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概念設計論文范文1

概念書籍設計將書籍藝術形態設計轉換成有效表現思想創造性設計，旨在充分展現設計者的創造力，啟發創新思維意識。概念書籍設計是根據書籍內容對視覺想象的內涵進行提升，探尋可以參與其中的文化元素，對原有信息內容進行再創造的意識。使受眾在與書籍交流的過程中，對語言、時間等多方面因素形成更深刻的、多元化的、全新的認識。

在概念書中，文字既是文章的一部分，又是插圖的一部分，被賦予了雙重身份。文字作為有意味的圖形，表達文字以外的內涵。獨立創作的原創插畫為主要表現內容，書籍的文字、用紙、折手和裝訂等都圍繞插圖來進行設計。這里賦予了傳統意義上的插圖新的意義。插圖可作為書籍的主體出現，兼有表達書籍內容的功能。既是書籍具體內容的體現，又是抽象意念的表達。在概念書中可以圍繞插圖進行模切、拉頁以及頁與頁之間連接關系的特殊設計。概念書的設計是圖形擺放方式和圖形處理方式的研究。一直以來，由于的技術和成本問題，沒有得到充分的重視，目前書籍的裝訂方法還是以經濟、簡便的膠訂和騎馬訂為主。但也有很多設計師在書籍的裝訂上下了很大的功夫，線裝、鉚訂、膠訂輔以織物等，方法多種多樣、靈活巧妙。概念書中可以利用現有的裝訂形式進行形態上的創新，也可以設計、實驗新的裝訂方法。

在概念書的設計中，紙張的質感、紋理、透明度、柔韌度、反光度等都可以成為概念書設計的亮點。概念書的紙張不再局限于目前印刷常用的銅版紙等紙張，還包括用于包裝的紙張、用于工業產品過濾的紙張、砂紙等。可以用一些現有的紙張或其他材料進行再加工，制成新品種的紙張。概念書印刷的方法可以顛覆傳統意義上的印刷方法，可以通過絲網、銅板、木板印刷等辦法來創作，也可以通過噴畫、烙印、粘貼等手段進行創作。隨著技術的更新，未來也有可能成為新的印刷方法，推動裝幀藝術的發展。

隨著電腦和網絡的普及，電子媒體成為一股不可忽視的力量，電子圖書成為書籍設計中的重要部分。總之，概念書籍的設計充分體現了書籍思維方式上的未來性。現在國外的概念書籍，在形態上已經擺脫了書籍的傳統模式。以獨特書籍設計語言來傳達書籍的思想內涵，并體現強烈的個性。從表現形式、材料工藝上進行前所未有的嘗試，并且在人們對書籍藝術的審美和對書籍的閱讀習慣以及接受程度上尋求未來書籍的設計方向。

2概念書多元設計

在進行概念書的設計時，應從外到內，由于書籍語言的多元體現，為閱讀過程帶來無限拓展的可能性，書籍設計不僅僅屬于平面設計范疇，還存在空間設計等領域的設計概念，以構成三維的空間關系，從而形成可觀、可觸、可感的藝術形態。它包括形態的寫實感，如質感的表現和結構的準確表達；另一方面也依賴嫻熟的技術和對材料特性的把握，以實現藝術模仿與創造。就藝術而言沒有觀察、沒有借鑒、沒有對比，就沒有認識，沒有創新，只有觀察到的才可能有表現，這就是觀察的意義，這就是設計創新的基礎。

在現實生活中，我們要通過觀察進行思考，沒有深入的觀察就很難激發靈感，產生真正的設計；沒有認真的觀察，就很難產生具有創造力的設計。通常自然形態以人物、動物、植物等自然界中具象形態為依據，通過觀察、歸納或夸張、變形等手段創造出藝術形態，它與超級寫實主義相比為設計者提供了一份自我表現的空間。概念書的設計具有同樣的特點，運用適當的“跨界”語言去表現另外一種事物，會得到一個全新的、充滿想象力的創作物象。概念設計通過抽象的形態表現豐富的內容，使讀者可從與作品有關的蛛絲馬跡中展開一系列思考、聯想和欣賞過程。當你處在抽象的環境中，你會不由自主地展開想象、聯想，在抽象藝術作品面前自然會心隨其動，展開美的想象。由于概念書籍設計材料，常可以木、布、金屬、塑料等為媒質進行設計，這種概念書，看到的似乎不是書籍，而是立體的、建筑藝術的觀念，是設計師心中浪漫的書籍之夢。總之，不同的材料，能為書籍灌注特殊的精神氣質與內涵。在不游離書籍主題的前提下，借助材料的特性引申出與眾不同的創意，表達出更深層廣泛的含義，為讀者提供閱讀想象的暢游空間。

