建筑結構設計中的概念設計

■趙 冰，萬 磊 ■.身份證號碼:36040398060038;.身份證號碼:360403980400

如今伴隨著人們生活水平的提高，科技的發展，社會人們以及國家對建筑結構設計就有了更高的要求。對于建筑結構設計中的概念設計其實涉及的范圍是非常廣的，其內容主要包括有方案設計、結構的布置、構件配筋的構造、截面配筋的構造、以及選擇計算簡圖等等。在進行建筑的抗震設防過程中，因為地震的特性存在不可預見性以及其作用存在著不確定性，所以就更加需要建筑結構的概念設計了。其中要注意的是整個建筑設計中計算和概念設計兩者之間相輔相成，計算一定要有概念設計作為引導，進而作出判斷。一般計算都是在概念設計的指導下才可以完成的。由于概念設計在整個建筑設計中是非常重要的，因此在進行概念設計時一定要綜合多方面因素進行考慮。

1 建筑結構概念設計的重要性

建筑結構中的概念設計可以說是建筑設計展現先進思想的關鍵，對于一個建筑結構工程師而言，其主要的任務就是用整體的概念去表達特定建筑空間，進而完成建筑結構總體上的方案設計。其中要能夠意識到結構和結構、結構與處理構件之間的關系。通常對做得好的建筑結構設計師有一個認知，認為他們會伴隨其不懈追求以及實踐和年齡的增長，他們的建筑結構概念會變得愈來愈豐富，其設計的成果也會越來越完善，有新意。可是還有一點不令人滿意，當今社會其分工變得更加細化，許多的建筑結構設計師它們指揮都是按照計算機程序、設計手冊或者是規范進行傳統性的設計，因此他們的設計就缺乏創新，不敢甚至不愿意創新，他們對于新技術有時會保持一種拒絕的態度。很多的建筑結構設計師在面對計算機程序一體化的現代，卻不能及時發現計算機結果的存在的錯誤。伴隨著它們歲數的上升，使他們在大學時學的概念都慢慢的淡忘了，所以更不用說對設計成果進行創新了。因此一定要對概念設計的重要性進行強調，如今我國計算理論以及建筑結構設計理論仍舊有很多不可計算性或缺陷存在，就舉混凝土結構設計這個例子來說，對其內力計算就是建立在彈性理論的基礎上進行計算的，而截面設計卻是建立在塑性理論的基礎上進行的一種極性狀態的設計方式，而這些就導致了建筑的實際受力情況與計算的結果相差甚遠，要想對這一計算缺陷進行彌補，又或是完成結構構件中的那些無法計算的設計，這些都要優良的結構措施以及概念設計來使結構設計得以滿足。總的來說，之所以概念設計很重要，主要是由于在建筑方案設計的初級階段是不可以利用計算機來完成的，因此這就要求建筑結構設計師對結構概念進行綜合性的應用了，保證設計出來的方案既經濟，效果又好。為此，建筑工程師就要對已有的結構概念不斷地去豐富，只有對各類的結構性能有了深入的了解，并靈活運用，才可以建造出安全、美觀、舒適的優質建筑物。

2 建筑結構概念設計所要考慮的幾個問題

2.1 如何選擇結構剛與柔

在建筑結構方案設計時設計師應將其設計的柔一些還是剛一些，這是建筑抗震設計概念的初級階段人們經常所爭論的問題。由于建筑結構剛度大的，其地震力的作用就很大，所以這就要求加大鋼材的用量以及用較大尺寸的構件，可是這顯然不是很經濟的。可是建筑結構設計如果較柔的的話，則對地震的作用較小，可是它的變形比較大，能夠節省很多的材料。我們在進行高層的建筑抗震結構設計時，不能夠直接就去判斷‘柔些好’或者是‘剛些好’。要與建筑結構的實際高度、場地條件以及體系相結合進而作出合理的判斷。不管怎樣，在進行建筑結構設計時要對變形進行限制，要使變形控制在規定的范圍內。注意要讓建筑結構的剛度足夠大，要想提升結構承載力或者降低結構的變形程度可設置些剪力墻。在進行結構設計時要以場地條件作為基礎，如果是硬土地基就采用較為柔些的，反之就采用剛些的。

