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

摘" 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施密不可分，對(duì)于建筑的穩(wěn)定性、美感和功能性起著至關(guān)重要的作用。本文將從概念設(shè)計(jì)的重要性、結(jié)構(gòu)措施的選擇與優(yōu)化、跨專業(yè)間協(xié)同合作與創(chuàng)新以及可持續(xù)發(fā)展與未來趨勢(shì)等四個(gè)方面進(jìn)行探討，旨在呈現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何合理運(yùn)用概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)措施；概念設(shè)計(jì)文章編號(hào)：2095-4085（2024）11-0076-03

作者簡(jiǎn)介：陳莉（1984—），女，漢族，山西太原人，本科，工程師。研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

0" 引言

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)是整個(gè)創(chuàng)作過程的靈魂所在，而結(jié)構(gòu)措施則是將概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵一步。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)建筑要求以及所積累的基本設(shè)計(jì)原則和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)選型與布置，并確定建筑物的細(xì)部構(gòu)造，這個(gè)過程就是概念設(shè)計(jì)。而結(jié)構(gòu)措施則保證了建筑在穩(wěn)定性、安全性和功能性上的可行性。在這個(gè)過程中，各專業(yè)協(xié)同合作與創(chuàng)新至關(guān)重要，這樣才能設(shè)計(jì)出既滿足功能要求、同時(shí)受力體系又合理的建筑物。同時(shí)，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和科技的進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也在不斷探索可持續(xù)發(fā)展的新路徑，以積極應(yīng)對(duì)未來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

1" 概念設(shè)計(jì)的重要性

1.1" 概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用和意義

概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色。通過概念設(shè)計(jì)，不僅能滿足建筑形態(tài)、空間布局，還期望結(jié)構(gòu)體系能抵御各類不可預(yù)見外部作用，實(shí)現(xiàn)無損或最小損害。因此，在設(shè)計(jì)過程中，除了依據(jù)專業(yè)理論知識(shí)，還需結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮各方面因素，并選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，確定合理的分析方法，包括設(shè)計(jì)參數(shù)、材料以及荷載的合理取值等，從而為整個(gè)設(shè)計(jì)過程提供清晰的愿景和指導(dǎo)。這一階段的精心策劃和設(shè)計(jì)決策將直接影響到建筑最終的外觀、性能和功能，因此概念設(shè)計(jì)的重要性不可低估。

1.2" 概念設(shè)計(jì)對(duì)于確定整體建筑結(jié)構(gòu)框架和風(fēng)格的關(guān)鍵性作用

概念設(shè)計(jì)在確定整體建筑結(jié)構(gòu)框架和風(fēng)格方面起著關(guān)鍵性的作用。建筑師必須著眼于總體，將建筑的功能需求、客戶要求和場(chǎng)地條件等因素融合在一起，并考慮與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，然后再通過具體設(shè)計(jì)完善建筑方案。這個(gè)方案為后續(xù)的建筑詳細(xì)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)和指導(dǎo)。結(jié)構(gòu)師通過概念設(shè)計(jì)，在確保結(jié)構(gòu)布置合理的前提下，需最大限度滿足整體建筑結(jié)構(gòu)框架和建筑風(fēng)格的要求。概念設(shè)計(jì)不僅僅關(guān)注建筑的功能性和實(shí)用性，還強(qiáng)調(diào)建筑的美感和獨(dú)特性。它決定了建筑的整體風(fēng)格、外觀和結(jié)構(gòu)框架，可在建筑行業(yè)中樹立起一個(gè)獨(dú)特的形象和品牌［1］。通過結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，建筑師能夠?qū)⒆约旱脑O(shè)計(jì)理念和個(gè)性深入融入到建筑中，使建筑更具藝術(shù)性和表現(xiàn)力。

1.3" 概念設(shè)計(jì)對(duì)于影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、美感和功能性的作用

概念設(shè)計(jì)在影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、美感和功能性方面發(fā)揮著重要作用。首先，概念設(shè)計(jì)需要考慮結(jié)構(gòu)布置的合理性，確保建筑物在各種荷載情況下能夠承受或者有效傳遞荷載，從而保持結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。在概念設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)工程師會(huì)根據(jù)建筑的形狀、高度、跨度等因素選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以提供足夠的支撐和抵抗外力的能力。其次，概念設(shè)計(jì)也注重建筑的美感，建筑作為一種藝術(shù)形式，應(yīng)具備視覺上的吸引力和與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。在建筑初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)加入結(jié)構(gòu)布置的概念設(shè)計(jì)，共同探討其平面和豎向布置的合理性，這樣可以創(chuàng)造出獨(dú)特的建筑形態(tài)、結(jié)構(gòu)布局和立面設(shè)計(jì)，進(jìn)而使建筑呈現(xiàn)出優(yōu)雅、和諧的美感。

