简述建筑结构概念范文

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第1篇

【关键词】 抗震设计; 概念设计; 高层建筑结构

中图分类号：TU208文献标识码： A

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌握了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层混凝土建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果( 尤其是经过实用简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3. 1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称，因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形( 平面和立面的形状) 简单; 抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀; 平面布置基本对称。

3. 2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低; 反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

3. 3 设计多道设防结构

3. 3. 1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则只允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3. 3. 2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3. 3. 3 总结构体系与基本分结构体系

1972 年 12 月 23 日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1 万多栋楼房倒塌。林同炎公司 1963 年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用 0. 06g 大 6 倍的地震 0. 35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构固有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小; 反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由 4 个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系( 柔性筒) 之间的联接构件( 钢筋混凝土连梁) 的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，梁中有明显裂缝。但四个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3. 4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3. 5 应有意识地加强薄弱环节

( 1) 结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析( 而不是承载力设计值的分析) 是判断薄弱层的基础。

( 2) 要使楼层( 部位) 的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层( 部位) 的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

( 3) 要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

( 4) 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层( 部

位) ，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

( 1) 结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

( 2) 不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

( 3) 风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

( 4) 结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

( 5) 预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

( 6) 场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

( 7) 各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

( 8) 非结构构件对主体结构抗震产生的有利和不利影响，要协调布置，并保证与主体结构连接构造的可靠等。

参 考 文 献

［1］ GB 50011 －2001 建筑结构抗震设计规范［S］

第2篇

关键词：建筑结构；概念设计；结构设计；应用

随着科学技术的迅速发展以及计算机结构程序的全面应用，给建筑结构工程师们带来了极大方便，大大提高了设计的效率和质量。但同时也养成了很多设计人员一味地依赖计算机，认为结构设计很简单，只需要按照规范、图集，通过电脑软件计算就可以完成，设计人员成了不过是东拼西凑的计算机画匠而已，对计算的结果也无法判断正误，规范与软件之间的差异更是不了解；对如何加强结构的整体性、合理性、经济性更是没有概念。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。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。这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去

1概念设计

1.1概念设计就是运用清晰的结构概念， 不经数值计算，而依据整个结构体系与分体系之间的力学关系、 结构破坏机理、震害、实验现象和工程经验等对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑到结构实际受力状况与计算假设之间的差异，对结构及构造进行设计，使建筑物受力更合理、安全、协调。概念设计主要从以下两个方面对结构设计进行宏观控制。(1)是在方案设计满足建筑要求的情况下，从宏观的角度考虑结构的整体性及主要分体系的相互关系，来确定建筑结构的总体布置方案。 (2)是在理论设计过程中综合考虑各方面因素对结果的影响，以判断理论设计的准确性，并对一些工程中难以作出精确分析或在规范中未精确规定的问题，根据实际经验采用一些结构构造措施进行处理。 概念设计的目的是力求使设计方案安全、可靠、经济、合理，是一个优化的过程。

1.2运用概念设计的思想，能让结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。

1.3目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般做法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达 60%，并提高屋内物品的安全性。

1.4在建筑抗震设计中，更应注重概念设计。这是因为建筑结构的复杂性，发生地震时，地震力的不确定性，人们对地震时结构效应认识的局限性与模糊性，结构抗震分析计算的精确度，材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果（尤其是经过实用简化后的计算结果）可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。因此由于存在上述诸多不确定因素，建筑结构设计计算无法涵盖可能的所有不确定因素。因此，必须重视整体的概念设计，从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要。

2结构设计中的概念设计的体现

2.1概念设计在结构设计流程中的体现

结构设计的流程一般分为三个部分： 前期的方案选择、中期的结构计算阶段及后期的施工图绘制阶段。 这三个阶段都发挥着重要的作用。

（1）合理选择结构方案。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

（2）选用恰当的计算简图。结构计算是在计算简图的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，以前的手算已经无法满足要求，结构计算只能通过计算机来完成。所以，要将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型，并保证有足够的精确度就成为结构设计的关键问题。 而要达到这一目的就需要设计人员在结构计算的过程中利用概念设计进行判断与控制。

（3）正确分析计算结果。现在结构设计中有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会导致不同的计算结果。所以，设计人员在进行结构计算前，先要全面了解该程序软件的适用范围和技术条件，使用时要避免操作失误，且对电算的结果再用概念设计进行科学分析，以做出正确的合理判断。

2.2抗震设计中应注意的概念设计问题

抗震设计是结构设计的重要组成部分。 地震是一种随机振动，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。 现在所采用的地震参数只是概率意义上的估计值，而结构在地震作用下的性能有许多不确定性，因此，抗震设计不能过分依赖理论计算，概念设计在抗震设计中显得尤其重要。

