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【设计之声.原创】概念设计与思维

发布于：2016-05-17 19:47:17 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

1.1 概念设计

（1）物尽其用

力流的传递过程应“物尽其用”，提高材料的利用效率。比如混凝土抗压强度远远大于抗拉强度，应尽量让混凝土构件受压，而不是受拉，受弯。当结构受到弯矩时，弯矩的本质也是拉压应力，拉应力材料的利用率不高。拱的效率高于梁(比普梁构件多了轴力)，桁架结构绩效高于实体结构也体现着以上观点

筏板基础设计时，常采用“柱墩”或变厚度筏板，柱墩设置范围较小，主要用来解决柱（或强墙）根部的冲切问题，如果把整块板加厚，则造成浪费。

（2）均匀

刚度的布置应均匀，否则刚度的不均匀会导致力流的不均匀。刚度一般有 X、Y 向刚度，结构周期中某个转角的平动周期不纯，其背后的本质就是该方向两侧刚度不均匀或结构内外相对刚度不合理（产生扭转变形）。X 方向或 Y 方向两端刚度接近（均匀）才位移比小，两端刚度大于中间刚度才会扭转小(偏心荷载作用下），周期比更容易满足。

结构转换层上下之刚度比规定体现对结构竖向刚度均匀变化的要求。在转换层结构中，如果转换梁上的剪力墙布置不均匀，则在转换梁上会产生较大的相对竖向位移，会造成转换梁的超筋。

（3）连续

当柱网纵横方向的长跨与短跨之比≦1.2时，次梁在满足建筑等的前提下（一般墙下布梁），一般尽量沿着跨度多的方向布置，这也是为了实现力流在纵横方向的均匀分配，结构纵向刚度大，就要多承受力，纵向布置次梁，次梁的布置连续，可以充分利用梁端负弯矩协调变形。

楼盖设计时，次梁的布置应连续，如果不连续布置（间断布置或交错布置且间隔很近），扭转会很大，往往主梁超筋或者箍筋计算值会很大。

图1中的牛腿与钢柱刚接，牛腿根部有较大的弯矩，对钢柱不利，可以将牛腿的上下翼缘延伸至钢柱边，形成一个“刚域”，能形成更可靠的连接关系。

图1 节点1

图2中钢梁拼接处属于不连续的地方，于是采用“端板+加劲肋”去加强。

图2 节点2

（4）传力途径短

四边支座的楼板在传力时优先向短方向传递。当柱网长宽比大于 1.5 时，宜采用加强边梁的单向次梁方案。单向次梁应沿着跨度大方向布置，落在跨度小的主梁上，大家一起合力一起跨越大跨度，而不是依附在别人身上跨越长距离,这样做传力路径短比结构布置连续更重要。

在楼盖设计时，次梁在不同位置处布置会产生不同的作用效果，次梁的布置在满足建筑的前提下应尽量离支座近（≥300mm），让传递途径短，如图3所示。

图3 次梁布置

在进行基础设计时，如果采用人工挖孔桩或者旋挖桩等，可以采用墙端部布置桩，让上部剪力墙（类似于深梁，向两边传）的力直接传递给桩，桩之间的承台的梁一般可以构造设置，如图4所示。

图4 桩布置

桁架布置时，支座出斜腹杆撑在最左边或者最右边的底部支座为好，概念设计的角度：传力途径要短。其它斜腹杆的布置可以从光的反射，风的传递过程，找出其它腹杆的布置方式，一拉一压，一般是最好的，但是角度要合适，一般取30~60度（可取45度），力的传递会比较流畅；直腹杆的布置，一般可以隔一布一。如图5所示。

门式刚架吊车梁上部的柱间支撑布置斜腹杆撑在下面，也是为了满足概念设计“传力途径短”，如图6所示。

图5

图6

（5）力沿着刚度大部位传递

力流总是沿着刚度大或“增大”的方向自发传递，如果减小门式钢架中钢梁中部段的截面，端部截面的应力比会增加。如果柱顶点铰接，钢梁应力比会增大，如果柱角点铰接，钢梁应力比也会增大，都恰好应证了这个道理。在装配式剪力墙结构中，次梁如果采用图 7的节点，也可以用此道理来解释。

图 7 次梁与中间梁的连接

注：次梁与主梁现浇在一起，由于次梁端部高度变小，次梁中间段高度不变，于是次梁中间部分的刚度相比次梁端部的刚度变大，力流沿着刚度大的方向传递，导致次梁端部弯矩变小，更趋近于铰接，这与次梁沿着梁长整段高度变小，次梁与主梁的支座（中间）更趋近于固结的道理不一样。

（6）变形协调

可以人为改变结构布置或结构刚度，付出一定的代价后，改变力流的方向。比如板的内力一般自发向板的短边传递，但可以通过设置次梁，改变力流的分布。比如柱底弯矩通过独立基础的协调后，弯矩转化为力矩，作用在土上，墙底弯矩或墙肢底部轴力大小不同时对承台产生的弯矩通过承台协调后，弯矩转化为力矩，作用在桩身上便成了轴力。
箱基的底板、面板以及筏基的底板的弯曲计算包括局部弯曲和整体弯曲两部分，当地基不是很均匀，板厚从小增大到一定厚度时，可以发现局部弯曲与整体弯曲协调的过程。

混凝土在装配式构件拼装时通过预留空间起着“协调”的作用，从而保证结构的安全性，比如梁柱节点通过预留空间让混凝土去协调，预制板上现浇一定厚度的混凝土去协调，边缘构件部分通过现浇混凝土去协调等，从而把不同的构件较好的连接在一起，保证结构或构件的安全性能，有时，预留空间也能解决“钢筋打架”的问题。

减小和加大梁高。减小梁高使梁所受内力减小，在通常情况下对调整超筋是十分有效的，但是在结构位移接近限值的情况下，可能造成位移超限。加大连梁高度连梁所受内力加大，但构件抗力也加大，可能使连梁不超筋，且可以减小位移，但是这种方法可能受建筑对梁高的限制，且连梁高度加大超过一定限值，构造需加强，也造成了钢筋用量的增加。

1.2 设计思维

（1）借物

钢结构设计中用牛腿，装配式设计中框梁上挑垛（图8），楼梯梯梁上挑垛（图9）剪力墙竖向连接用套筒，都属于借物，形成一个支座关系或者“连续”关系。