當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

摘要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活水平的要求也越來(lái)越高，隨之對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。在建筑行業(yè)運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，能夠合理解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的很多問(wèn)題，更好的將設(shè)計(jì)作品完成。本文將就當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行論述，希望對(duì)今后相關(guān)內(nèi)容的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)

0前言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序的全面應(yīng)用，給建筑結(jié)構(gòu)工程師們帶來(lái)了極大方便，大大提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。但同時(shí)也養(yǎng)成了很多設(shè)計(jì)人員一味地依賴計(jì)算機(jī)，認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需要按照規(guī)范、圖集，通過(guò)電腦軟件計(jì)算就可以完成，設(shè)計(jì)人員成了不過(guò)是東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫(huà)匠而已，對(duì)計(jì)算的結(jié)果也無(wú)法判斷正誤，規(guī)范與軟件之間的差異更是不了解；對(duì)如何加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性、合理性、經(jīng)濟(jì)性更是沒(méi)有概念。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當(dāng)必要的。

1 概念設(shè)計(jì)介紹

1.1 建筑設(shè)計(jì)人員在經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的詳細(xì)計(jì)算之前，在無(wú)法對(duì)一些比較特殊的情況做出相對(duì)比較理性的分析或者出現(xiàn)規(guī)定范圍外的問(wèn)題時(shí)，只通過(guò)自身對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想或者對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)總體布置，進(jìn)而進(jìn)行確理論依據(jù)的設(shè)計(jì)就稱(chēng)之為概念設(shè)計(jì)。為了可以達(dá)到最終的設(shè)計(jì)目的，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的人員應(yīng)當(dāng)對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行認(rèn)真的分析，并把握整體與各個(gè)分體之間的各種關(guān)系，然后嚴(yán)格遵循已經(jīng)被確定的工程設(shè)計(jì)的基本程序以及原則，并利用一定的設(shè)計(jì)思維，從宏觀上對(duì)整個(gè)建筑的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的思考和設(shè)計(jì)。

1.2 在地震頻發(fā)地區(qū)，為了提高建筑的穩(wěn)定性，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑設(shè)計(jì)人員一般會(huì)采取一些有效的措施進(jìn)行隔震消能，但是這種措施有很多種，最常用的是在建筑的基礎(chǔ)與建筑物的主體之間設(shè)置一個(gè)具有柔性結(jié)構(gòu)的隔震層。除了設(shè)置隔震層之外，設(shè)計(jì)人員還經(jīng)常會(huì)在建筑物的頂部設(shè)置一個(gè)反擺裝置，在發(fā)生地震時(shí)，反擺裝置由于慣性，其移動(dòng)方向?qū)?huì)與建筑物移動(dòng)方向相反，從而減弱建筑物的震動(dòng)幅度和頻率，減少地震帶來(lái)的危害。如果設(shè)計(jì)的較為合理，將會(huì)帶來(lái)較大的抗震效果。

1.3 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者運(yùn)用概念設(shè)計(jì)具有很多的優(yōu)勢(shì)。例如，可以拓寬設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思維，打破思維定勢(shì)，從而設(shè)計(jì)出更加令人驚嘆的建筑設(shè)計(jì)。在以前進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者往往只重視建筑物結(jié)構(gòu)的抵抗能力上，對(duì)其他方面缺乏關(guān)注，同時(shí)為了達(dá)到提高抵抗能力的目標(biāo)，在進(jìn)行具體的建筑施工時(shí)，就會(huì)采用原本不需要的等級(jí)比較高的水泥等材料，同時(shí)沒(méi)有依據(jù)的進(jìn)行鋼筋數(shù)量的增加，這就是對(duì)整個(gè)工程設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)重掌控的表現(xiàn)，這將會(huì)造成整個(gè)工程的成本過(guò)高。

1.4 設(shè)計(jì)者在進(jìn)行建筑物的抗震能力設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該更加重視運(yùn)用概念設(shè)計(jì)。由于建筑物的各個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀況比較復(fù)雜，難以用具體數(shù)據(jù)表明，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑物各個(gè)部位的受力狀況具有較大的不確定性。造成這種狀況的原因就是由于人們嚴(yán)重缺乏對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的清晰認(rèn)識(shí)，再加上建筑材料的性能不夠穩(wěn)定和各種不利因素的存在，都將會(huì)導(dǎo)致最終的設(shè)計(jì)不能夠達(dá)到預(yù)期的效果。

2 概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中運(yùn)用的原則

2.1 堅(jiān)持優(yōu)化選型的原則

①對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)建筑中基本構(gòu)件的特征進(jìn)行掌握，這是其前提條件。依據(jù)建筑、使用、壞境以及荷載情況進(jìn)行優(yōu)化選擇比較適合的基本建筑構(gòu)件，并對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行判定，進(jìn)而建立它的支承作法與基本性的結(jié)構(gòu)單元；之后利用平面、疊合、線型以及交叉等集合形式將基本性的結(jié)構(gòu)單元轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕Y(jié)構(gòu)體系。

