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

劉飛絮

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)概述

1.1 概念設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

通常而言，概念設(shè)計(jì)指的是不通過(guò)數(shù)值計(jì)算，尤其是在不能開(kāi)展精確的理性分析或者設(shè)計(jì)規(guī)范中沒(méi)有明確規(guī)定的條件下，綜合各種條件，比如說(shuō)：整體結(jié)構(gòu)體系、力學(xué)關(guān)系、各結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理等，從宏觀、整體的角度來(lái)開(kāi)展的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，概念設(shè)計(jì)著手于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案，能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的力學(xué)分布計(jì)算、結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等問(wèn)題進(jìn)行嚴(yán)格的處理。

1.2 概念設(shè)計(jì)的重要性

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)具有十分重要的作用，有效的應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，不但能夠有效的豐富建筑結(jié)構(gòu)工程師的經(jīng)驗(yàn)，并且可以使得其設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)成果得以不斷的創(chuàng)新與完善。但是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師大多會(huì)把設(shè)計(jì)思想限制在設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)范之中，難以進(jìn)行新技術(shù)的挑戰(zhàn)，創(chuàng)新動(dòng)力不足，這就致使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念難以更新，缺乏創(chuàng)意與突破。此外在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論中總是容易出現(xiàn)計(jì)算和實(shí)際情況不符的問(wèn)題，以及出現(xiàn)難以計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，因此需要概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施相結(jié)合來(lái)推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該綜合自身知識(shí)情況，選擇最為安全、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，因此，建筑結(jié)構(gòu)工程師唯有不斷豐富自身掌握的結(jié)構(gòu)概念，結(jié)合對(duì)結(jié)構(gòu)性能的認(rèn)識(shí)與了解，才能夠確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，使得設(shè)計(jì)任務(wù)得以完成。

2 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)措施

為了切實(shí)確保建筑結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性，有效提高建筑工程的抗震性能，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該注重防震性與安全性。主要措施包括以下幾點(diǎn)：

①在建筑場(chǎng)地選擇的時(shí)候，應(yīng)該保證其具有較好的抗震性，切實(shí)提高建筑的穩(wěn)定性能，應(yīng)該盡可能避開(kāi)不利的地段，或者應(yīng)用有效的措施進(jìn)行防震。②選擇與抗震要求相符的結(jié)構(gòu)材料，并且確保建筑結(jié)構(gòu)的均勻性與延性，保證建筑結(jié)構(gòu)體系可以滿足要求，達(dá)到抗震效果。③對(duì)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)弱進(jìn)行優(yōu)化，盡量多設(shè)置一些抗震防線，使得防線能夠在發(fā)揮抗震的作用。④不僅應(yīng)該提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)關(guān)鍵構(gòu)件的延性。⑤確保抗震的構(gòu)造連接能夠和計(jì)算過(guò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，使得構(gòu)造連接能夠符合規(guī)范，確保結(jié)構(gòu)的整體性。⑥使得建筑物的立面布置、平面布置能夠符合概念設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，確保方案的規(guī)范性。⑦讓常規(guī)的通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合設(shè)計(jì)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)概念與實(shí)際相結(jié)合的方法進(jìn)行計(jì)算與分析，并且進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整。

3 概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 選擇合理的建筑場(chǎng)地

在設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)前應(yīng)該對(duì)施工場(chǎng)地予以考慮，其會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)生重要的影響。在進(jìn)行建筑場(chǎng)地選擇的時(shí)候，通常應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：抗震因素、日照間距、建筑退界、防護(hù)距離等。其中抗震因素最為重要，所以在進(jìn)行選址的時(shí)候應(yīng)該盡可能的避開(kāi)地質(zhì)條件較差的地段，如果地段不可選的情況下，在工程設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要充分考慮地基處理以及抗震措施等因素，除此之外，還應(yīng)該在工程設(shè)計(jì)前對(duì)選址的地點(diǎn)開(kāi)展地質(zhì)勘測(cè)，對(duì)地基的穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)的分析。

3.2 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇建筑結(jié)構(gòu)

在選擇好建筑場(chǎng)地后，應(yīng)該依據(jù)建筑物所在區(qū)域的地形特點(diǎn)和建筑結(jié)構(gòu)形式來(lái)進(jìn)行地基形式的選擇。建筑地基基礎(chǔ)主要包括：箱型基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)等，箱型基礎(chǔ)的整體剛度比較好，其能夠?qū)⒑奢d均勻的從建筑物的上部傳到下部，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以有效的避免基礎(chǔ)局部出現(xiàn)不均勻的沉降問(wèn)題，除此之外，其還能夠有效的增強(qiáng)建筑物的整體抗震效果，切實(shí)提高建筑物的抗震性能。樁基礎(chǔ)通常適用于高層結(jié)構(gòu)、軟土質(zhì)松散土等之中，現(xiàn)在在高層建筑中應(yīng)用較為廣泛。樁基礎(chǔ)通常從上到下來(lái)傳遞荷載，在天然地基之中荷載傳遞的效果最佳，而且能夠較好的保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 建筑物主題結(jié)構(gòu)的選擇

