淺談建筑結構設計中的概念設計與結構措施分析

摘要：隨著科技的進步人們生活水平的提高，建筑工程項目的規模、投資力度、技術復雜程度都在不斷提高，特別是建筑結構設計的影響因素和要求也在不斷增多。那么，對于建筑結構設計中的概念設計，就成為我們研究建筑結構設計的關鍵。它的研究，也有助于建設工程項目實現合理的設計目標。

關鍵詞：概念設計；結構設計；措施

前言

近年來，建筑產業突飛猛進的發展，帶動了建筑結構方面的進步，也對建筑設計提出了更高的要求，在此種形勢下，概念設計因為自身的優越性被得到了廣泛的應用。概念設計無論從思想、方式方法、采用的手段、理論知識等方面都為建筑結構方面提供了科學有效的技術平臺，同時也為建筑結構設計中出現的不確定因素提供了解決方法。因此，建筑結構設計中的概念設計與結構措施的分析具有重要研究價值的。

一、概念設計的概念和步驟

概念設計是設計工程師根據設計理論、設計經驗以及建設工程項目特點，通過對建筑結構的總體布局和布置抗震結構的措施，在建設工程項目結構設計初期對設計方案進行概念性的分析估算和比較，實現結構設計的多方面要求的目標。

概念設計的步驟包括分析、綜合、評估的不斷接近滿意的三個階段構成。

（1）分析：對問題過程進行全民的了解。它的特點是所分析的數據不完整，具有模糊性質。

（2）綜合：產生解決問題的過程。這個過程是工程師將理論知識結合自己的經驗，并發揮自己的想象力和創新意識，將工程設計規劃落實到圖紙的過程。

（3）評估：判斷和比較選擇方案的階段。這個階段是循環實施的過程，它的循環時間為選擇到合適的方案為止，設計人員評估時，采用功能模型方式運用數據統計計算等其它手段進行，已獲得具有經濟合理性和技術可行性的方案。

二、概念設計在建筑結構設計中的應用

（1）建設場地合理化選擇

建筑場地的選擇是進行設計時首先要考慮和必須經歷的階段，一個合理的建筑場地對于建筑設計起著基礎性和決定性的作用。在場地的選擇過程中通常要考慮以下幾大因素：建筑退界、防護距離、日照間距等。同時，在建筑結構設計過程當中，要充分考慮抗震的因素，避免在危險地段進行建設。如不能避免，應結合抗震措施消除危險，對于抗震地點的分析和選址、勘測一般在初步設計前進行。

（2）根據現場情況選擇建筑基礎

建筑場地的選擇完成后，再根據建筑的結構形式和地形特點選擇合適的建筑基礎。經常使用的基礎包括：樁基礎、箱型基礎和筏型基礎。其中在土質松軟負載較大的多層結構中樁基礎被普遍使用。在天然地基中，樁基礎還可將荷載由上部結構傳到下部堅實的持力層上，達到穩定可靠的目的。箱型基礎整體剛度好，荷載從上部結構均勻傳至下部結構中，從而保證結構的整體穩定性，減小了箱基礎不均勻沉降的尺度，提高建筑結構的抗震能力，被廣泛應用于高層結構中。

（3）建筑主體結構的選擇

建筑結構的選擇以合理、對稱為原則，因為布局合理的結構會降低扭轉力，使非結構構件保持穩定的工作狀態并降低材料的耗用。通常建筑結構的對稱是以抗側力結構主體為對稱，如：剪力墻結構等。此外，建筑內結構的對稱的實現需通過建筑平面工程按規定進行布置。實現結構對稱的方法有：調整結構側心、建筑物質心、平面形心的距離。通過對這三種方法的調整，使他們盡可能靠近，達到結構的對稱。

（4）建筑結構剛度的選擇

建筑結構的剛度是設計中極為重要的指標之一，因此必須在設計中選擇合理的剛度。合理的建筑剛度可以加長結構基本自振周期，從而降低地震帶來的災害，同時，采用合理的建筑剛度不僅可以減少消耗的建筑材料的數量，還可降低結構對空間的占用率，提高整個建筑平面的利用率，達到設計合理的效果。

