概念設計在建筑結構設計中的應用

李玉祥

（河北拓樸建筑設計有限公司，河北 石家莊 050000）

隨著國家建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，我國的建筑項目數量與范圍實現(xiàn)了迅猛增長，給建筑結構設計提出了更高的要求。假如建筑結構設計是不合理的，不僅僅會降低施工效率，還會給施工安全帶來極大的威脅。通過把概念設計應用到建筑結構設計當中，有助于對結構設計方向進行正確把控，選用更加科學和可行的設計方法，建設出可靠穩(wěn)定與優(yōu)質的建筑項目，為我國建筑事業(yè)的騰飛提供動力。建筑結構設計人員應該樹立開拓意識，做好概念設計和結構設計的整合工作，順利建設出更多能夠更好滿足人們需求的建筑項目。

1 概念設計概述

概念設計指的是在設計建筑方案的過程中，設計人員根據自身經驗和建筑主體結構的基本設計要求，立足整體角度對建筑設計方案的各個要點展開統(tǒng)籌規(guī)劃以及科學設計。同時設計人員有必要把概念設計應用到結構優(yōu)化設計分析之中，保證建筑結構的整體布局和綜合設計效果符合預期?；诖?，設計人員需要根據工程結構主體特征，做好結構構造措施的科學編制，達成概念設計的根本目標。此外，為有效提高概念設計效果，設計人員往往會在前期設計工作當中根據實際情況來適當調整結構設計方案，消除影響后期施工的不良因素。把概念設計應用到建筑結構設計環(huán)節(jié)，要求設計人員具備極高的專業(yè)水準，提升職業(yè)素養(yǎng)，需要在實踐當中針對建筑整體與分支進行精準研究，比方說結合建筑工程所在地區(qū)地質條件、氣候特征等進行針對性的結構設計；在地震頻發(fā)區(qū)域，在建筑設計過程中加入抗震設計維護結構的安全性與穩(wěn)定性，提高工程建設的實用價值。概念設計必須要經歷規(guī)范化實施過程，并且要保證每個環(huán)節(jié)間的協(xié)調。[1]首先，設計人員應該綜合考量建筑工程項目的用途以及建設目標，在此基礎之上確定出建筑結構設計的特征、類別、要求等，保證建筑結構設計與建筑的整體設計理念高度相符。其次，設計人員應該做好設計理念的科學規(guī)劃，并在設計圖紙當中進行具體化，呈現(xiàn)依托專業(yè)知識與豐富經驗，給出客觀和科學可行的設計結果。最后，設計人員需要結合建筑結構設計理念來拓展個人的設計思路，力求從多個視角出發(fā)，探究與設計理念相符的路徑以及結果，對結構設計可行性情況展開評估，確定出最正確的設計選擇。

2 概念設計在建筑結構設計中的應用價值

思想是行動的先導。正確認識概念設計在建筑結構設計當中的應用價值，有助于對概念設計進行科學推廣，提高設計人員的專業(yè)水平。概念設計應用與建筑結構設計的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，完善建筑結構設計的方案。設計人員在對建筑結構進行設計的過程中，首先要做的就是進行概念設計，全方位考量建筑項目的情況和周圍施工的環(huán)境，從而形成建筑結構設計的大框架，之后通過結構受力分析結果對設計好的方案進行優(yōu)化改良，對力進行均衡分配，以便用最低成本得到最優(yōu)設計。概念設計的合理應用能夠幫助設計人員完善結構設計方案，提升方案的可行性以及科學性，為接下來的施工建設打下基礎。第二，提高局部和整體設計的協(xié)調性。概念設計屬于建筑結構設計過程當中基于宏觀角度的整體框架設計，包含了結構設計的多個要素?，F(xiàn)代施工設計必須具備整體概念，通過確定出系統(tǒng)性的設計方案，為局部設計提供指導，從而增加局部和整體的協(xié)調性，保證綜合設計的質量。第三，促進建筑結構設計的創(chuàng)新。過去的建筑結構設計通常是憑借計算機等硬件設備把客觀數據計算出來，不過因為數據使用的過程中缺少靈活變通，所以不能有效判斷其是否合理與實用。把概念設計和建筑結構設計結合起來，能夠在計算機計算的同時，融入設計人員先進的設計理念以及豐富的主觀經驗，通過主客觀相結合的方式來提高數據的合理性以及實用價值，并在經驗交流當中持續(xù)優(yōu)化與調整，為建筑結構設計的創(chuàng)新提供有力支持。[2]

