概念設計在建筑結構設計中的應用探究

【摘 要】 本文將對概念設計的涵義以及重要性進行簡單闡述，并針對當前的建筑結構設計中出現的一些問題，提出設計師使用概念設計的觀念進行設計，能夠激發其創造性，進而促使整個建筑結構的設計發展。

【關鍵詞】 概念設計；建筑結構設計；應用

前言

隨著經濟的快速發展與社會的不斷進步，建筑業也得到快速發展，人們對于建筑物的抗震結構越來越重視，尤為是近年來地震災害比較頻繁，給人們的生命財產安全帶來了極大的威脅。因此，建筑結構在設計過程中，必須加強建筑物的抗震性能。近年來，越來越多的建筑設計師在建筑設計過程中引入了概念設計理念。以下將對概念設計在建筑結構中的應用進行分析。

1、概念設計的涵義

通常情況下，概念設計就是指不通過數值的計算，特別是在一些比較難進行準確且理性的分析或者是在規范中比較難以規定的情況，依照結構的損壞機理、震害、整個結構的體系和分體系之間存在的力學關系、建筑工程的實際經驗以及實驗情況所得到的基礎性的設計理念與原則，從整個角度對建筑結構中的抗震細節部位的處理措施以及總的布置情況進行宏觀的控制[1]。使用概念性的比較類似于估算的手段，能夠在建筑的設計方案時期就有效且快速的實現對結構體系的比較、設想以及選擇。這種方式所得出的設計方案的概念都比較的清晰，且能夠正確定性，從而防止在設計階段的后期出現一些沒有必要的且麻煩的計算，能夠有效的提高設計方案的經濟可靠性。此外，這種方式也能對計算機內力所分析的輸出數據進行準確的判定，分析該數據是否正確、可靠。

越來越多的建筑設計人員在其設計過程中開始使用概念設計這一思想，并且發現概念設計對建筑結構的設計起到了極大的作用。雖然概念設計的使用效果比較好，但是在實際的高校教學中，其教學過程中只重視對孤立的分體系以及獨立的構件的力學概念的講授。特別是專業課的教學過程中，單獨計算的內容所占比重比較大，而綜合性的練習比較少，且只是在考試題目中有所表現，這種情況導致大多數學生在做題時，只會將公式套入題中，對于比較靈活的題目就無從下手。

2、概念設計的重要意義

對概念設計的重要性進行強調，主要是要求建筑師以及工程師在進行建筑設計時，對相關規范和規程中的結構設計概念中的規定都必須特別注意。如果建筑結構規則性與整體性都比較差，那么只是依照當前的結構設計的計算水平是很難確保建筑結構的抗風和抗震性能，特別是其抗震性能[2]。在進行高層建筑的設計，特別是在其抗震設計中，要十分注重概念設計的引入。這主要是因為高層建筑的結構比較復雜，在發生地震時，它的地震動無法確定。此外人們對地震發生時的結構的響應存在一定的模糊性以及局限性，對高層結構的計算特別是對抗震數據的計算必須做到準確，由于施工安裝過程中存在的變異性、材料的性能以及其他一些無法進行預測的因素，可能會造成建筑設計的計算結果與實際之間存在極大的差異，甚至一些作用效果到現在依然無法計算出。

3、概念設計在建筑結構中運用的原則

3.1 堅持優化選型的原則

結構概念實際上就是明確建筑主體的結構體系以及之間的聯系。它主要是對以下兩個方面進行思考，并采取比較方式實現優化選擇：1）對結構體系進行優化。對建筑中基本構件的特征進行掌握，這是其前提條件，特征主要包括和變形相關的剛性特征以及和受力相關的幾何特征等等。依據建筑、使用、壞境以及荷載情況進行優化選擇比較適合的基本建筑構件，并對它們之間的關系進行判定，進而建立它的支承作法（例如筒體結構以及框架結構等等）與基本性的結構單元；之后利用平面、疊合、線型以及交叉等集合形式將基本性的結構單元轉變為主要結構體系。2）對結構布置進行優化。在確保建筑的使用需要以及意向的基礎上，對建筑的樓層蓋水平、基礎系統以及柱墻豎向支承系統進行優化布置。在這時要對建筑的承載能力、支承作法、側向與豎向的變形以及地質條件等結構性問題進行比較，確定其是否具備優越性以及合理性。此外，尤為重要的原則就是平面最好是對稱和規則的，且具備較好的整體性，豎向的剖面要平整、規則，側向的剛度最好保證其能平衡變化，并由下而上的變小，防止出現突變現象[3]。

