精彩作文结构构思【建筑结构构思及其经济分析】

　　摘要：从工程实践表明，对于结构工程的经济效果在很大程度上要取决于结构工程师的理论水平与设计水平。通过结合实践，总结出如何合理有效地进行结构构思，以达到最佳的经济效果，为同行提供参考借鉴。
　　关键词：建筑结构；结构构思；几何尺寸；柱网布置
　　中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：
　　 引言
　　 结构工程的经济效果如何、在很大程度上要取决于结构工程师的理论水平与设计水平。因此结构从开始进行结构构思时起，到确定和完善结构方案的整个建筑设计过程中，应当充分发挥自己的主观能动性和创造性。为了达到最佳的结构经济效果，在建筑结构平面布局中，应当很好地采取合理的结构柱网布置；在建筑剖面设计中；应当妥善地考虑结构传力的全过程，在组织结构的传力系统时，渍当注意结构部件的灵活组合，并在受力特点不同的结构部位，采用不同的建筑材料；在确定所采用的结构构件形式时，应当注意结构各构件的经济尺寸范围及其合理的结合形状。
　　 基于经济的结构布置
　　 从力学观点来看，在民用和公共建筑的平面布局中，应当尽量使柱网开间等跨和进深等距(或近于等距)来布置，因为这样可以相应减小边跨柱距、可以充分利用连续梁的受力待点以减小结构小的弯矩，可以使各跨梁截面趋于一致而提高结构的整体刚度等。这样，柱网布置就必须和建筑物使用空间的划分与组合巧妙地结合起来。如北京民族饭店高层装配式框架结构的柱网布胃形式，虽然在开间方向的尺寸是相同的，但在进深方向，两边跨的尺寸却比中间跨大两倍多。原设计之所以这样布置，主要是考虑到加大中间跨后，会使走道板下的水平通风道结构层加厚而影响走道的净空。对该结构工程的分析和总结说明，如果采用进深方向近于等距的柱网布置形式，则要经济合理得多。在改进方案中，可以减小两边跨梁的截面面积；其基础用料也相应节约；各跨梁断面的尺寸趋于一致，结构的整体刚度大大提高；梁构件的长短相近，重量均匀，便于施工吊装；此外，加大中间跨后，也有利于一展大厅的平面布置。从标准层平面来看，中间两排柱子向两边跨推移后，又恰好可以将柱子组织在辅助的使用空间之中。对于原来设计中所顾虑的通风道问题，则完全可以另行研究解决。
　　 在许多情况下，柱网在建筑物进深的方向上，可以市置为柱距相等的两跨。这样，不仅结构上简洁、合理，而且建筑平面布局也有较大的灵活性。如果使柱网在开间方问与进深方向的尺寸取得统一，那么，在结构技术经济效果方面就会显示出更大的优越性，国外普遍认为，现代工业企业的通用性厂房以采用方形柱网最理想，除了可以减少柱子和构件尺寸类型，便于工业化施工以外，还能为生产线和吊车设备沿两个互相垂直的方向布置创造行利条件。结合国外在民用和公共建筑中，也有采用方形柱网的趋向，并取得了较好的经济效果。
　　 现代建筑中的合用空间与视觉空间的创造是灵活多变的，而结构柱网又应当趋于规矩、简洁方能取得良好的技术经济效果；这的确是一个十分突出的矛盾、解决这个矛盾也要因时因地制宜。在某些情况下，从综合权衡来考虑，采用比较复杂的结构柱网来满足空间创造的要求，这也是无可非议的。然而，一般来说，力图寻求以最少的结构构件类型土适应空间创造的需要，也即以“重复”求“变化”，这也是现代建筑结构构思的—个基本原则。体现这一指导思想的、具有最明显趋向的思路，就是结构构成方式的“体系化”和“单元化”。“单元化”结构构成方式的持点，是将结构单元的构件标准化、定型化，然后再重复地加以运用，以适应建筑平面布局与空间变化的需要，这种结构单元，既可以并联重复，也可以间隔重复。
　　 结构经济尺寸与几何形状设计
