探析概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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摘要：通過在建筑設(shè)計(jì)中利用概念設(shè)計(jì)可以構(gòu)造出更為合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，并達(dá)到節(jié)省原料的目的。隨著概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用推廣，越來越多的設(shè)計(jì)者接受了這一設(shè)計(jì)方式，并逐漸成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想。

關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1.概念設(shè)計(jì)的概念與步驟

概念設(shè)計(jì)是一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣化要求的手段，是建筑設(shè)計(jì)師基于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)理論以及將要建設(shè)的項(xiàng)目工程的特點(diǎn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)以及總體布局進(jìn)行規(guī)劃，并在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行概念性的分析估算與比對(duì)。這種設(shè)計(jì)方法具有定性準(zhǔn)確、概念明確、便捷的優(yōu)勢(shì)，從而可以在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。一般可以將概念設(shè)計(jì)的步驟分為分析、綜合以及評(píng)估三個(gè)不斷向著滿意階段靠近的連續(xù)階段。其中分析階段主要是對(duì)問題進(jìn)行全方位的了解，但是存在著分析數(shù)據(jù)不完整與不準(zhǔn)確的特點(diǎn)，為此表現(xiàn)出一定的模糊性質(zhì)。綜合階段是工程師將自己掌握的理論知識(shí)以及掌握的實(shí)際情況，利用自己的想象力以及創(chuàng)新意識(shí)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)規(guī)劃。最后評(píng)估階段是一個(gè)比較選擇最優(yōu)方案的過程，可以說是一個(gè)循環(huán)實(shí)施的過程，直到得到滿意的方案為止。設(shè)計(jì)人員實(shí)施評(píng)估的過程中要借助于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算等工具，從而獲得技術(shù)上以及經(jīng)濟(jì)上可行的方案。

2.概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義

2.1采用概念設(shè)計(jì)有利于擬補(bǔ)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)能力的缺陷

在方案設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，工程師采用概念設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)能力的缺陷，運(yùn)用大腦通過對(duì)之前經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)可以對(duì)方案進(jìn)行有效的篩選和總結(jié)，有利于選擇價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)合理并且效果突出的方案。

2.2采用概念設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性

目前，工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然停留在參照以前的設(shè)計(jì)、依靠規(guī)范的設(shè)計(jì)手冊(cè)，運(yùn)用設(shè)定好的計(jì)算機(jī)編程采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致出來的設(shè)計(jì)方案沒有新意，而采用概念設(shè)計(jì)恰恰可以避免這類問題的發(fā)生，工程師可以依據(jù)自己多年的經(jīng)驗(yàn)展示自己的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思想，從而使設(shè)計(jì)別出新裁。

2.3采用概念設(shè)計(jì)可以提高設(shè)計(jì)水平

采用概念設(shè)計(jì)可以有效的彰顯一個(gè)設(shè)計(jì)師獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格和韻味，從側(cè)面可以看出設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)水平，同時(shí)利用概念設(shè)計(jì)分析技術(shù)，可以有效的發(fā)現(xiàn)問題的根源所在，使最終的計(jì)算結(jié)果盡可能準(zhǔn)確。

2.4采用概念設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)方案更具合理性

在建筑設(shè)計(jì)選擇的階段，采用概念設(shè)計(jì)可以有效的構(gòu)思結(jié)構(gòu)體系，在對(duì)比的同時(shí)做出正確的選擇，最終的設(shè)計(jì)方案應(yīng)具有清晰的思路及正確的定位。凸顯出概念設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性原則，從而減少了不必要的麻煩運(yùn)算。

3.建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的原則

3.1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、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。

3.2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)。

3.3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。

3.4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。

4.概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1合理選擇利于建設(shè)的建筑場(chǎng)地

建筑場(chǎng)地的選擇時(shí)設(shè)計(jì)的首要必經(jīng)階段，一個(gè)合理的利于項(xiàng)目建設(shè)的場(chǎng)地對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)后期階段起到重要的作用。建筑場(chǎng)地的選擇首先應(yīng)遵循這幾個(gè)基本要素：建筑退界、防護(hù)距離、防火間距、日照間距、防噪間距、建筑高度控制、通視要求、現(xiàn)有地形分析等。同時(shí)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中，建設(shè)的場(chǎng)地應(yīng)盡量選擇有利于抗震的地點(diǎn)，盡量避免在不利于抗震的危險(xiǎn)地段建造建筑，如果實(shí)在無法避免，也應(yīng)采取有效措施盡量減少和消除不利影響，一般在初步設(shè)計(jì)前就要進(jìn)行勘探和選址。

