探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計

【摘要】隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對建筑工程的要求日益提高，建筑工程投資力度、工程施工項目以及施工技術(shù)不斷地發(fā)展，尤其是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計已經(jīng)成為建筑工程施工中重點研究的問題和結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵所在，本文主要闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計以及結(jié)構(gòu)的有效措施。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計；結(jié)構(gòu)措施

近年來，我國的建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，調(diào)動了建筑結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展和進(jìn)步，這也對建筑工程設(shè)計提出了更高的要求。在這樣的形勢之下，建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計由于自身的優(yōu)點被廣泛地推廣和應(yīng)用。概念設(shè)計無論從方法、方式、思想、理論知識和采用的手段等方面都會為建筑工程結(jié)構(gòu)提供較為有效和科學(xué)的技術(shù)性平臺，同時還為施工工程建筑設(shè)計中出現(xiàn)不確定因素提供了良好的解決方法和措施，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)措施在建筑工程中具有一定的意義和作用。

一、建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計的重要性

建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計是體現(xiàn)工程先進(jìn)設(shè)計理念和思想的關(guān)鍵，工程建筑師主要的工作任務(wù)是在特定的建筑空間當(dāng)中用整體的設(shè)計概念來完成工程施工結(jié)構(gòu)設(shè)計的總體方案設(shè)計，并有意識地處理工程施工結(jié)構(gòu)和構(gòu)件、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。一般情況下，工程設(shè)計師做好工程施工設(shè)計，建筑工程結(jié)構(gòu)隨著時間和具體的工程實踐的增長而不斷地發(fā)生變化，建筑工程設(shè)計的成果也將會越來越完善和創(chuàng)新。但是隨著社會出現(xiàn)分工細(xì)化的狀況，大多數(shù)工程設(shè)計師只會依賴設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及計算機(jī)程序做好建筑工程中傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，存在著一定的缺陷，主要表現(xiàn)在缺乏一定的創(chuàng)造性，對新工藝、新技術(shù)不予以接受和采納。一些工程設(shè)計師在一體化計算機(jī)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用，對計算機(jī)結(jié)果出現(xiàn)錯誤地方不能及時地發(fā)現(xiàn)和改正。

由于計算機(jī)的發(fā)展為工程設(shè)計師帶來了一定的方便性，在建筑工程施工建設(shè)方面有些地方很難依靠計算機(jī)來完成概念設(shè)計，或者是出現(xiàn)現(xiàn)有的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與計算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計理論發(fā)生一定的沖突。例如，在工程施工中對鋼筋混凝土進(jìn)行計算時，在工程施工建筑中內(nèi)力計算機(jī)主要的方法是依靠彈性理論知識的計算方法，但是截面工程結(jié)構(gòu)設(shè)計是依靠塑性理論知識計算方法，這就造成了計算機(jī)實際受力和計算結(jié)果的狀態(tài)下發(fā)生一定的沖突性，因此為了彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)理論和計算機(jī)計算結(jié)果之間存在的沖突，也為了進(jìn)一步地解決工程施工設(shè)計中一部分工程不能用計算機(jī)來解決的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，這就需要較好的建筑結(jié)構(gòu)措施和在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的方法來解決這樣的問題。同時為了使工程設(shè)計人員降低對計算機(jī)設(shè)計的依靠性，需要強(qiáng)化對工程設(shè)計師進(jìn)行概念設(shè)計的培養(yǎng)，更好地了解和掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的重要意義。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的應(yīng)用

（一）合理選擇建筑場地

合理選擇建筑場地是進(jìn)行工程施工設(shè)計時必須經(jīng)歷和首先考慮的階段。一個合理的建筑施工場地對工程施工設(shè)計起到了基礎(chǔ)性和決定性的作用。選擇合理的建筑施工場地的過程中一般情況下都要考慮以下幾個主要因素：防護(hù)距離、建筑退界以及日照間距。與此同時，在工程結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的過程中，要充分地考慮抗震能力的因素，降低在危險區(qū)域進(jìn)行施工建設(shè)。假如沒有避免，應(yīng)該結(jié)合一定的抗震預(yù)防措施，對抗震地點進(jìn)行選址和分析，通常都是在初步設(shè)計中完成。

（二）按照工程施工現(xiàn)場具體情況選擇建筑基礎(chǔ)

合理選擇建筑工程施工場地之后，再按照建筑工程地形特點和結(jié)構(gòu)形式，選擇合理的施工建筑基礎(chǔ)。同時在圖紙疏松荷載較大多層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用樁筏基礎(chǔ)。在天然地基中，樁筏基礎(chǔ)還可以按照建筑上部結(jié)構(gòu)傳送到建筑下部持力層上，并且達(dá)到較為穩(wěn)定和可靠的目的。箱型基礎(chǔ)整體具有較為良好剛度，建筑荷載從上部結(jié)構(gòu)均勻地傳送到建筑工程下部結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而確保建筑工程整體結(jié)構(gòu)具有一定穩(wěn)定性，降低箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不均勻沉降的程度，進(jìn)一步提高了建筑工程結(jié)構(gòu)抗震能力，并且被高層建筑施工廣泛應(yīng)用。

（三）選擇建筑主體結(jié)構(gòu)

