淺談建筑結構的概念設計

[摘要]隨著我國房地產業的迅速興起，我國的建筑水平不斷提高，其中建筑結構的概念設計更是彰顯了自身的獨特優越性，促進了我國建筑事業的發展。本文從研究建筑結構概念設計的含義入手，對具體的概念設計進行分析，以供參考。

[關鍵詞]建筑結構概念設計的內涵；意義；原則；注意事項

1、概念設計的內涵剖析

1）建筑結構的概念設計是指在特定的建筑空間中用整體概念來設計結構的總體方案。其是從整個結構體系的角度，而不是從構件的角度介紹房屋設計的結構問題。它應成為建筑設計的一個最初的總體構思，其最終目的是要把設計做到合理、實用、美觀、經濟。

2）結構概念設計的前提是需要對地區規劃、自然環境、建筑意圖和使用功能進行分析；對投資方資金狀況和建造場地的地基條件進行了解；對建筑的各個專業的相關要求、相關聯系做到心中有數。

3）結構概念設計的目的是運用所學的結構知識，同時還要有長遠的眼光、大局的意識和豐富的經驗，確定結構的總體方案（指主要承重體系）和相應的分結構體系（指屋樓蓋、基礎等）；在設計過程中還要進行整體的考慮，全面的布局和綜合的評價。

4）結構的概念設計是隨著結構師年齡和實踐的增長越來越豐富的整體結構想法，是從重視結構的方案、體系、布置、構造到施工圖等具體部分轉變到規劃、建筑、結構、設備、施工的結合考慮的整體布局；從習慣于依賴設計規范，轉變為重視實踐；從習慣于理論分析轉變為綜合考慮；盡可能采用新技術，為實踐提供新思路。

2、概念設計在建筑結構中的意義

1）結構的概念設計是在綜合考慮規劃、建筑、結構、設備、施工諸方面關系后形成的“總體設計方案”，其為完成最終的設計提供了正確的概念和思路。可以認為，概念設計是整個建筑設計前進的指示燈，更是整個建筑設計的靈魂。

2）由于傳統的設計方法需要設計師依賴規范、查找手冊、依靠一體式計算機程序進行，從而缺少風格和原創性，而概念設計可以使工程師根據自己的經驗及理論知識，從根源分析問題，做出合理的以及一定創新性的設計。

3、結構概念設計需遵循的原則

1）全面綜合考慮原則：結構概念設計時，首先要對所設計工程的各方面做綜合的考慮，包括建筑、結構、施工等。例如建筑方面要考慮空間使用，采光、通風、防火、實用、舒適、美觀的要求；結構方面要考慮結構受力的合理性，主體結構剛度變化的均勻性，結構體系的可靠性、經濟性；施工方面要考慮取材的方便與否，成型的可能，以及施工技術的先進與否等等。這些就為做好結構概念設計奠定了最初的基礎。

2）優化選型原則：結構體系的選擇應從建筑、結構、施工條件、設備等各專業綜合考慮，例如根據建筑功能要求選擇結構體系，一般商場、車站、展覽館等多層房屋用框架結構比較多；高層住宅、公寓、賓館等用剪力墻結構比較多；酒店、寫字樓、教學樓等綜合性公共建筑用框架-剪力墻、框架-核心筒結構較多。再有根據結構設計要求，一般建筑可以根據最大適用高度和高寬、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術綜合考慮選擇結構體系等等，其實就是考慮一個建筑體各個方面的矛盾與統一，在滿足各方面要求的前提下優化結構布置，使其具有良好的整體性。

3）合理受力原則：概念設計是正確運用力學原理處理結構受力的問題。結構的概念設計應做到：①結構的布置宜規則、對稱、受力明確、力求簡單、傳力合理、途徑不間斷，并具有良好的整體性，要避免不明確的受力狀態；要盡可能利用結構的對稱性、剛度的相對性、變形的連續性和協調性，既要分析各部分構件的直接受力狀態，還要分析整體結構的受力狀態，要抓住主要的受力狀態和變形，忽略次要的受力狀態和變形；②構件設計應該遵守“強柱、弱梁、更強節點、強剪、弱彎”的原則；主要承載豎向力的構件不應作為主要耗能構件。從構件自身看，混凝土構件要避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋和混凝土的粘結破壞先于構件自身破壞，以避免造成脆性失效。

4）減輕自重原則：結構所承受的荷載有兩種，豎向荷載和水平荷載。豎向荷載的85%以上是建筑自重，水平荷載中的地震作用與建筑物自重直接相關。減輕自重不僅可以減輕結構承受的荷載，而且可以降低工程造價、加快施工的速度。減輕自重可采取以下措施：①采用新型輕質高強材料；②采取高效能的結構型式；③選擇優越的結構體系；④選擇合理的結構。

5）多道防線原則：一個結構體系應該由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協同工作，每個體系都有其應有的承載能力和變形能力；再者一個結構體系應有最大可能數量的內部、外部的贅余度，這樣即使一些構件受損或者破壞結構仍然不會整體破壞。

4、建筑結構設計中概念設計應注意的問題

1）發生地震時，結構所承受的地震力，是一種偶然的，瞬間的間接作用，其大小和方向隨時間在不停的變化。我們所做的結構就是要在地震作用下小震不壞、中震可修、大震不倒。雖然建筑結構產生較大變形和破壞，但不至于倒塌，即使倒塌也是塑性破壞，有足夠的逃生時間，避免發生突然的脆性破壞。

2）溫度對建筑結構的作用：溫度對建筑結構的作用主要是由溫度差造成的。溫度差可分為季節性溫度差，室內外溫度差和日照溫度差，另外還有由于設備造成的溫度差，火災造成的溫度差。溫度對建筑結構具有不可忽視的影響，主要是由于溫度變化產生收縮應力導致混凝土產生裂縫，我們應在柱、墻、梁、板必要的部位適當增加構造配筋，減少鋼筋混凝土的收縮變形和徐變變形，提高構件的承載能力，減少和控制混凝土裂縫的出現和發展。

3）整個結構體系應避免因部分結構和構件的破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。應保證結構剛度、承載力沿房屋高度均勻的變化，連續分布，避免剛度突變，避免造成結構的軟弱和薄弱部位。對相對薄弱的部位，應采取加強措施。

結語：

隨著我國對建筑設計的不斷重視，傳統設計的舊觀念已不再適合當今社會的發展趨勢。建筑設計師也將把優化設計思路，轉變設計方法作為當今建筑設計的一個新方向，而概念設計也將成為結構設計的一種主要趨勢。