淺論房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)

周紅欽

摘 要：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施至關(guān)重要。設(shè)計(jì)是建筑工程的基礎(chǔ)，而概念設(shè)計(jì)則是在工程建設(shè)中體現(xiàn)先進(jìn)思想和規(guī)范精神的關(guān)鍵，概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用?；诖耍恼聦?duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用進(jìn)行分析。

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

引言

當(dāng)今我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)越來(lái)越重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的建筑穩(wěn)定性、安全性、藝術(shù)性和可行性都受到人們的關(guān)注。不同類別的建筑物對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求也是不同的，差異化和多樣化的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能滿足社會(huì)日益發(fā)展而產(chǎn)生的建筑需求。建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中的概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施是關(guān)乎建筑質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，文章將在以下篇幅予以闡述討論。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容及重要性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程師思路的起點(diǎn)。概念設(shè)計(jì)不是憑空落成的，需要考察實(shí)地情況，包括氣候環(huán)境、地質(zhì)情況、自然風(fēng)貌等，根據(jù)所獲得的信息和理性認(rèn)知，擬定關(guān)于一個(gè)建筑物的初步想法；這個(gè)想法不同于精確的測(cè)量計(jì)算，除了靈感和理性認(rèn)知還要基于工程師豐富的實(shí)地工程經(jīng)驗(yàn)。概念設(shè)計(jì)當(dāng)中的建筑物是宏觀的，與精確數(shù)據(jù)有一定偏差，但誤差不高。優(yōu)秀概念設(shè)計(jì)的重要性在于優(yōu)秀工程師的概念設(shè)計(jì)往往有著較為可靠的經(jīng)濟(jì)預(yù)估，因此，也有較高的可行性，同時(shí)可以避免復(fù)雜的運(yùn)算勞動(dòng)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 地基基礎(chǔ)中概念設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)流程當(dāng)中，用到的算法往往是將上部建筑、基礎(chǔ)、地基分別視作獨(dú)立的單位，測(cè)量和設(shè)計(jì)都獨(dú)立進(jìn)行，但并不意味著，某一單元出現(xiàn)的問(wèn)題不會(huì)影響到其他的結(jié)構(gòu)單元，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，這種流程有著不可忽視的缺陷。地基基礎(chǔ)往往對(duì)上層建筑造成很大影響，若地基產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，則地面建筑大多會(huì)開(kāi)裂、錯(cuò)位、甚至崩塌；同時(shí)，地面結(jié)構(gòu)如果建筑層數(shù)不符合規(guī)范超過(guò)地基、基礎(chǔ)承重，則也會(huì)給地基帶來(lái)變形的危險(xiǎn)。因此在地基、基礎(chǔ)的概念設(shè)計(jì)當(dāng)中要更多地考慮到將地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起分析，這樣才能減少地基變形帶來(lái)的負(fù)面影響。將三者結(jié)合考慮之后，遵循力學(xué)原理，進(jìn)行分析處理，設(shè)計(jì)出來(lái)一個(gè)承重完美、傳力正常的建筑模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)用、美學(xué)、力學(xué)等多角度的成功。

2.2 結(jié)構(gòu)布置中概念設(shè)計(jì)

考慮到地基承重、地質(zhì)情況和實(shí)用性等多方面因素，建筑物的結(jié)構(gòu)布置在平面范圍內(nèi)應(yīng)盡量簡(jiǎn)約、對(duì)稱且有規(guī)律可循。第一，建筑設(shè)計(jì)的對(duì)稱性可以保證平面范圍內(nèi)力的均衡，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)估壓力對(duì)于地基、基礎(chǔ)的影響，對(duì)于有特殊需要不能夠?qū)ΨQ設(shè)計(jì)的建筑物，則要根據(jù)壓力情況和具體實(shí)際設(shè)計(jì)沉降縫，來(lái)增強(qiáng)建筑物的抗性。第二，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)約。主要方便工程師修改方案，并在考察實(shí)際之后進(jìn)行修改，同時(shí)簡(jiǎn)約的建筑物平面設(shè)計(jì)圖紙也方便其他設(shè)計(jì)人員及施工人員了解工程師的設(shè)計(jì)概念，避免理解因?yàn)檫^(guò)多的雜亂線條而產(chǎn)生偏差。第三，有規(guī)律可循。主要體現(xiàn)在縱向控制范圍內(nèi)，建筑物平面圖紙內(nèi)容的規(guī)律，要保證建筑物在傳力和承壓方面都合乎行業(yè)規(guī)范，沒(méi)有某一層突然承壓降低等現(xiàn)象。對(duì)稱和規(guī)律性在建筑物抗震方面有著巨大的作用，更廣范圍內(nèi)避免小型地震的情況下，建筑物傾斜、坍塌的情況。

對(duì)于不同類型的建筑物，建筑物布局結(jié)構(gòu)的控制關(guān)鍵也是不同的，例如高層建筑在設(shè)計(jì)上要避免出現(xiàn)應(yīng)力集中設(shè)計(jì)困難，因?yàn)楦邔邮怯煽p合地震作用的水平荷載來(lái)起控制作用的，縱向的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)滿足基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)需要，遵循上述的幾條原則，同時(shí)盡量不要出現(xiàn)“頭重腳輕”的較高層數(shù)有承重柱子和承重墻的設(shè)計(jì)，而到較低層數(shù)和大廳往往沒(méi)有了成長(zhǎng)柱子和承重墻，一律以承重梁來(lái)“滿足”需求，這是存在巨大安全隱患的。只有結(jié)構(gòu)合理了，建筑物才能夠有效對(duì)抗水平荷載，保證建筑的安全性。

