概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

龍昌會(huì)

（銅仁市工程設(shè)計(jì)質(zhì)量監(jiān)督站　貴州　銅仁　554300）

概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

龍昌會(huì)

（銅仁市工程設(shè)計(jì)質(zhì)量監(jiān)督站貴州銅仁554300）

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了建筑行業(yè)的進(jìn)步，同時(shí)隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高對(duì)于各種建筑的需求也越來(lái)越高。為了滿足這種發(fā)展趨勢(shì)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了許多中全新的設(shè)計(jì)理念，其中具有一定代表性作用的就是概念設(shè)計(jì)，由于概念設(shè)計(jì)具有多種優(yōu)勢(shì)和其他設(shè)計(jì)方法不要具備的特點(diǎn)，該設(shè)計(jì)方法逐漸成為當(dāng)前各類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方法。本文簡(jiǎn)單介紹了概念設(shè)計(jì)的概念與步驟，在此基礎(chǔ)上對(duì)其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施以及概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的意義進(jìn)行了全面的分析和概括，旨在提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)建筑工程的持續(xù)發(fā)展。

概念設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

建筑產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的高要求上，在該背景之下，設(shè)計(jì)理念與方法必須得到一定的改善，在眾多設(shè)計(jì)方法當(dāng)中，概念設(shè)計(jì)憑借其明顯的優(yōu)勢(shì)以及獨(dú)特的自身特點(diǎn)而得到了十分廣泛的應(yīng)用。概念設(shè)計(jì)方法在眾多領(lǐng)域中都為具體的設(shè)計(jì)過(guò)程提供完備的參考與平臺(tái)，這是傳統(tǒng)意義上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用概念設(shè)計(jì)具有很高的實(shí)際效益，應(yīng)得到設(shè)計(jì)部門(mén)及人員的高度重視。

1　概念設(shè)計(jì)的概念與步驟

概念設(shè)計(jì)實(shí)際上就是一種可以滿足多樣化設(shè)計(jì)所提出的眾多要求的整體設(shè)計(jì)方法，是設(shè)計(jì)人員通過(guò)自身積累的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)理論與各個(gè)建筑工程的實(shí)際特點(diǎn)，并對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性進(jìn)行抗震方面的布局規(guī)劃等，同時(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，對(duì)初級(jí)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行基于概念化的分析與對(duì)比。概念設(shè)計(jì)局具有準(zhǔn)確性高、靈活性好等特點(diǎn)，如果正確的加以使用，將取得十分良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于建筑工程的進(jìn)一步發(fā)展具有很好的推動(dòng)和促進(jìn)作用。

通常，按照流程可以對(duì)概念設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行分步，即為分析、整合和評(píng)價(jià)。其中，分析主要是對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行初步的了解，但由于分析對(duì)象本身并不完整，所以分析的結(jié)果往往存在一定模糊性；整合是設(shè)計(jì)人員通過(guò)自己掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行主觀判斷和客觀分析；最后的評(píng)價(jià)是指通過(guò)對(duì)比選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，由此可見(jiàn)，整個(gè)過(guò)程循序漸進(jìn)，在設(shè)計(jì)方案同時(shí)滿足各方要求以后，設(shè)計(jì)方案得以固定。在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要得到數(shù)據(jù)分析工具以及運(yùn)算工具的支持，進(jìn)而得到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面均切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。

2　概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1合理選擇建筑場(chǎng)地

選擇適宜的建筑場(chǎng)地是整體設(shè)計(jì)過(guò)程中需要最先進(jìn)行考慮的因素，而且對(duì)于建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有決定性的作用。在實(shí)際的選址過(guò)程中，需要綜合考慮三方面因素，分別為：防護(hù)距離、日照時(shí)間以及建筑退界。除此之外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要綜合考慮結(jié)構(gòu)的抗震性能，及可能的避免那些存在一定危險(xiǎn)性的區(qū)域，在設(shè)計(jì)以前還需對(duì)場(chǎng)地的抗震性能進(jìn)行全面的分析和勘察。