3 概念設計在建筑結構設計中的應用原則

概念設計在建筑結構設計中應用是建筑事業(yè)發(fā)展過程中一道亮麗的風景線，凸顯了概念設計的價值。不過概念設計和建筑結構設計的結合應該拋棄盲目性，遵循正確的設計應用原則，主要包括：第一，簡潔性原則。在應用概念設計優(yōu)化建筑結構設計的過程中，必須嚴格把握和彰顯簡潔性原則，在不影響建筑結構功能發(fā)揮以及整體美觀度的前提條件之下優(yōu)化建筑物的每個分支結構，并在改良調整過程中征詢客戶意見和建議，調整好結構性能，保證最終的結構設計成果、設計標準與用戶需求高度一致。第二，整體性原則。概念設計應用與建筑結構設計應該在遵循簡潔性原則的同時把握整體性原則，目的是確保建筑結構連貫性。在設計建筑結構時，如果其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，也會給其他部分帶來嚴重影響，所以在落實概念設計的過程中必須確定好建筑整體抗側力能力，有效降低惡劣天氣與自然災害等情況對建筑的威脅與不良影響。

4 概念設計在建筑結構設計中的具體應用

4.1 概念設計應用于建筑結構方案選擇

建筑結構設計是一個非常繁瑣復雜的工作系統(tǒng)，應該提高設計的規(guī)范性以及合理性，妥善安排各個設計環(huán)節(jié)。要做好建筑結構設計，首要工作就是選擇有效的結構設計方案，維護結構的整體質量。設計人員應該始終秉持嚴謹認真的工作態(tài)度，在選取建筑結構方案的過程中加強概念設計的研究與應用，從而找到最佳結構方案。尤其是要考慮以下幾個層面的內容：一是在前期做好充分準備工作，指派設計人員去到現(xiàn)場進行地質、地形、氣候等情況的考察，以便以此為依據，對建筑結構設計要點以及具體工法進行確定。二是建筑結構設計關乎建筑的整體質量，在掌握外部環(huán)境因素的同時，也需要對內在因素進行準確辨識和控制，消除主觀因素對于結構設計方案科學性的影響。三是設計人員在概念設計過程中，必須準確把握設計技術方面的配套規(guī)范，并把質量要求和標準應用到實際的建筑設計當中，保證最終的結構設計方案合理合法。[3]

4.2 概念設計應用于建筑結構基礎設計

建筑基礎設計在建筑結構設計體系當中居于重要地位，與接下來的建筑施工息息相關。設計人員有必要對建筑工程項目的基礎設計予以高度關注，確?；A結構應有價值的發(fā)揮，保證后續(xù)施工的有序進行。地基穩(wěn)固性影響建筑項目的使用壽命以及用戶的生命財產安全，所以地基設計的重要性不言而喻。把概念設計融入建筑地基結構的設計環(huán)節(jié)，有助于提高設計質量，幫助設計人員解決盲目設計方面的問題。比方說在高層建筑地基筏型基礎的設計過程中融入概念設計的情況下，可分成平板式和梁板式這兩個大的類別，可以輔助設計人員針對施工項目所在地的地形、樓層實際承壓以及施工材料性能等情況進行全方位的研究，從而確保地基結構設計科學，消除對后續(xù)結構施工的影響。概念設計在這一過程當中有著不可替代的作用，尤其是能夠讓設計人員不再把過多時間精力用在數據信息層面，可以提高設計工作的效率和質量，不過對設計人員的專業(yè)度要求也是非常高的，要求設計者對混凝土特性形成全面認知，保證基礎施工強度，符合工程項目整體的建設要求。

4.3 概念設計應用于建筑豎向構件設計

概念設計在建筑結構設計當中運用，可以在不同的結構設計環(huán)節(jié)發(fā)揮相應作用，降低結構設計的難度，確保各個設計環(huán)節(jié)的協(xié)調性與一致性。概念設計在建筑結構剖面設計當中發(fā)揮的主要作用是可以明確建筑物豎向結構和傳遞性能。具體可以從以下幾個方面進行把握：第一，在對抗側力結構進行實際規(guī)劃的過程中，考慮到結構高度遵循的是由上到下的分布規(guī)律，為了防止出現(xiàn)突變問題，降低結構對水平荷載力形成的抵抗能力，在對建筑豎向結構進行設計的過程中有必要堅持剛柔并濟原則，對部分結構構件實施加強或者減弱處理。第二，在大規(guī)模建筑結構當中，設計人員有必要設計剛度相對較大的束筒，提升消能有效性。第三，促進建筑結構緩慢過渡。建筑項目傳遞性能和豎向結構會受到多層面因素制約，所以在建筑豎向構件設計環(huán)節(jié)要依靠有效的概念設計保證基礎層朝頂層豎向傳力的緩慢過渡，防止在后續(xù)施工建設以及工程項目的后期應用過程當中出現(xiàn)豎向結構高度變幅過大的現(xiàn)象，確保工程項目的水平荷載力，提升建筑工程使用壽命。[4]在剖析了大量現(xiàn)代建筑結構特點之后發(fā)現(xiàn)，積極創(chuàng)新設計觀念，配合斜拉索結構模式，可以建造出更加安全穩(wěn)固的空間環(huán)境。把概念設計應用在建筑豎向結構設計過程中能夠進一步完善結構設計的方案，提升設計層次。

