談協同工作于結構設計的關系論文

　　協同工作于結構設計的關系

　　協同工作與結構設計是一個有機整體，協同工作的概念是對結構內部的結構部件進行相對的結合，使其共同工作，這不僅對部件提出結構承載力的要求，而且要對整個結構提出了極限狀態的限制，同時還對共同的結構壽命進行測定。結構協同工作在基礎與上部結構相互結合，并視為一個整體。不能將他們分開處理。例如在進行框架結構設計中，雖然墻體不負擔承載力，但是依舊要把墻體和結構柱當成一個整體，而不能單一的依靠柱的承載力來進行設計，另外所有的構造柱都必須圍繞這一中心進行設計。

　　協同關系和材料的使用

　　協同工作與材料利用率是協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。一般情況下結構的協同程度越高，所利用的材料效率也就越大。因為在進行結構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構的概念進行分析，會發現梁截面存在一定的應變梯度，只有在構件的軸心受到力時，材料的利用率才會不斷增大。于是就產生了平面桁架。平面桁架在結構上可以以別理解成“被掏空”的梁。并根據這一理念就可以將結構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、降低結構自重、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為平面交叉桁架，最后發展為空間網架，空間網架的材料利用率高，應力水平高。為隨著跨度的增加，網架的高度增大，腹桿的長度將增大，同時節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，努力減少或消除結構中的壓桿，就使我們找到了懸索結構，懸索結構中所有的“桿件”均為拉桿，這樣就使懸索結構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構中，懸索結構(或包括懸索結構的組合結構)是首選的結構類型。

　　概念與結構的發展

　　就混凝土基本理論的發展來看，也體現了使各種材料充分發揮性能，并相互協同工作的特點。例如，鋼筋混凝土與預應力混凝土之間的區別在于鋼筋混凝土是將混凝土與鋼筋兩者簡單地結合在一起，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合在一起，使兩種材料均產生非常好的性能。反映了人們對混凝土中的協同工作認識和運用過程的加深。目前廣泛使用的鋼-混凝土結構，是將鋼結構與混凝土結構相互取長補短形成的一種新型的結構形式。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合起來，實現了結構材料的又一次革命，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。兩種相互結合就能體現出結構和概念的相互結構。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合，它的出現，使傳統意義上的受壓破壞特征由脆性變為延性，對結構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，從上述結構構件的演化，推而廣之，在結構設計中，只有當構件越多處于軸心受力狀態，其材料的利用率才可以提高，經濟性也就越好，對框架結構，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，該結構方案的經濟性一般不好，故對非地震區的框架結構，其框架結構均為小偏心受壓形式。

　　結束語

　　在建筑設計中采用協同設計的原則進行設計，是設計原則的根本需要。在人們日益重視概念設計的今天，要求結構工程師在不斷利用結構理論知識的基礎下，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驗。

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