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

張超軍

石家莊融創(chuàng)貴和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司（050000）

0 前言

當(dāng)前，建筑項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程較為復(fù)雜。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為關(guān)鍵組成部分，不僅決定了建設(shè)項(xiàng)目順利實(shí)施的可能性，而且為后續(xù)建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了使建筑項(xiàng)目本身的功能最大化，必須確保建筑項(xiàng)目中的各個(gè)項(xiàng)目相互交互，以進(jìn)一步確保項(xiàng)目的質(zhì)量和安全，這就需要將建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提得更高。建筑單位各部門的工作進(jìn)度必須嚴(yán)格符合工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保多個(gè)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展，為建筑工程質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。概念設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)元素統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涵蓋了許多結(jié)構(gòu)元素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師將每個(gè)結(jié)構(gòu)元素都體現(xiàn)在設(shè)計(jì)計(jì)劃藍(lán)圖和工程圖中，以顯示直觀的圖形。必須按照土木工程規(guī)范有條不紊地進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)施工，以確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)、安全。

1 概念設(shè)計(jì)的基本概念

1.1 概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

在概念設(shè)計(jì)的最初應(yīng)用中，建筑師根據(jù)設(shè)計(jì)概念評(píng)估建筑設(shè)計(jì)計(jì)劃，并參考過(guò)去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比較和分析概念設(shè)計(jì)，在宏觀層面上控制建筑結(jié)構(gòu)的形狀，參照比較結(jié)果，執(zhí)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，調(diào)整并實(shí)施所需的隔震設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)效果。概念設(shè)計(jì)對(duì)建筑設(shè)計(jì)有很大影響，例如資本投資、施工時(shí)間和安全問(wèn)題。對(duì)概念設(shè)計(jì)的巧妙運(yùn)用使最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃更加科學(xué)、合理、安全和可靠，更有效地減少了估算和計(jì)算錯(cuò)誤，節(jié)省時(shí)間，改善架構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性?？梢钥闯?，概念設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的數(shù)據(jù)庫(kù)之一。

1.2 概念設(shè)計(jì)的實(shí)施步驟

設(shè)計(jì)特定應(yīng)用程序概念的過(guò)程本質(zhì)上是重復(fù)整個(gè)過(guò)程的逐步優(yōu)化過(guò)程。通常，概念設(shè)計(jì)分為四個(gè)主要階段:分析階段、綜合階段、評(píng)估階段、完成階段。在進(jìn)行下一階段之前，每個(gè)步驟都必須達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。在任何階段發(fā)現(xiàn)計(jì)劃中不合理的部分，均需要重新實(shí)施設(shè)計(jì)、計(jì)算和評(píng)估，直到達(dá)到目標(biāo)為止。

1.2.1 分析階段

分析階段本質(zhì)上是收集建筑物結(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，分析后可以最大化各種信息。

1.2.2 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)師使用其在各個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)制訂設(shè)計(jì)計(jì)劃，然后以圖紙的形式展示設(shè)計(jì)計(jì)劃[2]。綜合階段實(shí)質(zhì)上是設(shè)計(jì)用來(lái)具體形式顯示和處理建筑設(shè)計(jì)師的相對(duì)抽象的設(shè)計(jì)概念，是概念設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.2.3 評(píng)估階段

評(píng)估階段是將設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)行專業(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。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，然后使用各種公式對(duì)每個(gè)計(jì)劃進(jìn)行比較和分析，最后才是最經(jīng)濟(jì)、合理、安全和可靠的選擇，選擇一個(gè)高效而可行的設(shè)計(jì)計(jì)劃。

1.2.4 完成階段

完成階段主要根據(jù)已制訂的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃執(zhí)行，以減少后續(xù)的冗余設(shè)計(jì)工作。

2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)能力正在逐步提高，極大地促進(jìn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展，促進(jìn)了建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。過(guò)去的傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)無(wú)法滿足人們不斷增長(zhǎng)的需求，建筑師需要使用新技術(shù)來(lái)提高建筑水平，使用新概念來(lái)翻新建筑物，促進(jìn)智能建筑設(shè)計(jì)并滿足人類需求。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)的作用不容忽視[3]。概念設(shè)計(jì)比建筑設(shè)計(jì)更客觀，這兩個(gè)要素的結(jié)合創(chuàng)造了一個(gè)虛擬建筑，將成為建筑業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