　　 无论是平面结构系统，还是空间结构系统，每一种结构形式所能取得的技术经济效果，也很大程度上都要取决于它工作时的受力状况。结构受力状况恶化，就意味著材料消耗的增加。而当结构受力比较合理时，一方面可以节约材料，另一方面也能使所用材料的力学特性和承载能力得以充分发挥和利用。所以说，在组织结构的传力系统时，应力求使结构承受直接应力、尽量避免出现受弯或受扭等不利情况。
　　 然而，当结构的传力系统基本确定之后、每—种结构形式的受力状况还随着它的几何尺寸和几何形状变化而变化。换而言之，在所确定的结构传力系统中，每一种结构形式只有当它具有—定的几何尺寸和几何形状时，它才具有比较合理的工作性能，才能取得较好的经济效果。例如，一般来说，当钢筋混凝土梁的跨度在4米以下时，梁跨中弯矩不大，由于这时梁截面主要是由刚度来决定的，因而钢筋混凝土的承载能力只利用了一部分，当梁的跨度超过8米时，由于弯矩和结构自重急剧增加，通常就要改变梁的矩形截面形状；但薄腹粱的合理跨度一般也只能达到12米，跨度再加大时，就要考虑采用其它结构形式了。可见，在同样的荷载条件下，梁的经济合理性要取决于它的跨度和断面，即梁的几何尺寸和几何形状。空间结构系统也是如此，如平板型网架结构，虽然它可以覆盖大跨和超大跨建筑，也对以结合柱网布置构成大面积屋盖，然而，它的跨度也不宜超过125米，柱网也不宜小于12米x12米。否则，在经济上也将失去其优越性。从几何形状来看，以正方形平面为最好，甚至当边长比例变化为1：1.1的时候，最大弯矩值也要增加20％，而当边长为1：1.25时，平板型网架结构就不够经济了。
　　 结构的经济尺寸范围和结构的合理几何形状是两个很重要的概念，它们与建筑平面及建筑剖面设计的关系其为密切，可以说对每一种结构形式的经济尺寸范围及其合理几何形状掌握的越多，在结构构思和建筑设计中的“自由度”也就越大。若不然，我们在各种结构形式的具体运用中，就仍不免带有很大的盲目性。片面强调或孤立考虑建筑方面的要求，往往便会忽视结构的经济尺寸范围，甚至完全破坏结构的合理几何形状，如上海某光学玻璃厂熔炉车间便是一个典型的例子。该厂房屋盖采用了筒壳结构。为了解决车间内部的自然采光和通风问题，筒壳呈单波高低跨布置，并在高跨的两侧边梁下开设天窗。这样一来，使得每个筒壳都处于单独工作的状态，完全失去了多波连续布置时的合理受力性能。此外，由于壳体的边梁数量增加了一倍，因而整个屋盖结构的经济指标与一般钢筋混凝土屋架、屋面板(带天窗)相比并不优越，水泥用量和所费工日反而显著增加。如果我们将筒壳改为连续3波来布置，分析表明，它的用材指标（钢、水泥）、所需工日以及造价等，都要比筒壳呈单波高低跨布置时降低许多。例如，从力学观点来看，薄壳、悬索等是“天生经济的”，但有时往往由于施工方法不理想，或材料来源不充足又会变得不经济。认识到这一点，特有助于使我们在结构的运用中，更好地从物质技术条件的客观实际出发。但是，即使如此也不能否定结构“天生的经济性”的重要意义。结构的合理几何尺寸与几何形状，总是和结构的这种“天生的经济性”紧密联系在一起的，对此若掉以轻心，那么，从—开始提出的结构方案，就很可能是“天生的不经济的”，从上面对圆柱形筒壳运用的分析，便是一个很好验证。
　　 结语
　　 从工程实践表明，无论是工业建筑、居住建筑，其建筑结构和经济存在紧密联系。正确地认识和处理建筑和经济之间的联系，就能有效地把资源在结构上发挥得淋漓尽致。在充分满足力学、功能与美学方面的要求之后，再好的构思，再好的方案，若不能为经济条件所接纳，那也只能付之东流。
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　　 郑少奎，男，1983.01，助理工程师，硕士研究生学历，现供职于中国煤炭科工集团重庆设计研究院第六设计所；
　　 王勇，男，1981.04，助理工程师，硕士研究生学历，现供职于中国煤炭科工集团重庆设计研究院电力设计所；