建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)分析

劉鑫 劉繁星

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人們生活水平迅速的提高，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在建筑行業(yè)運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，能夠正確的處理建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的諸多問(wèn)題，使建筑的設(shè)計(jì)更加符合人們的生活要求，發(fā)揮更大的價(jià)值。本文就建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU198 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，建筑行業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高也越來(lái)越重要。在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢(shì)下，我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)該跟上時(shí)代的腳步，然而傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較單調(diào)，缺乏創(chuàng)新，不能夠適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展需求。因此，將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中尤為重要，

一．建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的原則

1.全面考慮原則

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)建筑的要求，保證結(jié)構(gòu)方案的合理化。結(jié)構(gòu)選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓逃械淖匀粭l件和人文條件（如氣候、文化背景、地質(zhì)條件等）、地表結(jié)構(gòu)類型及荷載情況、相鄰建筑物的影響、施工條件限制等多種因素進(jìn)行綜合分析，最后提出合理的方案。

2.使用科學(xué)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

對(duì)簡(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算是結(jié)構(gòu)計(jì)算中的基礎(chǔ)，選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來(lái)保證，建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鋼節(jié)點(diǎn)或者是鉸接，但是其存在的誤差必須嚴(yán)格限定在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

3.功能協(xié)調(diào)原則

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能做到建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備和施工手段的功能協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的受力相互協(xié)調(diào)，共同承擔(dān)自重及外部荷載，從而取得盡可能大的效能和效益。例如，在結(jié)構(gòu)和建筑功能協(xié)調(diào)方面，要做到建筑體型和結(jié)構(gòu)體系相協(xié)調(diào)，建筑使用和結(jié)構(gòu)布置相結(jié)合等。從結(jié)構(gòu)受力和變形分析看，要盡可能利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、變形的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性。

4.優(yōu)化選型原則

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)歸根到底是確定主體結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系的前提是掌握各類基本構(gòu)件的特征，根據(jù)環(huán)境、使用、建筑和荷載實(shí)況優(yōu)化選擇合適的基本構(gòu)件，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置是在滿足使用要求和建筑意向的前提下優(yōu)化主要受力構(gòu)件的布置，重要的原則是平立面宜規(guī)則、對(duì)稱，具有良好的整體性，要保證構(gòu)件既有必要的抗震承載力與剛度，又擁有良好的承受非彈性變形的能力。

二．概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性及應(yīng)用

1.概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

（1）概念設(shè)計(jì)改變了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的不足之處

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)有一定的局限性，它不能夠完成方案的初步設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，但是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)容易給設(shè)計(jì)師一種錯(cuò)覺(jué)，會(huì)使設(shè)計(jì)師感覺(jué)計(jì)算機(jī)程序的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，從而過(guò)分的依賴計(jì)算機(jī)軟件，減少了結(jié)構(gòu)概念的學(xué)習(xí)，自身的設(shè)計(jì)能力逐漸下降。有些設(shè)計(jì)師就習(xí)慣將分析程序用到設(shè)計(jì)過(guò)程中，卻不知計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)是把雙刃劍，如果選擇正確的軟件會(huì)提高設(shè)計(jì)效率，一旦選擇了錯(cuò)誤的軟件就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，這種潛在的問(wèn)題會(huì)隨著時(shí)間的增加而突顯出來(lái)。為了彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的不足之處，就需要應(yīng)用到概念設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的學(xué)習(xí)，做到清楚的掌握有關(guān)結(jié)構(gòu)概念，并且根據(jù)所學(xué)的內(nèi)容去選擇最佳結(jié)構(gòu)方案。

（2）概念設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加完美

結(jié)構(gòu)概念是設(shè)計(jì)師必須掌握的，它能夠帶給設(shè)計(jì)師清晰的思路和全新的靈感，在保證正確設(shè)計(jì)原則的前提下，避免了定性錯(cuò)誤、概念混亂等問(wèn)題。另外，在發(fā)現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題時(shí)，如果能夠?qū)⒏拍钤O(shè)計(jì)完全掌握，就可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行原因分析，從而及時(shí)的解決有關(guān)問(wèn)題。在現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中，就提到了概念理論，制定了以它為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，相對(duì)比以往的設(shè)計(jì)方法，這種方法更具先進(jìn)性，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)、合理。總之，將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提高了設(shè)計(jì)方案的可靠性，使設(shè)計(jì)成果更具創(chuàng)造性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更加完美。

