關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的分析研究

摘要:本文著力分析了概念設(shè)計(jì)的概念，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要作用以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)需要注意的要點(diǎn)，針對(duì)目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中墨守陳規(guī)的現(xiàn)象，提倡采用概念設(shè)計(jì)思想來促進(jìn)結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造性，推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì);概念設(shè)計(jì);分析

概念是一種反映事物本質(zhì)屬性的思維形式，它反映客觀事物一般的、本質(zhì)的特征，是人們?cè)趯?shí)踐基礎(chǔ)上經(jīng)過感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)而形成的。目前，人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。因此，這就要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識(shí)，把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中墨守陳規(guī)的現(xiàn)象，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的創(chuàng)新能力。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求，概念設(shè)計(jì)的思想被越來越多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師所接受，并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越大的作用。

一、概念設(shè)計(jì)的概念

所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，以工程概念為依據(jù)，用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象作宏觀的控制，尤其在一些難以作出精確力學(xué)分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題上，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。

二、概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作上重要性分析

在不斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中，人們積累了大量有益的經(jīng)驗(yàn)，并體現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖集等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用，每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯(cuò)覺，覺得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集，等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案(非結(jié)構(gòu)的)，使用計(jì)算機(jī)，然后設(shè)法去完成它，自己只不過是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間，而且還會(huì)在與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。

我國結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算、容許應(yīng)力法、破損階段計(jì)算、極限狀態(tài)計(jì)算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段?，F(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84)則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上，建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前，人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范，應(yīng)該把它作為一種指南、參考，并在實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中作出正確的選擇。

所謂的概念設(shè)計(jì)一般不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。比如，有的設(shè)計(jì)人員用多、高層結(jié)構(gòu)三維空間分析程序來計(jì)算底層框架，還人為的布置一些抗震墻，即不能滿足樓層間的合理剛度比，也不能正確地反映底層框架在地震時(shí)受力狀態(tài)。問題在于結(jié)構(gòu)概念不明確，沒考慮這兩種結(jié)構(gòu)體系的差異。軟件的選擇和使用不當(dāng)，造成危害是不容忽視的。美國一些著名學(xué)者和專家曾警告工業(yè)界:“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問題?！比欢苊膺@種情況，概念設(shè)計(jì)的思想不失是個(gè)好方法。

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力，以至混凝土的等級(jí)越用越高，配筋量越來越大，造價(jià)越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)呢?目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國內(nèi)外正廣泛地深入展開。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)需要注意的要點(diǎn)

1、合理選擇結(jié)構(gòu)方案

概念設(shè)計(jì)的目的是力求設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)、合理、適用，概念設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，即要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該明確總體布置、抗震節(jié)點(diǎn)分析、應(yīng)力等方面。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，力求平面和豎向規(guī)則。總之，必須對(duì)建筑師設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料供應(yīng)、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與施工、業(yè)主等方面充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。

2、選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算簡(jiǎn)圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，如果計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全事故的發(fā)生，因此選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件，設(shè)計(jì)師要從實(shí)際出發(fā)選擇合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖，并且計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。此外，設(shè)計(jì)師還要注意到在實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的剛結(jié)或鉸結(jié)點(diǎn)，但是在計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

3、正確分析計(jì)算結(jié)果

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是由于軟件種類的繁多，而且不同的軟件也是存在著很大的差異性，這樣就會(huì)往往導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不相同。因此，設(shè)計(jì)師要對(duì)程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解。由于軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，因此，設(shè)計(jì)師要充分認(rèn)識(shí)到計(jì)算參數(shù)的重要性，要憑著自己過硬的專業(yè)知識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)，在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，要正確地輸入合理的計(jì)算參數(shù)，慎重校核，作出合理判斷。

隨著各項(xiàng)建筑理論的日益豐富，發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法，概念設(shè)計(jì)也必然會(huì)成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想，這就讓我們來共同學(xué)習(xí)、發(fā)展它，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1] 徐正加. 淺析概念設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意義及應(yīng)用[J]. 大眾商務(wù)， 2010，(08)

[2] 左詠梅，李俊玲，高洪俊. 多高層建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)應(yīng)用與分析[J]. 煤炭工程， 2009，(12)

[3]林同炎，S.D，思多臺(tái)斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].中國建筑工業(yè)出版社.2005

[4]李章政.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2009

[5]中國建筑工業(yè)出版社編.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].中國建筑工業(yè)出版社.2008