結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則淺探

陶志剛

摘要：結(jié)構(gòu)的設(shè)計的目的是使建筑物安全和能夠適應(yīng)運用的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計還要遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求是結(jié)構(gòu)安全可靠（節(jié)省資金也是一項），所以，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要保證這樣要求和遵循這個原則。我們現(xiàn)在學習的結(jié)構(gòu)有：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、剛結(jié)構(gòu)、道路和橋梁結(jié)構(gòu)，我們畢業(yè)后將要從事的也是結(jié)構(gòu)的設(shè)計，我們不能不去考慮一下有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求及其基本的原則，結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響建筑物的運用和建筑業(yè)的發(fā)展，同時，還會影響到運用者的安全?；谶@樣的要求，下面來總結(jié)一下結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則。

關(guān)鍵詞：剛?cè)嵯酀?多道防線 抓大放小 打通關(guān)節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的四項基本原則：

1.1 剛?cè)嵯酀?合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?。結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法運用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)是剛多一點好，還是柔多一點好？剛到什么程度或柔到什么程度才算合適呢？這些問題歷來都是專家們爭論的焦點，現(xiàn)今的規(guī)范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供“放之四海皆準”的精確答案。最后，專家們達成難以準確言傳的共識：剛?cè)嵯酀耸窃O(shè)計者的追求。

1.2 多道防線 安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設(shè)防的，災(zāi)難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆后繼。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構(gòu)件上，是非常非常危險的。多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設(shè)計思路。也許我們會自信計算的正確性，但更要牢記絕對安全的防備構(gòu)件是存在的，還是應(yīng)該多多考慮：當?shù)谝坏婪谰€跨了，第二道防線能頂住嗎？或者能頂住多少？還有沒有第三、第四道防線？

1.3 抓大放小 “強柱弱梁”、“強剪弱彎”等是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要的概念。有人問：為什么不是“強柱強梁”“強剪強彎”呢？為什么所有構(gòu)件都很強的結(jié)構(gòu)體系反而不好，甚至會有安全隱患呢？

這里面首先包含著一個簡單的道理：絕對安全的結(jié)構(gòu)是沒有的。一旦不可意料的破壞力量突然襲來，各個構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是為了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀，這時候犧牲在所難免，讓誰犧牲呢？明智之舉是要讓次要構(gòu)件先去承擔災(zāi)難?！皩帪橛袼?，不為瓦全”，如果平均用力，可能會“玉石俱粉”，損失則更大矣！在建筑結(jié)構(gòu)中，柱倒了，梁會跟著倒；而梁倒了，柱還可以不倒的。可見柱承擔的責任比梁大，柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效，我們故意把梁設(shè)計成相對薄弱的環(huán)節(jié)，使其破壞在先，以最大限度減少可能出現(xiàn)的損失。如果梁柱等同看待，企圖讓他們都“堅不可摧”，則可能會造成同時破壞，后果會更糟糕，損失會更大。所以關(guān)鍵時刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。

1.4 打通關(guān)節(jié) 在結(jié)構(gòu)體系中，所謂關(guān)節(jié)，是指變化相聚之處，或變化出現(xiàn)的地方。不同類型的構(gòu)件相接處，同一構(gòu)件截面改變之處，是關(guān)節(jié)。廣義上，諸如結(jié)構(gòu)錯層之處，體量改變之處，轉(zhuǎn)換層亦是關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)無處不在，因為結(jié)構(gòu)體系乃是變化的統(tǒng)一。外力突然襲來之時，對于單一的構(gòu)件，力量的傳遞簡明，因而容易控制。對于復雜的結(jié)構(gòu)體系，關(guān)節(jié)的復雜性難于預(yù)測和控制,即使從理論上保證了每個組成構(gòu)件的強度和剛度，但因關(guān)節(jié)的普遍存在，力量的傳遞往往不能暢通而出現(xiàn)集中甚至中斷，破壞由此而發(fā)生。歷次災(zāi)害表明，從節(jié)點開始破壞的建筑占了相當大的比例。

如何打通關(guān)節(jié)？在設(shè)計概念里，要解決的是外力在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)重分配的問題，要確保力量是按照各構(gòu)件的剛度大小進行分配的，避免出現(xiàn)不合理的集中，最終達致靜態(tài)的平衡。因結(jié)構(gòu)形本為“靜”，滅于“動”中。所有 “動”的因素對于結(jié)構(gòu)均為不利。打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態(tài)，當力量不能暢通時，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機動，“動”即是死，即為終結(jié)?？梢娫O(shè)計者是協(xié)調(diào)者，其任務(wù)是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)件相聚之后依然處于靜態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對的靜態(tài)之中。

綜上所述，我們可以初步的了解一下結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，從而為我們設(shè)計的合理和安全也奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

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