建筑的結構設計中概念設計分析

劉鑫 劉繁星

摘要：隨著經濟的飛速發展和人們生活水平迅速的提高，人們對建筑結構設計提出了更高的要求。在建筑行業運用概念設計，能夠正確的處理建筑結構設計中遇到的諸多問題，使建筑的設計更加符合人們的生活要求，發揮更大的價值。本文就建筑的結構設計中概念設計進行了簡要分析。

關鍵詞：建筑工程；結構設計；概念設計

中圖分類號：TU198 文獻標識碼：A

引言

隨著我國社會經濟的繁榮發展，建筑行業的規模不斷擴大，對建筑結構設計水平的提高也越來越重要。在經濟全球化的新形勢下，我國的建筑設計應該跟上時代的腳步，然而傳統的建筑結構設計比較單調，缺乏創新，不能夠適應當前的發展需求。因此，將概念設計應用到建筑結構設計中尤為重要，

一．建筑結構概念設計的原則

1.全面考慮原則

結構概念設計時，首先根據建筑的要求，保證結構方案的合理化。結構選擇時應結合當地固有的自然條件和人文條件（如氣候、文化背景、地質條件等）、地表結構類型及荷載情況、相鄰建筑物的影響、施工條件限制等多種因素進行綜合分析，最后提出合理的方案。

2.使用科學的計算簡圖

對簡圖進行計算是結構計算中的基礎，選擇恰當的計算簡圖是保證結構設計安全的重要條件。計算簡圖應有相應的構造措施來保證，建筑結構實際的節點不可能是純粹的鋼節點或者是鉸接，但是其存在的誤差必須嚴格限定在設計允許范圍之內。

3.功能協調原則

結構概念設計時，應盡可能做到建筑、結構、設備和施工手段的功能協調，結構各個構件的受力相互協調，共同承擔自重及外部荷載，從而取得盡可能大的效能和效益。例如，在結構和建筑功能協調方面，要做到建筑體型和結構體系相協調，建筑使用和結構布置相結合等。從結構受力和變形分析看，要盡可能利用結構的對稱性、變形的連續性和協調性。

4.優化選型原則

結構概念設計歸根到底是確定主體結構體系和結構布置，優化結構體系的前提是掌握各類基本構件的特征，根據環境、使用、建筑和荷載實況優化選擇合適的基本構件，擇優選用抗震和抗風性能好且經濟合理的結構體系。優化結構布置是在滿足使用要求和建筑意向的前提下優化主要受力構件的布置，重要的原則是平立面宜規則、對稱，具有良好的整體性，要保證構件既有必要的抗震承載力與剛度，又擁有良好的承受非彈性變形的能力。

二．概念設計在建筑結構設計中的重要性及應用

1.概念設計在結構設計中的重要性

（1）概念設計改變了計算機設計中的不足之處

在建筑結構設計方案的設計過程中，計算機設計有一定的局限性，它不能夠完成方案的初步設計。在結構設計中，計算機技術得到了廣泛的應用，但是計算機設計容易給設計師一種錯覺，會使設計師感覺計算機程序的應用非常簡單，從而過分的依賴計算機軟件，減少了結構概念的學習，自身的設計能力逐漸下降。有些設計師就習慣將分析程序用到設計過程中，卻不知計算機設計是把雙刃劍，如果選擇正確的軟件會提高設計效率，一旦選擇了錯誤的軟件就會導致結構設計出現問題，這種潛在的問題會隨著時間的增加而突顯出來。為了彌補計算機設計的不足之處，就需要應用到概念設計，設計師需要加強結構概念的學習，做到清楚的掌握有關結構概念，并且根據所學的內容去選擇最佳結構方案。

（2）概念設計使結構設計更加完美

結構概念是設計師必須掌握的，它能夠帶給設計師清晰的思路和全新的靈感，在保證正確設計原則的前提下，避免了定性錯誤、概念混亂等問題。另外，在發現技術問題時，如果能夠將概念設計完全掌握，就可以對問題進行原因分析，從而及時的解決有關問題。在現行的《建筑結構設計統一標準》中，就提到了概念理論，制定了以它為基礎的結構極限狀態設計準則，相對比以往的設計方法，這種方法更具先進性，使結構設計方案更加科學、合理。總之，將概念設計應用到建筑結構設計中，提高了設計方案的可靠性，使設計成果更具創造性，結構設計方案更加完美。

