建筑結構設計中的概念設計與結構措施研究

袁海健

摘 要：在建筑結構設計中概念設計具有十分重要的作用， 有效的應用概念設計， 不但能夠有效的豐富建筑結構工程師的經驗， 并且可以使得其設計理念與設計成果得以不斷的創新與完善。本文根據筆者工作實踐，對建筑結構設計中的概念設計與結構措施進行了分析和探討。

關鍵詞：建筑；結構；設計；概念設計

1 前言

通常而言， 概念設計指的是不通過數值計算， 尤其是在不能開展精確的理性分析或者設計規范中沒有明確規定的條件下， 綜合各種條件， 比如說：整體結構體系、力學關系、各結構破壞機理等， 從宏觀、整體的角度來開展的建筑結構設計。一般來說， 概念設計著手于建筑結構設計的總體方案， 能夠對建筑結構設計中常出現的力學分布計算、結構構件延性等問題進行嚴格的處理。

2 概念設計的重要性

在建筑結構設計過程中， 設計師大多會把設計思想限制在設計手冊與規范之中， 難以進行新技術的挑戰， 創新動力不足， 這就致使建筑結構設計理念難以更新， 缺乏創意與突破。此外在建筑結構設計理論中總是容易出現計算和實際情況不符的問題， 以及出現難以計算的結構構件設計， 因此需要概念設計與結構措施相結合來推動結構設計的優化。建筑結構工程師應該綜合自身知識情況， 選擇最為安全、經濟、科學的設計方案， 因此， 建筑結構工程師唯有不斷豐富自身掌握的結構概念， 結合對結構性能的認識與了解， 才能夠確保設計方案的科學性， 使得設計任務得以完成。

3 概念設計在建筑結構設計中的應用

3.1 選擇合理的建筑場地

在設計師在設計前應該對施工場地予以考慮， 其會對設計基礎產生重要的影響。在進行建筑場地選擇的時候， 通常應該注意以下幾點：抗震因素、日照間距、建筑退界、防護距離等。其中抗震因素最為重要， 所以在進行選址的時候應該盡可能的避開地質條件較差的地段， 如果地段不可選的情況下， 在工程設計的時候一定要充分考慮地基處理以及抗震措施等因素， 除此之外， 還應該在工程設計前對選址的地點開展地質勘測， 對地基的穩定性進行科學的分析。

3.2 根據現場情況選擇建筑結構

在選擇好建筑場地后， 應該依據建筑物所在區域的地形特點和建筑結構形式來進行地基形式的選擇。建筑地基基礎主要包括：箱型基礎與樁基礎等， 箱型基礎的整體剛度比較好， 其能夠將荷載均勻的從建筑物的上部傳到下部， 建筑結構的穩定性較強， 可以有效的避免基礎局部出現不均勻的沉降問題， 除此之外， 其還能夠有效的增強建筑物的整體抗震效果， 切實提高建筑物的抗震性能。樁基礎通常適用于高層結構、軟土質松散土等之中， 現在在高層建筑中應用較為廣泛。樁基礎通常從上到下來傳遞荷載， 在天然地基之中荷載傳遞的效果最佳， 而且能夠較好的保證建筑結構的穩定性。

3.3 建筑物主題結構的選擇

在建筑結構設計中應該遵循對稱合理的原則， 這樣能夠使得建筑物的扭矩力得以有效降低， 而且可以較好的確保非結構構件的穩定性， 并且在工程施工中能夠有效降低材料的耗損。建筑物對稱結構可以切實有效的降低側力破壞的影響， 工程實踐之中較為常用的方法是剪力墻布置。要想實現建筑物的對稱性， 通常應該調整建筑平面型心、結構側心以及建筑物質心等的對稱性， 通常是對其進行適當的調整， 進而使得建筑整體的穩定性得以有效實現。

3.4 建筑結構剛度選擇

剛度是確保建筑結構穩定性的一個重要指標， 設計師在概念設計中應該遵循穩定性的要求， 對建筑物開展科學的驗算， 并找出最恰當的設計方案。剛度設計的科學合理， 會在一定程度上延長建筑物的使用壽命。