2" 結(jié)構(gòu)措施的選擇與優(yōu)化

2.1" 在概念設(shè)計(jì)階段確定的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在概念設(shè)計(jì)階段確定建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)，首先需考慮建筑的用途。不同類型的建筑有不同的功能要求，因此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也會(huì)有所區(qū)別。例如，住宅建筑需要注重室內(nèi)空間的布局和舒適性，而辦公樓則應(yīng)考慮開放性和靈活性。根據(jù)建筑用途確定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將直接影響到建筑的功能性。其次，場(chǎng)地條件也是決定建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的重要因素。場(chǎng)地的土質(zhì)、地形和地下水位等因素會(huì)對(duì)建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和地下空間利用產(chǎn)生影響。例如，在軟弱土壤區(qū)域，可能需要采取加固措施或選擇適合的基礎(chǔ)類型。而在山區(qū)或水邊等特殊場(chǎng)地，建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可能會(huì)受到地形的限制或受到自然環(huán)境的影響［2］。此外，預(yù)算也是概念設(shè)計(jì)階段考慮的重要因素之一。建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)與預(yù)算相匹配，以確保在可接受的成本范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。預(yù)算限制會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的選擇、施工方法的確定和構(gòu)件尺寸的優(yōu)化等方面產(chǎn)生影響。

2.2" 針對(duì)概念設(shè)計(jì)的常見結(jié)構(gòu)措施

針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，常見的結(jié)構(gòu)措施如下。（1）結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)盡量減小對(duì)抗震不利的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和剛度突變，要避免應(yīng)力集中，力求傳力路徑簡(jiǎn)潔，使構(gòu)件的受力盡量簡(jiǎn)單有利。當(dāng)構(gòu)件處于復(fù)雜受力狀態(tài)時(shí)，結(jié)合構(gòu)件的重要性程度，可以考慮布置備用的傳力路徑，適當(dāng)增加多余約束，這樣可以起到丟車保帥的作用。（2）截面設(shè)計(jì)過程中，借助軟件計(jì)算出配筋面積后，應(yīng)按照計(jì)算面積合理選配鋼筋，要避免因?qū)嵟滗摻蠲娣e過大造成強(qiáng)梁弱柱、強(qiáng)彎弱剪等問題，這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)的塑性變形能力降低。因此，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的受力及變形特點(diǎn)，選用合理的鋼筋直徑和配筋面積。比如，對(duì)于角柱而言，屬于雙向偏心受力構(gòu)件，最大的正應(yīng)力出現(xiàn)在角部，就應(yīng)將大直徑的鋼筋放在角部，這樣才能物盡其用。（3）抗震設(shè)計(jì)是為了保證建筑在地震等自然災(zāi)害中的安全穩(wěn)定性。在抗震設(shè)計(jì)中，不同的抗震等級(jí)、梁柱及剪力墻都有不同的最小配筋、最小截面及縱筋箍筋配置等抗震構(gòu)造措施要求。比如，限制梁端截面底部和頂部鋼筋配筋量的比值，從概念上就是增加梁端塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力以及避免梁端發(fā)生反向破壞的結(jié)構(gòu)措施；限制柱的軸壓比就是保證柱塑性變形能力和保證框架抗倒塌能力的結(jié)構(gòu)措施；剪力墻底部設(shè)置約束邊緣構(gòu)件就是保證該部位抗震延性能力和塑性耗能能力的結(jié)構(gòu)措施［3］。

2.3" 選擇結(jié)構(gòu)措施時(shí)需考慮的因素

在選擇結(jié)構(gòu)措施時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑的使用需求、場(chǎng)地條件、環(huán)境要求以及可行性等因素。結(jié)構(gòu)措施應(yīng)能滿足建筑的功能需求，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性的要求。此外，還要考慮結(jié)構(gòu)措施與其它設(shè)計(jì)要素的協(xié)調(diào)性，以確保整體設(shè)計(jì)的一致性和完整性。因此，在概念設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對(duì)建筑的功能定位、場(chǎng)地特點(diǎn)、環(huán)境影響以及預(yù)算限制等進(jìn)行全面分析，以確定最適合的結(jié)構(gòu)措施，從而在后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工中確保建筑的穩(wěn)定性。

