談協(xié)同工作于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系論文

　　協(xié)同工作于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系

　　協(xié)同工作與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)有機(jī)整體，協(xié)同工作的概念是對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行相對(duì)的結(jié)合，使其共同工作，這不僅對(duì)部件提出結(jié)構(gòu)承載力的要求，而且要對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)提出了極限狀態(tài)的限制，同時(shí)還對(duì)共同的結(jié)構(gòu)壽命進(jìn)行測(cè)定。結(jié)構(gòu)協(xié)同工作在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互結(jié)合，并視為一個(gè)整體。不能將他們分開(kāi)處理。例如在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，雖然墻體不負(fù)擔(dān)承載力，但是依舊要把墻體和結(jié)構(gòu)柱當(dāng)成一個(gè)整體，而不能單一的依靠柱的承載力來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外所有的構(gòu)造柱都必須圍繞這一中心進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　協(xié)同關(guān)系和材料的使用

　　協(xié)同工作與材料利用率是協(xié)同工作設(shè)計(jì)的另一個(gè)方向，其目的是達(dá)到對(duì)材料的充分利用。一般情況下結(jié)構(gòu)的協(xié)同程度越高，所利用的材料效率也就越大。因?yàn)樵谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先要針對(duì)材料因素進(jìn)行考慮。例如矩形梁截面的材料利用率相對(duì)較低。針對(duì)這一特點(diǎn)將梁結(jié)構(gòu)的概念進(jìn)行分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)梁截面存在一定的應(yīng)變梯度，只有在構(gòu)件的軸心受到力時(shí)，材料的利用率才會(huì)不斷增大。于是就產(chǎn)生了平面桁架。平面桁架在結(jié)構(gòu)上可以以別理解成“被掏空”的梁。并根據(jù)這一理念就可以將結(jié)構(gòu)梁多余的材料進(jìn)行去除，已達(dá)到在施工的過(guò)程中降低工程成本、降低結(jié)構(gòu)自重、降低成本的作用。所以在桁架的上弦相應(yīng)于梁的受壓邊，下弦相應(yīng)于受拉鋼筋。規(guī)則桁架中腹桿的受力與梁中主拉力、應(yīng)力為同一方向，通過(guò)以上分析我們還可以對(duì)桁架的外形設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的升級(jí)，將它設(shè)計(jì)成與設(shè)計(jì)彎矩圖相似的形狀。這樣可以使桁架的弦桿受力更加均勻。由于在桁架中有很多壓桿，壓桿在桁架中起到穩(wěn)定性的作用，所以鋼件的材料影響并不大，所以在進(jìn)行平面桁架的設(shè)計(jì)中要設(shè)法改變壓桿的比例，而不是一味的增加材料強(qiáng)度。尤其針對(duì)上弦桿，應(yīng)努力增加其平面外的剛度(有時(shí)上弦采用雙桿形成的復(fù)合壓桿)，提供平面外約束(增加支撐)，如果把這些平面外的支撐再連接成桁架，這樣就使平面桁架變?yōu)槠矫娼徊骅旒埽�最后發(fā)展為空間網(wǎng)架，空間網(wǎng)架的材料利用率高，應(yīng)力水平高。為隨著跨度的增加，網(wǎng)架的高度增大，腹桿的長(zhǎng)度將增大，同時(shí)節(jié)點(diǎn)距離的增大也導(dǎo)致弦桿長(zhǎng)度的增大，這樣高強(qiáng)材料就不能使用。因此，努力減少或消除結(jié)構(gòu)中的壓桿，就使我們找到了懸索結(jié)構(gòu)，懸索結(jié)構(gòu)中所有的“桿件”均為拉桿，這樣就使懸索結(jié)構(gòu)中桿件的應(yīng)力水平極高，材料利用率極大，高強(qiáng)材料得以充分利用，還可施加預(yù)應(yīng)力，因而在超大跨度的結(jié)構(gòu)中，懸索結(jié)構(gòu)(或包括懸索結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu))是首選的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

　　概念與結(jié)構(gòu)的發(fā)展

　　就混凝土基本理論的發(fā)展來(lái)看，也體現(xiàn)了使各種材料充分發(fā)揮性能，并相互協(xié)同工作的特點(diǎn)。例如，鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土之間的區(qū)別在于鋼筋混凝土是將混凝土與鋼筋兩者簡(jiǎn)單地結(jié)合在一起，并讓他們自行地共同工作，預(yù)應(yīng)力混凝土是將高強(qiáng)鋼筋與高強(qiáng)混凝土能動(dòng)地結(jié)合在一起，使兩種材料均產(chǎn)生非常好的性能。反映了人們對(duì)混凝土中的協(xié)同工作認(rèn)識(shí)和運(yùn)用過(guò)程的加深。目前廣泛使用的鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，是將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短形成的一種新型的結(jié)構(gòu)形式。尤其是鋼管混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土相似，更將這兩種材料能動(dòng)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)材料的又一次革命，鋼管混凝土的原理有二。(1)通過(guò)使用鋼管將混凝土變得有約束力，而且提高核心混凝土的強(qiáng)度和變形能力。(2)當(dāng)核心混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，就會(huì)為鋼管壁起到很大的支撐作用。兩種相互結(jié)合就能體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)和概念的相互結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土的極限承載力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同體積的混凝土和鋼管的承載力之和15倍以上，而且極限變形能力是傳統(tǒng)鋼筋混凝土的10倍以上。這是鋼材與混凝土的又一次理想結(jié)合，它的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)意義上的受壓破壞特征由脆性變?yōu)檠有裕瑢?duì)結(jié)構(gòu)抗震的延性設(shè)計(jì)意義巨大，也使超高層建筑底層柱的軸壓比限制問(wèn)題迎刃而解，從上述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的演化，推而廣之，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只有當(dāng)構(gòu)件越多處于軸心受力狀態(tài)，其材料的利用率才可以提高，經(jīng)濟(jì)性也就越好，對(duì)框架結(jié)構(gòu)，豎向荷載作用下，框架柱宜處于小偏心受壓下工作，若大量柱處于大偏心受壓工作狀態(tài)，該結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性一般不好，故對(duì)非地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)，其框架結(jié)構(gòu)均為小偏心受壓形式。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　在建筑設(shè)計(jì)中采用協(xié)同設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)原則的根本需要。在人們?nèi)找嬷匾暩拍钤O(shè)計(jì)的今天，要求結(jié)構(gòu)工程師在不斷利用結(jié)構(gòu)理論知識(shí)的基礎(chǔ)下，盡可能的吸取先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，對(duì)自己的設(shè)計(jì)作品要進(jìn)行反思，來(lái)逐漸美化自己的設(shè)計(jì)作品，并為以后的設(shè)計(jì)工作積累經(jīng)驗(yàn)。

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