建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中概念設(shè)計的運(yùn)用

杭 彧 劉文濤

(蘇州土木文化中城建筑設(shè)計有限公司，江蘇 蘇州215131)

我國現(xiàn)行的以概率論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計準(zhǔn)則雖然在科學(xué)合理性方面較以往結(jié)構(gòu)設(shè)計理論有了很大程度地進(jìn)步，但是不可否認(rèn)其在本質(zhì)上仍然是一種“近似概率法”。此外，任何一個結(jié)構(gòu)物都是由若干構(gòu)件相互連接而成的整體空間結(jié)構(gòu)，而由于當(dāng)前空間結(jié)構(gòu)體系整體研究的局限性，現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計不可避免地采用了許多假定與簡化。

作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，不應(yīng)過度迷信結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、盲目照搬照抄規(guī)范條文，片面地重視計算結(jié)果，而應(yīng)站在整體角度準(zhǔn)確把握整體與局部的力學(xué)關(guān)系，重視結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中概念設(shè)計的應(yīng)用。

1 概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計

概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，前者屬于“定性”的過程，而結(jié)構(gòu)設(shè)計則是將前者“定性”轉(zhuǎn)化為“定量”的過程。概念設(shè)計側(cè)重的是從全局角度綜合建筑物功能、結(jié)構(gòu)安全以及建設(shè)場地情況等因素確定結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式以及構(gòu)件尺寸等項目的過程。而結(jié)構(gòu)設(shè)計則是以概念設(shè)計確定的項目為基礎(chǔ)，依據(jù)力學(xué)原理與數(shù)學(xué)計算結(jié)果以及構(gòu)造規(guī)定對結(jié)構(gòu)進(jìn)行最終設(shè)計的過程。

現(xiàn)實生活中，許多設(shè)計人員都忽略了概念設(shè)計的重要性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最先強(qiáng)調(diào)的是計算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造則不夠關(guān)心。據(jù)筆者的了解，部分結(jié)構(gòu)設(shè)計單位總工都不重視工程概念設(shè)計環(huán)節(jié)，他們的主要精力都放在對設(shè)計人員計算過程、計算結(jié)果以及設(shè)計圖紙的審核。此外，行業(yè)的一個誤區(qū)就是過分強(qiáng)調(diào)軟件的重要作用，許多設(shè)計人員（尤其是新手）一切設(shè)計均以軟件計算結(jié)果為準(zhǔn)。這是極為不妥的，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致事故的發(fā)生。

當(dāng)然，我們應(yīng)當(dāng)在設(shè)計過程中同時加強(qiáng)對概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的重視，切不可厚此薄彼。概念設(shè)計固然重要，但是沒有準(zhǔn)確的受力分析計算、沒有各組成構(gòu)件的安全保障，就沒有整體結(jié)構(gòu)的安全可靠。

2 概念設(shè)計的重要性

概念設(shè)計要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，從整體的角度做好特定建筑空間中總體方案的設(shè)計工作，與此同時還能兼顧結(jié)構(gòu)之間以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的關(guān)系。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中進(jìn)行合理的概念設(shè)計有著十分重要的作用。首先，當(dāng)前的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算理論還存有諸多缺陷、許多問題還不具備科學(xué)計算的條件，最常見的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力計算與截面設(shè)計兩者所基于的力學(xué)理論就存在矛盾，前者基于彈性理論而后者則為塑性理論，這種矛盾也直接造成了理論計算與實際受力狀態(tài)上的差異。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員若能采取較好的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計目的的同時還能有效彌補(bǔ)這類矛盾所帶來的各類缺陷或者能夠可靠地解決實際中無法通過計算來定量分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計問題。其次，當(dāng)前高精度設(shè)計軟件的廣泛應(yīng)用，在帶來便利的同時也難免會給設(shè)計人員帶來力學(xué)性能上的各種誤解，此時結(jié)構(gòu)設(shè)計人員就需要根據(jù)概念設(shè)計的相關(guān)要求對結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作性能進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的把握。最后，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員概念設(shè)計能力的培養(yǎng)還有助于其完成方案設(shè)計、初步設(shè)計工作。初步設(shè)計不同于施工圖設(shè)計，其完全依靠設(shè)計人員根據(jù)自身所掌握的專業(yè)知識、專業(yè)經(jīng)驗去比較選擇出優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的具體應(yīng)用

