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談協(xié)同工作于結(jié)構(gòu)設計的關(guān)系論文
協(xié)同工作于結(jié)構(gòu)設計的關(guān)系
協(xié)同工作與結(jié)構(gòu)設計是一個有機整體，協(xié)同工作的概念是對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)部件進行相對的結(jié)合，使其共同工作，這不僅對部件提出結(jié)構(gòu)承載力的要求，而且要對整個結(jié)構(gòu)提出了極限狀態(tài)的限制，同時還對共同的結(jié)構(gòu)壽命進行測定。結(jié)構(gòu)協(xié)同工作在基礎與上部結(jié)構(gòu)相互結(jié)合，并視為一個整體。不能將他們分開處理。例如在進行框架結(jié)構(gòu)設計中，雖然墻體不負擔承載力，但是依舊要把墻體和結(jié)構(gòu)柱當成一個整體，而不能單一的依靠柱的承載力來進行設計，另外所有的構(gòu)造柱都必須圍繞這一中心進行設計。
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)同工作設計的另一個方向，其目的是達到對材料的充分利用。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。因為在進行結(jié)構(gòu)設計時首先要針對材料因素進行考慮。例如矩形梁截面的材料利用率相對較低。針對這一特點將梁結(jié)構(gòu)的概念進行分析，會發(fā)現(xiàn)梁截面存在一定的應變梯度，只有在構(gòu)件的軸心受到力時，材料的利用率才會不斷增大。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)梁多余的材料進行去除，已達到在施工的過程中降低工程成本、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于梁的受壓邊，下弦相應于受拉鋼筋。規(guī)則桁架中腹桿的受力與梁中主拉力、應力為同一方向，通過以上分析我們還可以對桁架的外形設計進行一定的升級，將它設計成與設計彎矩圖相似的形狀。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，所以在進行平面桁架的設計中要設法改變壓桿的比例，而不是一味的增加材料強度。尤其針對上弦桿，應努力增加其平面外的剛度(有時上弦采用雙桿形成的復合壓桿)，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)槠矫娼徊骅旒埽詈蟀l(fā)展為空間網(wǎng)架，空間網(wǎng)架的材料利用率高，應力水平高。為隨著跨度的增加，網(wǎng)架的高度增大，腹桿的長度將增大，同時節(jié)點距離的增大也導致弦桿長度的增大，這樣高強材料就不能使用。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)中桿件的應力水平極高，材料利用率極大，高強材料得以充分利用，還可施加預應力，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。例如，鋼筋混凝土與預應力混凝土之間的區(qū)別在于鋼筋混凝土是將混凝土與鋼筋兩者簡單地結(jié)合在一起，并讓他們自行地共同工作，預應力混凝土是將高強鋼筋與高強混凝土能動地結(jié)合在一起，使兩種材料均產(chǎn)生非常好的性能。反映了人們對混凝土中的協(xié)同工作認識和運用過程的加深。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)相互取長補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應力混凝土相似，更將這兩種材料能動地結(jié)合起來，實現(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度和變形能力。(2)當核心混凝土達到一定強度后，就會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遠遠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Y(jié)構(gòu)抗震的延性設計意義巨大，也使超高層建筑底層柱的軸壓比限制問題迎刃而解，從上述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的演化，推而廣之，在結(jié)構(gòu)設計中，只有當構(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)濟性也就越好，對框架結(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)濟性一般不好，故對非地震區(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
在建筑設計中采用協(xié)同設計的原則進行設計，是設計原則的根本需要。在人們?nèi)找嬷匾暩拍钤O計的今天，要求結(jié)構(gòu)工程師在不斷利用結(jié)構(gòu)理論知識的基礎下，盡可能的吸取先進的設計思想，對自己的設計作品要進行反思，來逐漸美化自己的設計作品，并為以后的設計工作積累經(jīng)驗。
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