建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討

戚超

摘? 要：時(shí)代的進(jìn)步在一定程度上促進(jìn)了人們生活水平的提升，這使得人們對(duì)建筑的需求日漸增加。建筑不僅是人們?nèi)粘Ｉ钏仨毜膱?chǎng)所，也是從事社會(huì)生產(chǎn)所必須的場(chǎng)所。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)的施工具有重要的指導(dǎo)作用，而以往的設(shè)計(jì)理念和方法無法更好的滿足當(dāng)下的需求。將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，有利于保障設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性，從而使建筑的使用功能充分發(fā)揮，人們的住房需求得到有效滿足。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);概念設(shè)計(jì);場(chǎng)地選擇

1 概念設(shè)計(jì)的概念與步驟

概念設(shè)計(jì)有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多樣化要求得到實(shí)現(xiàn)，建筑師通常需要結(jié)合自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、所掌握的設(shè)計(jì)理論，與所要進(jìn)行的建筑工程項(xiàng)目的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，從而進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震性、整體布局規(guī)劃等方面的設(shè)計(jì)。還應(yīng)在初期進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案開展概念性分析、比較等。該設(shè)計(jì)方法具有更為準(zhǔn)確的定性、更為明確的概念和更具便捷性等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，既有利于保障設(shè)計(jì)的合理性和可行性，為后續(xù)的施工提供有力的保障，又有利于獲取較好的經(jīng)濟(jì)效益。通常可對(duì)概念設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行劃分，如分析階段、綜合階段和評(píng)估階段，通過保障三個(gè)階段的連續(xù)性，提高滿意度。在分析階段中應(yīng)全面了解其中的問題，但該階段極易出現(xiàn)數(shù)據(jù)分析缺乏準(zhǔn)確性和完整性的問題，因此整體表現(xiàn)性質(zhì)具有一定的模糊性。而綜合階段需要設(shè)計(jì)人員對(duì)自身的知識(shí)體系充分調(diào)動(dòng)，并對(duì)實(shí)際的情況全面掌握，充分發(fā)揮自身的想象力、創(chuàng)新能力等，使工程設(shè)計(jì)規(guī)劃得以實(shí)現(xiàn)。在評(píng)估階段則是在眾多的方案中選擇最優(yōu)的方案，整體過程的實(shí)施具有一定的循環(huán)性。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和計(jì)算的相關(guān)工具，進(jìn)而保障設(shè)計(jì)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上具有可靠性和可行性。

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 建筑場(chǎng)地的合理選擇

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)做的便是選擇建筑的場(chǎng)地，建筑場(chǎng)地對(duì)設(shè)計(jì)具有決定性的影響，并且是整體建筑工程的基礎(chǔ)性要素。在選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)對(duì)防護(hù)距離、日照間距和建筑退界等因素進(jìn)行綜合考慮。并且在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)對(duì)抗震、保溫等因素進(jìn)行充分考慮，避免在危險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行建筑的建設(shè)。當(dāng)受到土地資源的影響需要在具有一定危險(xiǎn)性的地區(qū)進(jìn)行建筑的建設(shè)時(shí)，則應(yīng)做好相應(yīng)的抗震等防護(hù)措施，且在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)前，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察和研究分析。

2.2 基于現(xiàn)場(chǎng)情況選擇建筑結(jié)構(gòu)

當(dāng)選擇完建筑建設(shè)的場(chǎng)地后，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、周圍環(huán)境、水文條件等進(jìn)行考慮，從而選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖA(chǔ)。通?？蛇x擇樁基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)等，對(duì)提高地基的承載力，保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要意義。樁基礎(chǔ)通?？蓱?yīng)用在土質(zhì)較為松軟、符合相對(duì)大的多層式建筑的結(jié)構(gòu)中，并且在高層式建筑的建設(shè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。在天然地基中應(yīng)用樁基礎(chǔ)可實(shí)現(xiàn)載荷自上至下的傳遞，進(jìn)而使整體結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性得到保障。而箱型基礎(chǔ)在整體的剛度上則具有一定的優(yōu)勢(shì)，可均勻的將載荷傳遞給下部的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使建筑結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性得到保障。避免基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻的沉降，或減少不均勻沉降發(fā)生的概率，有利于建筑抗震性的提升。

2.3 建筑主體結(jié)構(gòu)的選擇

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要遵循合理性、對(duì)稱性的原則，并實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)力的降低，使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性得以保持，并實(shí)現(xiàn)施工材料消耗的降低。通常情況下建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性主要表現(xiàn)為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主體的對(duì)稱，為保障結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，可將建筑的質(zhì)心距離、側(cè)心距離等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而使整體建筑結(jié)構(gòu)具有較好的對(duì)稱性。

