建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)措施

張立春

（中土大地國際建筑設(shè)計(jì)有限公司，河北 石家莊 050021）

1 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

概念設(shè)計(jì)指的是在正式采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案之前，分析設(shè)計(jì)方案的合理性，并對實(shí)際施工過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)判和分析，并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的措施來減少問題的影響或發(fā)生的概率。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確力學(xué)分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。由此可見，概念設(shè)計(jì)是在建筑工程項(xiàng)目整體基礎(chǔ)上而建立的，其體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)人員對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理解程度，從而起到優(yōu)化設(shè)計(jì)、減少問題發(fā)生概率的效果。而在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，概念設(shè)計(jì)理念可以幫助設(shè)計(jì)人員充分在設(shè)計(jì)成果當(dāng)中體現(xiàn)其設(shè)計(jì)追求和思想，其可以在虛擬的環(huán)境下幫助設(shè)計(jì)人員分析設(shè)計(jì)方法的合理與否。而從概念設(shè)計(jì)的角度來看，設(shè)計(jì)人員的概念設(shè)計(jì)水平不僅可以具體體現(xiàn)在最終的設(shè)計(jì)成果上，更能隱性的表達(dá)出設(shè)計(jì)者對于設(shè)計(jì)工作的認(rèn)識(shí)及領(lǐng)悟，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的思想意識(shí)形態(tài)。

國內(nèi)外歷次大地震和風(fēng)災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)使人們越來越認(rèn)識(shí)到建筑設(shè)計(jì)階段中概念設(shè)計(jì)的重要性。尤其是結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)的抗震性能將起決定性的作用。高層建筑設(shè)計(jì)尤其是在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)非常重視概念設(shè)計(jì)。這是因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，發(fā)生地震時(shí)震動(dòng)的不確定性，人們對地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性與模糊性。

設(shè)計(jì)中不能陷入只憑計(jì)算的誤區(qū)。若結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不規(guī)則，整體性差，則僅按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算水平，難以保證結(jié)構(gòu)的抗震，抗風(fēng)性能，尤其是抗震性能。所以概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中尤為重要。概念設(shè)計(jì)實(shí)際上是通過無數(shù)的事故分析，歷年來國內(nèi)外震害分析，模型試驗(yàn)的定量定性分析以及長期以來國內(nèi)外的設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)分析，歸納，總結(jié)出來的。而這些原則，規(guī)定與方法往往是基礎(chǔ)性，整體性，全局性和關(guān)鍵性的。

2 結(jié)構(gòu)措施分析

從某種意義來看，結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用取決于概念設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)，這也意味著概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到了不可替代的作用價(jià)值。但是，概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用需要將多項(xiàng)因素有機(jī)結(jié)合在一起，并通過合理的結(jié)構(gòu)措施優(yōu)化概念設(shè)計(jì)，完善建筑結(jié)構(gòu)的受力體系，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的現(xiàn)象。

2.1 合理選取結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系是建筑工程項(xiàng)目的關(guān)鍵因素，而通過概念設(shè)計(jì)的方式對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行完善的關(guān)鍵在于如何提升各項(xiàng)要素的契合度，既要確保各項(xiàng)要素有機(jī)結(jié)合，又要發(fā)揮出一加一大于二的效果。在構(gòu)建結(jié)構(gòu)體系的過程中，需要充分尊重基本的物理學(xué)原理，且通過合理的結(jié)構(gòu)措施手段應(yīng)用來提高各個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位的牢固性和使用壽命。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要關(guān)注外部因素對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量及壽命的影響。

2.2 優(yōu)化平面及豎向布置

平面布置力求簡單，規(guī)則，對稱，避免應(yīng)力集中的凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯間；避免樓電梯間偏置，以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。豎向布置盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過多，過急，力求剛度均勻漸變，避免產(chǎn)生變形集中。

2.3 承載力、剛度均勻，避免突變

結(jié)構(gòu)承載力，變形能力和剛度要均勻連續(xù)分布，適應(yīng)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)要求。某一部位過強(qiáng)，過剛也會(huì)使其他樓層形成相對薄弱環(huán)節(jié)而導(dǎo)致破壞。頂層，中間層取消部分墻柱形成大空間層后，要調(diào)整剛度并采取構(gòu)造加強(qiáng)措施。底層部分剪力墻變?yōu)榭蛑е蛉∠糠种雍螅壬蠈觿偠认魅醺鼮椴焕?，?yīng)專門考慮抗震措施。

2.4 多道防線

在設(shè)計(jì)上和構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防。如框架結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，梁屈服后柱應(yīng)能保持穩(wěn)定；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成連梁首先屈服，然后是墻肢，框架作為第三道防線；剪力墻結(jié)構(gòu)通過構(gòu)造措施保證連梁先屈服，并通過空間整體性形成高次超靜定等。

2.5 強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件

構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)采取有效措施防止脆性破壞，保證構(gòu)件有足夠的。脆性破壞指剪切，錨固和壓碎等突然而無事先警告的破壞形式。設(shè)計(jì)是應(yīng)保證抗剪承載力大于抗彎承載力，按“強(qiáng)剪弱彎”的方針進(jìn)行配筋。為提高構(gòu)件的抗剪和抗壓能力，加強(qiáng)約束箍筋是有效措施

2.6 重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的本質(zhì)

盡管概念設(shè)計(jì)對于建筑物的優(yōu)化效果較為明顯，尤其是在提高建筑外觀的美觀性方面，但建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的本質(zhì)依然為保證建筑物穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，若建筑物的穩(wěn)定性不足，則不僅會(huì)面臨較大的安全隱患，更會(huì)降低建筑自身的實(shí)用價(jià)值。因此，設(shè)計(jì)人員需要應(yīng)用具有穩(wěn)定性特征的結(jié)構(gòu)措施，并通過由點(diǎn)及面的方式，來促使建筑整體的承載力提升。

3 結(jié)語

概念設(shè)計(jì)的思想被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受，并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越大的作用。由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過程的屏蔽，手算過程訓(xùn)練程度的削弱，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生一定依賴性，結(jié)果綜合運(yùn)用能力下降，整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力的工程師是相當(dāng)不利的。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當(dāng)必要的。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。