3" 跨專業(yè)間協(xié)同合作與創(chuàng)新

3.1" 概念設(shè)計(jì)的跨專業(yè)間協(xié)同合作

概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施的確定需要建筑師、結(jié)構(gòu)工程師以及其他專業(yè)人士之間的緊密合作。建筑師希望通過建筑物表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，力求藝術(shù)性和實(shí)用性的完美結(jié)合；而結(jié)構(gòu)工程師可以提供技術(shù)支持和結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議，在保證安全性的前提下，使建筑師的設(shè)計(jì)方案得以實(shí)現(xiàn)。在概念設(shè)計(jì)階段，建筑師和結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在早期階段就開始協(xié)作，共同制定初步設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行多輪反復(fù)的討論和協(xié)商。建筑師需了解結(jié)構(gòu)工程師對(duì)于側(cè)向剛度、抗扭剛度和不規(guī)則程度等方面的要求；而結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)了解建筑師的美學(xué)需求和空間布局要求。通過協(xié)作，建筑師和結(jié)構(gòu)工程師可以相互借鑒，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新和優(yōu)化。此外，在跨專業(yè)合作中，還需要其它專業(yè)人員的參與，如電氣、給排水及暖通等工程師。建筑布置時(shí)應(yīng)考慮其它專業(yè)的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各構(gòu)件也應(yīng)避免與其他專業(yè)的管道和留洞打架?？傊谠O(shè)計(jì)過程中各專業(yè)人員應(yīng)及時(shí)溝通協(xié)調(diào)。

3.2" 實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

跨專業(yè)合作可以促進(jìn)知識(shí)交流和共享，打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維模式，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來更多可能性。建筑師和結(jié)構(gòu)工程師可以相互啟發(fā)，通過創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)手段，提出更加獨(dú)特和前沿的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。例如，建筑師可以在概念設(shè)計(jì)階段引入新穎的空間布局理念和材料運(yùn)用方式，激發(fā)結(jié)構(gòu)工程師對(duì)于非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的探索和應(yīng)用。同時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師可以通過先進(jìn)的計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，為建筑師提供更具創(chuàng)意和實(shí)用性的結(jié)構(gòu)解決方案。這些創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案不僅可以滿足建筑功能、美學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的需求，更能推動(dòng)建筑行業(yè)向著更加智能、綠色和未來化的方向發(fā)展。例如，通過跨專業(yè)合作，可以探索利用新型可持續(xù)材料、智能化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及自然資源的高效利用等方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注入更多的活力和創(chuàng)新性。這種跨學(xué)科合作的創(chuàng)新模式有助于引領(lǐng)建筑行業(yè)邁向更具競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展的未來［4］。

4" 可持續(xù)發(fā)展與未來趨勢(shì)

4.1" 融入可持續(xù)發(fā)展理念的重要性

在概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施中融入可持續(xù)發(fā)展理念是建筑行業(yè)的重要趨勢(shì)，具有重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)價(jià)值。（1）可持續(xù)發(fā)展可以減少對(duì)自然資源的消耗。選擇可再生材料和能源高效系統(tǒng)，可以降低建筑過程中的能源和物質(zhì)消耗，延長資源的使用壽命。此外，通過采用可回收材料和建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，減少廢棄物的產(chǎn)生和對(duì)環(huán)境的污染。（2）可持續(xù)發(fā)展可以提高建筑的能源效益和環(huán)境適應(yīng)性。通過優(yōu)化建筑的熱工性能、利用可再生能源、采用節(jié)能技術(shù)和智能化控制系統(tǒng)，可以減少能源消耗，降低碳排放。此外，結(jié)合建筑的定位和氣候特點(diǎn)，進(jìn)行適宜的被動(dòng)設(shè)計(jì)，最大限度地利用自然光和自然通風(fēng)，可提高建筑的舒適性和健康性。（3）可持續(xù)發(fā)展可以推動(dòng)社會(huì)的可持續(xù)進(jìn)步。建筑物是人們生活和工作的主要場(chǎng)所，提供舒適、安全和健康的建筑環(huán)境對(duì)于人們的生活質(zhì)量具有重要影響。通過考慮社會(huì)需求和社會(huì)的不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)人性化的建筑空間，可以提高居住者的幸福感和生活質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2" 新材料、新技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

