試論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施

張睆

【摘 要】 在經(jīng)濟(jì)全球化的新局面下，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作必須跟得上時(shí)代的步伐，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是十分單調(diào)的，其與社會(huì)的發(fā)展形勢(shì)也是無(wú)法相適應(yīng)的。本文對(duì)概念設(shè)計(jì)的概述、概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用三個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討，從而詳細(xì)的論述了概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)；重要性及應(yīng)用

引言：

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，其在建筑行業(yè)中占據(jù)著重要位置，因此，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注重概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，提高工程師的設(shè)計(jì)水平，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取得良好的成果。

一、概念設(shè)計(jì)的相關(guān)概念

概念設(shè)計(jì)，是指由分析用戶需求，到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的、可組織的、有目標(biāo)的設(shè)計(jì)活動(dòng)，表現(xiàn)為一個(gè)由粗到細(xì)，由模糊到清晰，由抽象到具體的不斷進(jìn)化的過(guò)程。具體來(lái)講，概念設(shè)計(jì)就是利用設(shè)計(jì)概念，并以其為主線，貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)方法，是一個(gè)完整而全面的設(shè)計(jì)過(guò)程。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域而言，概念設(shè)計(jì)主要是建筑設(shè)計(jì)人員根據(jù)自身豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)布局的了解和判斷，對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行構(gòu)思，從宏觀層面，決定建筑的結(jié)構(gòu)、形態(tài)等基本問(wèn)題。要想確保建筑設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，必須有正確的概念設(shè)計(jì)為指導(dǎo)，以避免因經(jīng)驗(yàn)不足或者錯(cuò)誤判斷而產(chǎn)生不符合客觀事實(shí)的現(xiàn)象。

二、概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，概念設(shè)計(jì)所發(fā)揮的作用是十分關(guān)鍵的，其能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師帶來(lái)豐富的靈感，給設(shè)計(jì)工作增添新的活力，同時(shí)也保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

（一）概念設(shè)計(jì)有效的彌補(bǔ)了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的不足和缺陷

采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)工作是會(huì)產(chǎn)生一定限制的，并且是無(wú)法完成方案的初步設(shè)計(jì)工作的。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用是最為廣泛的，然而在設(shè)計(jì)人員使用計(jì)算機(jī)時(shí)，他們往往都會(huì)認(rèn)為應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)工作是最為簡(jiǎn)單的，所以，他們對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件也產(chǎn)生了很大的依賴性，忽視了對(duì)結(jié)構(gòu)概念的學(xué)習(xí)，無(wú)形中也降低了他們自身的設(shè)計(jì)能力。很多設(shè)計(jì)師也還沒(méi)有意識(shí)到計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)其實(shí)是把雙刃劍，如果能夠選擇合適的軟件，就可以提高設(shè)計(jì)的效率，而如果選擇的不合適的軟件，那么就會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)中存在一些隱患和問(wèn)題，隨著時(shí)間的推移，這些問(wèn)題就會(huì)凸現(xiàn)出來(lái)。此時(shí)，就需要較好的應(yīng)用概念設(shè)計(jì)了，設(shè)計(jì)師應(yīng)深入的學(xué)習(xí)和理解結(jié)構(gòu)概念，全面的掌握相關(guān)內(nèi)容，從而選擇最為科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)方案。

（二）概念設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加的完善

設(shè)計(jì)師必須清楚的掌握結(jié)構(gòu)概念，這樣他們才能具備清晰的設(shè)計(jì)思路和先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，還能夠有效防止概念混亂和定性錯(cuò)誤等問(wèn)題的出現(xiàn)。而當(dāng)出現(xiàn)了技術(shù)問(wèn)題時(shí)，如果能夠較好的理解概念設(shè)計(jì)，那么就能夠快速的找到出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題的原因，從而制定出有效的解決措施。在最新制定的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中，根據(jù)概念設(shè)計(jì)這一理論，就制定了更加先進(jìn)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，大大的提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性?？梢?jiàn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如果能夠較好的應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，便可以促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加的完善和可靠。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法理論

