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

劉茂

南昌大學(xué)設(shè)計(jì)研究院

在概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)工程師要立足于自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、理論知識(shí)和項(xiàng)目需求，對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)布局和抗震結(jié)構(gòu)開展合理化的設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)行概念性的分析對(duì)比?？偟膩?lái)說(shuō)，概念設(shè)計(jì)是一種可實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多元化需求的方式，實(shí)際應(yīng)用時(shí)的優(yōu)勢(shì)十分凸顯，比如準(zhǔn)確性高、更加的便捷，對(duì)增加項(xiàng)目的整體效益有積極作用[1]。因此，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一直都非常的普遍和廣泛，非常值得推廣應(yīng)用?；诖?，本文從多個(gè)方面分析探討了概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，現(xiàn)作如下的論述。

一、選擇施工場(chǎng)地

施工場(chǎng)地的選擇是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，可對(duì)建筑工程后續(xù)的設(shè)計(jì)質(zhì)量與施工質(zhì)量造成直接的影響。為此，結(jié)構(gòu)工程師要將施工場(chǎng)地的選擇始終作為重點(diǎn)工作來(lái)對(duì)待?？偟膩?lái)說(shuō)，在施工場(chǎng)地選擇時(shí)要重點(diǎn)考量以下要素：

①要充分考慮防護(hù)安全距離，建筑結(jié)構(gòu)的牢固性是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

②明確施工場(chǎng)地的日光照射時(shí)常，并去考慮現(xiàn)場(chǎng)的抗震因素，要盡量避開帶有危險(xiǎn)性的選址，一些極易出現(xiàn)自然災(zāi)害和地震的場(chǎng)地要放棄。若是施工場(chǎng)地的地震因素?zé)o法有效地避免，則要充分做好抗震措施的設(shè)計(jì)工作，最大限度減少安全隱患的存在。

③在正式開展概念設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師要對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況做好全面地勘察，觀測(cè)建筑物抗震點(diǎn)的作用是否可以充分發(fā)揮。另外，結(jié)構(gòu)工程師要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求來(lái)制定合理可行的設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)量作不斷的優(yōu)化，確保整個(gè)建筑物的布局與抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

二、確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

待確定施工場(chǎng)地后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)地形特點(diǎn)作全面的勘察分析，同時(shí)結(jié)合建筑物設(shè)計(jì)形式來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以優(yōu)先選擇兩種基礎(chǔ)，一種是樁基礎(chǔ)，另外一種是箱型基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)有不同的適用條件。

樁基礎(chǔ)非常適合應(yīng)用在地質(zhì)土壤松軟和負(fù)荷較大的多層建筑結(jié)構(gòu)中，比如將其應(yīng)用到天然地基中，可以確保建筑物的壓力由上至下來(lái)傳遞，這對(duì)保障建筑物結(jié)構(gòu)的實(shí)用性和穩(wěn)定性均有重要的意義。箱型基礎(chǔ)的整體剛度是非常值得稱贊的，可以有效地將建筑整體結(jié)構(gòu)的承載壓力傳遞到下方結(jié)構(gòu)中，可以減少建筑基礎(chǔ)不均勻沉降問(wèn)題的發(fā)生，有助于保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可進(jìn)一步保障建筑物的使用價(jià)值。另外，通過(guò)應(yīng)用箱型基礎(chǔ)，可以很大程度上優(yōu)化建筑物的抗震性能，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)地震因素的能力大大增強(qiáng)?；诖耍Y(jié)構(gòu)工程師在確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，務(wù)必始終對(duì)施工場(chǎng)地的現(xiàn)場(chǎng)條件有全面地掌握和分析，結(jié)合實(shí)際情況來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，有效的去提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

三、建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師要遵循對(duì)稱和合理的設(shè)計(jì)原則，有效的去降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)力，確保非穩(wěn)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以正常工作，同時(shí)減少材料的使用量和損耗，在提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。總的來(lái)說(shuō)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要想實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性設(shè)計(jì)，需要確保各種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主體有良好的對(duì)稱性，比如在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師便是通過(guò)主體對(duì)稱這一方式來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置的[2]。除此之外，為確保建筑結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)稱性，結(jié)構(gòu)工程師要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)建筑的質(zhì)心、結(jié)構(gòu)側(cè)心和平面形心之間的距離做合理化的調(diào)整。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，可以確保建筑結(jié)構(gòu)有良好的穩(wěn)定性，對(duì)提升建筑質(zhì)量有重要的意義。

