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

摘要：建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的地位，做好兩者之間協(xié)同關(guān)系的研究，并將協(xié)同關(guān)系應(yīng)用于建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對于制定科學(xué)完善的設(shè)計(jì)方案并指導(dǎo)建筑施工具有重要意義。本文結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，著重研究了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)剛度、懸索結(jié)構(gòu)等方面的應(yīng)用概念設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)措施的方法。

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

前言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)是建筑工程的基礎(chǔ)，而概念設(shè)計(jì)既是設(shè)計(jì)的靈魂，也是整個(gè)建設(shè)過程中的靈魂，它為完成初步設(shè)計(jì)文件提供了正確的概念和思路。概念設(shè)計(jì)作出的分析和判斷應(yīng)該是問題的科學(xué)性和實(shí)踐性的結(jié)合，也是理論知識在工程實(shí)際運(yùn)用中的體現(xiàn)。同時(shí)建筑物的建設(shè)過程是建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師、施工工程師共同合作的多邊復(fù)雜過程，因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還要相互之間密切配合與合作，運(yùn)用整體概念設(shè)計(jì)方法將建筑結(jié)構(gòu)之間的布局融入到總體設(shè)計(jì)方案之中，不斷豐富結(jié)構(gòu)概念，并深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，才能促進(jìn)建筑的繁榮，才能促使和充實(shí)建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

1.建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)概述

1.1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的涵義

建筑工程的概念設(shè)計(jì)在我國應(yīng)成為一個(gè)先于建筑工程的初步設(shè)計(jì)，以功能優(yōu)越、造型美觀、技術(shù)先進(jìn)的總體方案為目標(biāo)的設(shè)計(jì)階段。建筑工程的概念設(shè)計(jì)一般有建筑方面的概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方面的概念設(shè)計(jì)兩大部分，它們之間相互影響、相互協(xié)調(diào)、相互結(jié)合。

在建筑工程的概念設(shè)計(jì)里，要求在環(huán)境的布局和治理、建筑的空間和形式、結(jié)構(gòu)的體系和材料、構(gòu)筑的方法和效益之間協(xié)調(diào)一致，做到“功能、結(jié)構(gòu)、美觀、建造”的統(tǒng)一。概念設(shè)計(jì)的前提，是對地區(qū)規(guī)劃和自然環(huán)境、建筑意圖和使用功能需要的理解，以及對資金狀況、材料來源和建造條件的了解。概念設(shè)計(jì)的成果，是確定結(jié)構(gòu)的總體方案、相應(yīng)的分結(jié)構(gòu)體系以及它們間的關(guān)系。概念設(shè)計(jì)的主要手段，是對力學(xué)概念、材料性能、結(jié)構(gòu)體系和建造技術(shù)的嫻熟運(yùn)用，同時(shí)還要有審美的眼光、工程的意識和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)過程中，要進(jìn)行整體的考慮，全面的比較，快速的估算，綜合的評價(jià)和果斷的選擇[1]。概念設(shè)計(jì)的目的，是在初步設(shè)計(jì)前為所設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目設(shè)想一個(gè)概念性的總體方案，使今后的設(shè)計(jì)、施工和使用都能夠做到“又好、又快、又省”。

1.2概念設(shè)計(jì)的意義

在建筑設(shè)計(jì)的方案階段就引入概念設(shè)計(jì)的思想，可以為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師之間創(chuàng)造性的合作提供可能性，并且從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，所得方案往往概念清晰、定性正確，避免了后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能，從而最終實(shí)現(xiàn)建筑功能、結(jié)構(gòu)、美觀、建造的統(tǒng)一性。并且初步設(shè)計(jì)以前的“設(shè)計(jì)構(gòu)思”，以及在綜合地合理處理規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工諸方面關(guān)系后所形成的“總體設(shè)計(jì)方案”，是概念設(shè)計(jì)的成果。它為完成初步設(shè)計(jì)文件提供了正確的概念和思路。此外概念設(shè)計(jì)還拓寬了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路，并隨著概念設(shè)計(jì)思想被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受，今后將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用。

2.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

2.1結(jié)構(gòu)體系

（1）沿建筑物豎向，建筑造型和結(jié)構(gòu)布置比較均勻，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結(jié)構(gòu)在豎向某一樓層或少數(shù)幾個(gè)樓層出現(xiàn)敏感的薄弱部位，這些部位將產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或過大的變形，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過大的變形或過早的倒塌。

（2）建筑平面比較規(guī)則，平面內(nèi)結(jié)構(gòu)布置比較均勻，使建筑物質(zhì)量分布產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)，限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。建筑平面規(guī)則、結(jié)構(gòu)布置均勻.有利于防止薄弱的子結(jié)構(gòu)過早破壞、倒塌，增加結(jié)構(gòu)的贅余度數(shù)量，發(fā)揮整個(gè)結(jié)構(gòu)耗散地震能量的作用。

（3）建筑的平立面布置應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案。不規(guī)則的建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行雙向水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對薄弱部分采取有效的抗震構(gòu)造措施。

