¡�æž¶å�•元:在空间有6个自由度包括3个平动自由度和3个转动自由度,å�—一个轴力作用,需è¦�构件的物ç�†å¸¸æ•°ä¸ºå¼¹æ€§è†œé‡�Eã€�泊æ�¾æ¯”νã€�é�¢ç§¯A等,利用设置å�ªæ‹‰å�•元属性和垂度设置å�¯ä»¥æ¨¡æ‹Ÿå‡ºç´¢ç»“构的å�—力性能。
    膜å�•å…ƒã€�æ�¿å�•元(薄æ�¿å’ŒåŽšæ�¿ï¼‰ã€�壳å�•元等由于比较å¤�æ�‚å�¯ä»¥å�‚è§�王ç‘�æˆ�《有é™�元基本原ç�†å’Œæ•°å€¼æ–¹æ³•》。
    约æ�Ÿå½¢å¼�简化:约æ�Ÿäº§ç”Ÿç¾Žæ²¡æœ‰çº¦æ�Ÿå°±ä¸�会有任何结构形å¼�的存在。建筑机构约æ�Ÿå½¢å¼�的简化主è¦�有:固接ã€�铰接ã€�固接约æ�Ÿé‡Šæ”¾ã€�弹性连接(模拟支座沉é™�ã€�å�ŠåˆšæŽ¥å’Œå¼¹æ€§åœ°åŸºæ¢�或土壤的压缩性能等)ã€�主从å�•元连接ã€�滑动支座等。
    作用方å¼�å’Œè�·è½½ä½œç”¨æ–¹å¼�的简化:è�·è½½ä¸»è¦�分直接作用力和间接作用力。直接作用力如自é‡�ã€�活动è�·è½½ã€�风è�·è½½ã€�å�Šè½¦è�·è½½ã€�积ç�°è�·è½½ã€�雪è�·è½½å’Œç§»åЍè�·è½½ç­‰ï¼Œé—´æŽ¥ä½œç”¨å¦‚地震作用ã€�温度作用ã€�爆破作用ã€�撞击作用ã€�ç�«ç�¾ä½œç”¨å’Œæ ¸è¾�射作用等。è�·è½½ä½œç”¨æœ‰æ ‡å‡†å€¼å’Œè®¾è®¡å€¼ï¼Œè®¾è®¡çжæ€�有正常使用æž�é™�状æ€�和承载力æž�é™�状æ€�,组å�ˆç³»æ•°çš„选用éš�æ�’è�·è½½æˆ–æ´»è�·è½½æŽ§åˆ¶å€¼çš„ä¸�å�Œè€Œå�˜åŒ–。设计采用的è�·è½½ç»„å�ˆæ–¹å¼�是根æ�®åŸºæœ¬å·¥å†µæž„件在线弹性范围内分别计算的内力乘以分项系数å�Žï¼Œæž„件包络图的值。其中直接è�·è½½å�¯ä»¥ç”±é�¢è�·è½½ä»¥ä¸�å�Œè·¯å¾„(å�•å�‘æ�¿æˆ–å�Œå�‘æ�¿ï¼‰å¯¼åˆ°æ¢�上å�˜ä¸ºçº¿è�·è½½ï¼Œçº¿è�·è½½å�¯ä»¥ç‚¹è�·è½½åŠ å¼¯çŸ©çš„å½¢å¼�å�˜ä¸ºé›†ä¸­è�·è½½ã€‚间接作用å�¯ä»¥æ ¹æ�®å®žé™…情况简化为é�™åŠ›è�·è½½ï¼ˆå¦‚地震力底部剪力法)ã€�å�ŠåŠ¨åŠ›å�Šé�™åŠ›æ–¹æ³•ï¼ˆåœ°éœ‡åŠ›ä¸­çš„å��映谱法)直接以动力è�·è½½ï¼ˆåŠ›ã€�ä½�ç§»ã€�速度ã€�加速度)的方å¼�直接作用于建筑结构(地震力时程分æž�)或者直接将é�™åŠ›è�·è½½ä¹˜ä»¥åŠ¨åŠ›ç³»æ•°è½¬æ�¢ä¸ºåŠ¨åŠ›è�·è½½ç­‰ã€‚其它间接作用根æ�®å®žé™…情况å�¯ä»¥ç®€åŒ–å°†ä¸�å�¯èƒ½è½¬åŒ–为å�¯èƒ½ç”±æœªçŸ¥å�˜ä¸ºå·²çŸ¥ï¼Œä¾¿äºŽåˆ©ç”¨å·²æœ‰è®¾è®¡æ–¹æ³•对å�„ç§�未知和未能完全确定的è�·è½½ä½œç”¨è¿›è¡Œä¼°è®¡å’Œè®¡ç®—。
    2ã€�分æž�计算简化模型利用力学基本概念对国家法规è¦�求进行符å�ˆæ€§éªŒç®—:
    分æž�模型分为:平é�¢åˆ†æž�模型ã€�三维分æž�模型和四维分æž�模型,分æž�模型是人类探索未知领域的方法和手段。
    å¹³é�¢åˆ†æž�模型:力学书和设计教æ��和设计手册上ç»�典的分æž�模型,如刚架ã€�排架ã€�框架ã€�屋架ã€�楼梯ã€�雨棚ã€�楼æ�¿ã€�æ¢�ã€�柱ã€�支撑结构ã€�å¹³é�¢åº”力结构ã€�å¹³é�¢åº”å�˜ç»“构等所有常用建筑形å¼�,通过100多年的实践ç»�验è¯�明,对常规建筑平é�¢åˆ†æž�模型简å�•实用基本概念清晰准确ä¸�失为一ç§�的分æž�模型。
