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淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
[摘 要]結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的、結(jié)構(gòu)設(shè)計的四項基本原則。[關(guān)鍵字]剛?cè)嵯酀⒍嗟婪谰�、抓大放小、打通關(guān)節(jié)、建築結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)的設(shè)計的目的是使建築物安全和能夠適應使用的要求。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)後將要從事的也是結(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築物的使用和建築業(yè)的發(fā)展，同時，還會影響到使用者的安全。基於這樣的要求，下面來總結(jié)一下結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則。
結(jié)構(gòu)設(shè)計的四項基本原則：
1、剛?cè)嵯酀?br />合理的建築結(jié)構(gòu)體系應該是剛?cè)嵯酀摹＝Y(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後全部毀壞；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使用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)是剛多一點好，還是柔多一點好？剛到什麼程度或柔到什麼程度才算合適呢？這些問題歷來都是專家們爭論的焦點，現(xiàn)今的規(guī)範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。最後，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。
2、多道防線
安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設(shè)防的，災難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆後繼。這時候，如果把“生存”的希望全部寄託在某個單一的構(gòu)件上，是非常非常危險的。多肢牆比單片牆好，框架剪力牆比純框架好等等，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？
3、抓大放小
“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等是建築結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要的概念。有人問：爲什麼不是“強柱強梁”“強剪強彎”呢？爲什麼所有構(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？
這裏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。簡單地說，雖然整個結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個構(gòu)件擔任的角色不盡相同，按照其重要性也就有輕重之分。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，就是爲了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀或者至少是最後才遭摧毀，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)件先去承擔災難。“寧爲玉碎，不爲瓦全”，如果平均用力，可能會“玉石俱粉”，損失則更大矣！在建築結(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。爲了保證柱是在最後失效，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，後果會更糟糕，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。
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，因爲結(jié)構(gòu)體系乃是變化的統(tǒng)一。外力突然襲來之時，對於單一的構(gòu)件，力量的傳遞簡明，因而容易控制。對於複雜的結(jié)構(gòu)體系，關(guān)節(jié)的複雜性難於預測和控制,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。歷次災害表明，從節(jié)點開始破壞的建築占了相當大的比例。
所以理想的結(jié)構(gòu)體系當然是渾然一體的--也就是沒有任何關(guān)節(jié)的，這樣的結(jié)構(gòu)體系使任何外力都能迅速傳遞和消減。基於這個思路，設(shè)計者要做的就是要盡可能地把結(jié)構(gòu)中各種各樣的關(guān)節(jié)“打通”，使力量在關(guān)節(jié)處暢通無阻。中醫(yī)上雲(yún)：“通則不痛，痛則不通”，結(jié)構(gòu)就象一個人，氣穴若不能暢通，癥結(jié)和隱患就會産生。在設(shè)計的四項基本原則中，“剛?cè)嵯酀保岸嗟婪谰�”，“抓大放小”是設(shè)計概念中的戰(zhàn)略問題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實現(xiàn)，靠的是“打通關(guān)節(jié)”這個原則作爲保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體操作，最後全都歸到“打通關(guān)節(jié)”的貫徹和實施上來。
如何打通關(guān)節(jié)？在設(shè)計概念裏，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)形本爲“靜”，滅於“動”中。所有 “動” 的因素對於結(jié)構(gòu)均爲不利。打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠處於原始的靜態(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，即爲終結(jié)。可見設(shè)計者是協(xié)調(diào)者，其任務是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)件相聚之後依然處於靜態(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，我們可以初步的瞭解一下結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，從而爲我們設(shè)計的合理和安全也奠定了基礎(chǔ)。
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