建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用

杭 彧 劉文濤

(蘇州土木文化中城建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 蘇州215131)

我國(guó)現(xiàn)行的以概率論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則雖然在科學(xué)合理性方面較以往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論有了很大程度地進(jìn)步，但是不可否認(rèn)其在本質(zhì)上仍然是一種“近似概率法”。此外，任何一個(gè)結(jié)構(gòu)物都是由若干構(gòu)件相互連接而成的整體空間結(jié)構(gòu)，而由于當(dāng)前空間結(jié)構(gòu)體系整體研究的局限性，現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可避免地采用了許多假定與簡(jiǎn)化。

作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，不應(yīng)過(guò)度迷信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、盲目照搬照抄規(guī)范條文，片面地重視計(jì)算結(jié)果，而應(yīng)站在整體角度準(zhǔn)確把握整體與局部的力學(xué)關(guān)系，重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

1 概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，前者屬于“定性”的過(guò)程，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是將前者“定性”轉(zhuǎn)化為“定量”的過(guò)程。概念設(shè)計(jì)側(cè)重的是從全局角度綜合建筑物功能、結(jié)構(gòu)安全以及建設(shè)場(chǎng)地情況等因素確定結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式以及構(gòu)件尺寸等項(xiàng)目的過(guò)程。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是以概念設(shè)計(jì)確定的項(xiàng)目為基礎(chǔ)，依據(jù)力學(xué)原理與數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果以及構(gòu)造規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最終設(shè)計(jì)的過(guò)程。

現(xiàn)實(shí)生活中，許多設(shè)計(jì)人員都忽略了概念設(shè)計(jì)的重要性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，最先強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造則不夠關(guān)心。據(jù)筆者的了解，部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位總工都不重視工程概念設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，他們的主要精力都放在對(duì)設(shè)計(jì)人員計(jì)算過(guò)程、計(jì)算結(jié)果以及設(shè)計(jì)圖紙的審核。此外，行業(yè)的一個(gè)誤區(qū)就是過(guò)分強(qiáng)調(diào)軟件的重要作用，許多設(shè)計(jì)人員（尤其是新手）一切設(shè)計(jì)均以軟件計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。這是極為不妥的，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致事故的發(fā)生。

當(dāng)然，我們應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)加強(qiáng)對(duì)概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視，切不可厚此薄彼。概念設(shè)計(jì)固然重要，但是沒(méi)有準(zhǔn)確的受力分析計(jì)算、沒(méi)有各組成構(gòu)件的安全保障，就沒(méi)有整體結(jié)構(gòu)的安全可靠。

2 概念設(shè)計(jì)的重要性

概念設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，從整體的角度做好特定建筑空間中總體方案的設(shè)計(jì)工作，與此同時(shí)還能兼顧結(jié)構(gòu)之間以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的關(guān)系。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行合理的概念設(shè)計(jì)有著十分重要的作用。首先，當(dāng)前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論還存有諸多缺陷、許多問(wèn)題還不具備科學(xué)計(jì)算的條件，最常見(jiàn)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算與截面設(shè)計(jì)兩者所基于的力學(xué)理論就存在矛盾，前者基于彈性理論而后者則為塑性理論，這種矛盾也直接造成了理論計(jì)算與實(shí)際受力狀態(tài)上的差異。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員若能采取較好的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的的同時(shí)還能有效彌補(bǔ)這類(lèi)矛盾所帶來(lái)的各類(lèi)缺陷或者能夠可靠地解決實(shí)際中無(wú)法通過(guò)計(jì)算來(lái)定量分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)問(wèn)題。其次，當(dāng)前高精度設(shè)計(jì)軟件的廣泛應(yīng)用，在帶來(lái)便利的同時(shí)也難免會(huì)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)力學(xué)性能上的各種誤解，此時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就需要根據(jù)概念設(shè)計(jì)的相關(guān)要求對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作性能進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的把握。最后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員概念設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)還有助于其完成方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)工作。初步設(shè)計(jì)不同于施工圖設(shè)計(jì)，其完全依靠設(shè)計(jì)人員根據(jù)自身所掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)去比較選擇出優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用