4.2合理選擇建筑基礎(chǔ)

一般常包括有樁基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)這三種建筑基礎(chǔ)形式。

（1）樁地基：普遍應(yīng)用于地質(zhì)松軟并且負(fù)載較大的多層建筑結(jié)構(gòu)。使用天然地基無法足夠承載時(shí)，而采用樁地基可將荷載由上部結(jié)構(gòu)傳送到下部堅(jiān)實(shí)的持力層。（2）箱形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于高層建筑中，其整體剛度適當(dāng)，可以將荷載通過上部結(jié)構(gòu)均勻地傳至下部基礎(chǔ)中，從而使結(jié)構(gòu)組成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均勻沉降的問題，增強(qiáng)了建筑物的抗震抗災(zāi)承受力。

（3）筏形基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)適用于低承載力地基、大荷載上部結(jié)構(gòu)的建筑工程。其特點(diǎn)是剛度大結(jié)構(gòu)整體良好，可以將上部結(jié)構(gòu)的超荷載有效地進(jìn)行分散從而將基地的壓力有效的調(diào)整并解決不均勻沉降的問題。

4.3合理選擇結(jié)構(gòu)規(guī)則和對(duì)稱的建筑主體

主體建筑結(jié)構(gòu)選擇必須合理、簡(jiǎn)單和對(duì)稱，布局合理的結(jié)構(gòu)可減小扭轉(zhuǎn)力，穩(wěn)定非結(jié)構(gòu)件工作狀態(tài)，降低耗材成本。通常建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，可選擇較容易對(duì)稱的平面結(jié)構(gòu)如簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。另外，建筑內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱亦需要結(jié)合建筑平面工程對(duì)其進(jìn)行合理布置。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱的方法可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)剛心、建筑物質(zhì)心及平面形心的距離，使三者盡可能靠近。

4.4合理設(shè)計(jì)抗震抗災(zāi)防線

作為一個(gè)建筑最基本的要求就是必須具備良好的抗震和重力承載的能力。設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)計(jì)多道抗震防線避免和消耗地震發(fā)生時(shí)的破壞性?？梢圆捎眠m當(dāng)?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)動(dòng)力來減輕建筑物受震動(dòng)時(shí)破壞程度。若建筑結(jié)構(gòu)遭受強(qiáng)烈震動(dòng)的時(shí)候，通過贅余桿件的變形和屈服可以耗散地震的能量，同時(shí)可使贅余桿件停止工作從而將避開共振效應(yīng)，使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)過渡到另一種穩(wěn)定的體系。

4.5合理選擇結(jié)構(gòu)剛度

設(shè)計(jì)中選擇的建筑結(jié)構(gòu)必須具備一個(gè)適當(dāng)合理的剛度，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不可忽略的指標(biāo)之一。選擇合理的結(jié)構(gòu)剛度，可加長結(jié)構(gòu)的基本自振周期，從而減小地震作用的危害。合理的結(jié)構(gòu)剛度，主體承受的水平力，傾覆彎矩，地基基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)都能有效的減少，從而配置合理數(shù)量的建筑構(gòu)造材料，減少耗材。同時(shí)，合理的主體結(jié)構(gòu)剛度，可有效減少結(jié)構(gòu)占用空間，提高建筑平面的利用率，做到既經(jīng)濟(jì)又合理。

4.6合理選用計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算簡(jiǎn)圖是概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，選擇合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖可以保證建筑的安全和穩(wěn)定，否則，不當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖可能引發(fā)安全事故的隱患及發(fā)生。設(shè)計(jì)合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖的同時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)同時(shí)提供構(gòu)造措施進(jìn)行相應(yīng)的保證。

5.結(jié)語

近年來，概念設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和創(chuàng)新的方法，不僅非常好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)計(jì)算分析的不足之處，而且讓計(jì)算結(jié)果更好地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。因此，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定要結(jié)合各方面寶貴的經(jīng)驗(yàn)將結(jié)構(gòu)概念運(yùn)用的恰到好處，從而保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，提高建筑行業(yè)的水平，使得建筑物的質(zhì)量和安全性得到有效的保證。

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