概念設計在建筑結構設計中的應用

朱 捷

（浙江東南建筑設計有限公司 浙江 杭州 310000）

一、前言

經濟的發展極大改善了人們的居住環境。在建筑結構設計中，越來越注重建筑的適用性和安全性能，建筑結構概念設計對于提高建筑的安全性和舒適程度起到了積極的促進作用。

二、概念設計概念

概念設計，就是以人的構思為主體的設計。這種設計不需要經過計算機來進行精確的數據計算，而是由建筑設計人員依據自己的工作經驗以及對整體結構布局的了解和判斷，來對建筑的設計方案進行正確的構思。從宏觀上來決定需要建造建筑的結構等基本問題。每一件設計作品的任何環節都離不開概念設計的指導，不管是整體部分的大方向，還是關鍵部分的精細部分。不管科學技術如何突飛猛進地發展，設計始終是一件以人的思維為主題的事情，計算機技術再高端也只是人類制造出來按照一定的模式計算的工具，永遠不能取代人的思維在設計中起到的掌控大局，指領方向的作用。一件好的設計作品，必須得有正確的概念設計來引導方向。這樣才能避免由于自身經驗不足或誤判而產生的不符合客觀事實的建筑設計作品。進而產生出考慮周到，結構設計合理，外形美觀，富于美學效果的優秀作品。

三、概念設計的原則

1、結構的規則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。嚴重不規則的結構體系，不僅會導致建筑難以具備必要的承載能力、變形能力和剛度，而且由于部分結構或構件的破壞會使整個結構喪失承受風荷載、重力荷載和地震作用的能力。結構的豎向和水平布置應當具有合理的承載力分布和剛度，避免因局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位。面對這種情況，要對可能出現問題的薄弱部位，采取有效的措施予以加強。建筑的結構體系宜具有多道抗震防線。

2、規則結構的主要特征

規則結構通常是指建筑體型（平面和立面）規則，結構對稱并具有較好的抗扭剛度且平面分布均勻。結構豎向布置均勻，結構的剛度、質量和承載力分布均勻，沒有突變。建筑的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構出現側向剛度和承載力突變的情況；建筑及其抗側力結構的平面布置宜對稱、規則，并且具有良好的整體性。

3、規則平面布置需滿足的要求

結構平面布置必須考慮到抵抗水平和豎向荷載的問題，應滿足受力明確、均勻對稱、傳力直接、減少扭轉的條件。在地震作用下，建筑平面應力求簡單規則，而風力作用下則可適當放寬。抗震設防的建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規則，以減少震害。在建筑的獨立結構單元內，應當使結構平面形狀簡單規則，承載力和剛度分布均勻。不應采用嚴重不規則的平面布置，減少偏心。

四、概念設計在建筑結構設計中的重要作用

1、概念設計所展現的是一個結構設計師創作理念的重要部分

一個優秀的結構工程師，就是在有限的空間內來完成整體的設計方案，并且能夠很好地處理構件與結構之間的關系。隨著設計師工作經驗的豐富，設計出的建筑必然會越來越新穎、越來越完善。而設計方案越合理，人們對于建筑物的認可度就越高。但是就目前的情況而言，很多的工程師太過于依賴一些輔助性的工具（如規范設計手冊、計算機的程序等），造成了其思維空間的局限性；對新技術和新的工藝拒絕采納，害怕使用不當造成壞的影響；對現行的結構理論與計算機的程序有偏差，出現的問題不能夠及時地發現處理。以上問題是結構設計工程師在今后的設計過程中需要考慮到的和要避免發生的。

2、概念設計的重要性體現在方案設計階段

在設計的初始階段，結構工程師要靈活運用所掌握的知識，根據各種結構的特點和的設計經驗，制定出合理實用、效果好、成本低的結構方案。在設計過程中，要明確各結構體系之間的差異，才能在設計方案的時對結構體系進行有效的構思，從而使方案具有很好的經濟、可靠性能。因此，對于設計概念的掌控是確保正確設計原則的關鍵所在。當存在技術問題的時，用概念設計來分析比數據的統計更為方便，判斷構造的合理性也更快捷。

五、建筑結構設計中概念設計所要注意的事項

1、選擇合適的基礎方案

對于一件建筑設計作品來說，方案的敲定對最終成品的影響非常之大。建筑基礎選型設計不僅關系到住戶的生活體驗感受，更會影響到住戶的人身安全。在許多建筑工程中，一些建筑的結構與所處的地基條件非常不協調，有些建筑上部體積非常大，但是基座僅有幾根柱子作為支撐，這樣的建筑不僅在美學上不具有美學效應，而且連基本的安全保障都不能提供。此，建筑設計人員和施工人員在進行建造之前，就應該調查分析好各方面的環境因素，調查地質條件，結合實踐工作經驗，依據經濟適用性，美觀性，安全性等性能方面認真設計選定最終的設計，正確掌控建造大局。

2、選擇合理的結構設計方案

結構工程師必須在考慮結構設計方案的安全性、經濟性、實用性和合理性的基礎上實施設計，根據設計者所掌握的理論知識，結合平時的工作經驗，制定一個有效的設計方案，同時要對可能發生的問題充分考慮到，如應受力、抗震部位薄弱的地方等。總之，結構設計師必須對材料的選擇、建筑的結構特點、設計的要求等進行綜合性的系統分析，在多種方案中選出一種最為合理化的設計方案。

3、恰當選用計算簡圖

建筑設計師在結構計算過程中用到的計算簡圖如果選用不當，將直接影響建筑結構，甚至造成安全事故。因此，選用正確的計算簡圖十分重要。結構設計師要結合實際的情況，合理設計計算簡圖，并且要用相應的結構來加以保障。另外，結構設計師還要考慮的是實際結構的節點不可能完全是剛結點或是鉸結點，要使計算簡圖的設計誤差在允許范圍之內。

4、正確分析計算結果

在目前的建筑結構設計中，計算機的運用是必不可少的，由于不同軟件會存在很大的差異性，導致計算結果會有所不同。因此，結構設計者在設計的同時必須熟悉掌握計算機的應用程序，意識到數據對于設計的重要性，仔細的核對相關數據，并且要能夠通過平時的經驗準確的判斷出數據的對與錯。