在對(duì)工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象基礎(chǔ)性的是用功能進(jìn)行合理有效的考慮，還要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的美觀程度進(jìn)行有效的考慮。這也是工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化的問(wèn)題所在，簡(jiǎn)而言之就是使用科學(xué)的方法和語(yǔ)言把所有可能設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行集中，從而找到能夠滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)又能讓人滿意的設(shè)計(jì)方案。對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案從理論上進(jìn)行分析，主要體現(xiàn)在房屋設(shè)計(jì)的工程上面，其中包括房屋工程結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋結(jié)構(gòu)工程局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。對(duì)房屋整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)又包括房頂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化以及結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。建筑師在保證設(shè)計(jì)安全的前提之后，就應(yīng)該要對(duì)房屋設(shè)計(jì)勇敢的去創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，從而設(shè)計(jì)出獨(dú)特美觀的房屋設(shè)計(jì)。但是在創(chuàng)新的時(shí)候應(yīng)該要注意盡量規(guī)則、對(duì)稱，使質(zhì)量中心和剛度中心盡可能的縮小，從而使得建筑的荷載能力進(jìn)一步的提高。在豎向的設(shè)計(jì)方面應(yīng)該注意盡可能的不用要使用轉(zhuǎn)換層，從而減少結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)困難，可以大程度的減少建造經(jīng)濟(jì)，而且還能夠增加荷載強(qiáng)度。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用

（一）建筑場(chǎng)地的合理性選擇

建筑場(chǎng)地的選擇影響著結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的結(jié)果，所以說(shuō)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)非常重要。建筑場(chǎng)地的選擇要符合施工的條件，同時(shí)滿足采光、水電、噪音等多方面的考慮。最重要的一點(diǎn)，就是應(yīng)該考慮建筑場(chǎng)地的抗震能力。選擇的地點(diǎn)必須是抗震效果比較好的地點(diǎn)，以免發(fā)生危險(xiǎn)的情況。一般在工程的初步設(shè)計(jì)之前就要進(jìn)行建筑場(chǎng)地的科學(xué)選址和勘察，如果施工場(chǎng)地確實(shí)不允許，又必須在此進(jìn)行建設(shè)，那么就應(yīng)該做好科學(xué)有效的手段來(lái)降低危險(xiǎn)系數(shù)。

（二）結(jié)構(gòu)剛度及構(gòu)建受力

結(jié)構(gòu)剛度及構(gòu)件受力應(yīng)符合要求，通過(guò)降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性指標(biāo)來(lái)提高結(jié)構(gòu)剛度，然而，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了準(zhǔn)確判斷出計(jì)算方法的正確性，則可以根據(jù)相關(guān)概念設(shè)計(jì)的延伸來(lái)確定。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，大多數(shù)設(shè)計(jì)都是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，若只利用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算，由于計(jì)算結(jié)果未作科學(xué)分析，這必然導(dǎo)致計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際情況不一致，因此，將實(shí)踐與設(shè)計(jì)理論有效結(jié)合起來(lái)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，合理對(duì)施工圖紙進(jìn)行調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。

（三）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以分為以下幾個(gè)階段：1.是對(duì)變量的選擇。一般情況下，建筑師決定的最終建筑設(shè)計(jì)方案起到重要的作用，這些重要的建筑數(shù)值均可以作為變量供建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇。例如：工程數(shù)的參考，包括對(duì)房屋價(jià)格的參考，對(duì)于其損失的參考等等。設(shè)計(jì)人員若能夠?qū)⒆兓容^小或考慮因素較少的參數(shù)作為設(shè)計(jì)的參考，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和編程難度將會(huì)大大降低，設(shè)計(jì)人員也能夠更快的找到最符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)據(jù)。2.是對(duì)函數(shù)的確定。設(shè)計(jì)人員要選擇出最符合配筋率和房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的一組函數(shù)，進(jìn)而在最大程度上降低建設(shè)成本。3.是對(duì)施工條件的衡量。想要進(jìn)一步確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就需要從房屋的受力限度，變形限度，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的限度，房屋的結(jié)構(gòu)體系等方面考慮。在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)該結(jié)合建筑使用方案和房屋的施工條件，分析出實(shí)際設(shè)計(jì)中存在的約束性條件，并且要確保解決這些約束性條件的方案要符合我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定，以保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)。

