淺析概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與結(jié)構(gòu)措施

肖明轟

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)的建筑業(yè)取得了較大程度上的進(jìn)步，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高做出重要貢獻(xiàn)。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及科技水平的大幅提升，使得建筑行業(yè)在不斷發(fā)展進(jìn)步的同時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，對(duì)于建筑行業(yè)的建設(shè)發(fā)展以及設(shè)計(jì)提升有著直接的作用和影響。本文分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施。

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

引言

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在建筑行業(yè)當(dāng)中有著十分重要的地位與作用。而在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，又屬概念設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)措施最為重要，概念設(shè)計(jì)的好壞以及結(jié)構(gòu)措施設(shè)計(jì)的是否合理在一定程度上的反映了設(shè)計(jì)水平。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念闡述

對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，概念設(shè)計(jì)涉及的面很廣，從方案、結(jié)構(gòu)布置到計(jì)算簡(jiǎn)圖的選取，從截面配筋到構(gòu)件的配筋構(gòu)造等都存在概念的內(nèi)容。概念設(shè)計(jì)是相對(duì)于量化的計(jì)算而言，通過(guò)力學(xué)規(guī)律、震害教訓(xùn)、試驗(yàn)研究、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等建立設(shè)計(jì)概念、設(shè)計(jì)對(duì)策和措施，它比量化計(jì)算更能有效地從宏觀上處理好結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題，特別是抗震安全。因此，概念設(shè)計(jì)也可以理解為應(yīng)用建筑整體概念對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中可能會(huì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析考慮，并從整體上進(jìn)行解決，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及總體方案的確定。概念設(shè)計(jì)能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想理念進(jìn)行充分體現(xiàn)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想展示的首要方法和手段。

2、關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)關(guān)系分析

對(duì)于概念設(shè)計(jì)來(lái)講，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)過(guò)程，它是根據(jù)概念設(shè)計(jì)的思想要求以及原理方法完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身也是一個(gè)定量設(shè)計(jì)發(fā)展成為定性設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，其中，定量設(shè)計(jì)是指結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及配筋、穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)變形等的設(shè)計(jì)。而對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，概念設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的體現(xiàn)，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際上就是在特定空間內(nèi)以概念設(shè)計(jì)的整體概念思想實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程，因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，有效運(yùn)用概念設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)整體安全性的保障，而概念設(shè)計(jì)本身則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一部分。

3、簡(jiǎn)述概念設(shè)計(jì)概述以及在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

概念設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的一種，是基于設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)的設(shè)計(jì)理論形成的，概念設(shè)計(jì)也是結(jié)合將要建設(shè)的建筑工程特征，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)以及整體布局進(jìn)行設(shè)計(jì)的手段，在建筑工程設(shè)計(jì)的前期，還要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行估算、分析以及比對(duì)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，具有概念明確、定性準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，并在實(shí)際的建筑工程施工中取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于建筑場(chǎng)地的選擇尤為關(guān)鍵，建筑場(chǎng)地的選擇關(guān)系著建筑地基基礎(chǔ)、采光等問(wèn)題，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，起著決定性的作用。在建筑場(chǎng)地的選擇過(guò)程中，需要綜合考慮建筑退界、施工防護(hù)距離、日照間距、地質(zhì)基礎(chǔ)等，另外還需要對(duì)建筑物的抗震因素等進(jìn)行考慮，避免在危險(xiǎn)地段進(jìn)行建筑場(chǎng)地的選取。如果不可避免在存在危險(xiǎn)性地段選址，必須做好相應(yīng)的防護(hù)措施，并做好抗震監(jiān)測(cè)工作。

（2）在建筑場(chǎng)地選好后，要根據(jù)建筑場(chǎng)地的地質(zhì)基礎(chǔ)以及建筑工程特點(diǎn)、功能等選擇合適的建筑基礎(chǔ)。目前建筑基礎(chǔ)主要有獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等，獨(dú)立基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)一般用于層數(shù)較少的多、高層建筑，下部地基土承載力較高；對(duì)于土質(zhì)松軟（如淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土等）或者是負(fù)荷較大的高層建筑與大型建筑中常常用樁基礎(chǔ)，這是由于樁基礎(chǔ)能將地基承受的荷載通過(guò)樁身和樁端直接傳到各層土中去，保證了基礎(chǔ)荷載的傳遞效率。