2.概念設計在結構設計中的具體應用

（1）概念設計在抗震設計中的應用

在進行抗震設計時，我們大多是通過初定的尺寸及砼等級，來進行結構剛度的計算，然后再根據剛度推出地震力，最后再依據地震力算出配筋的數量。眾所周知，地震力、配筋數量及結構剛度三者是成正比的，地震力越強大，配筋數量就越多，結構剛度也就越強。反之，配筋數量越多，結構剛度越強，地震力也會越強大。從這一關系中可以看出，用增加配筋數量的方法，反而起到了增強地震力的效果，不能算作一個好方法。而將概念設計思想運用到抗震設計中，就會是設計思路進一步拓展，它改變了傳統單一的思考模式，采用了降低作用效應的新思路，為進一步提高抗震設計做出了貢獻。例如隔震消能的方法，這種方法的研究就運用了概念設計思想，我們可以在基礎和主體間設隔震層，或者在建筑頂端放置“反擺”，通過這些有效的措施來降低了地震力。

（2）概念設計在方案選擇中的應用

在方案的選擇中，要將概念設計思想運用其中，從而保證方案選擇的合理性。在基礎方案的選擇中，我們應該綜合地質條件、結構類型、荷載分布情況、施工條件等多方面因素進行考慮，從而選擇出最佳基礎方案。在基礎設計過程中，也要用到概念設計思想，應依據地質勘察報告進行設計，倘若沒有報告，要自己調查有關資料，明確建筑場地的地質情況等，只有具備足夠的信息量才能使設計更準確，值得注意的是:在同一個結構單元中，不能夠運用其它結構體系。另外，在設計中，應該充分的發揮地基的潛力，有必要的話還要進行變形驗算。

（3）概念設計在電算分析中的應用

隨著信息化時代的到來，計算機技術得到了更廣泛的應用，建筑結構設計中也應用了計算機技術。雖說計算機設計給設計人員減輕了工作負擔，但是由于多方面因素，計算機軟件本身存在一定的問題，不同的軟件情況也不相同。因此，通過計算機軟件計算出來的結果會出現錯誤，倘若使用不同的軟件，其計算結果也存在差異。針對這種情況，就需要將概念設計應用到電算分析中，在通過計算機軟件得出結果后，結構設計師要憑借自身掌握的專業知識和多年的實踐經驗，來進行電算結果的判斷，從而保證計算結果的準確性。

三．概念設計中應注意的問題

1.準確把握剛性設計

在建筑結構設計中，合理的確定建筑物的剛性是非常有必要的。總體來講建筑物的剛度不能太大，也不能太小，結構設計師要根據具體的情況，進行準確的把握。建筑結構的剛性太大，其自身的自振周期就短，在地震中比較容易傳遞能量，從而給建筑物帶來較大的破壞，并且造成大量的材料浪費，增加建造的成本。剛性太小的話，建筑物表現比較柔，在地震中比較容易變形，影響其整體的強度和穩定性。

2.注重整體破壞機制

建筑物設計時，考慮的破壞機制有樓層和整體破壞機制。設計人員在設計時要注重整體破壞機制，避免樓層破壞機制的發生。一般出現樓層破壞說明在設計的時候，對細節問題考慮不周全，一些部位沒有發揮其承載能力。因此設計人員應將設計的重心放在實現結構的整體破壞機制上，這就需要在適當的位置布置塑性鉸，并準確的把握其出現的順序等要點。

3.注重等強度和耗能設計

在建筑物抗震結構的設計中，要認真考慮設計的原則，避免由于考慮的不周造成建筑物局部出現缺陷，在水平作用下造成承重結構的提前垮塌。因此，在設計時，一定要注重建筑結構的等強度設計。另外，在關鍵的部位還需要具有耗能的設計，只有這樣才能減弱地震能量造成的破壞。

結束語

隨著人們生活水平的提高，對建筑物的設計要求也會越來越高。在設計的過程中運用概念設計的理念，通過不斷的創新和合理的分析，能夠達到減少資源浪費保障建筑安全的目的。概念設計的突出優點將會受到越來越多人的青睞，它是建筑設計思想的提升，在不久的將來將會有更為廣泛的應用。

參考文獻

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