建筑結(jié)構(gòu)設計中的概念設計與結(jié)構(gòu)設計

柳鵬

摘要：隨著社會的進步以及生活水平的不斷提高，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展為建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入了新的活力，并加快了建筑領(lǐng)域?qū)ζ渥鳂I(yè)中所使用的建筑技術(shù)的完善和優(yōu)化的腳步。建筑行業(yè)中最為關(guān)鍵的部分就是建筑結(jié)構(gòu)設計，它直接關(guān)系著整個建筑工程能否順利實施以及能否投入使用。而概念設計和結(jié)構(gòu)措施則是建筑結(jié)構(gòu)設計中的核心所在，因此為提高建筑結(jié)構(gòu)設計的水平，需要合理的應用概念設計和結(jié)構(gòu)措施。文章針對建筑結(jié)構(gòu)設計中的概念設計與結(jié)構(gòu)設計作了具體的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設計;概念設計;應用

在設計建筑結(jié)構(gòu)過程中，概念設計和結(jié)構(gòu)措施則發(fā)揮著重要作用，通過對概念設計和結(jié)構(gòu)措施的有效運用，從根本上增強了建筑結(jié)構(gòu)設計的水平和程度，從而推動了我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展和提高了我國國民經(jīng)濟的發(fā)展水平。

一、概念設計與結(jié)構(gòu)設計

概念設計與結(jié)構(gòu)設計相比，前者屬于“定性”的過程，而結(jié)構(gòu)設計則是將前者“定性”轉(zhuǎn)化為“定量”的過程。概念設計側(cè)重的是從全局角度綜合建筑物功能、結(jié)構(gòu)安全以及建設場地情況等因素確定結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式以及構(gòu)件尺寸等項目的過程。而結(jié)構(gòu)設計則是以概念設計確定的項目為基礎(chǔ)，依據(jù)力學原理與數(shù)學計算結(jié)果以及構(gòu)造規(guī)定對結(jié)構(gòu)進行最終設計的過程。

現(xiàn)實生活中，許多設計人員都忽略了概念設計的重要性。在進行結(jié)構(gòu)設計時，最先強調(diào)的是計算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造則不夠關(guān)心。據(jù)筆者的了解，部分結(jié)構(gòu)設計單位總工都不重視工程概念設計環(huán)節(jié)，他們的主要精力都放在對設計人員計算過程、計算結(jié)果以及設計圖紙的審核。此外，行業(yè)的一個誤區(qū)就是過分強調(diào)軟件的重要作用，許多設計人員（尤其是新手）一切設計均以軟件計算結(jié)果為準。這是極為不妥的，嚴重的甚至會導致事故的發(fā)生。

當然，我們應當在設計過程中同時加強對概念設計與結(jié)構(gòu)設計的重視，切不可厚此薄彼。概念設計固然重要，但是沒有準確的受力分析計算、沒有各組成構(gòu)件的安全保障，就沒有整體結(jié)構(gòu)的安全可靠。

二、概念設計對于建筑結(jié)構(gòu)設計的重要性

（一）建筑結(jié)構(gòu)設計的中心思想就是概念設計

在進行結(jié)構(gòu)設計時，將整體的概念應用于一個特定的建筑空間，最后實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)總體方案的設計，這也是一個結(jié)構(gòu)工程師主要的任務。概念設計可以體現(xiàn)先進設計思想的本質(zhì)，一般情況下人們的普遍想法是，一個結(jié)構(gòu)工程師對概念設計成果的完善以及創(chuàng)新，將會在他們工作年限不斷增加的過程中處理得越來越到位，然而這個規(guī)律只是一種假設，它只有在不被外部的一些條件加以約束限制的前提下才會出現(xiàn)。在進行實際的操作時，伴隨著不斷明確細化的社會分工，對于大多數(shù)的結(jié)構(gòu)工程師，他們不僅專業(yè)知識十分陳舊，而且缺乏概念設計的創(chuàng)新，在進行具體的設計實施工作時，他們也會十分依賴那些設計手冊以及規(guī)范，抑或是進行模仿性質(zhì)的創(chuàng)新，同時他們害怕于突破性以及自主性的創(chuàng)新，嚴重的甚至會產(chǎn)生抵觸的情緒對于新的工藝以及建筑方面的新技術(shù)。

（二）優(yōu)秀的概念設計有利于建筑結(jié)構(gòu)設計目標的實現(xiàn)