概念設計論文范文2

可變功能機械系統由不同的分功能組成，且功能間會發生耦合。筆者基于FBS概念設計模型對可變功能機械系統進行研究，先將各分功能獨立，分別建立自頂向下的設計模型，即先對功能進行分解，由功能-行為映射求解得到相應的行為層級結構，分析相應的行為模型，得出映射層結構方案。可變功能機械的FBS模型詳解如圖1所示。在研究可變功能機械系統時，本研究將分功能到行為和行為到結構的映射并行研究，功能總和代表了各分功能不同模型的集合，系統實現其中一個功能時，另一個分功能處于待用模式，為加以區分，用功能符號“F”+“i”（數字）代表分功能序號，用“or”（或者）連接各分功能。之后本研究建立分功能的層級結構及相應的功能分解模型、行為過程層級結構及其行為過程模型，最后進行映射求解。這種并列的設計過程存在交集，即這些分功能間具有耦合性，系統的功能分解有部分相似，例如當農用拖車的連接器連接不同的耕作設備可以完成不同的生產功能，施肥機可以進行移動施肥，灑水機完成澆灌工作等，系統的動力功能和傳動功能并未發生改變，改變的僅是執行端的功能。本研究將相似的功能結構和行為結構以及方案層的具體實施構件組合用虛線連接，代表它們之間存在的特殊聯系。為具體表達該設計過程中的模型聯系，基于經典相似理論中對序結構的定義，本研究將系統要素按一定組成規律、一定順序出現的序列結構稱為序結構，序結構與系統有著緊密的聯系。根據可變功能機械系統概念設計層次，筆者對序結構進行特征分析，分為功能序結構、行為序結構以及方案序結構。由于篇幅原因，本研究僅對功能分解和行為結構的序結構表達進行描述，并構建相似模型。

2相似模型構建

2.1功能序結構和行為序結構模型相似包括功能相似以及行為相似，功能具有相同的效果不代表行為也具有相似性。研究系統相似度時需要衡量功能相似度和行為相似度不同的權重值，建立相似模型，從系統的角度將不同的功能及其行為映射用序結構表達出來，用系統要素的方式進行模型構建。功能是表達系統特性最抽象的方式，功能的表達需滿足：（1）能根據給定要求表示設計者的意圖；（2）能準確描述滿足設計要求的設計對象；（3）能被定性或者定量地評價，并可以測定設計意圖的滿意度。功能的系統要素為能量、物質和信息，每個功能要素都有其輸入和輸出，因此可以運用“輸入流-輸出流”的方法進行功能描述。功能要素在時間和空間上有一定的順序，即功能序。本研究將功能序的關系進行分類，分別有組成關系、時序關系和因果關系如圖2、圖3所示。時序關系又有順序關系，并存關系。功能序是功能序結構的基礎組成。在概念設計模型中，功能是一個模糊而粗糙的概念，而行為相對而言更為具體，能激發設計者的靈感，引導設計者保證三大流（即物質、能量、信息）的有序流動，不違背自然規律。行為的系統要素包括運動學要素、力學要素和能量要素。結合目前行為結構的表達方法，本研究統一用“輸入流-輸出流”的方式表達行為序結構。行為可以分為基本行為和組合行為。基本行為對應基本結構，較為簡單；組合行為由基本行為構成，包括運動轉換行為、執行行為、檢測行為、控制行為等，這些基本行為通過一定的順序連接起來形成組合行為。行為序就是指這些基本行為和組合行為間的連接，行為序結構則表達了行為序間的連接關系。行為序結構分類如圖4所示。行為序的關系有以下幾種：①串聯順序關系；②并聯同時關系；③選擇發生關系。