3.1 建設(shè)場地選擇與基礎(chǔ)選型

結(jié)構(gòu)初步設(shè)計應(yīng)當(dāng)在建設(shè)場地選定及完成場地地質(zhì)條件勘察的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇地質(zhì)條件相對較好、抗震有利的建設(shè)場地，這樣不僅有利于降低工程造價，而且有利于結(jié)構(gòu)的后續(xù)受力。若不具備選擇項，則應(yīng)根據(jù)自身經(jīng)驗結(jié)合場地條件盡最大努力降低場地限制產(chǎn)生的不利影響同時依據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載狀況、地質(zhì)條件以及建筑場地周邊建筑物狀況合理確定基礎(chǔ)形式。

3.2 選擇結(jié)構(gòu)體系型式

科學(xué)合理地選擇結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的又一項必備技能。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)從宏觀角度把握，以規(guī)范的相關(guān)規(guī)定為依據(jù)，正確處理結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件之間的關(guān)系，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中強(qiáng)調(diào)的“強(qiáng)柱弱梁”原則。

3.3 均勻布置結(jié)構(gòu)平面與豎向剛度

概念設(shè)計過程中，應(yīng)盡量均勻布置結(jié)構(gòu)在平面與豎向的剛度。一方面，盡量減小結(jié)構(gòu)平面剛度重心與質(zhì)心的偏差，借此降低建筑物的轉(zhuǎn)動慣量，最終增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體抗震性能；另一方面，對于側(cè)向剛度存在突變的樓層，為改變其地震薄弱層的性質(zhì)，應(yīng)采取有效措施加大該層剛度值，避免或降低地震帶來的破壞。

4 概念設(shè)計運(yùn)用過程中的注意事項

4.1 科學(xué)合理選擇結(jié)構(gòu)方案

選擇科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案是概念設(shè)計的基本要求。設(shè)計人員在確定結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮主觀能動性，與施工單位、建設(shè)單位深入溝通交流，明確他們的訴求，同時結(jié)合工程材料的使用、結(jié)構(gòu)的特性以及現(xiàn)場施工條件等因素綜合考慮，最終確定擬采用的結(jié)構(gòu)方案。在實際操作的過程中，若有多份備選方案也可采用對比分析的方法進(jìn)行對比選擇確定。

4.2 合理簡化計算模型

設(shè)計過程中各項計算工作都建立在相應(yīng)的假設(shè)基礎(chǔ)上，正是因為有這些假設(shè)，設(shè)計人員才能建立起相應(yīng)的計算模型。這些模型的合理與否直接決定了最終計算結(jié)果的合理準(zhǔn)確性，若有偏差很可能會造成嚴(yán)重的安全質(zhì)量事故。設(shè)計人員需要根據(jù)工程實際，合理假設(shè)簡化實際問題，保持必要的安全儲備。

4.3 準(zhǔn)確分析判斷計算結(jié)果

現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件種類繁多，質(zhì)量也參差不齊。相同的問題，不同的軟件計算結(jié)果難免會存在一定的差異。因此，設(shè)計人員在使用軟件的同時還需清楚地了解軟件計算所存在缺陷，對于關(guān)鍵部位還應(yīng)堅持手算復(fù)核。此外，設(shè)計人員還應(yīng)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，讓自己成為火眼金睛。

5 結(jié)語

總之，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中科學(xué)合理地進(jìn)行概念設(shè)計對于保證結(jié)構(gòu)安全性、合理性以及經(jīng)濟(jì)性有著重要的作用。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷加深對力學(xué)基本原理、各式結(jié)構(gòu)概念、受力性能以及計算結(jié)果的分析與理解，在今后的工作中做好特定建筑空間中總體方案的設(shè)計工作并且處理好結(jié)構(gòu)之間以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的關(guān)系。

［1］鄭軍輝.概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用J].城市建筑，2012(15).

［2］吳愛菊.結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計與應(yīng)用[J].溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007(02).

［3］湯夢玲.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計[J].邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007(05).