结构概念设计原理

什么是概念设计？

概念设计的一个方面：

当你在设计中，能够把结构看作构件，把构件看作结构，你就已经走近概念设计了。

把结构当作构件，比如，一栋大厦的结构就是一根悬臂梁， 一座桁架大铁桥就是一根连续梁。

把构件看作结构，比如，一个H型钢构件是由3块板组成的结构，一个钢管相贯的节点就是一个空间结构。

对构件特性的把握：

比如，钢管适合做二力（压）杆，不适合做抗弯构件。它做两端铰接柱或支撑很出色，但是很少用作梁。 当一个受弯构件被选成钢管截面，且程序计算不通过时，你不应通过加大截面来满足，而是应该改用有强弱轴的截面。

如此等等，是基本的概念。

概念设计能力，不单生成于丰富的经历与经验，更是来源于对基本的力学、材料等概念掌握。同时要求结构师有开阔的视野。

概念设计绝不是抗震设计.现在国内很多人张口抗震闭口抗震,其实是因为抗震这东西没人能真正研究明白,多说说抗震才能显得自己水平高.日本搞抗震这么多年,板神地震,该倒的不是一样倒.抗震设计很重要,但建筑结构绝不仅仅是抗震而已.

所谓概念设计,个人理解应该是在开始做设计前对于整个结构的粗估,决定采用哪种结构体系;哪里需要更“刚”些,哪里需要更“柔”些;哪些部位会非常重要,设计时候必须仔细考虑;哪些地方因为具体情况不同,可适当放宽,甚至超出规范规定也不会对结构安全产生影响.在一切决定好后,着手开始进行具体的设计步骤.

记得在上学的时候,老师曾经讲过一个概念设计的例子:美国联邦储备银行大楼(时间太久了,可能并不准确)采用的是悬挂式结构,楼两端是电梯井组成的巨型柱,支撑起一个倒置的拱形结构,所有的房间悬挂在拱上(如下图),此时图中A杆受压.后来需要加层,结构师在上面放置了正放的拱,新加的房间悬挂在新拱上,此时A杆压力被平衡掉. 没有考证过此事例是否属实,但应该算的上是概念设计中的经典事例了.

一般说来,谈到概念设计,大家都会想到整个建筑,其实概念设计对小的构件也适用.拿H型钢梁设置加劲肋来说,很多人只知道腹板高厚比过大了会失稳,要按照规范规定设计加劲肋,多少间距放一个,但具体原因并不清楚.道理其实也很简单,我在下面画了个H型钢梁,加劲肋间打了几道虚线,大家一眼就能看出,加劲部分类似于桁架的压杆,虚线则是拉杆,压杆容易失稳,所以设置加劲肋进行加强处理.

看了两个例子,大家应该发现所谓概念设计其实并没那么高深,关键在于概念二字.所谓概念,其实也就是些基本的力学理论,理论大家都知道,只要能做到活学活用,不管多复杂的结构,通过合理的简化,必然能发现问题之关键所在,关键问题解决了,必定能做出好的设计来。