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循對(duì)稱(chēng)合理的原則，這樣能夠使得建筑物的扭矩力得以有效降低，而且可以較好的確保非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性，并且在工程施工中能夠有效降低材料的耗損。建筑物對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)可以切實(shí)有效的降低側(cè)力破壞的影響，工程實(shí)踐之中較為常用的方法是剪力墻布置。要想實(shí)現(xiàn)建筑物的對(duì)稱(chēng)性，通常應(yīng)該調(diào)整建筑平面型心、結(jié)構(gòu)側(cè)心以及建筑物質(zhì)心等的對(duì)稱(chēng)性，通常是對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，進(jìn)而使得建筑整體的穩(wěn)定性得以有效實(shí)現(xiàn)。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)剛度選擇

剛度是確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)師在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循穩(wěn)定性的要求，對(duì)建筑物開(kāi)展科學(xué)的驗(yàn)算，并找出最恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案。剛度設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，會(huì)在一定程度上延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的有效應(yīng)用

4.1 基礎(chǔ)措施與建筑上部結(jié)構(gòu)關(guān)系的協(xié)同

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的系統(tǒng)表現(xiàn)為，基礎(chǔ)措施和建筑上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系，也就是在設(shè)計(jì)中應(yīng)該把基礎(chǔ)設(shè)施和建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)做一個(gè)統(tǒng)一的整體，不可以在理念和操作中將兩者給區(qū)分開(kāi)來(lái)。例如，在建筑工程施工中，特別是在磚混結(jié)構(gòu)施工中，必須要嚴(yán)格講構(gòu)造柱上部結(jié)構(gòu)、圈梁以及筑地基等給連接成一個(gè)統(tǒng)一的整體，從而保證工程的穩(wěn)定性；并不能僅僅依靠建筑地基的綜合效果來(lái)避免不均勻沉降問(wèn)題，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)受力過(guò)程中的協(xié)同關(guān)系

概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施的協(xié)同還表現(xiàn)為，在建筑結(jié)構(gòu)受力的時(shí)候，各構(gòu)建都能夠?qū)崿F(xiàn)較大的應(yīng)力，尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量避免層次間、短柱間的橫梁結(jié)構(gòu)差異的問(wèn)題。隨著建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)與高度的不斷升高，水平、豎向荷載也會(huì)不斷的增加，這也增加了建筑底層間的承受重量，致使建筑結(jié)構(gòu)底層短柱問(wèn)題的出現(xiàn)。在工程實(shí)踐過(guò)程中，為了切實(shí)避免這一問(wèn)題，可以對(duì)大截面柱開(kāi)展施工操作，也就是在柱截面之上應(yīng)用開(kāi)豎槽等方法將矩形柱變成田形柱，進(jìn)而來(lái)加大基柱的長(zhǎng)細(xì)比例，節(jié)約建筑的看空間。除此之外，在同個(gè)框架中常存在長(zhǎng)短梁，這是不科學(xué)的。猶豫長(zhǎng)短梁會(huì)受到水平作用力的影響，會(huì)不斷增大剪力，梁端的正負(fù)彎矩也會(huì)不斷增大，配筋則受到水平力的影響。但是豎向上的荷載力無(wú)法發(fā)揮作用，致使梁端正彎矩鋼筋超筋，所以此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅無(wú)法滿足協(xié)同工作的要求，并且會(huì)增加建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)。

對(duì)于這種問(wèn)題，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)增強(qiáng)樓層、大梁自身的剛度，進(jìn)而使得柱能夠承受住較大的彎矩；在水平方向上應(yīng)該保證相等的慣性矩等，這樣能夠避免同方向上出現(xiàn)強(qiáng)度過(guò)大問(wèn)題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，雖然角柱軸壓較小，但是其能夠在抗扭之中發(fā)揮非常重要的作用，并且在水平力的作用之下，角柱軸力通常會(huì)出現(xiàn)較大的變化，這就要求角柱具有較強(qiáng)的變形力。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)材料利用率的控制

概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的協(xié)同主要是為了對(duì)建筑材料進(jìn)行充分的利用，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程材料的利用率具有十分重要的作用，利用率越高則證明概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施間的協(xié)同率越高。就建筑結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化角度而言，雖然保證建筑結(jié)構(gòu)性能最佳的方案并不是材料利用率最高的方案，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還是能夠盡量的提升材料的利用率。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中的節(jié)能策略具有十分重要的作用，能夠切實(shí)保證資源的有效利用，保證可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。在梁類(lèi)構(gòu)建中我們可以看出，矩形截面梁是較為普通的一種受彎構(gòu)件，其利用率較低。例如，臨近中和軸的材料盈利水平比較低，但是也會(huì)隨著彎矩隨著梁長(zhǎng)的改變，就等截面梁來(lái)說(shuō)，很多區(qū)段即使使用的拉壓邊緣應(yīng)力也相對(duì)較低；依據(jù)梁的主要特點(diǎn)，可以就其展開(kāi)結(jié)構(gòu)概念的分析，梁截面會(huì)進(jìn)行應(yīng)力梯度變化，當(dāng)材料是軸心受力的時(shí)候，其利用率也會(huì)相應(yīng)的增加。因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以把平面梁架當(dāng)成重要的梁體進(jìn)行應(yīng)用，這樣不但能夠提高經(jīng)濟(jì)性能，而且能夠大大降低重量。

5 結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的協(xié)調(diào)應(yīng)用，有助于推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，因此相關(guān)人員予以不斷的努力。