2.3 結(jié)構(gòu)體系中概念設(shè)計(jì)

工程師在確定結(jié)構(gòu)體系中的概念設(shè)計(jì)時(shí)，主要是明確建筑物的功能定位。例如建筑物如果處在地殼運(yùn)動(dòng)平緩的沿海邊，其主要面對(duì)的水平荷載的威脅是大風(fēng)天氣，極端氣候條件下甚至可能發(fā)生臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣。我國(guó)的建筑往往有著兩重防線，來(lái)面對(duì)極端天氣情況，第一重防線是工程師設(shè)計(jì)出來(lái)的能夠抵御強(qiáng)風(fēng)、地震的一種剛性體系，這種體系是工程師根據(jù)建筑物的最終用途來(lái)明確建筑結(jié)構(gòu)的體系，并通過(guò)清晰明了的分析設(shè)計(jì)出來(lái)的，通過(guò)穩(wěn)定的柱身來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二重防線是通過(guò)梁的塑性鉸的扭曲度來(lái)衡量的，目前來(lái)說(shuō)，只有梁塑性鉸出現(xiàn)后，帶動(dòng)結(jié)構(gòu)整體扭曲，建筑結(jié)構(gòu)才會(huì)崩塌，這是有一定時(shí)間段的，可以為人員的生命財(cái)產(chǎn)安全提供寶貴的時(shí)間。這樣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)除了能夠抵御強(qiáng)風(fēng)侵襲，還能在一定程度上抵抗地震帶來(lái)的危害：地震強(qiáng)度小對(duì)建筑物影響不大，中等地震強(qiáng)度建筑物有一定程度受損，修補(bǔ)后不影響正常使用，較大強(qiáng)度地震（7、8級(jí)地震）發(fā)生時(shí)，建筑物受損不能使用，但不會(huì)發(fā)生坍塌，不會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)二次傷害。但僅僅兩道防線是不夠的，工程師應(yīng)當(dāng)更多地在安全性和穩(wěn)定性方面考慮建筑結(jié)構(gòu)體系的升級(jí)，建立多重防線，對(duì)抗強(qiáng)風(fēng)和較強(qiáng)等級(jí)地震，即利用多道防線，形成具有延長(zhǎng)性的超靜定結(jié)構(gòu)，減小自然災(zāi)害帶來(lái)的危害。

2.4 樓屋蓋中概念設(shè)計(jì)

根據(jù)作者的多年經(jīng)驗(yàn)，多層建筑的樓屋蓋往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中容易忽視的設(shè)計(jì)區(qū)域，原因在于多層建筑的樓屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往僅考慮所可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)荷載，根據(jù)強(qiáng)度和變形的要求，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可，但實(shí)際上，多層建筑、高層建筑的樓屋蓋在抗震方面也有著不可忽視的作用。出于抗震考慮，目前多應(yīng)用現(xiàn)澆梁樓蓋，這種方式可以增強(qiáng)樓屋蓋的剛性，但同時(shí)會(huì)增加大梁的承載力，為了降低大梁負(fù)重，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求，不同類型的樓屋蓋在設(shè)計(jì)時(shí)有著不同的側(cè)重點(diǎn)。

有凹有凸的平面樓屋蓋，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意保證樓屋蓋的剛度，主要方法是加強(qiáng)拉梁和窄板處構(gòu)件。

側(cè)向剛度較小的體系。這種體系對(duì)于板的剛度數(shù)值有著嚴(yán)格的要求，如果數(shù)值不吻合，則不能驗(yàn)算出來(lái)在地震發(fā)生時(shí)建筑發(fā)生的具體變形。

樓屋蓋中部開(kāi)洞。這種形式在多層、高層建筑當(dāng)中很常見(jiàn)，要保證開(kāi)洞的樓屋蓋的穩(wěn)定性，應(yīng)加強(qiáng)洞周圍的構(gòu)件強(qiáng)度，并注重最小樓板寬度的數(shù)值，滿足這一要求。

2.5 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件中概念設(shè)計(jì)

非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也是建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)需要考慮的一個(gè)方面。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件是指建筑物外部附加的一些構(gòu)件，例如圍墻、鋼化玻璃蓬、女兒墻等，這些構(gòu)件在地震來(lái)臨時(shí)往往首先會(huì)被摧毀，這就需要工程師考慮這些構(gòu)件和建筑主體的相對(duì)關(guān)系及連接的穩(wěn)定性，以免在地震中這些構(gòu)件對(duì)周圍人的人身安全造成較大威脅。

3 結(jié)束語(yǔ)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)還要注意其他的一些問(wèn)題：第一，要分析設(shè)計(jì)是否具有經(jīng)濟(jì)性；第二，要選擇正確的運(yùn)算方法；第三，因?yàn)椴倏卮胧┮约败浖扔胁顒e，導(dǎo)致結(jié)果有差別。對(duì)于這種問(wèn)題，工作者必須合理地分析運(yùn)算數(shù)據(jù)，依靠自己的工作實(shí)踐來(lái)合理地把控。

參考文獻(xiàn)

[1]高鵬，喬可義.重視概念設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量[J].黑龍江科技信息，2011（3）.

[2]張廣生.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].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（6）.

[3]邢貴龍.建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（1）.

[4]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）.