在當今社會，計算機結(jié)構(gòu)程序設計一體化已經(jīng)被廣泛應用，這些結(jié)構(gòu)工程師在使用計算機進行處理而獲得的設計結(jié)果，它們存在的不合理甚至產(chǎn)生的錯誤都沒有被結(jié)構(gòu)工程師及時地發(fā)現(xiàn)，就是因為它們過分地信賴計算機的設計處理結(jié)果。同時這也就導致了它們失去了學習結(jié)構(gòu)設計時的信念，這個信念就是要獨立自主地進行結(jié)構(gòu)設計，由此也導致了這些結(jié)構(gòu)工程師很難在創(chuàng)新上出現(xiàn)突破性的進展。概念設計十分重要有個最主要的原因，就是由于計算理論以及結(jié)構(gòu)設計理論這二者有很多的不可計算性以及缺陷性。例如在設計混凝土的結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)工程師是使用彈性理論這個計算方法來計算內(nèi)力，然而在進行截面設計時，卻是使用的極限狀態(tài)設計方法，這個設計方法是基于塑性理論的。由于這個計算結(jié)果十分矛盾，就導致了設計的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與計算結(jié)果相比，具有很大的差別，所以有必要對計算方法以及計算理論造成的差別進行彌補，要達到滿足結(jié)構(gòu)設計這個目標，就需要應用非常優(yōu)秀的概念 設計以及結(jié)構(gòu)對策。

三、建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計的應用

（一）基礎(chǔ)概念設計

基礎(chǔ)設計中的概念設計應在對建筑物基礎(chǔ)的地質(zhì)環(huán)境進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑物的位置和結(jié)構(gòu)形式對建筑物基礎(chǔ)的類型進行合理選擇，主要有樁基礎(chǔ)、箱式基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)等類型。當?shù)鼗临|(zhì)較軟弱，建筑物層數(shù)較多，荷載較大的情況下，天然地基不能滿足地基承載力的要求，則盡量采用樁基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)因為其擁有很好的整體剛度，能將上部結(jié)構(gòu)的荷載均勻地傳遞到建筑基礎(chǔ)上，在對建筑上部結(jié)構(gòu)進行有效嵌固的同時，能夠與周圍土體協(xié)同工作有效抑制地基的不規(guī)則沉降，所以在高層建筑中的應用比較廣泛。

（二）結(jié)構(gòu)的平面布置

在目前的建筑概念設計中，尤其是高層建筑，需重點考慮在水平荷載作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移，構(gòu)建完善的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，如何在滿足相關(guān)要求的前提下選擇更好的抗側(cè)力體系已經(jīng)成為一個優(yōu)秀建筑結(jié)構(gòu)設計人員的必備素質(zhì)。為降低風壓等因素的影響，建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式，并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響，還必須考慮有利于抵抗能力和豎向荷載。對于任何平面形式的高層建筑來說，其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置原則都是盡量使平面的質(zhì)量中心接近于抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心，沒有好的流體外形，就會對建筑產(chǎn)生長時間的水平應力。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，簡潔、規(guī)整、均勻?qū)ΨQ的平面設計對于合理布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是有利的。但是在實際中，質(zhì)量的分布不可能做到絕對的均勻，不可避免地會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應，因此設計人員除了考慮平面形狀對稱外，還要注意通過抗側(cè)力構(gòu)件的布置來提高結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)能力。

（三）結(jié)構(gòu)的豎向布置

良好的豎向布置不僅能夠滿足建筑使用功能的需求，更重要的還能滿足結(jié)構(gòu)的安全和傳力直接、明確、合理的要求。在豎向傳力體系設計設計中，首先要注意建筑不能超高，因為新的設計準則對建筑超高有了更嚴格的要求。其次，對高層建筑來說，必須保證相應的錨固深度，以更好的滿足地下停車庫和設備用房的建設需求，且能夠在一定程度上降低建筑物的重心，可提高建筑抗震能力及抗傾覆能力。在豎向形體設計中，有以下幾種形式可以選擇：（1）截錐形。該形體采用由下而上分段逐漸減小，呈現(xiàn)出階梯狀的體型。由于房屋頂部的樓面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在優(yōu)點外，在抗風和抗震方面也具有一定的優(yōu)越性。（2）上窄下寬形。隨著高度的增加，在符合豎向結(jié)構(gòu)的要求下，樓身向上不斷收進與變細，這樣可減輕承受的風力，降低樓體的重心，加強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，該形體主要包括退縮形體和削楔形體，前者具有截切式、收進式、臺階式等多種形式，后者則更有利于抗震與抗風，具有良好的穩(wěn)定性和韌性。（3）新月形。新月形房屋就像一個豎向的懸臂殼體一樣，它的作用就像波形的屋面殼體能有效地抵抗重力荷載，重力荷載被科學的分布在柱、殼、框架等結(jié)構(gòu)上，豎向的殼體合理的承受了建筑物的側(cè)向荷載，能有效地抵抗對稱作用與它的側(cè)向力。

四、結(jié)語：

總之，概念設計是建筑結(jié)構(gòu)設計過程中必不可少的組成部分，而結(jié)構(gòu)措施對建筑工程的順利進行起到了關(guān)鍵的促進作用，因此，在進行建筑結(jié)構(gòu)設計過程時，需要綜合運用概念設計與結(jié)構(gòu)措施，只有這樣才能最大限度的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，從而增加建筑的使用時間并提高建筑的質(zhì)量。

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