浅析工程结构的内容与意义

浅析工程结构的内容与意义

曾其乐

城山建设有限公司310000

摘要：现在的高层建筑物的结构形式和和传统的结构形式相比发生了很大的改变，结构形式从简单走向复杂，建筑样式从单一向多元化的趋势发展。这样的变化也使得利用传统的计算分析显得处于劣势，面对复杂的结构形式不仅增加了计算过程的工作量，使得工程设计周期变长，也削弱了结构工程师的计算结果的准确性，对结构的安全构成重大的威胁，不利于建筑业科学经济的发展。所以如何准确、科学、经济的进行结构设计，成为首要研究的问题。

关键词：工程结构；概念设计；定性分析

1.结构概念的分析内容和意义

传统的结构设计都是通过繁琐冗长的计算过程来完成对结构特性的分析，但是随着世界一体化进程不断地加速，我国也在大力推广“引进来，走出去”的策略。因此人们的审美观念渐渐与世界接轨，从而对结构构成的形式的要求也越来越“挑剔”。长期以来结构工程师对工程结构的分析方法限于使用计算的数值来进行分析，很少有结构工作者提出过概念分析的方法。概念即把事物的特点加以概括，经验不断的实践经验的积累与总结，进而让人们在初始时期从感性去认识客观事物上升到用理性思维去认知。定性分析即借助预测，判断，分析能力推测出事物的的某种特征形式，因而工程结构的概念分析与定性分析就是结构设计人员通过自己对力学概念这方面的基本知识的了解来对结构的变形，内力，等特征进行判断。在结构设计的初步阶段，结构工程师在考虑结构承载力和其他内力时应把影响它们的主要原因分析出来，然后以这些原因为考虑的主线，通过这些影响因素首先对结构进行建模，对模型合理的分析，大体计算出结构的承载力和变形力。此专业的毕业生应有对承载力和变形力准确性的校核能力，和对结构内力分布的合理性作出定性判断的能力。

“设计”的概念就是在“设想”的基础上“计算”然后再对事物定性分析然后作出相应的“假设”。力学始于定性分析，终于定性分析；定性分析在前，定量分析在后；定量随着定性的偏差而偏差。设计人员在处理工程实际问题时，结构工作者应对结构的内力和结构的变形情况有一个感知能力和概念分析能力，还需要具有对工程计算的数据，利用对这些数据的科学的作出分析并且快速判断出工程结构发生的问题。概念设计不需要经过计算，尤其是对某些工程结构的情况下不能做出精确的理论分析，在处理这些问题时应利用结构力学基本概念和数学思维对出现的问题作出合理的判断，定性分析的思想就是不需要通过数据计算而是利用对基本概念的掌握判断结构的内力和结构可能出现的问题。

工程结构分析计算的基本概念有很多，其中包括：约束、虚功、平衡、刚度、等。根据对这些基本概念的掌握可以不经过计算对刚架在考虑杆件轴向变形时进行定性分析，从而得出此刚架此时受力的弯矩图。还可以对相似特定结构进行判断得出自振频率的大小，相类似地理论下，对称结构在温度变化下得变形与内力分析、超静定结构中刚度问题、忽略轴向变形的影响等问题都是能可以得到解决的。

结构的变形能力和承载能力不需进行复杂的计算，只要熟练掌握结构力学基本概念并利用数学思维，通过概念分析法就能对结构的力学性能有个初步的了解，工程设计人员应经常使用概念分析的方法，逐渐培养对结构认知的“直觉”，能帮助结构工程师在处理实际工程是快速而科学的对问题作出合理的分析并准确的找到对问题的解决办法，所以培养土木工程的专业人员对概念分析的素养是一项很重要的内容。

总的来说结构定性分析的能力需要的是对基本概念的感知能力，基本的概念熟悉之后利用较强的思维能力对复杂的结构进行简化，使复杂的问题简单化，这样有利于我们在脑中建立起一个简单的结构模型，这样方便对结构的力学分析。只有多练习多训练才能慢慢的培养定性分析能力，才能很快的把复杂问题简单化。

