當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

崔波

【摘要】社會(huì)發(fā)展速度不斷加快，國(guó)民生活水平也隨之提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也在不斷增加。概念設(shè)計(jì)是近年來快速發(fā)展的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，不僅解決了設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的多種問題，也提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性。本文根據(jù)概念設(shè)計(jì)為核心，討論了概念設(shè)計(jì)的重要性，并且提出了概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果，希望為廣大建筑設(shè)計(jì)者提供參考。

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

概念設(shè)計(jì)作為新型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，是近年來在我國(guó)應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案，通過理性分析與感性規(guī)劃的互相融合，在設(shè)計(jì)行業(yè)采取概念設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)師可以快速處理建筑設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。建筑設(shè)計(jì)師通過概念設(shè)計(jì)建設(shè)了大量的優(yōu)秀建筑，我國(guó)設(shè)計(jì)行業(yè)再也不斷對(duì)概念設(shè)計(jì)理念進(jìn)行研究，尤其是近年來數(shù)量不斷增長(zhǎng)的智能建筑與高層建筑，非常適用概念設(shè)計(jì)方法。

一、概念設(shè)計(jì)理論

（一）概念設(shè)計(jì)原理

概念設(shè)計(jì)的原理就是無需使用數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，而是直接完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在以往的設(shè)計(jì)過程中，存在一些無法精準(zhǔn)分析或規(guī)范不明的情況，通過概念設(shè)計(jì)方案，以結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)管理、破壞機(jī)理、工程經(jīng)驗(yàn)、震害實(shí)驗(yàn)得出有效的設(shè)計(jì)原理與基礎(chǔ)建設(shè)方案，通過整體角度完成建筑結(jié)構(gòu)布局，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)微處的抗震調(diào)整。

（二）拓寬設(shè)計(jì)思路

通過概念設(shè)計(jì)，可以拓寬設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思路。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作更加重視建筑的結(jié)構(gòu)抗力，為了提高抗力，必須使用高等級(jí)混凝土，而配筋量也隨之提升，導(dǎo)致工程造價(jià)不斷提升。建筑設(shè)計(jì)師過度重視結(jié)構(gòu)抗力，在設(shè)計(jì)的過程中，只要不超過標(biāo)準(zhǔn)配筋率，就會(huì)不斷添加配筋量，導(dǎo)致建筑經(jīng)常出現(xiàn)肥梁、胖柱。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，一般根據(jù)基礎(chǔ)尺寸、砼等級(jí)計(jì)算結(jié)構(gòu)剛度，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)剛度完成地震力計(jì)算，之后計(jì)算配筋率。但是建筑結(jié)構(gòu)剛度越大，在地震災(zāi)害中，就會(huì)受到更大的地震效應(yīng)，在配筋率提升的情況下，建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)承受更加巨大的地震力。受到這種情況影響，原本為了提高建筑抗震性能的設(shè)計(jì)方案，反而成為增大建筑結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)的原因。

（三）隔震效能

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要的研究方向就是隔震消能技術(shù)。隔震效能需要在基礎(chǔ)與建筑主體間增設(shè)隔震層，通過消能支撐、建筑頂端反擺等裝置，在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)進(jìn)行相反作用，使建筑阻尼增大，降低建筑加速度，避免大位移導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)破壞，使建筑結(jié)構(gòu)維持安全性。通過我國(guó)地震統(tǒng)計(jì)資料得出，采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，可以有效降低地震效應(yīng)，最優(yōu)秀的建筑方案甚至可以達(dá)到65%的抗震效果，而且室內(nèi)物品也得到了有效保障。

（四）加強(qiáng)設(shè)計(jì)效果

建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在地震災(zāi)害出現(xiàn)后，地震力存在較大不確定性，所以人們經(jīng)常無法準(zhǔn)確計(jì)算出地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞。在建筑結(jié)構(gòu)抗震環(huán)境下，材料性能與施工變異性都會(huì)產(chǎn)生無法準(zhǔn)確計(jì)算的不確定因素，受到這種因素影響，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)效果計(jì)算時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差距較大的問題，甚至部分作用效應(yīng)根本無法進(jìn)行計(jì)算。受到上述問題影響，建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算經(jīng)常出現(xiàn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，為了解決這種情況，采取概念設(shè)計(jì)方案，不僅可以有效解決這些問題，也可以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

二、概念設(shè)計(jì)的重要性

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中，生活中不斷開始進(jìn)行應(yīng)用，而概念設(shè)計(jì)作為重要的新型設(shè)計(jì)技術(shù)，是建筑業(yè)發(fā)展的重要表現(xiàn)。