2.2選擇建筑結(jié)構(gòu)

建筑場(chǎng)地選取完畢之后，則需根據(jù)周邊地形地貌的實(shí)際特點(diǎn)與建筑功能方面的要求，選擇最佳的建筑結(jié)構(gòu)。較為常用的建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要有樁基礎(chǔ)以及箱型基礎(chǔ)等形式。其中，對(duì)于地基土質(zhì)較為松軟的情況中，一般使用樁基礎(chǔ)，這一基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中十分常見(jiàn)。特別是在未進(jìn)行處理的地基當(dāng)中使用這種形式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能將承受的載荷由上方傳遞至下方，這樣一來(lái)，地基的穩(wěn)定性得到了很大程度的保障。箱型結(jié)構(gòu)具有很高的整體性，在承受載荷之后，可以穩(wěn)定的將載荷傳遞至地基下方，進(jìn)而確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，有效避免地基不均勻沉降的發(fā)生，進(jìn)而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

2.3主體結(jié)構(gòu)選擇

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，往往要遵循對(duì)稱(chēng)性以及合理性的基本原則，進(jìn)而達(dá)到降低扭轉(zhuǎn)力維持建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性實(shí)際上就是借助抗側(cè)力結(jié)構(gòu)完成的，比如剪力墻結(jié)構(gòu)等，如圖1所示。為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)稱(chēng)性的要求，可通過(guò)調(diào)整物質(zhì)心或控制平面形心距離的方法進(jìn)行操作，以此滿足對(duì)稱(chēng)性需求。

2.4結(jié)構(gòu)剛度選擇

結(jié)構(gòu)剛度是衡量建筑穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，同時(shí)也是設(shè)計(jì)過(guò)程中需要嚴(yán)格設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，所以，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的具體剛度進(jìn)行妥善選擇。合理的建筑結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)可以很好的延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，進(jìn)而避免振動(dòng)過(guò)大帶來(lái)的損壞。另外，鋼筋等剛度材料的合理設(shè)計(jì)，可以充分發(fā)揮出剛度結(jié)構(gòu)的性能，減少無(wú)謂的消耗，提高建筑內(nèi)部的有效空間，達(dá)到結(jié)構(gòu)剛度合理選擇的根本目的。

圖1　剪力墻結(jié)構(gòu)示意圖

3　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

3.1協(xié)同工作中的材料利用率

通過(guò)系統(tǒng)的協(xié)同工作，不但可以提高建筑結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，還可以使材料得到更為有效的利用。大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，如果材料實(shí)際利用率達(dá)到一定高度，建筑結(jié)構(gòu)自身的協(xié)同能力與穩(wěn)定性就越高。特別是在現(xiàn)階段節(jié)能減排的大趨勢(shì)之下，設(shè)計(jì)目標(biāo)在于使用相對(duì)較少的資源來(lái)達(dá)到最佳的效果。比如，較為常見(jiàn)的受壓構(gòu)件，此構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)用率較低，造成這一現(xiàn)象的原因有兩條，分別為：建筑中梁長(zhǎng)度發(fā)生變化以后，其彎矩也隨之發(fā)生變化；梁中和軸周邊材料的利用率較低。所以，對(duì)于截面積相等的橫梁而言，受壓構(gòu)件的實(shí)際利用效率相對(duì)較低。在此前提下，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，對(duì)橫梁截面的變化進(jìn)行全面的調(diào)整，使得構(gòu)件自身保持較高的軸心受力，最終提高材料的利用效率。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和發(fā)展，新型結(jié)構(gòu)層出不窮，比如平面桁架結(jié)構(gòu)等，進(jìn)而去除掉價(jià)值不高的材料，這樣一來(lái)，不但完成了最初的設(shè)計(jì)效果，還大幅降低了結(jié)構(gòu)材料的自身重量與經(jīng)濟(jì)成本。