三、建筑結構設計中的結構措施

（1）結構體系中保持協同工作

概念設計中的協同工作被廣泛應用于建筑結構中，它要求結構內部各個部件之間相互協作，共同工作。這就要求結構構件不僅在承載力極限狀態下能保持共同工作，還要求他們具有共同的耐久時間。建筑結構中的基礎與上部工作，依據協同工作的理念，保持著一個統一的整體，共同承受荷載。還有磚混結構中的上部結構與基礎之間必須通過構造柱與圈梁組合成統一的整體進行受力，而不能單獨依靠建筑基礎結構自身的剛度來承受荷載。所以，在建筑結構設計中，要以協同工作做為設計的理論依據。

在結構受力時，每個構件均能達到較高的應力水平為設計較為理想的狀態，在多層結構進行設計時，就要避免各層短柱的出現，目的是提高相同平面處承受荷載的能力，在日益增多的高層建筑結構中，短柱出現的現象也逐漸增多，為了避免這種情況，需要使同層的抗側力結構在相近的水平位移下。

（2）協同工作中材料利用率

協同工作不僅能夠提高結構的穩定性，同時還能提高材料的利用率。一般來說，材料利用率越高，結構的穩定性和協同工作能力也越高。在我國的建筑結構設計中，要求用最少的投入獲得最大的產出是根本的目標，所以，對材料的充分利用是結構設計的基本要求。例如：矩形截面是最為常見的受壓構件，它的構成材料在使用過程利用率很低，分析有兩種原因：首先是梁的中和軸附近的材料應力水平低，另外一點是梁的彎矩隨著梁長的變化而變化。這樣，對于等截面梁來說，很多區段應力水平低?；谶@種受力狀態，采用了概念設計結構進行分析，調整梁截面的應變梯度，使構件保持軸心受力，才能提高材料的利用率。于是，經過一段時間的探索與研究，出現了平面桁架結構，這種結構是將多余材料去掉，既節約成本又降低了材料自重。

四、概念設計在建筑結構設計中的意義

（1）概念設計之的重要性在于它彌補了結構設計理論和計算機理論相互矛盾的缺點和不足。比如在進行混凝土結構設計中，內力計算和截面設計是根據不同的理論計算方法，而得出計算結構與實際受力狀態不符的結果。為了彌補這種缺陷，或者實現在對某些難于計算的結構構件的設計，出現了概念設計與結構措施。

（2）采用概念設計體現了設計的創新性。目前工程師的設計還處于依賴手冊、循規蹈矩和使用計算機程序進行設計的方式，這種設計方式沒有創新和風格特點。采用概念設計，工程師可以根據自己豐富的工作經驗及理論知識，結合概念設計中的新思路、新方法創造出具有創新性、合理性的設計。

（3）采用概念設計創造更為合理的設計

在建筑設計階段采用概念設計，可以更加合理的構建結構體系，通過方案的對比選擇出更加優秀的設計。最終選取的設計方案，也體現了方案的經濟性、可靠性等特點，同時也避免了在設計后期階段產生的繁瑣運算。

（4）概念設計可以提高工程師的設計能力

概念設計是以正確的設計理念和原則為基礎，可以解決設計過程中存在的問題，提高設計水平。并且利用概念設計可以判斷和分析設計中出現的問題，從根源處解決問題，最后使計算的結果更加準確。

四、總結

國民經濟的發展帶動了建筑行業的發展，像我國這種處在發展中國家的建筑行業，低投入和高產出是最終目標，此外，在滿足這種目標的情況下，建筑還有體現出自身獨特的風格?；谶@種情況，出現了概念設計，概念設計是經濟發展的必然產物，在結構設計中使用概念設計體現出了結構體系的合理性。概念設計在被逐漸使用的過程中被越來越多的設計師們接受，成為目前結構設計的主導思想。因此，概念設計在建筑結構中會有更大的發展，也會為建筑設計帶來更加深遠的影響。

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