（3）選取合適的抗側(cè)力體系是建筑結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。隨著建筑高度及功能的發(fā)展需要而不斷發(fā)展變化。由最初的框架、剪力墻結(jié)構(gòu)等基本體系，發(fā)展為框架-剪力墻體系，繼而又發(fā)展了框架-筒體體系、框架-筒體-伸臂體系、框筒體系、筒中筒體系、巨型框架體系等。隨著建筑功能及形式的不斷發(fā)展，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系也需要不斷發(fā)展、不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，在積累經(jīng)驗(yàn)和深入研究的基礎(chǔ)上逐漸形成各種新的、高效而合理的抗側(cè)力體系。

（4）我國(guó)的房屋建筑采用三水準(zhǔn)抗震設(shè)防止標(biāo)，即：“小震不壞，中震可修，大震不倒”。要求抗震設(shè)計(jì)要同時(shí)達(dá)到多層次要求。地震作用影響因素極為復(fù)雜，是一種隨機(jī)的、尚不能預(yù)見(jiàn)和準(zhǔn)確計(jì)算的外部作用，目前規(guī)范給出的計(jì)算方法還是一種半理論的方法，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是綜合概念設(shè)計(jì)、計(jì)算和構(gòu)造措施等完整的系列設(shè)計(jì)，由于地震的不可預(yù)見(jiàn)性及地震作用的不確定性，抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)必須重視概念設(shè)計(jì)。

4、提出有效的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

4.1、整體優(yōu)化和局部?jī)?yōu)化

對(duì)于建筑項(xiàng)目都具有兩個(gè)特點(diǎn)，即層次性及復(fù)雜性。層次性包括的內(nèi)容比較多，包括設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系及安裝設(shè)計(jì)體系等，對(duì)于這些體系還包括很多的下屬體系。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)化各個(gè)下屬系統(tǒng)。復(fù)雜性的內(nèi)容主要包括3個(gè)方面，即建筑原料選取、零部件選取、結(jié)構(gòu)類型選取等。所以，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要優(yōu)化整體，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.2、基礎(chǔ)優(yōu)化

天然地基是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首選的地基形式，只要能滿足承載力和地基沉降要求時(shí)，一般都會(huì)采用天然地基上的獨(dú)立基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)，如果天然地基不能滿足承載力和沉降要求，就需要通過(guò)地基處理措施對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)，通過(guò)強(qiáng)夯、換土、排水固結(jié)、振動(dòng)擠密和化學(xué)加固等方法提高地基承載強(qiáng)度。由于樁基礎(chǔ)具有整體性好、承載力高和沉降量小、結(jié)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，尤其在高層建筑中應(yīng)用更為普遍。樁基礎(chǔ)按照施工工藝可以分成預(yù)制樁和灌注樁。鑒于預(yù)制樁造價(jià)較低，而且工廠化程度高，樁身質(zhì)量把控嚴(yán)格，只要是抗震性能符合要求，一般情況下會(huì)優(yōu)先采用。近年來(lái)鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)的逐步成熟和推廣，鉆孔灌注樁的使用空間也得到了進(jìn)一步的拓展。

4.3、對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

結(jié)構(gòu)除了抵抗豎向荷載之外，風(fēng)荷載和地震作用往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要影響因素。風(fēng)荷載出現(xiàn)的概率較大，而且要保證在50年或100年重現(xiàn)期的風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)仍然能正常使用，要求結(jié)構(gòu)處于彈性和小位移狀態(tài)。地震作用發(fā)生的概率較低，一次地震時(shí)間不長(zhǎng)，但地震強(qiáng)烈，不確定因素很多，要使結(jié)構(gòu)地震時(shí)完全處于彈性是十分不經(jīng)濟(jì)的，因此提出了抗震設(shè)防三水準(zhǔn)要求。近10年來(lái)，隨著建筑功能和環(huán)境功能要求的日益提高，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法也越來(lái)越被人們推崇。

結(jié)構(gòu)平面布置宜剛度均勻，減少扭轉(zhuǎn)，沿豎向剛度均勻，豎向構(gòu)件連續(xù)，避免薄弱層，減少鞭梢效應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，平面、立面規(guī)則，雙向剛度均勻，并按照多道設(shè)防的思想設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)性的安全性都有著不錯(cuò)的效果。對(duì)于平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)設(shè)置變形縫的措施把結(jié)構(gòu)分成若干規(guī)則的部分，來(lái)消除結(jié)構(gòu)不規(guī)則、收縮和沉降的影響。

結(jié)束語(yǔ)

在概念設(shè)計(jì)日益重要的今天，對(duì)于工程師的要求也是越來(lái)越高，不僅要有深厚的基本理論基礎(chǔ)，同時(shí)還要不斷吸取他人先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想。時(shí)常的反思自己的作品、設(shè)計(jì)，對(duì)每一項(xiàng)設(shè)計(jì)都精益求精。

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