（四）抗震抗災(zāi)能力的強(qiáng)化

建筑設(shè)計(jì)和施工的成功與否，不只是外型和質(zhì)量的方面，還有抗震抗災(zāi)上的需求。所以機(jī)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)，要考慮到抗震抗災(zāi)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)要多增加防線，以期實(shí)現(xiàn)減弱地震的危害性。當(dāng)然結(jié)構(gòu)的變化也能起到抗震抗災(zāi)作用，比如安裝特定的原件，使得建筑體對(duì)地震的破壞力進(jìn)行有效的減弱。

（五）結(jié)構(gòu)規(guī)則的合理應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)中只要保證非結(jié)構(gòu)件的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，就能使建筑材料的成本實(shí)現(xiàn)降低，因此主體建筑結(jié)構(gòu)的選擇，要做到合理、科學(xué)和對(duì)稱性，在多數(shù)的施工中，實(shí)現(xiàn)抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，所選擇的平面結(jié)構(gòu)也應(yīng)該是容易形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)的。當(dāng)然，具體情況具體分析，還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，同時(shí)符合平面工程的科學(xué)設(shè)計(jì)。

（六）抗震設(shè)計(jì)

建筑自身的抗震能力直接影響著建筑的穩(wěn)定性和安全性，因此，建筑設(shè)計(jì)人員在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要將建筑的抗震概念設(shè)計(jì)充分考慮進(jìn)去，以減少?gòu)?qiáng)烈震動(dòng)對(duì)于建筑的影響和破壞。從建筑的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，不僅存在有敏感薄弱的部位，也存在有堅(jiān)固抗震的部位，當(dāng)震動(dòng)到來(lái)時(shí)，震動(dòng)波作用在建筑上，如果集中于建筑的敏感薄弱部位，則很可能造成建筑結(jié)構(gòu)的損壞，甚至可能瞬間倒塌。而為了使得建筑具備較強(qiáng)的抗震能力，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，使得建筑可以在面臨強(qiáng)烈震動(dòng)時(shí)，對(duì)受到的沖擊作用進(jìn)行分散，從而確保建筑的穩(wěn)定和安全。建筑抗震概念設(shè)計(jì)需要考慮幾個(gè)基本原則：首先，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單。當(dāng)?shù)卣饋?lái)襲時(shí)，建筑應(yīng)該具有直接而且明確的傳力途徑，以確保對(duì)作用力的快速分散。其次，結(jié)構(gòu)規(guī)則而且均勻。規(guī)則均勻的建筑結(jié)構(gòu)，其承載力也會(huì)分布的比較均勻，傳力途徑突變的概率也會(huì)比較小，建筑自身的安全性更強(qiáng)。然后，結(jié)構(gòu)的剛度和整體性。在地震中，建筑承受的作用力方向是不規(guī)則的，可能來(lái)自任意一個(gè)方向，因此，在對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保其在各個(gè)方向上都具備一定的承載能力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行合理選擇，確保結(jié)構(gòu)的整體性，可以有效減少地震對(duì)于建筑的破壞。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的論述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中如果能夠較好的應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分析并且大膽創(chuàng)新，不但能夠充分地保證建筑的安全性和可靠性，還能夠大大節(jié)約資源和能源。概念設(shè)計(jì)能夠充分的提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，未來(lái)必將得到更加廣泛地應(yīng)用。

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