淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

[摘 要]結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本原則。

[關(guān)鍵字]剛?cè)嵯酀?jì)、多道防線、抓大放小、打通關(guān)節(jié)、建築結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的目的是使建築物安全和能夠適應(yīng)使用的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是結(jié)構(gòu)安全可靠（節(jié)省資金也是一項(xiàng)），所以，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要保證這樣要求和遵循這個(gè)原則。我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)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(jì)，我們不能不去考慮一下有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求及其基本的原則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響建築物的使用和建築業(yè)的發(fā)展，同時(shí)，還會(huì)影響到使用者的安全。基於這樣的要求，下面來(lái)總結(jié)一下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本原則：

1、剛?cè)嵯酀?jì)
合理的建築結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來(lái)時(shí)，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(guò)大而無(wú)法使用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)是剛多一點(diǎn)好，還是柔多一點(diǎn)好？剛到什麼程度或柔到什麼程度才算合適呢？這些問(wèn)題歷來(lái)都是專家們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，現(xiàn)今的規(guī)範(fàn)給出的也只是一些控制的指標(biāo)，但無(wú)法提供“放之四海皆準(zhǔn)”的精確答案。最後，專家們達(dá)成難以準(zhǔn)確言傳的共識(shí)：剛?cè)嵯酀?jì)乃是設(shè)計(jì)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(zāi)難來(lái)臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆後繼。這時(shí)候，如果把“生存”的希望全部寄託在某個(gè)單一的構(gòu)件上，是非常非常危險(xiǎn)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(jì)思路。也許我們會(huì)自信計(jì)算的正確性，但更要牢記絕對(duì)安全的防備構(gòu)件是存在的，還是應(yīng)該多多考慮：當(dāng)?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(méi)有第三、第四道防線？

3、抓大放小
“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等是建築結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要的概念。有人問(wèn)：爲(wèi)什麼不是“強(qiáng)柱強(qiáng)梁”“強(qiáng)剪強(qiáng)彎”呢？爲(wèi)什麼所有構(gòu)件都很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系反而不好，甚至?xí)邪踩[患呢？
這裏面首先包含著一個(gè)簡(jiǎn)單的道理：絕對(duì)安全的結(jié)構(gòu)是沒(méi)有的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，雖然整個(gè)結(jié)構(gòu)體系是由各種構(gòu)件協(xié)調(diào)組成一體，但各個(gè)構(gòu)件擔(dān)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(lái)，各個(gè)構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的，就是爲(wèi)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(shí)候犧牲在所難免，讓誰(shuí)犧牲呢？明智之舉是要讓次要構(gòu)件先去承擔(dān)災(zāi)難。“寧爲(wèi)玉碎，不爲(wèi)瓦全”，如果平均用力，可能會(huì)“玉石俱粉”，損失則更大矣！在建築結(jié)構(gòu)中，柱倒了，梁會(huì)跟著倒；而梁倒了，柱還可以不倒的。可見(jiàn)柱承擔(dān)的責(zé)任比梁大，柱不能先倒。爲(wèi)了保證柱是在最後失效，我們故意把梁設(shè)計(jì)成相對(duì)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(jiān)不可摧”，則可能會(huì)造成同時(shí)破壞，後果會(huì)更糟糕，損失會(huì)更大。所以關(guān)鍵時(shí)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(cuò)層之處，體量改變之處，轉(zhuǎn)換層亦是關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)無(wú)處不在，因爲(wèi)結(jié)構(gòu)體系乃是變化的統(tǒng)一。外力突然襲來(lái)之時(shí)，對(duì)於單一的構(gòu)件，力量的傳遞簡(jiǎn)明，因而容易控制。對(duì)於複雜的結(jié)構(gòu)體系，關(guān)節(jié)的複雜性難於預(yù)測(cè)和控制,即使從理論上保證了每個(gè)組成構(gòu)件的強(qiáng)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(zāi)害表明，從節(jié)點(diǎn)開(kāi)始破壞的建築占了相當(dāng)大的比例。

所以理想的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)然是渾然一體的--也就是沒(méi)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(gè)思路，設(shè)計(jì)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(wú)阻。中醫(yī)上雲(yún)：“通則不痛，痛則不通”，結(jié)構(gòu)就象一個(gè)人，氣穴若不能暢通，癥結(jié)和隱患就會(huì)産生。在設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本原則中，“剛?cè)嵯酀?jì)”，“多道防線”，“抓大放小”是設(shè)計(jì)概念中的戰(zhàn)略問(wèn)題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實(shí)現(xiàn)，靠的是“打通關(guān)節(jié)”這個(gè)原則作爲(wèi)保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體操作，最後全都?xì)w到“打通關(guān)節(jié)”的貫徹和實(shí)施上來(lái)

如何打通關(guān)節(jié)？在設(shè)計(jì)概念裏，要解決的是外力在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)重分配的問(wèn)題，要確保力量是按照各構(gòu)件的剛度大小進(jìn)行分配的，避免出現(xiàn)不合理的集中，最終達(dá)致靜態(tài)的平衡。因結(jié)構(gòu)形本爲(wèi)“靜”，滅於“動(dòng)”中。所有 “動(dòng)” 的因素對(duì)於結(jié)構(gòu)均爲(wèi)不利。打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實(shí)就是使其永遠(yuǎn)處?kù)对嫉撵o態(tài)，當(dāng)力量不能暢通時(shí)，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(jī)動(dòng)，“動(dòng)”即是死，即爲(wèi)終結(jié)。可見(jiàn)設(shè)計(jì)者是協(xié)調(diào)者，其任務(wù)是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)件相聚之後依然處?kù)鹅o態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對(duì)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(jì)的基本原則，從而爲(wèi)我們?cè)O(shè)計(jì)的合理和安全也奠定了基礎(chǔ)。