此外数学思维和对基本概念的掌握程度也是很必要的，并且应该将两者更好地融合在一起形成一个理论体系。这样才能在实际的设计开始之前在思维中形成结构模型，对之后的实际设计提供了理论基础，大大的提高了结构的安全性。

2.工程结构的概念分析与定性分析的发展与现状

2.1概念分析与定性分析的发展历史

在过去的建筑结构设计通常是工程师将之前的施工和经验进行总结和完善，通过源源不断的实践，不断的积累工程经验，使得工程师的经验越来越丰富。这个过程也是工程师进行自己的知识库不断地更新的过程。然而很多工程不求创新，只是照搬常见的设计形式和设计规范，成为工程设计的创新的过程中障碍。然而随着科技的进步和经济的不断发展，概念设计的理论从国外引进过来之后拓宽了工程师的视野并使得他们的设计成果有了很大的创新、设计成果更加的完美。因而工程结构的概念设计与定性分析这种理念在当代也越来多的被结构师所使用。

索穹顶结构的实现就是基于这种概念分析法，此方法是第一次使用在大跨度的结构中。首先对此结构的受力进行基本的分析从而抽象出基本概念。运用基本概念具有的特点对结构理性的分析。

2.2概念分析与定性分析的发展现状

概念设计的理论的方法对建筑结构设计更加的安全性、适用性、经济性、可靠性、起到了非常大的作用虽然经过各种各样的实践和理念不断的发展表明此理念在实用过程中存在误差。但是力学概念的清楚，工程师对概念的掌握在解决问题中能够轻松快捷的确定出最合理的解决办法。并且能够在施工图设计阶段初步判断计算机计算结果准确性，越来越多的结构工程师接受概念设计的理念，这种理念在结构设计中也扮演着非常重要的角色。

现如今越来越多的高校在培养土木工程专业学生的过程中也是把传递概念设计理念的是想放在重要的位置上，他们会让学生多放弃计算机设计，多使用手算的方式，这样的过程是潜移默化的。会提高学生结构设计综合能力，加强学生对整体结构概念设计与分析的思维的掌握。这种理性分析的方法应该会指导我们从对结构设计的被动性转化为主动设计，使得我们设计的结构形式更加具有“生命力”。

结构概念设计是结构设计过程的精髓，贯穿了设计的整个阶段，这种理念帮助了结构师和建筑师共同确定一个整体性最好结构最优的整体体系。这样经济可靠的概念设计随着越来越深的研究，不断完善此理念，以后必然会成为每位工程学者所学习的专业领域。

3.工程结构概念分析与定性分析在土木工程中的应用

随着我国经济的迅速发展和工程技术手段的不断更新，工程结构概念分析在土木工程中应用非常广泛，比如工程中抗震概念设计的应用，结构的布置要遵循对抗震起到抵抗的原则，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施。在设计过程中不管是从方案的选择还是结构的布置都是以抗震设计为主线的。

工程结构定性分析理念在高层结构中使用比较广泛，高层建筑物结构的复杂性和多样性对于结构师来说分析起来是非常具有挑战性的，由于高层结构的水平荷载，自重，强大的风荷载，和地震荷载等等使得建筑物的受力极为复杂，随着人类对建筑物外观的要求和功能的要求，使得高层建筑不仅是单一的长方体形状，有可能具有不规则的形状，这使得结构工程师在计算受力大小的情况下变得十分复杂，所以概念分析的所具有的特性使得在进行分析时能够简化结构，从而快速准确的得出结构的受力情况。

大跨度的穹顶空间结构，利用结构概念设计可以简单的分析穹顶半球体的屋面受力比较均匀，从而使得结构的变形很小，穹顶结构使得结构的使用空间很大，使得我们深切的体会到一个简单的结构形式变得富有艺术气息，轻质高强的新型材料与新的工艺的相结合让结构承受力的能力达到最好的状态，这些先进现代的工艺流程都基于概念设计的基础之上。

参考文献：

[1]龙驭球．结构力学教程[M]．北京：高等教育出版社，2000：15-18，31．

[2]胥远芳．角筒桁架高层建筑结构探析[D]．浙江：浙江大学，2011.

[3]朱慈勉．结构力学[M]．北京：高等教育出版社，2004：35-38，52-53．