2.2結(jié)構(gòu)的剛度

具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，往往是以提高工程造價(jià)以及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。這就要求在做設(shè)計(jì)時(shí)要有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性，這是一種比較經(jīng)濟(jì)、有效的辦法，如對于上剛下柔的框支墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)重點(diǎn)提高轉(zhuǎn)換層以下各層的構(gòu)件延性；對于框架和框架一簡體結(jié)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)先提高柱的延性。

結(jié)構(gòu)剛度選擇時(shí)，雖可考慮場地特征，選擇結(jié)構(gòu)剛度，以減少地震作用效應(yīng)，但也要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大，過大的變形將會因 效應(yīng)過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。結(jié)構(gòu)除需要滿足水平方向的剛度和抗震能力外，還應(yīng)具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力。在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)注意提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力。實(shí)踐證明，建筑物的長高比是保證其整體剛度的決定因素，并且若能將建筑物的長高比限制在一定的范圍內(nèi)，隨著其整體剛度的增加，它便具有較大的調(diào)整不均勻變形的能力[2]。

2.3懸索結(jié)構(gòu)

鋼作為一種結(jié)構(gòu)材料，在受軸向壓力的情況下，先于破損之前就會變彎，遠(yuǎn)遠(yuǎn)發(fā)揮不了材料的力學(xué)性能，但如果用它來受拉則可以承受極大的張力，懸索結(jié)構(gòu)正是利用這一特點(diǎn)，充分發(fā)揮鋼的抗摶能力，因而可以較大幅度地節(jié)省材料，減輕結(jié)構(gòu)自重，并加大結(jié)構(gòu)的跨度。

懸索結(jié)構(gòu)不僅具有跨度大、經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，而且形式多種多樣，可分別適合于方形、長方形、圓形、橢圓形等不同形狀的平面形式，因而在建筑實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用：懸索結(jié)構(gòu)主要用于跨度在60～100 m的體育館、展覽館、會議廳等大型公共建筑。

懸索結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

（1）懸索結(jié)構(gòu)通過索的軸向受拉來抵抗外荷載的作用，可以最充分地利用鋼材的強(qiáng)度，并可減輕結(jié)構(gòu)自重。因而，懸索結(jié)構(gòu)適用于大跨度的建筑物，如體育館、展覽館等?？缍仍酱螅?jīng)濟(jì)效果越好。

（2）懸索結(jié)構(gòu)便于建筑造型，容易適應(yīng)各種建筑平面，因而能較自由地滿足各種建筑功能和表達(dá)形式的要求，有利于創(chuàng)作各種新穎的、富有動(dòng)感的建筑體形。

（3）懸索結(jié)構(gòu)施工比較方便。鋼索自重很小，屋面構(gòu)件一般也較輕，安裝時(shí)不需要大型起重設(shè)備。施工時(shí)不需要大量腳手架，也不需要模板，因而與其他結(jié)構(gòu)形式比較，施工費(fèi)用相對較低[3]。

（4）懸索結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。單根的懸索是一種幾何可變結(jié)構(gòu)，其平衡形式隨荷載分布力方式而變，特別是當(dāng)荷載作用方向與垂度方向相反時(shí)，懸索就喪失了承載能力，因此，常常需要附加布置一些索系或結(jié)構(gòu)來提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.4建筑場地

選擇對建筑抗震有利的場地。宜避開對建筑抗震不利的地段，不應(yīng)在危險(xiǎn)地段建造甲、乙、丙類建筑。對于不利地段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)提出避開要求，當(dāng)無法避開時(shí)，應(yīng)采取有效措施，這時(shí)需要考慮地震因場地條件間接引起結(jié)構(gòu)破壞的原因，諸如地基土的不均勻沉陷、地震引起的地表錯(cuò)動(dòng)與地裂等。并根據(jù)結(jié)構(gòu)體系方案和設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理性來確定結(jié)構(gòu)體系，從而確保建筑結(jié)構(gòu)的延性、勻質(zhì)性能夠得到提升。

3.結(jié)語

總的來說要好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施的協(xié)調(diào)工作，既要學(xué)會從結(jié)構(gòu)的方案、體系、布置、計(jì)算、構(gòu)造到施工圖轉(zhuǎn)變?yōu)榧孀⒁庖?guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工的結(jié)合，又要重視工程經(jīng)驗(yàn)積累和對人、財(cái)、物時(shí)間等因素的綜合考慮。還要做到構(gòu)思有新意，做法有創(chuàng)新，盡可能采用新技術(shù)，為新的實(shí)踐提供新思路。這樣才能真正提高結(jié)構(gòu)承載力和穩(wěn)定性，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的有機(jī)融合，提高建筑的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張央迪.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)措施略論[J].科技與企業(yè)，2012（03）：13-15.

[2]陳剛.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[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013.

[3]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，2012，15：13.

作者簡介：

吳才超（1985.5-），男，廣西賀州人，本科，從事工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。