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

王 攀，郎明偉

（錦州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 錦州 121000）

近些年來(lái)，隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑工程數(shù)量、規(guī)模都在不斷擴(kuò)張，這也對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新要求與新目標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，若是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，不僅會(huì)影響建筑施工效率，也會(huì)影響到建筑工程的安全性。而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，能夠準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、可行性，保證建筑工程可靠性與穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 概念設(shè)計(jì)內(nèi)涵

從本質(zhì)上分析，概念設(shè)計(jì)指的是明確概念設(shè)計(jì)方向之后，由工程師收集、整理、分析有關(guān)設(shè)計(jì)資料，然后針對(duì)具體步驟與內(nèi)容進(jìn)行有效分解，重新設(shè)計(jì)一套與建筑方案構(gòu)思相契合的科學(xué)方案。而在概念設(shè)計(jì)過(guò)程之中應(yīng)該綜合考慮建筑涉及的各個(gè)方面，如地理環(huán)境、建筑形狀以及建筑功能等，同時(shí)也要對(duì)這些內(nèi)容展開(kāi)深度分析與科學(xué)規(guī)劃，才能設(shè)計(jì)出融合多方要素的設(shè)計(jì)概念。此外，概念設(shè)計(jì)對(duì)工程師的要求比較嚴(yán)格，其要具備超強(qiáng)的綜合能力。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的重要性

2.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入概念設(shè)計(jì)，通過(guò)架構(gòu)與對(duì)比，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與完善。關(guān)于概念設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用，設(shè)計(jì)師必須考慮建筑總體性，有效把握設(shè)計(jì)整體框架，這樣不但能夠緩解設(shè)計(jì)工作壓力，也能夠節(jié)省人力、物力資源。此外，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入概念設(shè)計(jì)，也能夠提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性，保證建筑工程的建設(shè)質(zhì)量。

2.2 創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不是一揮而就的，需要通過(guò)大量實(shí)踐積累更多的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠逐步完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、理念等的優(yōu)化、創(chuàng)新、調(diào)整。而概念設(shè)計(jì)就是根據(jù)以往建筑工程實(shí)際情況進(jìn)行總結(jié)與歸納，從而設(shè)計(jì)出一套科學(xué)、完善的思路方案，并把這一思路方案應(yīng)用在新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，有效規(guī)避建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生同樣問(wèn)題，切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率與成果。針對(duì)傳統(tǒng)意義上的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般是設(shè)計(jì)師根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雖然可以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)性、規(guī)范性以及完善性，可是也存在一些弊端，比如嚴(yán)重依賴計(jì)算機(jī)等信息軟件。若是缺少概念設(shè)計(jì)，那么很難判斷出計(jì)算結(jié)果是否正確，從而留下安全隱患。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入概念設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)師相互交流概念設(shè)計(jì)理念，啟發(fā)新的設(shè)計(jì)靈感，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新性和合理性。

2.3 提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體水平

通過(guò)深入理解與有效把握概念設(shè)計(jì)，能夠在很大程度上提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性、合理性。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)師能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的問(wèn)題，最大程度地提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作效率與成果。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面分析，需要對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，而概念設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確、有效借鑒其他工程計(jì)算結(jié)果，通過(guò)對(duì)初期數(shù)據(jù)的處理，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與完善，這樣就能夠有效提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率與水平。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)需要考量的因素

3.1 建筑場(chǎng)地

建筑場(chǎng)地是建筑工程建設(shè)的根本性前提，因此必須選擇一塊最佳的建筑用地，才可以實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的有序推進(jìn)。而在建筑場(chǎng)地選擇過(guò)程之中，需要設(shè)計(jì)師綜合考量各種有關(guān)要素，比如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、人文地理以及自然氣候等，以綜合評(píng)估結(jié)果最佳的位置為建筑場(chǎng)地。若是無(wú)法兼顧所有方面，就必須有所傾向、側(cè)重。此外，也要考慮到建筑用地抗震與泥石流等方面的防護(hù)，保證建筑工程施工的安全性。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)體系

目前，建筑工程的結(jié)構(gòu)體系基本分為框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)等。根據(jù)我國(guó)出臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及框剪結(jié)構(gòu)等都有著不同要求。事實(shí)上，這些建筑結(jié)構(gòu)體系并沒(méi)有優(yōu)劣之分，僅僅是適用不同的建筑類型或者是不同的建筑功能。因此結(jié)構(gòu)工程師必須全面了解各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系，并且準(zhǔn)確把握不同建筑結(jié)構(gòu)體系的具體適用類型與構(gòu)造特點(diǎn)。

3.3 建筑主體結(jié)構(gòu)

通常狀況下，建筑工程需要貫徹對(duì)稱合理的基本原則。大多數(shù)中國(guó)人比較喜歡對(duì)稱美，而且采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)也可以最大程度地減小扭矩，從而保證建筑安全性、穩(wěn)定性，最重要的是還可以節(jié)約材料，提高施工便捷性。此外，也會(huì)選擇剪力墻結(jié)構(gòu)減小建筑側(cè)力破壞對(duì)建筑穩(wěn)定性的影響。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合分析建筑平面中心與結(jié)構(gòu)側(cè)心以及建筑物質(zhì)心保持對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)稱。