四、建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，剛度設(shè)計(jì)也是要重點(diǎn)考量的因素，務(wù)必給予高度的重視。具體來(lái)說(shuō)，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)工程師要嚴(yán)格遵循概念設(shè)計(jì)的相關(guān)原則，合理去選擇建筑剛度。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)有合理的剛度時(shí)，一方面可以有效增加建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，提升應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害的能力，另一方面可以有效減少建筑材料的使用量，不對(duì)建筑空間做過(guò)多的占用，對(duì)增加建筑物平面利用空間有重要的意義。因此，結(jié)構(gòu)工程師在建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)中，務(wù)必要結(jié)合實(shí)際情況去合理地開展設(shè)計(jì)工作，需要重點(diǎn)把握以下要點(diǎn)：

①首先要確定結(jié)構(gòu)整體的剛度，一是要注重分體系的設(shè)計(jì)工作，比如要設(shè)計(jì)好支撐體系和水平樓蓋體系；二是要對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題做好協(xié)調(diào)；三是在結(jié)構(gòu)整體剛度設(shè)計(jì)時(shí)要做到“剛?cè)岵?jì)”[3]。原因在于若是建筑結(jié)構(gòu)整體的變形能力較差時(shí)，則外部能量主要是由自身來(lái)吸收和抵抗，不利于應(yīng)對(duì)地震作用，而若是建筑結(jié)構(gòu)整體的變形過(guò)大時(shí)，則在風(fēng)負(fù)荷作用下會(huì)有整體傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性會(huì)有很大的影響。因此，結(jié)構(gòu)工程師在整體剛度確定時(shí)要在“剛”和“柔”之間找尋合理的度。

②在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布的調(diào)整中，結(jié)構(gòu)工程師要有針對(duì)性地去優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相對(duì)剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)中一些構(gòu)件的應(yīng)用能力作分析。其中的一維構(gòu)件要非常注重約束與支座的作用，二維構(gòu)件則要更多地去關(guān)注平面外剛度[4]。當(dāng)不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要連接時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師要分清楚主次關(guān)系，以此設(shè)計(jì)出最為合理的傳力關(guān)系。

③做好細(xì)部設(shè)計(jì)工作，發(fā)揮好材料的工作性能，保證和提升整體結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)效果。

五、提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量

在應(yīng)用概念設(shè)計(jì)的方式來(lái)開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，為確保設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量，需要重點(diǎn)做好三個(gè)方面的工作，一是提升材料的利用率，二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中保持協(xié)同關(guān)系，三是應(yīng)用好概念設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。

比如在材料的利用率方面，當(dāng)所用材料的利用率越高時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和協(xié)同能力會(huì)越強(qiáng)。另外，在當(dāng)前的節(jié)能、環(huán)保理念下，使用較少的建筑材料做出最好的建筑物已經(jīng)成為建筑行業(yè)發(fā)展的必需。以建筑施工中所使用的矩形截面受壓構(gòu)件為例來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用頻率較低，這主要是因?yàn)榫匦谓孛媸軌簶?gòu)件有著明顯的兩點(diǎn)局限性，一是當(dāng)梁的長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，梁彎矩也會(huì)隨之改變，二是在梁的中和軸部位材料的使用率會(huì)較低?；诰匦谓孛媸軌簶?gòu)件的這一特點(diǎn)，可以調(diào)整梁截面的應(yīng)變梯度，確保相關(guān)的構(gòu)件可以有良好的軸心受力，繼而增加材料的利用率。再比如要想在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中保持協(xié)同關(guān)系，工程設(shè)計(jì)師不僅要保障好建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在承載極限狀態(tài)下保持正常工作狀態(tài)，而且要確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件有良好的耐久性，通過(guò)構(gòu)造將整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)整合為一體，盡量避免建筑單獨(dú)承受壓力。

六、結(jié)語(yǔ)

概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著復(fù)雜性和專業(yè)性的特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)工程師的專業(yè)能力有很高的要求，這要求結(jié)構(gòu)工程師要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)有全面地掌握，可以科學(xué)的應(yīng)用好概念設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)工程師在應(yīng)用概念設(shè)計(jì)來(lái)開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，要重點(diǎn)做好施工場(chǎng)地選擇、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案確定、建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面的工作，并將概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施巧妙地結(jié)合起來(lái)，更好的去提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。