概念設(shè)計(jì)對(duì)建筑設(shè)計(jì)有不同程度的影響。在設(shè)計(jì)和建造建筑物時(shí)，如果建筑師的想法與租戶設(shè)定的目標(biāo)相沖突，則會(huì)影響建筑物的結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生非常不利的結(jié)果。如果概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方向基本相同，則可以滿足住戶的要求，這樣缺陷雖少但仍然存在，在這種情況下建造的建筑物仍將存在相應(yīng)的問(wèn)題。

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

3.1 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，必須科學(xué)合理地選擇建筑剛度?？茖W(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。良好的剛性還可以相應(yīng)地提高空間利用率，節(jié)省建筑材料等，從而有效地利用建筑計(jì)劃，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

3.2 科學(xué)選擇建筑主體結(jié)構(gòu)

合理性和對(duì)稱性是設(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)部件的安全性和穩(wěn)定性，降低建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)力[4]。建筑結(jié)構(gòu)對(duì)稱的特征是整個(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)保持對(duì)稱，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，并調(diào)整重心確保建筑結(jié)構(gòu)保持對(duì)稱。

3.3 基于場(chǎng)地情況選擇建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

在選定的開(kāi)發(fā)區(qū)域中進(jìn)行調(diào)查和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑物的形狀和該區(qū)域的地形對(duì)建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。建筑基礎(chǔ)通常包括樁基礎(chǔ)和箱基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)具有良好的整體剛度，可以均勻分解并將載荷轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)上，從而提供更安全、更穩(wěn)定的建筑物，并防止基礎(chǔ)由于受到不均勻力而沉降，這樣可以有效提高建筑物的抗震性能。

樁基礎(chǔ)是建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的另一種形式，通常在地面較軟或荷載相對(duì)交叉的多層建筑物中更為常見(jiàn)。這種基本結(jié)構(gòu)可以將頂部產(chǎn)生的負(fù)載傳遞到底部，并將其分配到土壤上，從而確保建筑物的安全、穩(wěn)定和可靠。

3.4 合理選擇建筑場(chǎng)地

選址是建筑項(xiàng)目的關(guān)鍵，選擇標(biāo)準(zhǔn)包括：太陽(yáng)光線與建筑物出口之間的距離、安全距離保護(hù)等方面。此外，還應(yīng)注意危險(xiǎn)區(qū)域的選址，使地質(zhì)和地理災(zāi)害不會(huì)嚴(yán)重影響安全，特別是地震的威脅。對(duì)位于危險(xiǎn)區(qū)域的建筑項(xiàng)目，應(yīng)提高建筑物的抗震等級(jí)，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?。?yīng)當(dāng)科學(xué)合理地選擇施工現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行必要的勘探和研究工作。

3.5 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)作也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，其不僅可以執(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，有必要利用結(jié)構(gòu)柱和圈梁的作用使結(jié)構(gòu)一體，并共同承受力，以防止建筑物出現(xiàn)質(zhì)量缺陷[5]。

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。為了確保每個(gè)組件都具有良好的應(yīng)力水平，應(yīng)在圈梁結(jié)構(gòu)中最小化短柱，以便有效提高同一平面的基本承載能力。必須提供相同的層來(lái)抵抗橫向力，必須保持相同或接近的水平位移，以確保在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。

3.6 合理的結(jié)構(gòu)體系

抗震設(shè)計(jì)應(yīng)著重于測(cè)量結(jié)構(gòu)的抗震性能，有目的地結(jié)合所選結(jié)構(gòu)材料的差異。實(shí)際上，較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括許多方面，例如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。最常見(jiàn)的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架芯管結(jié)構(gòu)。在一定程度上，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受建筑功能、建筑高度、抗震設(shè)防強(qiáng)度、工地條件、經(jīng)濟(jì)條件、建筑條件、建筑材料和其他相關(guān)因素的影響，可有效地接受更加科學(xué)和智能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

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。要確保概念設(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，以便構(gòu)建更科學(xué)、完整的建筑結(jié)構(gòu)體系，完成節(jié)省建筑原材料的目標(biāo)，為建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)更多好處。