2.2基于序結構的相似模型構建由相似第一定律即序結構定律可知，不同類型、不同層次系統存在一定的序結構，當系統序結構存在共同性時，系統之間出現相似特性，相似性大小隨序結構的共同性程度增大而上升，反之則下降。上節已將可變功能機械系統概念設計中的功能層和行為層用序結構進行表達來探索功能和行為的相似性，本節在此基礎之上運用數學建模對相似度進行計算。可變功能機械系統具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行為能通過改變一些系統組成就能形成新的功能系統，若是沒有相似性即相似度為零，那么整個分功能系統就轉變成了多功能的單個系統的集合，不在本研究的研究范圍之內。本研究將系統或者系統的一部分進行序結構構建和分析之后，為每個序進行編碼，用eik表示序要素的集合，要素包含屬性和特征值，屬性由所屬功能或者行為的輸入輸出流決定，i是分功能編號，k是序的編號。相似序的概念是將分功能序結構的要素和特征聯系形成兩兩組合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的個數和相似序對相似的影響權重所決定，相似度以q表示，相似序個數決定的相似度為q1，影響權重決定的相似度。權重的分配也是相似度量的重要環節之一，主要包括主觀權重分配方法和客觀權重分配方法。相似序模型分析之后根據經典相似理論進行數學建模，系統的總相似度由功能、行為和結構的相似度綜合得出。本研究根據所建立的序結構進行系統知識表達，計算可變功能間的相似性，設機械系統共有兩個可變分功能，特征參數取自輸入輸出流的類型和數值，如功能的能量類型和所代表的數值等，對整個系統進行相似模型構建，并計算相應的相似度數值。相似求解模型如圖5所示。建模的一般步驟可表述如下：（1）分別對分功能系統進行層次劃分，建立基于功能或者行為結構的模型。可用輸入流輸出流的方式按2.1節所述分別建立分功能的具體模型，對應的序結構統計如表1所示。

3實例分析

筆者選取典型的可變功能機械系統進行研究，選取如圖6所示的機床作為研究對象，通過更換不同的刀具執行機構可以獲得鉆孔，擴孔和鉸孔3個不同的功能。可以看出，這是一種通過改變系統執行機構達到改變功能的情況。本研究按上文所述的步驟進行分析，首先由系統的可變功能得到功能的序結構模型，所建立的模型如圖7所示。表3所示機床的可變功能由更換執行機構來實現，在系統層面上達到了改變功能的要求。本研究按上文所述，根據所建立的序結構模型，通過分析相似要素應用公式（1~3）得到系統功能級的相似度數值。

4結束語

概念設計論文范文3

全面協調原則：根據周圍環境特征、城市現狀和上位規劃的要求，結合九曲村的本底情況、政府與企業訴求和村民意愿，確定主要性質和規模，統一規劃、統一布局、分階段實施，共同形成九曲村的開放空間體系。尊重歷史、尊重村民的原則：尊重村民和使用者生活和行為的普遍規律，滿足行為感受和精神需求，將服務和有益于“人”的健康舒適作為規劃設計的根本，力求創造“美麗九曲、幸福生活”的情景交融的溫情空間。文化傳承原則：保留歷史古建記憶，延續水鄉傳統文化；挖掘地方鄉素，打造本土文化活動；遠期引入現代時尚文化，實現新舊結合。特色放大原則：突出九曲水鄉的人文特性和歷史特性，強化符合水鄉三大特色的文化傳遞功能。運用雕塑、裝飾等手法，增強區域的凝聚力和旅游的吸引力。經濟效益原則：以創造經濟效益和社會效益為主要目的，低成本投入，集中合理的保護修繕高效使用的活動空間，豐富業態，遠期達到綜合性和多樣性衍生，形成區域的特色內聚力與外引力。

2規劃策略

為實現以上三大目標，規劃提出“尊重、放大、引入、建立”四個行動策略。最大限度的尊重和保留村莊的鄉土風貌和水鄉風情，延續傳統水鄉文化，采用經濟適用、以人為本和低沖擊的環境改造的原則，加強環境綜合整治，保持村莊的干凈整潔。完善配套設施，建設慢行交通體系，適量限制機動交通進入村莊，合理規劃停車設施和公交設施，建議設立專項管理部門進行管理。放大本村的特色資源要素，例如：水系、植被、埠頭、建筑（陽臺和金色屋頂），不對要素做大的改動，通過適度的現代處理手法和軟裝飾藝術的方式增加景觀的趣味性。利用區位優勢和本村水鄉特色，分階段的引入業態，發展商業，如特色小吃街、精品酒店、觀光農業園、創意產業及其他特色休閑消費類型，活躍經濟，形成本區域的休閑商業模式。建立九曲村特色品牌體系，積極打造村莊公共活動節點和建筑室內外空間，形成具有特色的、體驗性強的休閑互動場所。進一步整合資源優勢，形成集吃、住、玩、娛、購于一體的九曲村服務綜合體系。開發模式政府主導，加大政企合作、市場引導的手段，對村民物業利用方向的提出調整建議，轉變部分土地職能，同時積極鼓勵村民投資參與，根據市場經濟發展規律進行引導開發。