（一）完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的空間局限性，不能合理進(jìn)行建筑整體性規(guī)劃。通過概念設(shè)計(jì)，可以從整體角度規(guī)劃建筑地理?xiàng)l件與空間環(huán)境，通過整體與部分進(jìn)行綜合辯證，完成具體的分析工作。目前在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，計(jì)算理論與設(shè)計(jì)理論經(jīng)常涉及到無法計(jì)算的內(nèi)容或者無法預(yù)測(cè)的因素，例如在計(jì)算鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果時(shí)，優(yōu)于截面設(shè)計(jì)根據(jù)塑性原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)計(jì)算，但是內(nèi)力設(shè)計(jì)需要根據(jù)彈性理論完成計(jì)算，受到這兩種因素的影響，最終計(jì)算的數(shù)據(jù)與實(shí)際承受力存在較大差異，這種情況就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失效。為了解決這種問題，就需要合理應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，根據(jù)工程實(shí)際情況，客觀評(píng)價(jià)與分析所發(fā)生的問題，找出適合的處理措施，滿足結(jié)構(gòu)布局要求。

（二）優(yōu)化計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用的重要設(shè)備，幫助建筑設(shè)計(jì)師完成了大量的工作，雖然計(jì)算機(jī)具有快捷、方便、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然受到一定的局限，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案存在較大缺陷。例如設(shè)計(jì)師長(zhǎng)期依賴計(jì)算機(jī)軟件完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致自身的設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)靈感不斷下降，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，部分設(shè)計(jì)師為了減少工作量，直接使用程序中的分析結(jié)果作為實(shí)際設(shè)計(jì)方案，完全將建筑設(shè)計(jì)交由計(jì)算機(jī)軟件完成，這種情況導(dǎo)致大量建筑結(jié)構(gòu)十分雷同，根本無法表達(dá)出設(shè)計(jì)方案的亮點(diǎn)，也失去了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心價(jià)值。單純使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在建筑行業(yè)快速發(fā)展的環(huán)境下，設(shè)計(jì)師將不斷失去核心競(jìng)爭(zhēng)力，最終被行業(yè)所淘汰。概念設(shè)計(jì)可以有效發(fā)揮出設(shè)計(jì)師的靈感，通過個(gè)人想象力完成方案設(shè)計(jì)，并不是將設(shè)計(jì)交由計(jì)算機(jī)，而是通過計(jì)算機(jī)完成一些繁瑣的輔助工作。通過概念設(shè)計(jì)，可以充分表達(dá)出建筑設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性思維，不僅可以為建筑行業(yè)發(fā)展提供持續(xù)的動(dòng)力，還可以創(chuàng)造更加豐富多彩的建筑設(shè)計(jì)方案，提高我國(guó)建筑行業(yè)的整體水平，也為建筑設(shè)計(jì)師提供更加廣闊的發(fā)展空間。

三、概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

（一）加強(qiáng)施工環(huán)境應(yīng)用效果

概念設(shè)計(jì)非常重視建筑與施工環(huán)境的契合效果，在選擇概念設(shè)計(jì)場(chǎng)地時(shí)，會(huì)根據(jù)場(chǎng)地的不同決定設(shè)計(jì)方案。雖然前期施工并不會(huì)表現(xiàn)出場(chǎng)地的差別，但是在后期施工中，場(chǎng)地的不同可能對(duì)建筑效果造成較大影響。在選擇地點(diǎn)的過程中，需要根據(jù)建筑邊界、建筑高度、防火間距、現(xiàn)場(chǎng)地形進(jìn)行綜合分析，并且在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)地震帶分布情況，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在建設(shè)開始前，就完成了抗震的設(shè)計(jì)。

（二）提高結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的合理性

在完成建筑施工環(huán)境的選擇后，通過概念設(shè)計(jì)，可以根據(jù)建筑使用要求選擇基礎(chǔ)形式。目前我國(guó)使用的基礎(chǔ)類型包括樁基礎(chǔ)、筏型基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)，為了加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)效果的了解，本文以箱形基礎(chǔ)為例進(jìn)行分析。箱形基礎(chǔ)在高層建筑中的應(yīng)用較為廣泛，該基礎(chǔ)的整體剛度較好，可以提高荷載的轉(zhuǎn)移效果，將上部荷載均勻轉(zhuǎn)移到下部基礎(chǔ)之中，提高建筑結(jié)構(gòu)的嵌固效果，避免出現(xiàn)箱基不均勻沉降現(xiàn)象發(fā)生，使建筑抗震承受力得到有效提升。

四、結(jié)束語

通過概念設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以發(fā)揮出建筑設(shè)計(jì)師的主觀能動(dòng)性，也可以表達(dá)出設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)靈感，通過設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)、想象力，結(jié)合工程力學(xué)與建筑學(xué)等理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)秀建筑結(jié)構(gòu)方案。近年來，通過概念設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建筑數(shù)量不斷增加，設(shè)計(jì)師也在不斷學(xué)習(xí)概念設(shè)計(jì)的方法，不僅使設(shè)計(jì)者的思路得以擴(kuò)展，也提高了我國(guó)設(shè)計(jì)行業(yè)的整體水平。在未來發(fā)展的過程中，概念設(shè)計(jì)將成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心方法之一，為我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

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