对结构概念设计的认识（一）
对结构概念设计的认识1 概念设计的重要性 概念设计是展现先进设计思想的关键 ,一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计 ,并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为概念设计做得好的结构工程师 ,随着他的不懈追求 , 其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富 ,设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是 ,随着社会分工的细化 ,大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计 ,缺乏创新 ,更不愿 (不敢 )创新 ,有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳 (害怕承担创新的责任 )。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天 ,对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长 ,导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却 ,更谈不上设计成果的不断创新。强调概念设计的重要 ,主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性 ,比如对混凝土结构设计 ,内力计算是基于弹性理论的计算方法 ,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法 ,这一矛盾使计算结果与结构的实际受
对结构概念设计的认识(二）
3 协同工作与材料利用率 协同工作设计的另一个目的 ,还在于对材料的充分利用。一般来讲 ,材料利用率越高 (即应力水平越高 ),该结构的协同工作程度也越高 (从优化设计的角度 ,尽管结构性能最好的方案 ,不一定是材料利用率最高 ),尤其对我国这样一个发展中国家 ,结构设计的目的即是花最少的钱 ,做最好的建筑 ,这就要求设计时对结构材料的充分利用 ,这从梁类构件的演变可以看出。矩形截面梁是最普通的受弯构件 ,它的材料利用率很低 ,原因有二 :一方面是靠近中和轴的材料应力水平低 ,另一方面是梁的弯矩沿梁长一般是变化的 ,这样对等截面梁来说 ,大部分区段 ,即使是拉、压边缘 ,其应力水平均较低。针对梁的这种受力特点 ,用结构概念分析 ,主要是因为梁截面存在应变梯度 ,只有当构件是轴心受力时 ,材料利用率才可能增大 ,于是就出现了平面桁架 ,平面桁架可以理解成“掏空”的梁———将梁中多余材料去除 ,既经济 ,又降低自重 ;故桁架的上弦相应于梁的受压边 ,下弦相应于受拉钢筋。规则桁架中腹杆的受力 (拉、压 )与梁中主拉、压应力方向一致 ,根据上述分析 ,还可以将桁架的外形设计为与弯矩