4.4 概念建筑設計應用于建筑結構平面設計

伴隨著整個建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，高層建筑的數量與規(guī)模逐步擴大，也因此使得建筑結構的風荷載與水平荷載明顯提高。假如平面設計不夠合理有效，極容易出現(xiàn)建筑物扭轉的情況，最終給建筑物的應用性能與應用安全帶來不良影響。把概念設計應用到建筑結構平面設計環(huán)節(jié)，要求認真考量建筑物扭轉及其他平面規(guī)則性的問題，在對方案進行實際設計進程中必須盡可能減少風荷載，以免建筑物因為承受不住而縮短使用壽命。在推進概念設計的過程中，有必要觀察和記錄建筑周圍物體承受的風荷載情況，根據建筑的實際情況進行平面設計，確保建筑物有著極高的風荷載抵抗能力。設計人員在高度選擇的設計環(huán)節(jié)，需要展開周密而又詳細的計算工作，確定出與建筑物自身使用需求相適應的剛度，保證好整個建筑結構的穩(wěn)定性。在把平面設計與概念設計結合起來的過程中，應該不斷完善抗側力結構，確保建筑結構有極強的抗傾覆力，確保建筑安全。[5]

4.5 概念設計應用于結構協(xié)同工作層面

在建筑結構的設計工作當中，協(xié)同工作是其中非常關鍵的概念，要求在建筑結構內可以承載極限狀態(tài)之下的受力，并且不會破壞掉建筑結構。設計人員可把概念設計應用到建筑結構協(xié)同工作環(huán)節(jié)，提高各個建筑構件間的配合度，確保每個構件均能發(fā)揮應有價值。另外，協(xié)同工作還在每個建筑結構構件在受力中分工均勻方面有所體現(xiàn)。設計人員應該根據建筑工程的整體需求，提升對建筑結構剛度等一系列參數的關注度，在確保建筑結構承載能力符合建筑功能要求的同時，提升建筑結構面積占有率和平面利用率，減少后續(xù)施工的建材消耗，獲取更理想的施工效益。

4.6 概念設計應用于建筑結構抗震設計

對于建筑結構設計來說，抗震設計是其中至關重要的組成部分，如果抗震設計不足或者是設計不合理的話，很容易影響到建筑項目的穩(wěn)定性以及安全性。設計人員必須對建筑場地進行認真分析，尤其是要確定好施工環(huán)節(jié)要用到的混凝土強度等級、初始尺寸等情況。在實際的計算過程中，應該基于建筑結構高度計算好地震力大小參數，確定出施工中所需配筋數量。地震力、配筋數量和結構剛度呈現(xiàn)出正相關關系，所以在抗震設計環(huán)節(jié)必須對這幾個參數進行科學設計。為確?？拐鹪O計的效果，設計人員在對概念設計進行使用時，可以把BIM 技術應用到實際工作當中，依托該技術仿真模擬地震發(fā)生過程對于建筑結構的抗震設計方案進行客觀評估，發(fā)現(xiàn)并且彌補設計當中的漏洞，提升建筑整體的抗震性能。設計人員可以從概念設計當中得到更多的靈感，避免傳統(tǒng)設計理念帶來的缺陷和不足，保證設計科學有效。此外，在隔震消能設計工作當中，可在建筑主體和基礎結構間恰當設計隔震層，又或者是在建筑物頂端展開反擺設計，進一步提高建筑結構的抗震性。[6]

建筑業(yè)的發(fā)展和人們的生產生活息息相關，伴隨生活質量水平的提升，人們對舒適居住與工作環(huán)境的要求日益提高，也因此給建筑結構設計提出了更高要求與標準，也催生出了創(chuàng)新型建筑結構設計思想。概念設計就是在這樣的背景之下產生和拓展應用的，和建筑結構設計相互協(xié)同，可以提高設計的合理化與人性化，提升建筑結構性能，延長結構的應用年限。在未來的建筑事業(yè)發(fā)展中，應該進一步加強概念設計的研究與分析，總結概念設計和建筑結構設計相整合的經驗與方法，為建筑事業(yè)的安全發(fā)展打牢基礎。