3.2 堅持空間作用的原則

建筑物屬于空間結構，在進行結構的概念設計時，應該注意建筑內的各個結構中的空間作用，實際就是將恢復為原本的結構。此外，如果能夠有意識的使用構件之間的空間關系將會對建筑帶來極大的好處，它會提高建筑的剛度、改善受力的效能且能降低內力。

3.3 堅持合理受力的原則

在進行結構的概念設計時，往往需要使用力學知識對結構構件中的一般性受力問題進行處理，其中，必須對以下幾點加以注意：1）從受力與變形的角度來講，集中受力不如均勻受力的效果好，單跨簡支不如多跨連續，平面作用不如空間作用，鉸接不如鋼性連接，超靜定的受力體系優于靜定的受力體系。此外，傳力簡捷明顯優于傳力曲折，對于無法確定的受力狀態應該避免。（2）從受力和變形的角度來講，應該充分使用建筑剛度的相對性、變形的協調性和連續性以及結構的對稱性。不但要對其部分構件的受力情況進行分析，還必須對其整體結構的宏觀受力情況進行分析。對重要的受力情況以及變形情況加以重視，對于不是很重要的受力與變形情況可以忽視不計。

4、概念設計在建筑結構設計中的應用

本文將主要介紹建筑抗震方面的概念設計。其主要需要考慮的因素有以下幾點：

4.1 場地與地基

大量的資料發現，建筑場地中的地形、地貌以及地質等將會對建筑物的防地震性能產生一定的影響。所以，在進行抗地震設計時，必須注重對場地的選擇。地基與基礎的設計應該符合幾點要求：1）相同結構的單元基礎不應該安置在性質完全不一樣的地基上。2）相同的結構單元不應該只有部分使用天然地基部分使用樁基。（3）當地基是液化土或不均勻土等土質時，應該考慮當地震時，將會造成地基不平衡等問題。

4.2 建筑體型的選擇

對于建筑設計以及抗側力結構的平面布置時，最好保證對稱，并且結構質量中心和剛度中心相同，整體性良好，這能夠有效的改善結構中地震扭轉效應以及應力相對集中的現象。建筑的豎向與立面剖面應該規整，側向的剛度應該均勻變化，豎向抗側力構件的截面大小與材料的強度應該由下向上遞減，預防抗側力結構的側面剛度以及承載力發生變異，進而出現 薄弱層。在建筑結構中出現的不規則的體型與平立面，可以依照實際要求增加防震縫，從而構成幾個比較規則的抗側力結構。防震縫的設置應該按照抗震設防的強度、結構材料、結構單元等進行，防震縫兩側的上部結構必須隔開。

4.3 抗震結構體系的選取

在基坑挖好之后，就能在基坑中實行基礎性的建設。高層建筑中所受的荷載，發揮控制作用的是水平荷載，而不是豎向荷載。即風荷載與地震作用。在進行高層建筑的建設時，必須確保它在水平荷載的作用下的穩定性以及強度。所以，高層建筑的基礎應該埋入地面一定的深度，從而達到其嵌固需要。對應埋入地面以下的深度，可以將其建設為地下室，并用于車庫、配電房等。

結束語

綜上所述，概念性設計在建筑結構設計中具有十分重要的作用。本文中提到的幾點在實際的工作中是比較常見的，設計人員必須提高工程設計的質量，從而保證建筑業的健康、穩定發展。

參考文獻

[1] 高鵬，喬可義.重視概念設計，提高建筑結構設計的質量[J].黑龍江科技信息.2011（03）.

[2] 于應平.淺議建筑結構設計中的概念設計[J].黑龍江科技信息.2009（18）.

[3] 孫鵬.建筑結構設計中的概念設計與結構措施[J].黑龍江科技信息.2011（04）.