2.概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

（1）概念設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，我們大多是通過(guò)初定的尺寸及砼等級(jí)，來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度的計(jì)算，然后再根據(jù)剛度推出地震力，最后再依據(jù)地震力算出配筋的數(shù)量。眾所周知，地震力、配筋數(shù)量及結(jié)構(gòu)剛度三者是成正比的，地震力越強(qiáng)大，配筋數(shù)量就越多，結(jié)構(gòu)剛度也就越強(qiáng)。反之，配筋數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)剛度越強(qiáng)，地震力也會(huì)越強(qiáng)大。從這一關(guān)系中可以看出，用增加配筋數(shù)量的方法，反而起到了增強(qiáng)地震力的效果，不能算作一個(gè)好方法。而將概念設(shè)計(jì)思想運(yùn)用到抗震設(shè)計(jì)中，就會(huì)是設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步拓展，它改變了傳統(tǒng)單一的思考模式，采用了降低作用效應(yīng)的新思路，為進(jìn)一步提高抗震設(shè)計(jì)做出了貢獻(xiàn)。例如隔震消能的方法，這種方法的研究就運(yùn)用了概念設(shè)計(jì)思想，我們可以在基礎(chǔ)和主體間設(shè)隔震層，或者在建筑頂端放置“反擺”，通過(guò)這些有效的措施來(lái)降低了地震力。

（2）概念設(shè)計(jì)在方案選擇中的應(yīng)用

在方案的選擇中，要將概念設(shè)計(jì)思想運(yùn)用其中，從而保證方案選擇的合理性。在基礎(chǔ)方案的選擇中，我們應(yīng)該綜合地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)類型、荷載分布情況、施工條件等多方面因素進(jìn)行考慮，從而選擇出最佳基礎(chǔ)方案。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，也要用到概念設(shè)計(jì)思想，應(yīng)依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)，倘若沒(méi)有報(bào)告，要自己調(diào)查有關(guān)資料，明確建筑場(chǎng)地的地質(zhì)情況等，只有具備足夠的信息量才能使設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確，值得注意的是:在同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中，不能夠運(yùn)用其它結(jié)構(gòu)體系。另外，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分的發(fā)揮地基的潛力，有必要的話還要進(jìn)行變形驗(yàn)算。

（3）概念設(shè)計(jì)在電算分析中的應(yīng)用

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。雖說(shuō)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)給設(shè)計(jì)人員減輕了工作負(fù)擔(dān)，但是由于多方面因素，計(jì)算機(jī)軟件本身存在一定的問(wèn)題，不同的軟件情況也不相同。因此，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出來(lái)的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，倘若使用不同的軟件，其計(jì)算結(jié)果也存在差異。針對(duì)這種情況，就需要將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到電算分析中，在通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件得出結(jié)果后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要憑借自身掌握的專業(yè)知識(shí)和多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，來(lái)進(jìn)行電算結(jié)果的判斷，從而保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

三．概念設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

1.準(zhǔn)確把握剛性設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理的確定建筑物的剛性是非常有必要的?？傮w來(lái)講建筑物的剛度不能太大，也不能太小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要根據(jù)具體的情況，進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。建筑結(jié)構(gòu)的剛性太大，其自身的自振周期就短，在地震中比較容易傳遞能量，從而給建筑物帶來(lái)較大的破壞，并且造成大量的材料浪費(fèi)，增加建造的成本。剛性太小的話，建筑物表現(xiàn)比較柔，在地震中比較容易變形，影響其整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.注重整體破壞機(jī)制

建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的破壞機(jī)制有樓層和整體破壞機(jī)制。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要注重整體破壞機(jī)制，避免樓層破壞機(jī)制的發(fā)生。一般出現(xiàn)樓層破壞說(shuō)明在設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)細(xì)節(jié)問(wèn)題考慮不周全，一些部位沒(méi)有發(fā)揮其承載能力。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)將設(shè)計(jì)的重心放在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體破壞機(jī)制上，這就需要在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾盟苄糟q，并準(zhǔn)確的把握其出現(xiàn)的順序等要點(diǎn)。

3.注重等強(qiáng)度和耗能設(shè)計(jì)

在建筑物抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)的原則，避免由于考慮的不周造成建筑物局部出現(xiàn)缺陷，在水平作用下造成承重結(jié)構(gòu)的提前垮塌。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注重建筑結(jié)構(gòu)的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。另外，在關(guān)鍵的部位還需要具有耗能的設(shè)計(jì)，只有這樣才能減弱地震能量造成的破壞。

結(jié)束語(yǔ)

隨著人們生活水平的提高，對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)要求也會(huì)越來(lái)越高。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的理念，通過(guò)不斷的創(chuàng)新和合理的分析，能夠達(dá)到減少資源浪費(fèi)保障建筑安全的目的。概念設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)將會(huì)受到越來(lái)越多人的青睞，它是建筑設(shè)計(jì)思想的提升，在不久的將來(lái)將會(huì)有更為廣泛的應(yīng)用。

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