3分級制定的改造策略

根據九曲村發展現狀、用地性質、上層次規劃、周邊用地功能和多方訴求，確定其主要性質和規模，統一規劃、統一布局、分三期實施。一期以環境整治為主，保護開發為輔，確保環境整治有序的進行，給村民提供一個最佳的生產生活環境。歸納為“完全保留、局部裝飾、整體改造”三個層級，盡量按照原來的式樣、顏色、材料進行修復開發，保護、還原長期形成的原生水鄉環境。二期以完善配套設施為主，引入部分業態為輔，整舊如故，以存其真，針對“配套設施、開放空間、文化符號”三大關鍵要素提出“六、七、三”系統改造工程。具體做法是“拆、遷、修、補、飾”，即拆除不協調建筑，搬遷造成污染的工廠，用舊材料和傳統工藝修繕破損的老街、舊屋、橋梁等，恢復或補建部分舊建筑，市政管線盡量地埋鋪設，空調等設施全部遮掩。同時建立古建、古樹保護體系，引入濱水商業休閑、傳統埔坊、精品酒店、特色接待、標志建筑、創意工坊、特色老建筑體驗等業態，形成古鎮旅游品牌體系。三期以特色提升、品牌打造為目標，注入新的功能到古村落中，全面提升九曲村景觀特色，導入主題式的休閑業態，利用傳統村落格局和建筑肌理，融入時尚文化元素和異域文化進行業態升級。進一步整合資源優勢，形成集吃、住、玩、娛、購一條龍的九曲服務綜合體系，通過建立九曲村的品牌效益，促進當地經濟的快速發展。經濟發展增加村民收益，解決就業問題，使人口回流。

4切實可行的實施建議

4.1特色活動實施建議

為豐富游客、村民和設計師的日常生活，規劃結合各類文化活動場所和慢行交通設計“文化活動鏈”，建立特色活動體驗體系。主要活動有：時尚文化活動——藝術展覽節、創意交流沙龍、采摘節；傳統文化活動——粵劇大賽、龍舟賽、九曲棕子節；宗教文化活動——媽祖祭奠活動、地母祭奠活動；日常生活文化——籃球賽、舞蹈賽。

4.2重點項目實施建議

4.2.1天后宮宗祠文化區

對現存的文物古祠進行保護，結合周圍的古木和現存的宗祠文化活動，整合利用周圍環境，建設富有鮮明宗祠文化特色的區域空間。采取政府引導，政企合作，承包給開發商管理的模式，按照中式宗教建筑的典型形制，結合修繕場地、擴建天后宮、保護現狀古樹、結合濱水環境創造濱水視線景觀和親水活動空間、完善設施、引入各類活動（捐贈儀式、重要法式、許愿、齋飯節等）。

4.2.2創意鋪坊

利用便利的交通、老建筑的特色、規劃的完善配套設施、塑造的標志性印象等幾大優勢，通過恢復性改造，挖掘旅游文化內涵，增進游客的體驗值，保護文化遺產。政府引導，積極鼓勵村民投資參與，調整舊村人口居住布局，遷出部分居民，清理河道，完善配套設施，引進大量的創意產業項目，創造具有競爭力的創意個性化的商品和服務。

5結語

概念設計論文范文4

大床跳躍色彩更奪目

各種各樣的研究報告告訴人們，生命中三分之一的時間要花在睡眠上，因此選擇一張合適的床，讓這些珍貴的睡眠時光不至于浪費，實在是明智的想法。但如果能夠選擇一張不但舒適而且別致、美觀的床，那么在睡眠以外的時間，這張床，還可以成為臥室的點睛之處。簡練的直線構成床的骨架，沒有多余的修飾，風格帶點硬朗味道。這張床的色彩將是明年大熱的橙色，活潑的色彩打破了直線給人的冷酷。別以為橙色太奪目，難以搭配，深藍色就是它的好搭擋。選擇一對深藍色的枕頭，“時尚臥室”就是這么簡單。