2.2 均勻布置建筑結構平面剛度

在進行平面布置時一定要以規則、簡單、突出少為原則。對于那些復雜的平面或者是比較重要的平面在進行布置的過程中一定要使建筑結構的平面剛度均勻，也就是要使平面剛度質心與重心兩者盡量的重合，這樣對于降低地震作用時的扭轉有很大的作用。由于扭轉對于建筑結構有很大的危害，因此一定要對結構扭曲加以重視。我們一般會從兩個方面去降低結構扭轉的危害，其一就是降低在地震過程中所造成的扭轉，其二就是使建筑結構抗扭轉的能力增強。其中導致扭轉的一個重要的原因就是平面剛度的均勻程度。就比如說曾經的“5 12”汶川大地震，其中很多的建筑磚混機構，規則，開間非常小的建筑大多都沒有倒塌，對其破壞也不是很大。可是那些不規則且開間大的建筑就遭到了嚴重的破壞。要想降低地震時結構的扭轉程度，一定要對平面質量的分布加以注意，如果質量出現偏心就有可能發生扭轉、另外如果質量在周邊集中也是會加大扭轉程度。

2.3 建筑結構沿豎向剛度要均勻

對于建筑結構的抗側剛度而言一定要沿高度均勻，也可以沿高度慢慢的減少。對于框支層它的變形較大，屬于薄弱層面，當發生地震時很可能發生震害。所以在進行建筑結構設計時就要注意對框支剪力墻數量的控制，一定要有一些剪力墻落地。通過落地的剪力墻來使薄弱層的框支剪力墻加強，也降低了地震給薄弱層所帶來的震害。在上部柔軟的塔樓下面通常會設置大底盤(多個塔樓或是獨立塔樓)，或者也可以是鞭鞘效應所引起的塔樓的地震反映加大。如果從總高度來看大底盤所占比例較大，就會使鞭鞘效應加大，所以要盡量的使上部塔樓與下部大底盤的剛度差減少。當進行計算時大多都是取振型數，這樣可以使計算結構更加有效的反映鞭鞘效應所帶來的影響:第一是要想采取一定的措施來降低鞭鞘效應所帶來的影響，第二就是構件的設計一定要有對應的措施，比如說有些樓層鞭鞘效應非常大一定要增強設計的內力以及其承載力。

2.4 關于延性構件、延性結構以及多道設防

在進行建筑結構設計時要堅持“小震不壞、中震能修、大震不倒”這一原則，注意要把鋼筋混凝土設計成延性的結構，當發生地震時，部分的部件允許有塑性鉸存在，這一狀態就是“中震能修”，要注意對塑性鉸的部位進行合理的控制，對于構件器延性一定要足夠，在發生大震時，要保證結構不塌。延性的建筑結構其塑性變形對于地震能量的消耗能起到很好的效果，雖然結構的變形程度會加大，可是對于作用在建筑結構的內力以及慣性力都不會再加大，所以這可以使承載力對延性結構的要求降低。屬于一種即安全有經濟的設計方案。在進行建筑結構設計的過程中要保證“強剪弱彎、強柱弱強、墻弱連梁”，而這也是滿足延性要求的解決措施。在進行建筑結構設計時要把其設計成超靜定結構，由于這種結構能夠同時有多個破壞點，因此建筑結構就應該設計多道設防，比如說那些剪力墻中帶有連梁的結構，就要把連梁設置稱第一道防線。注意要把連梁設計的柔軟些。對于那些高層的建筑，樓層較高，如果開設洞口，就會導致連梁高度非常大，不能滿足延性構件的要求，要想降低連梁高度，就把連梁設在洞口上部，以滿足延性設計的要求，而這些就是多道設防。

3 結束語

近年來，由于建筑行業崛起，國家對其的重視程度越來越高。因此在進行建筑結構設計時設計師一定要注意其中的概念設計，并加以重視，只有這樣才可以保證建筑工程質量達到要求。

［1］王羽.建筑結構設計中概念設計要求［J］，中國建筑，2011(12):23－24.

［2］于飛揚.中國建筑結構設計中存在的問題［J］.河南科技，2009(08):12－13.