淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計

余炳坤

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會進(jìn)步，建筑事業(yè)也獲得了飛速的發(fā)展，加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究，成為提升建筑質(zhì)量的重要途徑。概念設(shè)計作為建筑設(shè)計創(chuàng)新的主要途徑，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。

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

在建筑事業(yè)不斷發(fā)展的條件下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法越來越多，概念設(shè)計作為創(chuàng)新設(shè)計的重要形式，其優(yōu)點(diǎn)越來越多的體現(xiàn)出來，被更多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師所發(fā)現(xiàn)和采納，并成為當(dāng)前至今后一段時間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要思想。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的內(nèi)涵

1.1 概念設(shè)計的內(nèi)容分析。概念設(shè)計是指在工程項目的策劃及初始設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師按照已有的建筑設(shè)計理論，并根據(jù)工程的施工經(jīng)驗(yàn)，從宏觀的思維出發(fā)，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的策略做概念性的評價與選擇。設(shè)計師通過將整個建筑結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)布局做必要的抗震保護(hù)，以提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。所得到的方案一般概念清晰，定位準(zhǔn)確，便于進(jìn)行手算，有效的避免后期設(shè)計過程中產(chǎn)生的一些繁瑣的計算，提高建筑設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。同時，概念設(shè)計也是進(jìn)行計算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠性判斷的主要依據(jù)。

1.2 概念設(shè)計的基本步驟的分析 。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，概念設(shè)計是在建筑設(shè)計師不斷滿意的過程中實(shí)現(xiàn)的，概念設(shè)計的過程可以劃分為下面三個步驟：

1.2.1 分析階段。即對設(shè)計問題做全面理解的過程。分析階段的主要特征是設(shè)計系統(tǒng)信息的模糊性，在進(jìn)行分析的過程中，手中掌握的數(shù)據(jù)是不全面的，可供設(shè)計師使用的陳述同樣需要進(jìn)行陳述和充實(shí)。

1.2.2 綜合階段。即實(shí)現(xiàn)解決方案的一個過程。在這一步驟實(shí)施的過程中，設(shè)計師通過使用各種專業(yè)知識，按照所積累的工程經(jīng)驗(yàn)，將建筑設(shè)計的大體思路，借助于圖紙的形式表達(dá)出來的過程。這一過程的主要特點(diǎn)是通過設(shè)計師的靈感和專業(yè)思維發(fā)揮主導(dǎo)作用，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的表達(dá)和產(chǎn)生。

1.2.3 評估階段。即對設(shè)計出的方案做有效判斷和選擇的過程。這一階段的特點(diǎn)是循環(huán)的過程，該循環(huán)過程會持續(xù)到雙方對方案滿意為止。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在作出評估的時候，會通過各種功能模型、計算手段等對比各個方案的優(yōu)勢，以更好的獲得建筑施工的經(jīng)濟(jì)性和建筑施工技術(shù)的可行性。