（1）选择合适的场地 。 地震造成建筑物的破坏情况是各不相同的。 一是由于地震时地面强烈运动，使建筑物在震动过程中，因丧失整体性或强度不足、变形过大而破坏：二是由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害而造成；三是由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。 前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防的目的。 因此，选择工程场址时，应进行详细勘察。 搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利、尽可能避开对建筑抗震不利的地段。 任何情况下均不得在抗震危险地段建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

（2）选择合适的基础方案 。 基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型及荷载分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素，选择经济合理的基础方案。 基础设计应有详尽的地质勘察报告，一般情况下同一结构单元不宜采用两种不同的类型。

（3）采取相应的构造措施。 遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”的设计原则，注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，考虑温度应力的影响。除此之外还应注意按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置。 设置多道抗震防线应尽量避免出现薄弱层。

3概念设计的意义

3.1展现先进设计思想的关键。概念设计的根本宗旨，是在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑建筑结构的总体方案，且能有意识地发挥和利用结构总体系与分体系之间的力学特性与关系。运用概念设计从整体上把握结构的各项性能，方能对计算分析的结果进行科学判断和合理取舍。在概念设计之初的方案阶段，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较、分析与选择，可采用概念性设计到工程中去。

3.2体现结构设计的原则与灵活。建筑物是一个完整的空间结构，各构件都在以相当复杂的受力方式共同工作，而并非是独立于总体结构体系之外的单独构件。当前在建筑结构设计界，对具体空间结构体系的整体研究上还存在着局限性，以至于在设计过程中采用了许多假定与简化方法。作为结构工程师，一方面在设计过程中既要做到严格遵守和执行相关的强制性规范和要求，坚持结构设计的原则不能改变，另一方面，又不应盲目、教条、机械地照搬照抄，尤其是对推荐性规范和要求，应把它作为一种结构设计中的指导和参考意见，从而可在实际的设计项目中作出更为正确的选择。这就对结构设计工程师提出了要求，要对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有更为透彻的认识和深入的了解，把建筑结构概念设计应用到实际工作中去。

3.3弥补设计、计算理论的不足。目前的结构设计计算水平难以有效地保证结构设计的抗震、抗风性能，尤其是抗震设计。以“5・12 汶川大地震”为代表的近几年国内外几次震害的经验教训充分说明，从某种意义上讲，概念设计确实比分析计算更为重要。目前，现行的结构设计理论和计算理论仍然存在着一些缺陷：如对混凝土结构设计，内力计算采用基于弹性理论的计算方法，而截面设计则采用是基于塑性理论的极限状态设计方法，两者的矛盾使计算结果与结构的实际受力状态存在较大差距。为了弥补设计、计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量难以计算的结构构件的设计，也需要概念设计与结构措施来共同满足结构设计的需要。

第3篇

一、变“一”为“几”，让感知从单一走向丰富

教师呈示教材植树情境图，问：“图中他们在干什么？”（植树）。“根据图中信息，谁能提出数学问题？”当学生提出“一共有多少人参加植树活动”后，教师要求学生列式，然后引导学生观察相等的一组算式，进而概括出乘法分配律。

学生对数学定律的抽象是建立在充分感知的基础上。上述案例中，教师囿于教材编排，陷入 “一事一例”框框，造成感知素材单一，感知体验贫乏，所获取的数学表象必然是苍白肤浅的。当学生面对教材出现情感苍白、思维僵局时，教师需要寻找合适的材料来填补教材的空白，让学生在多样化的数学活动中，充分调动多种感官参与感知，从而丰富学生的感性认识。为此，我们可以依托教材提供的“植树情境”，通过如下“补白”，进行感知教学。

（1）数形感知：出示长方形植树地：，这块地的周长是多少？教师引导学生列出两种算式。

（2）生活感知：我们班有男生32人，女生20人，如果每人植树3棵，一共可以植树多少棵？让学生用两种方法列式解答。

（3）正例感知：你还能举出像上述这样的两个算式的例子吗？

（4）反例感知：有同学列举出（4×2）+25=4+25×2+25，这个例子对吗？

这样，以教材例子为载体，通过创造性处理教材，变“一”为“几”，既关注了学生已有经验，为学生提供乘法分配律的多样化数学模型，又有利于学生借助已有经验加以理解、内化，使学生对乘法分配律的感知变得更加丰富、充分。

二、变“粗”为“细”，让表象从模糊走向清晰

教师引导学生观察（4+2）×25=4×25+2×25，并进行如下数学思考。

师：比较左、右两个算式，有什么异同？

生1：运算顺序不同，但结果相同。

师：你能具体说说每个算式的运算顺序吗？

生2：左边算式是先算括号里的加法，再算乘法；右边算式是先算乘法，再算加法。

师：左右算式的运算有什么联系？

生3：4与2的和乘25，可以先将加数4与2分别与25相乘，然后将积相加起来。

师：不错！

……

在上述案例中，教师的追问是肤浅、粗糙的，仅从算式的符号、结果、数据之间的关系等外部特征入手，并没有深入引导学生从数学算式背后蕴涵的数学意义加以解读、思考，导致学生所形成的数学表象模糊，思维缺乏深刻性。为此，我们应由表及里，变“粗”为“细”，从乘法分配律的本质意义入手，引导学生对算式的内涵加以深入研究、仔细剖析，以获取清晰的数学表象。