②對(duì)結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)化。在確保建筑的使用需要以及意向的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑的樓層蓋水平、基礎(chǔ)系統(tǒng)以及柱墻豎向支承系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化布置。在這時(shí)要對(duì)建筑的承載能力、支承作法、側(cè)向與豎向的變形以及地質(zhì)條件等結(jié)構(gòu)性問(wèn)題進(jìn)行比較，確定其是否具備優(yōu)越性以及合理性。

2.2 堅(jiān)持空間作用的原則 建筑物屬于空間結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意建筑內(nèi)的各個(gè)結(jié)構(gòu)中的空間作用，實(shí)際就是將恢復(fù)為原本的結(jié)構(gòu)。

2.3 堅(jiān)持合理受力的原則

①?gòu)氖芰εc變形的角度來(lái)講，集中受力不如均勻受力的效果好，單跨簡(jiǎn)支不如多跨連續(xù)，在平面內(nèi)的作用效果不如其在整個(gè)空間內(nèi)的作用效果，鉸接梁的受力效果不如剛性梁的連接效果好，靜定的受力結(jié)構(gòu)體系的受力效果明顯不如超靜定受力結(jié)構(gòu)體系的受力效果。

②從受力和變形的角度來(lái)講，應(yīng)該充分使用建筑剛度的相對(duì)性、變形的協(xié)調(diào)性和連續(xù)性以及結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。不但要對(duì)其部分構(gòu)件的受力情況進(jìn)行分析，還必須對(duì)其整體結(jié)構(gòu)的宏觀受力情況進(jìn)行分析。對(duì)重要的受力情況以及變形情況加以重視，對(duì)于不是很重要的受力與變形情況可以忽視不計(jì)。

3 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用

3.1 選擇的建筑場(chǎng)地應(yīng)當(dāng)便于施工 建筑施工場(chǎng)地的選擇在施工前期沒(méi)有較大的作用，但是在建筑施工后期將起著較為關(guān)鍵的作用，尤其是進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的建筑場(chǎng)地。在選擇建筑施工場(chǎng)地時(shí)，進(jìn)行選擇的人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循以下幾個(gè)基本要點(diǎn)：建筑邊界、防火間距、建筑物的高度、現(xiàn)場(chǎng)地形的分析等。同時(shí)，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇比較容易進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的地理位置，盡可能的避免在不利于抗震設(shè)計(jì)的位置進(jìn)行建筑的建設(shè)設(shè)計(jì)。

3.2 合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的選擇 在嚴(yán)格的進(jìn)行建筑施工場(chǎng)地的選擇之后，應(yīng)當(dāng)選擇較為合理的建筑基礎(chǔ)，一般常包括有樁基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)這三種建筑基礎(chǔ)形式，下面針對(duì)其中一種基礎(chǔ)——箱型基礎(chǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。箱形基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于高層建筑中，其整體剛度適當(dāng)，可以將荷載通過(guò)上部結(jié)構(gòu)均勻地傳至下部基礎(chǔ)中，從而使結(jié)構(gòu)組成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均勻沉降的問(wèn)題，增強(qiáng)了建筑物的抗震抗災(zāi)承受力。

3.3 合理選擇結(jié)構(gòu)規(guī)則和對(duì)稱(chēng)的建筑主體 主體建筑結(jié)構(gòu)選擇必須合理，這樣可以穩(wěn)定非結(jié)構(gòu)件工作狀態(tài)，降低耗材成本。通常建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)，可選擇較容易對(duì)稱(chēng)的平面結(jié)構(gòu)如簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。

3.4 合理設(shè)計(jì)抗震抗災(zāi)防線 這是一個(gè)建筑最基本的要求，在進(jìn)行建筑施工設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)脑黾涌拐鹁€的數(shù)量，進(jìn)而減少地震發(fā)生時(shí)帶來(lái)的巨大的破壞，設(shè)計(jì)者還可以通過(guò)選用結(jié)構(gòu)動(dòng)力控制的方法進(jìn)行減震設(shè)計(jì)。當(dāng)建筑物遭受地震破壞時(shí)，建筑物可以通過(guò)自身贅余桿件結(jié)構(gòu)的彎曲和變形，從而吸收地震的能量。

3.5 合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度的選擇 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物的結(jié)構(gòu)剛度選擇是否合適是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不可忽略的指標(biāo)之一，建筑物的結(jié)構(gòu)剛度選擇合理之后，不僅僅可以降低地震發(fā)生時(shí)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，還可以提高建筑各個(gè)方面的承受能力，同時(shí)在進(jìn)行建筑材料的配置時(shí)，還可以減少材料的數(shù)量，進(jìn)而降低建筑成本。

結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑物質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而通過(guò)概念設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新，受力合理、性能良好、造價(jià)低廉的建筑結(jié)構(gòu)總體方案無(wú)疑會(huì)受到人們的青睞。因此，概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)思想發(fā)展的必然產(chǎn)物，也會(huì)成為今后時(shí)期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想。

參考文獻(xiàn)：

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