建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用

顏潭 趙永臣

*通訊作者：顏潭，1995年8月，男，漢族，山東濟(jì)寧人，現(xiàn)任山東大衛(wèi)國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，本科。研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

摘要：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的有效性和可靠性。另外，建筑物的實(shí)際建筑過(guò)程也應(yīng)更加高效，以確保概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分互補(bǔ)并發(fā)揮應(yīng)有的作用，從而使概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施協(xié)同工作，以構(gòu)建更加科學(xué)、完整的建筑結(jié)構(gòu)體系，達(dá)到節(jié)省建筑原材料的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);概念設(shè)計(jì);應(yīng)用措施

一、引言

在設(shè)計(jì)建筑工程結(jié)構(gòu)過(guò)程中，需要涉及諸多的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求的把控，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)明確。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)情況的充分考慮，科學(xué)地分析前期勘察資料，動(dòng)態(tài)把控施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)融合應(yīng)用概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，將建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果優(yōu)化，將建筑工程主體結(jié)構(gòu)、抗震性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面提升。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的重要意義

合理應(yīng)用建筑概念設(shè)計(jì)能夠提高建筑設(shè)計(jì)的合理性，可以實(shí)現(xiàn)工程師實(shí)踐能力的提升。通過(guò)加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用和落實(shí)能夠?qū)⒔ㄖO(shè)計(jì)師們的概念設(shè)計(jì)能力全面、科學(xué)地提升優(yōu)化，有助于培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員改革創(chuàng)新意識(shí)。在具體應(yīng)用概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)明確建筑結(jié)構(gòu)受力概念，從多角度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化。設(shè)計(jì)師秉持開(kāi)拓創(chuàng)新理念，對(duì)不同建筑的需求進(jìn)行合理分析，豐富和完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將建筑物的活力提升，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)性和安全性的提升。

三、概念設(shè)計(jì)的實(shí)施步驟

（一）分析階段

在此階段收集建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。分析階段的主要特征是所收集的數(shù)據(jù)和信息模棱兩可，分析后可以將各種信息最大化。

（二）評(píng)估階段

在此階段將對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)行專(zhuān)業(yè)評(píng)估，并評(píng)估其可行性，這項(xiàng)工作是周期性的，在計(jì)劃達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后可以開(kāi)始下一步工作。在評(píng)估設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)，首先，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)功能模型;其次，使用各種公式對(duì)每個(gè)計(jì)劃進(jìn)行比較和分析;最后，選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)計(jì)劃。

（三）綜合階段

綜合階段是概念設(shè)計(jì)的最重要階段。在這個(gè)階段概念設(shè)計(jì)師利用自身經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)制定設(shè)計(jì)計(jì)劃，然后以圖紙的形式展示設(shè)計(jì)計(jì)劃[1]。綜合階段的設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是用來(lái)以具體形式顯示和處理建筑設(shè)計(jì)師相對(duì)抽象的設(shè)計(jì)概念，這是概念設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用措施

（一）在抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在具體應(yīng)用概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師必須首先充分了解并學(xué)習(xí)概念設(shè)計(jì)，在了解概念設(shè)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)理念可有效融入建筑物抗震設(shè)計(jì)中，并起到關(guān)鍵作用。對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)而言，概念設(shè)計(jì)就像源頭一樣，很多設(shè)計(jì)理念均是出自概念設(shè)計(jì)。不論是強(qiáng)柱弱梁還是加強(qiáng)區(qū)域等，均需概念設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)，方可切實(shí)保障建筑產(chǎn)品的抗震性與安全性。

（二）科學(xué)選擇建筑結(jié)構(gòu)剛度

在建筑領(lǐng)域的各種指標(biāo)中，建筑結(jié)構(gòu)的剛度是非常重要的元素，并且在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，因此必須選擇科學(xué)合理的建筑剛度。同時(shí)，科學(xué)合理地選擇建筑物剛度對(duì)于有效增加建筑物的自然振動(dòng)周期和抗震性能具有特殊的影響和意義。另外，良好的剛性還可以相應(yīng)地提高空間利用率、節(jié)省建筑材料，從而可以更充分、更有效地利用建筑計(jì)劃，并可以有效優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

（三）建筑結(jié)構(gòu)材料的科學(xué)選用

建筑結(jié)構(gòu)主體性能從很大程度上受到建筑結(jié)構(gòu)材料選擇合理性的影響。通過(guò)以往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，在地震作用下，建筑物所遭受的地震作用率會(huì)隨著建筑結(jié)構(gòu)剛度的增加而提高，也就是說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度越大，那么表現(xiàn)出的遭受地震災(zāi)害的影響也就越大。為此，在建筑材料選擇過(guò)程中，需要充分考慮建筑材料的抗震性能。比如在選擇建筑屋面構(gòu)件過(guò)程中，可以用輕質(zhì)材料將傳統(tǒng)厚重材料取代，從而將建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量減少，將地震帶來(lái)的危害影響降低[2]。此外，施工人員在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用建筑材料過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)檢查抗震材料的質(zhì)量情況，保證材料合格方可應(yīng)用于施工當(dāng)中。

（四）科學(xué)選擇建筑主體結(jié)構(gòu)

合理性和對(duì)稱(chēng)性是設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)要遵循的基本原則。該原理可有效減少建筑材料的使用，節(jié)省建筑材料，確保建筑結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)部件的良好安全性和穩(wěn)定性，并降低建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)力。建筑結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的特征是整個(gè)或部分建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的相互對(duì)應(yīng)和統(tǒng)一，在特定的設(shè)計(jì)階段，為確保建筑物結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，可以對(duì)建筑物質(zhì)心或平面重心的實(shí)際距離進(jìn)行合理調(diào)整，并有效調(diào)整重心，從而確保建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。