师：（32+20）×3与32×3+20×3这两个式子为什么得数相等呢？谁能结合植树情境，说说先算什么，再算什么？

生4：左边先算出全班植树多少人，再算出全班植树棵树。右边先算男生、女生分别植多少棵，再算出全班植树棵树。所以左右算式的得数相等。

师：左边算式表示多少个3？右边算式表示几个3加上几个3？合起来是几个3？现在，你知道左右算式结果为什么相等了吗？（学生根据乘法意义加以解释）

师：谁能结合长方形周长情境，说说64×2+26×2与（64+26）×2为什么相等？

……

这样立足概念本质由浅入深加以追问，使学生能够凭借自身已有的经验有根有据地辨别、接纳新知，思考深刻，从而建立起清晰的数学表象。

三、变“快”为“慢”，让概括从形式走向内涵

在学生观察比较得出（4+2）×25=4×25+2×25后，教师引导学生进行总结。

师：谁能用自己的话来说一说？

生1：4加2的和乘25会等于4乘25加上2乘25。

生2：4加上2的和乘25等于25分别和4与2相乘，再加起来。

师：现在，请同学们打开书第36页，看看书上是怎么说的。（学生生齐读结语）

师：这就是我们今天要学习的“乘法分配律”（板书）

……

在上述案例中，教师仅仅依托唯一一个等式，走马观花似的和盘托出乘法分配律的“外壳”。教学是一种“慢”艺术，教师需要适时介入、适度点拨、顺势引导，让算式蕴含的本质规律在“磕磕绊绊”的迂回中逐渐“浮”出水面，从而走进“采菊东篱下，悠然见南山”的境地。为此，我们要舍得“浪费时间”，变“快”为“慢”，以结构化的板书为依托，引导学生进行有序观察、全面分析、挖掘内涵、自由表达、自主概括。

师：从上往下观察，左边五个算式有什么特点？

生1：都是先算和，再算积。

生2：都是表示几个几是多少。

生3：也就是几个数的和与一个数的积是多少。

师：从上往下观察，右边五个算式又有什么共同点呢？

生4：都是先算积，再算和。

生5：也就是这个数分别与两个加数相乘。

师：从左往右观察，左边的算式表示几个几？右边算式部分积分别表示几个几相加？与左边算式有什么联系？

师：谁能把我们刚才的观察发现，用自己的话来说一说？

……

学生在独立思考的基础上，畅所欲言，各抒己见，气氛十分热烈。这样紧扣乘法意义，条分缕析地引导学生全方位、多角度、宽领域地进行观察比较、互动交流、平等对话，使学生在“驻足细品、交流分享”中有效实现了对乘法分配律内涵的深度理解，不仅获得了求知的满足，而且感受了成长的快乐。

四、变“多”为“精”，让应用从模仿走向创新

概括出乘法分配律后，教师设计了如下三个练习。

1.完成书第36页“做一做”。

2.找朋友：把结果相同的算式用直线连接起来。

（25+75）×37 24×8+18×8

56×98+56×2 56×（98+2）

（24+18）×8 25×37+75×37

3.用乘法分配律计算。

25×（40+4） 2×28+8×28

练习不仅是为了巩固已有定律，更应促进学生加深对定律的理解，达到灵活运用。在上述案例中，教师提供的都是机械的模仿性练习，缺乏思维含量，容易使学生形成思维定势，不利于举一反三的迁移能力的培养。这就要求教师从发展学生思维的角度出发，变“多”为“精”，通过多层次、多形式、多角度的练习，让学生在“比较”中体验价值，把握本质，灵活应用，实现“以少胜多”的功效。

基于“比较出真知”这一理念，教师可以设计如下形式多样的练习：

（1）改错练习：如2512548=254+1258=100+1000=11000，对吗？为什么？

（2）对比练习：如计算（40+8）25和（28+72）136，25（84）和25（8+4），9925+25和16101-16。

（3）一题多解：如计算12532和10188，你能用几种方法计算？

（4）编题练习：如在“43×43×”的里填上适当的数，在填上运算符号，编出可简便计算的习题，再简算。

以上精练的变式练习，既基于教材，又高于教材，既巩固了新知，又培养了能力，既实现了轻负高质，又使学生积累了鲜活的数学活动经验，获得积极的情感体验，树立了“我能学”的信心。