4 建筑結構設計中的概念設計與結構措施的有效應用

4.1 基礎措施與建筑上部結構關系的協同

建筑結構設計中概念設計與結構措施的系統表現為， 基礎措施和建筑上部結構的關系， 也就是在設計中應該把基礎設施和建筑結構當做一個統一的整體， 不可以在理念和操作中將兩者給區分開來。例如， 在建筑工程施工中， 特別是在磚混結構施工中， 必須要嚴格講構造柱上部結構、圈梁以及筑地基等給連接成一個統一的整體， 從而保證工程的穩定性；并不能僅僅依靠建筑地基的綜合效果來避免不均勻沉降問題， 保證建筑結構的穩定性。

4.2 建筑結構受力過程中的協同關系

概念設計和結構措施的協同還表現為， 在建筑結構受力的時候， 各構建都能夠實現較大的應力， 尤其是在高層建筑結構設計時， 應該盡量避免層次間、短柱間的橫梁結構差異的問題。隨著建筑結構層數與高度的不斷升高， 水平、豎向荷載也會不斷的增加， 這也增加了建筑底層間的承受重量， 致使建筑結構底層短柱問題的出現。在工程實踐過程中， 為了切實避免這一問題， 可以對大截面柱開展施工操作， 也就是在柱截面之上應用開豎槽等方法將矩形柱變成田形柱， 進而來加大基柱的長細比例， 節約建筑的看空間。除此之外， 在同個框架中常存在長短梁， 這是不科學的。猶豫長短梁會受到水平作用力的影響， 會不斷增大剪力， 梁端的正負彎矩也會不斷增大， 配筋則受到水平力的影響。但是豎向上的荷載力無法發揮作用， 致使梁端正彎矩鋼筋超筋， 所以此結構設計不僅無法滿足協同工作的要求， 并且會增加建筑結構的造價。

對于這種問題， 在建筑結構設計的時候， 應增強樓層、大梁自身的剛度， 進而使得柱能夠承受住較大的彎矩；在水平方向上應該保證相等的慣性矩等， 這樣能夠避免同方向上出現強度過大問題。在建筑結構設計中， 雖然角柱軸壓較小， 但是其能夠在抗扭之中發揮非常重要的作用， 并且在水平力的作用之下， 角柱軸力通常會出現較大的變化， 這就要求角柱具有較強的變形力。

4.3 建筑結構材料利用率的控制

概念設計與結構措施的協同主要是為了對建筑材料進行充分的利用， 在建筑工程結構設計中， 工程材料的利用率具有十分重要的作用， 利用率越高則證明概念設計與結構措施間的協同率越高。就建筑結構整體優化角度而言， 雖然保證建筑結構性能最佳的方案并不是材料利用率最高的方案， 但是在結構設計中還是能夠盡量的提升材料的利用率。隨著我國城市化進程的加快， 建筑結構設計之中的節能策略具有十分重要的作用， 能夠切實保證資源的有效利用， 保證可持續發展戰略的實現， 推動建筑結構設計的合理性與科學性。在梁類構建中我們可以看出， 矩形截面梁是較為普通的一種受彎構件， 其利用率較低。例如， 臨近中和軸的材料盈利水平比較低， 但是也會隨著彎矩隨著梁長的改變， 就等截面梁來說， 很多區段即使使用的拉壓邊緣應力也相對較低；依據梁的主要特點， 可以就其展開結構概念的分析， 梁截面會進行應力梯度變化， 當材料是軸心受力的時候， 其利用率也會相應的增加。因此在建筑結構設計中可以把平面梁架當成重要的梁體進行應用， 這樣不但能夠提高經濟性能， 而且能夠大大降低重量。

5 結束語

綜上所述， 建筑結構設計中，如果可以更加科學合理的應用概念設計，并且能夠對其展開科學的分析，不僅可以在極大程度上提升建筑結構設計的安全性與可靠性，同時還能夠達到節約資源的目標，這與我國可持續發展目標相符合。應用概念設計，可以有效的提升建筑結構設計水平。

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