椅子幾何元素味道濃

觀賞這一作品的時候，不妨動腦筋想想，如果要抽去一根線條而不影響作品的實用性和觀賞性，可以抽去那一條？答案當然是不存在的。只要細心觀察，整張椅子的設計實際上只由一條線盤繞而成。椅背與坐墊的設計同樣簡潔。直線、圓弧、方塊，幾何元素被設計者玩得令人叫絕。色彩方面，則選用了紅木家具的深棕色，添上幾分古雅味道。

概念設計論文范文5

五軸數控銑床方案設計

1總體方案設計

筆者所研究的五軸數控銑床,是一種針對模具加工的高速、高效率機床,并可以選配五軸功能,可使工件在一次裝夾下,完成五面的加工。為了實現高性能動態特性,其基本結構考慮為工作臺固定,橫梁-滑座-主軸箱移動分別實現三坐標進給,具有三坐標自動定位和三坐標聯動機能。固定工作臺可以換成雙擺工作臺,實現五軸聯動。主要技術指標如表2所示。

2具體方案設計

2.1第1種方案

第1種方案將該五軸數控銑床設計為龍門式,具體工作形式可以描述為:龍門架則沿床身作縱向(x方向)運動,滑枕沿著龍門架作橫向(y方向)移動,主軸箱沿著滑枕作z方向的移動。工件固定在平轉臺上,平轉臺固定在立轉臺上。平轉臺繞z軸作轉動,立轉臺又同時繞x軸轉動。這樣就實現了兩個坐標軸的轉動,如圖2所示。

2.2第2種方案

該方案為立式五軸數控銑床,其底座固定,滑枕沿著底座作x方向移動,立柱在滑枕上作y方向移動,主軸箱沿著立柱作z方向移動,這樣就實現了三軸聯動。工件固定在平轉臺上,平轉臺又固定在立轉臺上。平轉臺繞z軸轉動,立轉臺又同時繞x軸轉動,這樣就實現了兩個坐標軸的轉動。當給該數控銑床輸入程序時就會實現五軸聯動。五軸分別為3個平動軸和2個轉動軸,如圖3所示。

該立式五軸與龍門式五軸的運動方案基本相同,不同的是布局上有區別。龍門式數控銑床的主軸箱沿著滑枕作z方向移動,而該立式五軸數控銑床的主軸箱則沿著立柱進行z方向移動。

2.3第3種方案

該方案也是立式五軸數控銑床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿著y軸方向移動,支座在床身上沿著z軸方向移動,同時工作臺在支座上沿著x軸方向移動,這樣就實現了三軸聯動。平轉臺固定在工作臺上繞著z軸方向作回轉運動,刀具固定在立轉臺上,立轉臺在滑枕上繞著y軸作回轉運動,如圖4所示。

基于ADAMS運動仿真

1對3種設計方案的運動仿真

應用SolidWorks三維繪圖軟件對每種設計方案中的數控銑床進行建模,然后導入到ADAMS軟件中。在ADAMS軟件中把模型加入約束、驅動并對運動方式進行編程仿真,模擬出五軸數控機床的運轉情況,可以在虛擬的條件下看到機床的物理形態和動態運轉情況,達到可視化目的。

在設計該機床運動軌跡時,ADAMS軟件雖然可以實現五軸聯動,但是五軸聯動后的運動軌跡并不直觀,因此決定采用三軸聯動。

第1種方案中先設置床身與橫梁處的Motion3、橫梁與滑枕處的Motion2、滑枕與滑板處的Motion4,然后設定仿真時間為9,共為500步,結果形成的軌跡為一螺旋線。圖5、圖6所示為第1種設計方案的三維模型和刀具軌跡。

第2種方案中先設置床身與滑枕處的Motion1、滑板1與滑枕處的Motion2、滑板1與滑板2處的Motion3,然后設定仿真時間為9,共為500步,結果形成的軌跡為一螺旋線。圖7、圖8所示為第2種方案的三維模型和刀具軌跡。第3種方案中先設置底座與滑枕處的Motion1、底座與滑板處的Motion3、支撐臺與滑板處的Motion4,然后設定仿真時間為9,共為500步。該方案與前兩個方案的不同之處在于不是由刀具直接形成螺旋線,而是工件在工作臺上作圓周運動,刀具作直線運動,由這兩種運動形成螺旋線。圖9、圖10所示為第3種方案的三維模型和合成軌跡。