3.2結(jié)構(gòu)體系中保持協(xié)同工作

概念設(shè)計(jì)當(dāng)中提出的協(xié)同工作對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，具有很好的推動(dòng)作用，所以實(shí)際應(yīng)用十分廣泛。協(xié)同工作要求建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的構(gòu)件應(yīng)確實(shí)處在協(xié)同或者是共同進(jìn)行的過(guò)程當(dāng)中。該協(xié)同效應(yīng)需要構(gòu)件在滿足承載力要求的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)時(shí)間保持共同運(yùn)行，此時(shí)這些構(gòu)件也需要保持相同的耐久性。除此之外，建筑結(jié)構(gòu)上方以及基礎(chǔ)需在受到實(shí)際載荷過(guò)程中維持一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的整體，從而同時(shí)承受載荷。

如今，建筑越來(lái)越高，在這種局勢(shì)之下，短柱現(xiàn)象層出不窮。為了使每一個(gè)構(gòu)件都能發(fā)揮出最佳的實(shí)際效果，在對(duì)多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)，要有效避免短柱現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高同等平面位置的承載水平，因此，需要把相同抗側(cè)力的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置在同等的位移水平之下。

4　概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的意義

4.1概念設(shè)計(jì)體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性

由于傳統(tǒng)意義上的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，需要由設(shè)計(jì)人員通過(guò)查找文件以及軟件程序等方法進(jìn)行，這種循規(guī)蹈矩的方式不僅效率低下，而且缺乏創(chuàng)新性與獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格。如果使用概念設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員則可以根據(jù)自身積累的工作經(jīng)驗(yàn)與掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)要求和全新的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)工作，使設(shè)計(jì)方案更加合理、科學(xué)、創(chuàng)新。

4.2概念設(shè)計(jì)可以有效地提升工程師的設(shè)計(jì)能力

如果運(yùn)用概念設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以在很大程度上提高設(shè)計(jì)人員的綜合能力，使他們的想象能力能夠全面的發(fā)揮，進(jìn)而提出更多有效且合理的設(shè)計(jì)方案，并準(zhǔn)確找到設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足。此外，概念設(shè)計(jì)所提出的理念和原則具有一定指導(dǎo)的作用，以便于設(shè)計(jì)人員找到潛在的問(wèn)題，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性與可靠性。

4.3彌補(bǔ)原有理論的不足與缺陷

概念設(shè)計(jì)方法可以十分有效的消除理論中存在的不足與缺陷。

4.4優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

借助概念設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)比選擇中眾多方案之后最為適宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)該模式之下選取的設(shè)計(jì)方案，可以很好的體現(xiàn)出設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與經(jīng)濟(jì)性，此外，還可以有效消除設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)出現(xiàn)的計(jì)算，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)工作效率，減少工作量。

5　結(jié)束語(yǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用概念設(shè)計(jì)，不僅可以形成一個(gè)即極為科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)體系，而且還可以節(jié)省大量的施工原材料。伴隨著該設(shè)計(jì)理念的不斷應(yīng)用，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員主動(dòng)接受該理念，并在不斷實(shí)踐的過(guò)程中成為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)理念。相信通過(guò)不斷的發(fā)展與改進(jìn)，概念設(shè)計(jì)必將在多種建筑形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中得到大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用，為具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的便利和實(shí)惠。

[1]林同炎.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012（09）：25～26.

[2]高立人，王躍.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路——概念設(shè)計(jì)[J].工業(yè)建筑，2013（01）：13～14.

[3]吳愛(ài)菊.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].溫州：溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（02）：14～16.

[4]許燕祿.概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2013（02）：17～18.

[5]蔣新梅.論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之常見(jiàn)問(wèn)題的分析[J].四川建材，2012（02）：21～22.

[6]柳強(qiáng)，王玉玲.淺談概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].新疆化工，2012（01）：36～37.

[7]賴(lài)運(yùn)強(qiáng).當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（13）：33～34.

A

1673-0038（2015）32-0052-02

2015-7-23