2 建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計

概念設(shè)計不同于結(jié)構(gòu)設(shè)計，它是從豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中慢慢摸索出來的一種模式，概念設(shè)計是結(jié)合實(shí)際的建筑要求（包括功能要求，抗震要求等）由粗到細(xì)地進(jìn)行定量設(shè)計的一種設(shè)計方法。而結(jié)構(gòu)設(shè)計則是跟它相反的過程，結(jié)構(gòu)設(shè)計是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)一些有用的東西，首先需要知道力學(xué)、數(shù)學(xué)等一些專業(yè)知識，然后依賴于計算機(jī)得到定量的數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)對一些指標(biāo)進(jìn)行定性的設(shè)計，使其滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求。概念設(shè)計會影響到建筑物的總造價、施工進(jìn)度等整體性問題，如果概念設(shè)計出了問題，會對以后的整個施工過程造成一定程度的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過定量計算選好結(jié)構(gòu)體系后再對局部進(jìn)行定性的分析，如果出現(xiàn)了問題，會影響到結(jié)構(gòu)局部的安全性能。然而對于一個優(yōu)質(zhì)的工程項目來說，總體和局部的安全性和合理性都是同等重要的，所以概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該是相輔相成的關(guān)系，而不是對立的，只要二者兼顧才能設(shè)計出好的構(gòu)思和方案。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用原則。首先，建筑設(shè)計師應(yīng)該堅持精選結(jié)構(gòu)簡圖的原則，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計應(yīng)該建立在結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過計算工程簡圖的方法進(jìn)行分析。精選建筑結(jié)構(gòu)簡圖是保證結(jié)構(gòu)概念設(shè)計準(zhǔn)確合理的重要條件，設(shè)計師一旦選擇了不合適的結(jié)構(gòu)簡圖就會給概念設(shè)計以片面依據(jù)，進(jìn)而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致建筑工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，為此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師必須保證建筑物的結(jié)構(gòu)簡圖誤差控制在合理范圍內(nèi)，同時在嚴(yán)格審查和分析結(jié)構(gòu)簡圖。其次，建筑設(shè)計師必選堅持合理選擇結(jié)構(gòu)方案的選擇，設(shè)計師最終選擇的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案必須可以滿足建筑物設(shè)計的經(jīng)濟(jì)安全合理設(shè)計原則，建筑物結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的方案可能會有很多中變化，但是相關(guān)設(shè)計人員必須將各個方案加以對比分析，選擇其中最可行最經(jīng)濟(jì)合理的方案，在進(jìn)行方案對比時，應(yīng)該對建筑工程的材料質(zhì)量和地理環(huán)境等做出正確評估，并且與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計各個環(huán)節(jié)的專業(yè)人員進(jìn)行交流溝通，最終選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。最后，建筑設(shè)計師應(yīng)該堅持精確分析計算結(jié)果的原則，隨著信息科技的快速發(fā)展進(jìn)步，市場上使用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件種類復(fù)雜多樣，并且每一種設(shè)計計算軟件的計算結(jié)果各不相同，這在很大程度上增加了建筑設(shè)計計算的難度，為此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)該依照建筑設(shè)計的具體需要，并結(jié)合不同軟件的程序設(shè)計原理和技術(shù)條件，選擇最合適的計算軟件，確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用范圍。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，建筑結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用范圍主要包括水平側(cè)移、水平荷載、結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和延性等幾個方面，通過結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。其中水平側(cè)移是指建筑物在水平荷載的作用下，不同高度層發(fā)生的不同程度的水平側(cè)移，譬如，建筑物在受到地震力的作用時，水平側(cè)移會十分明顯；在風(fēng)力的作用下，建筑物的頂部結(jié)構(gòu)的側(cè)移量會與建筑物的高度成四次方成關(guān)系；在建筑物結(jié)構(gòu)的側(cè)移范圍超過一定范圍之后，會引起建筑物的頂部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，甚至倒塌，建筑物的結(jié)構(gòu)會因?yàn)槭艿剿絺?cè)移的作用出現(xiàn)不同程度的破壞，嚴(yán)重影響建筑物的正常使用壽命。

水平荷載主要是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮的因素有地震力和風(fēng)力。通常情況下，在水平均勻荷載的作用下，垂直的平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件彎矩與設(shè)計建筑總高度之間是二次平方關(guān)系，為此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計師為了保證風(fēng)的荷載暢通的經(jīng)過建筑物表面，即受水平荷載作用的限制，建筑物的總高度和建筑平面的形體形狀設(shè)計則可以使用結(jié)構(gòu)概念，減少繁瑣計算，與此同時，設(shè)計師還應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)算，確保單個構(gòu)件和整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

建筑物構(gòu)件的連續(xù)性是指建筑物構(gòu)件的連接處受力方向突然發(fā)生變化時，應(yīng)力會突然集中，建筑構(gòu)件的連續(xù)性可以減少這種內(nèi)應(yīng)力，使得建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力均勻分布，不至于過于集中，進(jìn)而降低建筑材料受應(yīng)力集中影響，出現(xiàn)材料耗損的情況，維護(hù)建筑物結(jié)構(gòu)材料的性能。建筑物結(jié)構(gòu)的延性主要是指建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在受到力的作用時，建筑物構(gòu)件會屈服變形，由于建筑物構(gòu)件的塑性變形依然存在，作用力對建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效果可能會通過建筑物構(gòu)件的變形而緩解，使建筑物不至于倒塌。

3.3 強(qiáng)柱、弱梁、更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)。強(qiáng)柱弱梁是保證在強(qiáng)震作用下，框架的塑性鉸首先在梁上發(fā)生而不在柱上發(fā)生，避免框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)樓層破壞機(jī)制。在強(qiáng)震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不存在承載力儲備，梁端受彎承載力即為實(shí)際可能達(dá)到的最大彎矩，柱端實(shí)際可能達(dá)到的最大彎矩也與其偏壓下的受彎承載力相等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)能采用塑形變形，從而大量的消耗地震能量，較小地震作用，同時還能保證框架結(jié)構(gòu)具有承受豎向荷載的能力，同時還要遵循強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)構(gòu)造的設(shè)計原則。

4 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)概念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用會被進(jìn)一步推廣，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)該加強(qiáng)自身對結(jié)構(gòu)概念的理解和掌握，汲取國內(nèi)外的先進(jìn)設(shè)計理念，增強(qiáng)自身的創(chuàng)新能力，進(jìn)而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體水平。

參考文獻(xiàn)

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