新材料和新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著顯著影響。（1）新材料的引入為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更多的選擇和可能性?？稍偕牧先缰衲静?、再生鋼材等具有良好的環(huán)保性能，可以替代傳統(tǒng)的非可再生材料，減少資源消耗和環(huán)境污染。高性能材料如高強(qiáng)度混凝土、復(fù)合材料等能夠提供更輕、更強(qiáng)、更耐久的結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低建筑的自重和能源消耗。（2）新技術(shù)的應(yīng)用改變了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式和效率。智能化技術(shù)如傳感器、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等可以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的智能監(jiān)測(cè)和管理，提高建筑的安全性和可靠性。建筑信息模型（BIM）的使用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的全過程協(xié)同設(shè)計(jì)和管理，減少錯(cuò)誤和沖突，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。（3）新材料和新技術(shù)的結(jié)合也為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了更多的創(chuàng)新和靈活性。例如，3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和個(gè)性化設(shè)計(jì)，加快建筑結(jié)構(gòu)的制造過程。自適應(yīng)材料和結(jié)構(gòu)可以根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行變形和調(diào)節(jié)，進(jìn)而提高建筑的適應(yīng)性和可持續(xù)性。

4.3" 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的未來趨勢(shì)

未來，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將朝著智能化、可持續(xù)化和個(gè)性化方向發(fā)展。（1）隨著智能科技的不斷進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)將更加智能化和自適應(yīng)。智能材料、傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用將使建筑結(jié)構(gòu)具備更強(qiáng)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和自調(diào)節(jié)能力，從而提高安全性、舒適性和可靠性。建筑結(jié)構(gòu)還將與城市智能化系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)與城市基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，為城市的可持續(xù)發(fā)展和智慧化提供支持。（2）可持續(xù)發(fā)展的理念將深入貫穿建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方方面面。新材料的應(yīng)用將更加注重環(huán)保和資源節(jié)約，高性能、低碳的材料將成為主流。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將更加注重能源效率、循環(huán)利用和生態(tài)友好，建筑結(jié)構(gòu)將成為能源的生產(chǎn)者和節(jié)約者，與自然環(huán)境實(shí)現(xiàn)更加和諧的共生。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還將更加關(guān)注社會(huì)責(zé)任和人文關(guān)懷，創(chuàng)造宜居、健康的建筑環(huán)境，滿足人們對(duì)美好生活的向往。（3）個(gè)性化和定制化將成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要趨勢(shì)。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展將使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活多變，可以實(shí)現(xiàn)更多元化的設(shè)計(jì)風(fēng)格和功能需求。個(gè)性化定制的建筑結(jié)構(gòu)將更好地滿足人們多樣化的生活方式和審美需求，為城市增添更多色彩和活力［5］。

5" 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施是一門藝術(shù)與科學(xué)相結(jié)合的綜合性工程設(shè)計(jì)，需要建筑師、結(jié)構(gòu)工程師以及其他相關(guān)專業(yè)人士的共同努力。通過深入探討概念設(shè)計(jì)的重要性、結(jié)構(gòu)措施的選擇與優(yōu)化、跨專業(yè)間協(xié)同合作與創(chuàng)新以及可持續(xù)發(fā)展與未來趨勢(shì)，旨在喚起更多設(shè)計(jì)人員對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)注，并在實(shí)踐中不斷探索創(chuàng)新及可持續(xù)的設(shè)計(jì)理念，并通過研究和應(yīng)用各種新技術(shù)來推進(jìn)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

參考文獻(xiàn)：

［1］覃飛龍.概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.佛山陶瓷，2023（9）：139-141.

［2］夏力，何瑞淼.簡(jiǎn)析概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.陶瓷，2023（5）：121-123.

［3］曹康進(jìn).概念設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析［J］.低碳世界，2023，13（4）：82-84.

［4］肖遠(yuǎn)洋.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)運(yùn)用分析［J］.低碳世界，2023，13（3）：64-66.

［5］黎子暉.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)思考［J］.居舍，2022（36）：106-109.