2結果分析

2.1第1種方案

該布局形式為龍門架移動式,其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運動,而龍門架則沿床身作縱向運動。如圖6所示方案1中的刀具運行軌跡為螺旋線,該方案采用x,y軸的對稱布局形式,提高了機床的熱穩定性及加工精度。這種布局適用于加工較重的工件,可以減小銑床的結構尺寸和質量。該龍門銑床的優點是:

1)占地面積小。工作臺移動式龍門銑床,整機長度必須兩倍于縱向行程長度,而第1種方案設計的龍門銑床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側面寬度即可;

2)動態響應好。該移動式龍門銑床采用的是固定工作臺,一般與床身整體鑄出,龍門框架縱向運動的驅動力矩等值不變,不會因工件的承載重量的改變而變化,從而保證了加工精度和機床的響應性能。

2.2第2種方案

該機床為立式數控銑床,采用工作臺轉動,且主軸沿垂直溜板上、下運動。由滑枕和滑板實現x,y兩個坐標的移動,主軸沿立柱上下實現z坐標移動。如圖8所示的方案2中的刀具運行軌跡,主要優點在于z軸導軌的承重是固定不變的,有利于提高z軸的定位精度和精度的穩定性;但是由于本銑床的z軸承載較重,不利于提高z軸的快速性。

2.3第3種方案

該機床為立式數控銑床,工作臺沿z坐標上、下移動,主軸頭為轉動式。圖10所示為方案3的合成軌跡,該方案由工作臺和滑枕實現了x,y坐標的移動。其主要優點是適用于加工質量較小的工件,缺點是機床的結構不太穩定,導致加工精度受到影響。

綜上所述,根據表2給出的技術要求可知,龍門式五軸數控銑床工作行程要求較大,承重要求較高,因此第3種方案不符合設計要求。從機床布局的結構來看,龍門式的布局更為合理,而第2種方案設計的立式五軸數控銑床的熱穩定性及剛性都不如第1種方案設計的龍門式五軸數控銑床。

結論

1)將可視優化設計與概念設計相結合,提出了數控機床概念設計流程,并應用于某五軸數控銑床的方案設計。

概念設計論文范文6

一、高層結構概念設計

(一)高層結構概念設計的三維層次

把房屋看成一個三維空間塊體分層次來分析,對于復雜的高層,例如多塔機構也可以把它分成幾塊,分別研究其傾覆、剛度、承載力等問題,然后組合起來。首先,在方案階段(I),可以把基本設計方案概念化,建立一個符合建筑空間三維形式的結構方案。在該階段分析總結構體系的荷載和抗力關系;高寬比與抗傾覆;承載力和剛度;并預估基本分體系的相互關系。由于整個結構必然是由一些平面單元組成,因此在初步設計階段(Ⅱ),要擴展方案,把那些體現初步設計基本要求的、主要是二維的平面體系包括進來,進行基本水平和豎向分體系的總體設計,從而得到主要構件及其相互的關系。而在最后的第Ⅲ階段,即施工圖設計階段,處理一維的構件設計,具體設計所有分體系的構件、連接和構造詳圖,對第Ⅱ階段做出的粗略決定進行細化。