選擇建筑主體結(jié)構(gòu)按照合理和對稱的原則，由于建筑結(jié)構(gòu)合理的不均勻，可以降低扭轉(zhuǎn)力，并使得非建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件維持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時減少建筑材料的消耗。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)對稱性主要是以抗側(cè)力能力工程結(jié)構(gòu)主體為對稱，如剪力墻結(jié)構(gòu)。另外，建筑工程結(jié)構(gòu)對稱性的實現(xiàn)是通過平面施工工程按照規(guī)定的要求進(jìn)行布置。在此狀況下，實現(xiàn)建筑工程結(jié)構(gòu)對稱性方法有：建筑物質(zhì)心、調(diào)整結(jié)構(gòu)測心以及平面形心的距離。通過這樣的方法的調(diào)整，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)對稱性原則。

（四）選擇建筑結(jié)構(gòu)剛度

建筑結(jié)構(gòu)剛度是工程施工設(shè)計中最為重要的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須在工程施工設(shè)計中合理地選擇結(jié)構(gòu)剛度。建筑剛度合理選擇可以增長建筑結(jié)構(gòu)自身抗震周期，進(jìn)而減少由于發(fā)生地震災(zāi)害造成的生命和財產(chǎn)損害。同時，采用合理的建筑結(jié)構(gòu)剛度不僅可以降低建筑材料消耗，還可以減少建筑結(jié)構(gòu)對空間的占用率，進(jìn)一步提高整個工程施工建筑平面的使用率，不斷地達(dá)到合理設(shè)計的效果。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要結(jié)構(gòu)措施

（一）建筑結(jié)構(gòu)體系和協(xié)同工作

協(xié)同工作概念在工業(yè)產(chǎn)品的制造和設(shè)計中廣泛的應(yīng)用，主要的含義是針對任意一個工業(yè)產(chǎn)品，在沒有充分達(dá)到使用壽命規(guī)定的時間中，在生產(chǎn)過程中每一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件倘若出現(xiàn)損害，都會造成機(jī)器的非正常運行。但是在工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，協(xié)同工作通常是指在工程建筑過程中每一個構(gòu)件都可以發(fā)揮其自身作用，還會和工程建筑中其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互配合。這不僅要求工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定長的使用壽命，同時還需要構(gòu)件所承受的荷載力保持一致，不能出現(xiàn)長期受力不均的現(xiàn)象。建筑工程結(jié)構(gòu)協(xié)同工作中，應(yīng)該正確處理上部結(jié)構(gòu)和樁筏基礎(chǔ)之間的關(guān)系，并有機(jī)結(jié)合在一起。例如建筑工程磚混施工中，這就需要依靠構(gòu)造柱和鋼圈之間形成一個統(tǒng)一的整體來預(yù)防自身剛度所帶來的不均勻沉降的現(xiàn)象。

當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受力時，在工程施工中每一個部件都可以達(dá)到較高的應(yīng)力水平，并能設(shè)計出較為理想的運行狀態(tài)。建筑工程進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，盡量避免出現(xiàn)短柱現(xiàn)象，主要目的是為了提高在相同建筑平面中所承載的能力，在逐漸增加的高層建筑中，出現(xiàn)短柱現(xiàn)象日趨增多，為了降低這種狀況，需要使同層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力在相同的水平位置上發(fā)生位移現(xiàn)象。

（二）協(xié)同工作中建筑材料的利用率

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中協(xié)同工作不但可以提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時還可以提高建筑材料利用率。通常可以理解為，建筑材料利用率越大，協(xié)同工作能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越大。我國在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，最根本的目標(biāo)是要求用少量的投入獲得最大的收益。因此，針對建筑材料使用是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中最根本的要求。例如在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中矩形截面是普遍存在的受壓構(gòu)件，矩形截面主要的構(gòu)成材料在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中利用率過低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中軸周圍建筑材料應(yīng)力水平較低，還有一個原因是由于工程中梁的彎矩程度隨著梁長的變化而不斷的變化。針對等截面梁而言，在工程結(jié)構(gòu)中絕大部分區(qū)域中應(yīng)力較低?；谶@種受力情況下，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用概念設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，調(diào)整梁截面中應(yīng)變梯度的變化，使得構(gòu)件保持一定的軸心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同時，通過一段時間的研究和探索，產(chǎn)生了平面桁架結(jié)構(gòu)，平面桁架結(jié)構(gòu)是將工程中多余的建筑材料去除，不僅可以節(jié)約成本，還可以減少建筑材料的自重。最后，協(xié)同工作的原則也是整體工作的原則。在概念設(shè)計日益應(yīng)用的今天，要求建筑設(shè)計師應(yīng)具備深厚的專業(yè)性基本理論基礎(chǔ)，并可以不斷吸取他人先進(jìn)的設(shè)計理念和思想。

四、結(jié)語

綜上所述，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，人們生活水平的日益提高，對建筑行業(yè)的要求不斷提高。特別是在當(dāng)今信息化社會發(fā)展的時代，要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念要有一定的創(chuàng)新性，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的與時俱進(jìn)，并進(jìn)行深入的分析和研究，科學(xué)合理地應(yīng)用現(xiàn)代化新型的建筑工程施工工藝和建筑材料，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性、實用性以及經(jīng)濟(jì)性。因此，作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該充分地利用自身的專業(yè)技能和專業(yè)知識，通過現(xiàn)代化工程設(shè)計理念，設(shè)計出具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性的建筑工程施工設(shè)計，進(jìn)一步強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計以及建筑結(jié)構(gòu)措施的廣泛推廣和應(yīng)用。

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作者簡介

郭峰（1980—），男，漢族，河南三門峽人，西安建筑科技大學(xué)土木工程專業(yè)本科，三門峽市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，助理工程師。研究方向：建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計。

梁利生（1971—），男，漢族，河南三門峽人，鄭州大學(xué)建筑工程專業(yè)本科，三門峽市規(guī)劃勘測設(shè)計院，工程師。研究方向：建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計。