探析概念設計在建筑結構設計中的應用

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摘要：通過在建筑設計中利用概念設計可以構造出更為合理的建筑結構體系，并達到節省原料的目的。隨著概念設計的應用推廣，越來越多的設計者接受了這一設計方式，并逐漸成為結構設計的主導思想。

關鍵詞：概念設計；建筑結構設計；應用

1.概念設計的概念與步驟

概念設計是一種實現結構設計的多樣化要求的手段，是建筑設計師基于設計經驗、設計理論以及將要建設的項目工程的特點，對建筑結構的抗震結構以及總體布局進行規劃，并在建筑工程結構設計的初期對設計方案進行概念性的分析估算與比對。這種設計方法具有定性準確、概念明確、便捷的優勢，從而可以在實際應用中取得良好的經濟效益。一般可以將概念設計的步驟分為分析、綜合以及評估三個不斷向著滿意階段靠近的連續階段。其中分析階段主要是對問題進行全方位的了解，但是存在著分析數據不完整與不準確的特點，為此表現出一定的模糊性質。綜合階段是工程師將自己掌握的理論知識以及掌握的實際情況，利用自己的想象力以及創新意識實現工程設計規劃。最后評估階段是一個比較選擇最優方案的過程，可以說是一個循環實施的過程，直到得到滿意的方案為止。設計人員實施評估的過程中要借助于數據統計計算等工具，從而獲得技術上以及經濟上可行的方案。

2.概念設計在建筑結構設計中應用的意義

2.1采用概念設計有利于擬補計算機設計能力的缺陷

在方案設計的初級階段，工程師采用概念設計可以彌補計算機設計能力的缺陷，運用大腦通過對之前經驗的總結可以對方案進行有效的篩選和總結，有利于選擇價格低廉、結構合理并且效果突出的方案。

2.2采用概念設計具有創新性

目前，工程師在結構設計中仍然停留在參照以前的設計、依靠規范的設計手冊，運用設定好的計算機編程采用傳統的設計模式進行設計，導致出來的設計方案沒有新意，而采用概念設計恰恰可以避免這類問題的發生，工程師可以依據自己多年的經驗展示自己的設計理念和設計思想，從而使設計別出新裁。

2.3采用概念設計可以提高設計水平

采用概念設計可以有效的彰顯一個設計師獨特的設計風格和韻味，從側面可以看出設計師的設計水平，同時利用概念設計分析技術，可以有效的發現問題的根源所在，使最終的計算結果盡可能準確。

2.4采用概念設計可以使設計方案更具合理性

在建筑設計選擇的階段，采用概念設計可以有效的構思結構體系，在對比的同時做出正確的選擇，最終的設計方案應具有清晰的思路及正確的定位。凸顯出概念設計的經濟性和可靠性原則，從而減少了不必要的麻煩運算。

3.建筑結構概念設計的原則

3.1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、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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

4.概念設計在建筑結構設計中的應用

4.1合理選擇利于建設的建筑場地

建筑場地的選擇時設計的首要必經階段，一個合理的利于項目建設的場地對整個結構概念設計后期階段起到重要的作用。建筑場地的選擇首先應遵循這幾個基本要素：建筑退界、防護距離、防火間距、日照間距、防噪間距、建筑高度控制、通視要求、現有地形分析等。同時在建筑結構設計體系中，建設的場地應盡量選擇有利于抗震的地點，盡量避免在不利于抗震的危險地段建造建筑，如果實在無法避免，也應采取有效措施盡量減少和消除不利影響，一般在初步設計前就要進行勘探和選址。

4.2合理選擇建筑基礎

一般常包括有樁基礎，箱形基礎和筏形基礎這三種建筑基礎形式。

（1）樁地基：普遍應用于地質松軟并且負載較大的多層建筑結構。使用天然地基無法足夠承載時，而采用樁地基可將荷載由上部結構傳送到下部堅實的持力層。（2）箱形基礎。箱形基礎廣泛應用于高層建筑中，其整體剛度適當，可以將荷載通過上部結構均勻地傳至下部基礎中，從而使結構組成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均勻沉降的問題，增強了建筑物的抗震抗災承受力。

（3）筏形基礎。該基礎適用于低承載力地基、大荷載上部結構的建筑工程。其特點是剛度大結構整體良好，可以將上部結構的超荷載有效地進行分散從而將基地的壓力有效的調整并解決不均勻沉降的問題。

4.3合理選擇結構規則和對稱的建筑主體

主體建筑結構選擇必須合理、簡單和對稱，布局合理的結構可減小扭轉力，穩定非結構件工作狀態，降低耗材成本。通常建筑結構的對稱是指抗側力主體結構的對稱，可選擇較容易對稱的平面結構如簡體框架結構、剪力墻結構等。另外，建筑內結構的對稱亦需要結合建筑平面工程對其進行合理布置。實現結構基本對稱的方法可通過調整結構剛心、建筑物質心及平面形心的距離，使三者盡可能靠近。

4.4合理設計抗震抗災防線

作為一個建筑最基本的要求就是必須具備良好的抗震和重力承載的能力。設計中應設計多道抗震防線避免和消耗地震發生時的破壞性。可以采用適當的控制結構動力來減輕建筑物受震動時破壞程度。若建筑結構遭受強烈震動的時候，通過贅余桿件的變形和屈服可以耗散地震的能量，同時可使贅余桿件停止工作從而將避開共振效應，使整個建筑結構過渡到另一種穩定的體系。

4.5合理選擇結構剛度

設計中選擇的建筑結構必須具備一個適當合理的剛度，同時也是建筑結構設計中的不可忽略的指標之一。選擇合理的結構剛度，可加長結構的基本自振周期，從而減小地震作用的危害。合理的結構剛度，主體承受的水平力，傾覆彎矩，地基基礎負擔都能有效的減少，從而配置合理數量的建筑構造材料，減少耗材。同時，合理的主體結構剛度，可有效減少結構占用空間，提高建筑平面的利用率，做到既經濟又合理。

4.6合理選用計算簡圖

計算簡圖是概念設計結構計算的基礎，選擇合理的計算簡圖可以保證建筑的安全和穩定，否則，不當的計算簡圖可能引發安全事故的隱患及發生。設計合理的計算簡圖的同時，設計師應同時提供構造措施進行相應的保證。

5.結語

近年來，概念設計作為結構設計優化和創新的方法，不僅非常好地彌補了傳統計算分析的不足之處，而且讓計算結果更好地反映結構的實際受力狀態。因此，在建筑結構的設計中，結構設計人員一定要結合各方面寶貴的經驗將結構概念運用的恰到好處，從而保證建筑結構設計的不斷發展，提高建筑行業的水平，使得建筑物的質量和安全性得到有效的保證。

參考文獻：

[1]樊永華.概念設計在結構設計中的應用[J].山西建筑，2012，12.

[2]譚會戰.談建筑結構設計中的概念設計[J].建材與裝飾，2010.6