    三维分æž�模型:三维分æž�模型平é�¢åˆ†æž�模型的å�‘展和扩充对于å�‘高层超高层结构ã€�膜结构ã€�索结构ã€�空间体型å¤�æ�‚å’Œä¸�规则结构(如凉水塔或煤气柜)ã€�网架和网壳结构等采用三维分æž�模型是的选择,该分æž�模型å�¯ä»¥æ¨¡æ‹Ÿå‡ºç»“æž„å�„构件在三维空间ç§�的相互作用和影å“�,å�¯ä»¥å‡†ç¡®æ��ä¾›å�„ç§�构件指定截é�¢ä¸Šçš„内力ä½�移和应力。å�¯ä»¥ä¸ºè®¾è®¡æ��供准确的资料和信æ�¯ï¼Œç¡®ä¿�å�„ç§�空间结构设计的å�ˆç�†æ€§ã€‚
    四维分æž�模型:四维分æž�模型是三维分æž�模型在时间空间维度上的拓展,å�¯ä»¥åˆ†æž�在地震波作用下结构的å��映ã€�å�¯ä»¥æ¨¡æ‹Ÿæ–½å·¥è�·è½½ã€�å�¯ä»¥æ¨¡æ‹Ÿé£Žæ´žã€�å�¯ä»¥æ¨¡æ‹Ÿæ°´åŒ–热ã€�æ··å‡�土的收缩和å¾�å�˜ã€�焊接过程应力å�˜åŒ–和残余应力ã€�å�¯ä»¥åˆ†æž�结构在æµ�体力场和固体力场中的耦å�ˆä½œç”¨ï¼Œè¯¥ç§�分æž�方法还有待å�‘展目å‰�还未完全æˆ�熟,但这是结构设计的å�‘展方å�‘。考试大ï¼�全国教育类网站(www.Examda。com)
    设计分æž�方法主è¦�有:é�™åŠ›åˆ†æž�ã€�动力分æž�ã€�æ��æ–™é�žçº¿æ€§åˆ†æž�ã€�几何é�žçº¿æ€§åˆ†æž�ã€�模æ€�分æž�和屈曲分æž�以å�Šé�™åŠ›å’ŒåŠ¨åŠ›å¼¹å¡‘æ€§åˆ†æž�(PUSHOVER)等。www.ï¼¥xamda.CoM考试就到考试大
    国家法规è¦�求进行符å�ˆæ€§éªŒç®—:主è¦�是根æ�®ä»¥ä¸Šåˆ†æž�结果中构件的内力ã€�ä½�移和临界è�·è½½æ ¹æ�®è§„范公å¼�æ�¥éªŒè¯�该构件在强度ã€�刚度ã€�稳定性方é�¢æ˜¯å�¦ç¬¦å�ˆè®¾è®¡è¦�求是å�¦å®‰å…¨ã€‚(其中有很多设计å�‚数需è¦�考虑如长细比ã€�å¹³é�¢å†…计算长度ã€�å¹³é�¢å¤–计算长度ã€�高厚比ã€�宽厚比ã€�塑性å�‘展系数ã€�稳定系数ã€�æ�¿çš„å¹³é�¢å†…外刚度是å�¦è€ƒè™‘扭转ã€�还有是采用弹性æ�¿è¿˜æ˜¯é‡‡ç”¨åˆšæ€§æ�¿ç­‰ï¼‰è¿™éœ€è¦�有多年的设计ç»�验和对分æž�模型的深入了解,没有å��年锲而ä¸�èˆ�的刻苦钻研和努力学习是很难完全掌æ�¡çš„,因此设计是一ç§�艰苦的探索自然规律的过程。æ�¥æº�:考试大
    3ã€�采å�–构造措施ä¿�è¯�节点和细部构造画出详细的施工图:考试大论å�›
    建筑结构设计无论采用何ç§�计算模型计算,都很难ä¿�è¯�结构在全寿命期都ä¿�è¯�安全而ä¸�出任何问题,良好的设计是è¦�é� å‡†ç¡®çš„节点和多年积累的构造措施æ�¥ä¿�è¯�的,任何ä¸�é‡�视节点设计和细部构造的设计者都将会为自己的无知而付出代价。å�ƒé‡Œä¹‹å ¤æ¯�于èš�穴,建筑结构的薄弱点一般都是由节点处ç�†å’Œæž„造措施æ�¥ä¿�è¯�的,因此å�¯ä»¥ç”¨ANSYS多å�šä¸€äº›èŠ‚ç‚¹è®¾è®¡ï¼Œç”¨æ�¿å�•元建模加è�·è½½å’Œçº¦æ�Ÿå�Žåˆ’分网格进行é�™åŠ›åˆ†æž�,按第四强度ç�†è®ºéªŒè¯�强度是å�¦å®‰å…¨ã€�æ�¿å…ƒå±€éƒ¨åŒºæ ¼åˆ’分ä½�置是å�¦æœ‰å±€éƒ¨å±ˆæ›²ã€‚考试大论å�›
    施工图的绘制å�¯æŒ‰ä¼ ç»Ÿæ–¹å¼�å¹³é�¢ç»˜åˆ¶ï¼Œä¹Ÿå�¯åˆ©ç”¨XSTEELå’ŒPROSTEEL等软体进行三维设计。但是无论采用何ç§�æ–¹å¼�é‡�è¦�的是胸有æˆ�竹,目无全牛æ‰�能游刃有余,毕竟画图是设计环节中简å�•和有æˆ�就感的环节。本文æ�¥æº�:考试大网
    以上是本人在建筑结构设计方é�¢çš„一些想法,虽然肤浅但之所以写这些是想起到抛砖引玉的目的,与å�„ä½�喜欢设计工作愿æ„�探索设计真谛的å�Œäººå…±å‹‰ã€‚

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