五、結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）制定高效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量取決于設(shè)計(jì)師的綜合素質(zhì)與專(zhuān)業(yè)能力，因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)具備相對(duì)豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)多年來(lái)的知識(shí)沉淀，設(shè)計(jì)師可以沉著應(yīng)對(duì)任何緊急情況，及時(shí)制定策略并落到實(shí)處，有效解決問(wèn)題。高效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃主要是為了應(yīng)對(duì)一些風(fēng)險(xiǎn)隱患而制定的，設(shè)計(jì)師可參閱行業(yè)內(nèi)資料，充分考慮工程中可能會(huì)發(fā)生的部分問(wèn)題，預(yù)先設(shè)想解決方案。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高材料利用率

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)措施在設(shè)計(jì)師的工作中起著重要的支持作用，提供了更完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及有效執(zhí)行了與結(jié)構(gòu)活動(dòng)有關(guān)的工作能力。在設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)措施的關(guān)鍵作用是有效協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)工作。在施工和設(shè)計(jì)工作中，可以充分保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并可以有效提高建筑材料的利用率[3]。另外，設(shè)計(jì)師必須在保證設(shè)計(jì)效果的前提下減少材料重量和材料成本，使設(shè)計(jì)工作能夠順利進(jìn)行。例如，具有矩形橫截面的壓縮構(gòu)件利用率低，這是因?yàn)榱涸谔囟ǖ氖┕るA段更容易改變，并且材料利用率不足，而通過(guò)概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析，可以對(duì)梁截面的變形梯度進(jìn)行科學(xué)合理的改變和調(diào)整，從而在軸向力不確定的情況下可以顯著提高材料的利用率。

（三）選擇合理的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)

眾所周知，施工場(chǎng)地對(duì)于建筑施工而言具有重要意義，其選擇必須具備合理性，科學(xué)選擇施工場(chǎng)地有助于工程項(xiàng)目的順利施工。由此可見(jiàn)，相關(guān)工作人員在準(zhǔn)備階段就應(yīng)當(dāng)做好該項(xiàng)工作，綜合考慮影響因素，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)條件。合理的建筑施工場(chǎng)地對(duì)綜合條件的考究較為嚴(yán)格，包括防護(hù)距離、建筑邊界以及日照范圍等。

（四）結(jié)構(gòu)體系中保持協(xié)同工作

與概念設(shè)計(jì)相關(guān)的協(xié)作很好地適用于建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。協(xié)作需要結(jié)構(gòu)的內(nèi)部組件保持協(xié)作和協(xié)作的正常狀態(tài)，這種協(xié)同作用要求結(jié)構(gòu)元件處于標(biāo)準(zhǔn)的承載能力極限條件下，它們不僅可以執(zhí)行一般工作，而且還具有整體耐久性。另外，建筑物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和上部在承受載荷時(shí)，保持一個(gè)整體并分擔(dān)載荷。在磚混結(jié)構(gòu)的建筑物中，為了保持協(xié)作，應(yīng)利用結(jié)構(gòu)柱和環(huán)梁的作用使結(jié)構(gòu)保持一體，并共同承受力以防止建筑物的支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生變形[4]。隨著多層建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，短柱現(xiàn)象越來(lái)越普遍，但是為了確保每個(gè)組件都可以具有良好的應(yīng)力水平，應(yīng)在夾心結(jié)構(gòu)中最小化短柱，以有效提高同一平面的基本承載能力。

六、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的注意事項(xiàng)

隨著概念設(shè)計(jì)這一理念在建筑行業(yè)中的深入滲透，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的合理性與科學(xué)性均得以有效提升。雖然概念設(shè)計(jì)在建筑行業(yè)中迅速普及，但是在應(yīng)用過(guò)程中仍然存在諸多問(wèn)題有待解決?；诖?，設(shè)計(jì)師在落實(shí)概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要注意四點(diǎn)問(wèn)題：一是參考建筑的抗震要求;二是重視建材的抗震性能;三是做好構(gòu)件組合;四是嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)方案。

建筑施工各環(huán)節(jié)中均存在協(xié)同作業(yè)的形式，同時(shí)協(xié)同工作也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所必須考慮的因素之一。協(xié)同作業(yè)能夠全面反映各構(gòu)件之間的配合關(guān)系，基于此，充分激發(fā)構(gòu)件的最大性能。協(xié)同核心即為各組構(gòu)件的性能指標(biāo)，具體表現(xiàn)在荷載以及壽命等多個(gè)方面，高度重視接觸結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)等各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，以不影響質(zhì)量為前提，盡可能縮減施工設(shè)計(jì)成本[5]。基于協(xié)同工作的合理性，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可幫助企業(yè)節(jié)省大量梁結(jié)構(gòu)中的材料消耗，同時(shí)不會(huì)對(duì)構(gòu)件的完整性帶來(lái)任何影響，甚至降低構(gòu)件本身的重量。其原理就是當(dāng)具備構(gòu)件軸心受力狀態(tài)時(shí)，材料的利用水平將被大幅提升。因此，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，相當(dāng)于幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)了降本增效。

七、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在建筑設(shè)計(jì)中，先進(jìn)的概念設(shè)計(jì)起到的作用至關(guān)重要，可以平衡建筑的經(jīng)濟(jì)性、功能性與美觀(guān)性。為進(jìn)一步完善建筑體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)基于概念設(shè)計(jì)大力改進(jìn)、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)措施，及時(shí)探索出最理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而有機(jī)融合概念與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分提升建筑水平。

參考文獻(xiàn)：

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