3.4 建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用發(fā)揮著重要作用，不僅可以提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性，還可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)資源的優(yōu)化配置。概念設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用，首先需要改造建筑不利影響要素，以使其達(dá)成建筑設(shè)計(jì)基本要求。其次結(jié)合概念設(shè)計(jì)完成建筑設(shè)計(jì)，保證各個(gè)方面的設(shè)計(jì)都具備可行性、科學(xué)性，同時(shí)也使建筑施工更具操作性與實(shí)際性，充分滿足現(xiàn)代建筑學(xué)基本要求。如今概念設(shè)計(jì)中采用的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類型主要分為箱型基礎(chǔ)與筏形基礎(chǔ)，其中筏形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不但能夠把地基承受力均勻分散至建筑整體，還能夠防止地基發(fā)生沉降問(wèn)題。而箱型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和筏形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)正好相反，其可以和建筑底層連接成為一個(gè)整體，可以在很大程度上提高地基承載力，保證建筑的穩(wěn)定性與安全性?？偠灾?，不管采用哪一種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類型，都必須以建筑實(shí)際情況為依據(jù)，這樣才可以保證建筑工程建設(shè)質(zhì)量。

3.5 結(jié)構(gòu)材料利用率

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，必須和結(jié)構(gòu)措施同步進(jìn)行，絕不能獨(dú)立進(jìn)行，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)相協(xié)同，才可以實(shí)現(xiàn)建筑材料利用率的最大化。隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)協(xié)同度的不斷提升，建筑材料利用率也會(huì)持續(xù)提高。但是也存在概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)同度比較高，且建筑材料利用率也很低的情況，這就需要制定更好的建筑材料利用方案。近些年來(lái)，隨著綠色節(jié)能環(huán)保理念的推廣與普及，在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)融入節(jié)能環(huán)保理念，不但提高建筑材料利用率，也是順應(yīng)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要表現(xiàn)。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)中普遍采用矩形截面，但是利用率卻比較低。隨著梁長(zhǎng)度的不斷增加，矩形截面梁的邊緣應(yīng)力就會(huì)有所減小。結(jié)合梁的基本特點(diǎn)，其梁截面也會(huì)受到盈利梯度變化而發(fā)生改變，其利用率也會(huì)有所增加?；诖?，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該選擇平面梁架，這樣不但可以減小載重，也可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 概念設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 工程概況

以錦州某建筑工程項(xiàng)目為例，該工程樓高是33 層，分為地下1 層，地上32 層。設(shè)計(jì)的風(fēng)荷載為50 年一遇，基本風(fēng)壓為0.6kN/m，抗震等級(jí)為二級(jí)。

4.2 地形地質(zhì)條件

此建筑工程設(shè)計(jì)了地下1 層，因此在很大程度上提高了建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。通過(guò)對(duì)建筑現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘查報(bào)告進(jìn)行綜合性分析，設(shè)計(jì)師選擇了混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，這樣不僅能夠保證建筑工程質(zhì)量，也提高了建筑施工效率。與此同時(shí)，建筑工程中樁基設(shè)計(jì)為乙級(jí)，具體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為25m。

4.3 結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)柱的軸壓比大小決定著其塑性變形能力，事實(shí)上構(gòu)件變形能力對(duì)機(jī)構(gòu)延展性起著良好的制約作用。此項(xiàng)工程綜合分析與考量了平面布局與抗側(cè)力性能，然后選擇了剪力墻結(jié)構(gòu)。此外，經(jīng)過(guò)對(duì)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境的深入分析與研究，應(yīng)將剪力墻抗震等級(jí)應(yīng)該設(shè)計(jì)成為二級(jí)。

4.4 布置剪力墻

對(duì)于建筑物的統(tǒng)一布置而言，其中剪力墻布置必須以建筑物軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，同時(shí)兩個(gè)方向相應(yīng)的抗側(cè)力度也要保持一致。進(jìn)行具體施工時(shí)需要保證建筑工程總體受力情況平衡對(duì)稱，使建筑物剛度中心與質(zhì)量中心達(dá)成高度契合，這樣建筑物的總體受力情況就會(huì)處于平衡狀態(tài)。此外，建筑物豎向布置過(guò)程中也要確保剛度均勻，避免剛度發(fā)生變化。由于建筑抗震能力和建筑剛度是息息相關(guān)的，所以建筑剛度設(shè)計(jì)必須滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，由此才可以切實(shí)提高建筑工程抗震性能，從而保證建筑物的穩(wěn)定性與可靠性。

4.5 抗震驗(yàn)算

針對(duì)高層建筑工程中抗震等級(jí)設(shè)計(jì)而言，因?yàn)殡娞蓍g建設(shè)位置相對(duì)比較偏，為了能夠使其滿足抗震等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，就必須在電梯門洞之上設(shè)置圈梁，根據(jù)具體情況也可以于電梯井四角設(shè)置構(gòu)造柱。此外，在進(jìn)行梁柱軸壓比設(shè)計(jì)過(guò)程中也必須滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，嚴(yán)格根據(jù)偏拉構(gòu)件設(shè)計(jì)施工，同時(shí)適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)過(guò)街樓梁上筋長(zhǎng)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，所以結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該在設(shè)計(jì)中科學(xué)地應(yīng)用概念設(shè)計(jì)，根據(jù)概念設(shè)計(jì)理念合理指導(dǎo)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)與過(guò)程。由此不僅能夠保證建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性以及可行性，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑材料利用率的最大化，切實(shí)提高建筑工程的建設(shè)質(zhì)量，促進(jìn)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。