對于高層建筑結構,可以設想成為一個從地基升起的豎向懸壁構件,承受水平側向荷載和豎向重力荷載的作用。側向荷載是由風吹向建筑物引起的水平壓力和水平吸力,或者是由地震時地面晃動引起的水平慣性力。重力荷載則是建筑物自身的總重力荷載。這些側向荷載和重力荷載的組合,趨向于既可能將它推倒(受彎曲),又可能將它切斷(受剪切),還可能使它的地基發生過大的變形,使整個建筑物傾斜或滑移。對抗彎曲而言,結構體系要做到不使建筑物發生傾覆,其支撐體系的構件不致被壓碎、壓屈或拉斷,其彎曲側移不超過彈性可恢復極限;對抗剪切來說,結構體系要做到不使建筑物被剪斷,其剪切側移不超過彈性可恢復極限;對地基和基礎來說,結構體系的各支撐點之間不應發生過大的不均勻變形,地基和地下結構應能承受側向荷載引起的水平剪力,并不引起水平滑移。由于風力和水平地震作用力對于高層建筑是動荷載,使建筑結構抗彎曲和抗剪切時都處于運動狀態,就會導致建筑物中的人有震動的感覺,使人有不舒服感。如果建筑物晃動得太厲害,還會使非結構構件(如玻璃窗、隔墻、裝飾物等)斷裂,甚至危及屋外行人的安全。所以,高層建筑結構要避免過大的震動。例如:在建造機關事務局12層的辦公綜合樓,它長48m、寬18m、高36m。建筑物兩邊各有9根柱,橫行柱距為18m,縱向柱距為6m,中央有一個6×12m的電梯和管道井筒。考慮水平荷載的傳遞有幾種不同方式,進行結構方案優選,分析兩種結構方案:一種為僅由核心筒承受水平力,外柱僅承受大部分豎向荷載,不抵抗水平力,梁和柱鉸接;一種為縱橫兩個方向柱和梁剛接形成框架,來抵抗縱橫兩個方向的水平力。在方案一中:筒井所受的風荷載為1.4×6×8=67.2KN/m,豎向荷載近似為15120KN,井簡墻自重為6×36×(6+12)×2=7776KN,可得抵抗傾覆彎矩的豎向荷載為22896KN。則可計算出合力偏心矩e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m,超過核心范圍(6/6=1m),不滿足穩定要求。必須加強、加寬基礎或采用下部錨固,才能避免基礎向上抬起。在方案二中:由橫行跨度的框架承擔全部水平力。因此,在一個方向風荷載作用下,總框架一側柱子受壓,另一側柱子受拉,并可近似求得總壓力或拉力為:67.2×36×18/18=2418.2KN,大致由每側9根柱子平均分擔2419.2/9=268,8KN/柱<7×3×9×10=1890KN,即比每根柱所承受的恒載小很多,基礎不會向上抬起。因此方案二比方案一好,應采用方案二的結構。

二、高層建筑的結構體系

通過受力因素分析,下一步就考慮采用什么結構體系,有下面幾種高層建筑結構體系可供選擇,其結構體系有:框架結構、剪力墻結構、框架一剪力墻結構、筒中筒結構等。根據其受力特點,結合高層概念設計的三維層次考慮,選取合適的結構體系或其組合體系。

(一)框架結構體系

由梁、柱、基礎構成平面框架,它是主要承重結構,各平面框架再由梁聯系起來,形成空間結構體系。框架結構的優點是建筑平面布置靈活,可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業廳、教室等。需要時,可用隔斷分割成小房間,或拆除隔斷改成大房間,因而使用靈活。外墻采用非承重構件,可使立面設計靈活多變。但是框架結構本身剛度不大,抗側力能力差,水平荷載作用下會產生較大的位移,地震荷載作用下較易破壞。不高于15層宜采用框架結構,可以達到比較好的經濟平衡點。

(二)剪力墻結構體系

剪力墻結構體系是利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構體系。墻體同時作為維護及房間分隔構件。剪力墻間距一般為3—8m,現澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好,剛度大,在水平荷載作用下側向變形小,承載力要求容易滿足,適于建造較高的高層建筑。而且其抗震性能良好,在歷次的地震中,都表現了很好的抗震性能,震害較少發生,程度也很輕微。但是剪力墻結構間距不能太大,平面布置不靈活,而且不宜開過大的洞口,自重往往也較大,不是很能滿足公共建筑的使用要求,而且其成本也較大。

(三)框架一剪力墻結構體系

框架一剪力墻結構體系由框架和剪力墻組成。剪力墻作為主要的水平荷載承受的構件,框架和剪力墻協同工作的體系。在框架一剪力墻結構中,由于剪力墻剛度大,剪力墻承擔大部分水平力(有時可以達到80%~90%),是抗側力的主體,整個結構的側向剛度大大提高。框架則承受豎向荷載,提供較大的使用空間,同時承擔少部分水平力。由于有了剪力墻,其體系比框架結構體系的剛度和承載力都大大提高了,在地震作用下層間變形減小,因而也就減小了非結構構件(隔墻和外墻)的損壞。這樣無論在非地震區還是地震區,都可以用來建造較高的高層建筑。還可以把中間部分的剪力墻形成簡體結構,布置在內部,外部柱子的布置就可以十分靈活;內筒采用滑模施工,的框架柱斷面小、開間大、跨度大,很適合現在的建筑設計要求。

(四)筒中簡結構體系