3.1 建設(shè)場(chǎng)地選擇與基礎(chǔ)選型

結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在建設(shè)場(chǎng)地選定及完成場(chǎng)地地質(zhì)條件勘察的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇地質(zhì)條件相對(duì)較好、抗震有利的建設(shè)場(chǎng)地，這樣不僅有利于降低工程造價(jià)，而且有利于結(jié)構(gòu)的后續(xù)受力。若不具備選擇項(xiàng)，則應(yīng)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)結(jié)合場(chǎng)地條件盡最大努力降低場(chǎng)地限制產(chǎn)生的不利影響同時(shí)依據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載狀況、地質(zhì)條件以及建筑場(chǎng)地周邊建筑物狀況合理確定基礎(chǔ)形式。

3.2 選擇結(jié)構(gòu)體系型式

科學(xué)合理地選擇結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的又一項(xiàng)必備技能。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從宏觀角度把握，以規(guī)范的相關(guān)規(guī)定為依據(jù)，正確處理結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件之間的關(guān)系，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中強(qiáng)調(diào)的“強(qiáng)柱弱梁”原則。

3.3 均勻布置結(jié)構(gòu)平面與豎向剛度

概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量均勻布置結(jié)構(gòu)在平面與豎向的剛度。一方面，盡量減小結(jié)構(gòu)平面剛度重心與質(zhì)心的偏差，借此降低建筑物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，最終增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體抗震性能；另一方面，對(duì)于側(cè)向剛度存在突變的樓層，為改變其地震薄弱層的性質(zhì)，應(yīng)采取有效措施加大該層剛度值，避免或降低地震帶來(lái)的破壞。

4 概念設(shè)計(jì)運(yùn)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)

4.1 科學(xué)合理選擇結(jié)構(gòu)方案

選擇科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案是概念設(shè)計(jì)的基本要求。設(shè)計(jì)人員在確定結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮主觀能動(dòng)性，與施工單位、建設(shè)單位深入溝通交流，明確他們的訴求，同時(shí)結(jié)合工程材料的使用、結(jié)構(gòu)的特性以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件等因素綜合考慮，最終確定擬采用的結(jié)構(gòu)方案。在實(shí)際操作的過(guò)程中，若有多份備選方案也可采用對(duì)比分析的方法進(jìn)行對(duì)比選擇確定。

4.2 合理簡(jiǎn)化計(jì)算模型

設(shè)計(jì)過(guò)程中各項(xiàng)計(jì)算工作都建立在相應(yīng)的假設(shè)基礎(chǔ)上，正是因?yàn)橛羞@些假設(shè)，設(shè)計(jì)人員才能建立起相應(yīng)的計(jì)算模型。這些模型的合理與否直接決定了最終計(jì)算結(jié)果的合理準(zhǔn)確性，若有偏差很可能會(huì)造成嚴(yán)重的安全質(zhì)量事故。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)工程實(shí)際，合理假設(shè)簡(jiǎn)化實(shí)際問(wèn)題，保持必要的安全儲(chǔ)備。

4.3 準(zhǔn)確分析判斷計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件種類(lèi)繁多，質(zhì)量也參差不齊。相同的問(wèn)題，不同的軟件計(jì)算結(jié)果難免會(huì)存在一定的差異。因此，設(shè)計(jì)人員在使用軟件的同時(shí)還需清楚地了解軟件計(jì)算所存在缺陷，對(duì)于關(guān)鍵部位還應(yīng)堅(jiān)持手算復(fù)核。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，讓自己成為火眼金睛。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中科學(xué)合理地進(jìn)行概念設(shè)計(jì)對(duì)于保證結(jié)構(gòu)安全性、合理性以及經(jīng)濟(jì)性有著重要的作用。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷加深對(duì)力學(xué)基本原理、各式結(jié)構(gòu)概念、受力性能以及計(jì)算結(jié)果的分析與理解，在今后的工作中做好特定建筑空間中總體方案的設(shè)計(jì)工作并且處理好結(jié)構(gòu)之間以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的關(guān)系。

［1］鄭軍輝.概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J].城市建筑，2012(15).

［2］吳愛(ài)菊.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(02).

［3］湯夢(mèng)玲.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(05).