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

通過協(xié)同工作不僅可以實(shí)現(xiàn)提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以提高材料的利用率。經(jīng)驗(yàn)表明，材料的利用率越高，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作能力以及穩(wěn)定性也就越高。尤其是在當(dāng)今提倡節(jié)能、環(huán)保的背景下，建筑設(shè)計(jì)中要求使用最少的投入來獲得最大的產(chǎn)出。例如對(duì)于常見的矩形截面受壓構(gòu)件，這種構(gòu)件在實(shí)際使用中的利用率極低，這主要是由于兩個(gè)原因：首先是梁的長度變化會(huì)引發(fā)梁彎矩的變化，其次是梁的中和軸附近的材料利用率低。于是對(duì)于等截面梁來講這種受壓構(gòu)件的很多區(qū)段的利用率極低。在這種背景下，通過使用概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析，對(duì)梁截面的應(yīng)變梯度進(jìn)行調(diào)整，從而使構(gòu)件保持軸心受力，從而有效地提升了材料的利用率。經(jīng)過不斷地研究與發(fā)展，又出現(xiàn)了平面桁架結(jié)構(gòu)，從而將許多無用的材料除去，不僅有效地實(shí)現(xiàn)了原有結(jié)構(gòu)效果，同時(shí)也降低了材料自重以及成本。

3.2 結(jié)構(gòu)體系中保持協(xié)同工作

在概念設(shè)計(jì)中的協(xié)同工作在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，協(xié)同工作要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)構(gòu)件要處于相互協(xié)作以及共同工作的狀態(tài)。這種協(xié)同效應(yīng)就需要結(jié)構(gòu)構(gòu)件在承載力極限的條件下不僅可以保持共同工作，同時(shí)也需要它們具有共同的耐久性。此外建筑結(jié)構(gòu)的上部與基礎(chǔ)應(yīng)該在受到載荷時(shí)保持著一個(gè)統(tǒng)一整體，共同承擔(dān)載荷。在使用磚混結(jié)構(gòu)的建筑中為了維持協(xié)同工作要通過構(gòu)造柱以及圈梁將整個(gè)結(jié)構(gòu)組合成統(tǒng)一整體進(jìn)行受力，避免建筑結(jié)構(gòu)單純的依靠建筑結(jié)構(gòu)自身剛度來承受載荷。隨著高層建筑的增加，出現(xiàn)短柱的現(xiàn)象也越來越多。但是為了保持每個(gè)構(gòu)件都可以達(dá)到較高的應(yīng)力水平，在多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要避免各層短柱的出現(xiàn)，以提升相同平面處承受載荷的能力，為此需要將同層的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)處于相同或者相近的水平位移下。

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)的設(shè)計(jì)方法需要通過設(shè)計(jì)師查找手冊(cè)、計(jì)算機(jī)程序等進(jìn)行循規(guī)蹈矩的方式進(jìn)行，從而缺少設(shè)計(jì)風(fēng)格以及創(chuàng)新性。而使用概念設(shè)計(jì)可以允許工程師在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)，同時(shí)結(jié)合概念設(shè)計(jì)的新方法以及新思路得出具有合理性以及一定創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。

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

有概念設(shè)計(jì)允許工程師在遵循一定要求的條件下進(jìn)行一定程度的發(fā)揮，從而可以有效地解決設(shè)計(jì)中存在的問題。同時(shí)通過概念設(shè)計(jì)中的正確理念與原則的指引，便于工程師從根源查找問題，從而使得計(jì)算計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。

4.3 概念設(shè)計(jì)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

采用概念設(shè)計(jì)方案可以在方案的對(duì)比中選擇出更加優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案，這種優(yōu)選方案不僅體現(xiàn)了方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也有效地避免了設(shè)計(jì)后期出現(xiàn)的繁瑣計(jì)算。

5 結(jié)束語

建筑行業(yè)的發(fā)展在很大程度上促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且促進(jìn)了現(xiàn)代化的發(fā)展。我國當(dāng)前階段仍處于發(fā)展階段，需要不斷提升綜合國力。建筑行業(yè)最為主要的目標(biāo)便是實(shí)現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出，因此相關(guān)的人員仍需進(jìn)行深入的研究和創(chuàng)新、完善。將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，有利于提高建筑結(jié)構(gòu)體系的合理性，從而起到較好的指導(dǎo)作用。并且在保障建筑施工質(zhì)量的同時(shí)，有利于原材料的節(jié)約，避免出現(xiàn)不必要的浪費(fèi)，具有較好的環(huán)保性并有利于施工成本的降低。通過推廣概念設(shè)計(jì)，該理論得到了較為廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)步，為建筑施工行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了保障。

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