基于概念設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

陳志馨

（吉林省光大建筑設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長春 130000）

目前，人們在特定的空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在整個研究中有一些限制，在設(shè)計(jì)過程中采用了許多假設(shè)和簡化。因此，這就需要結(jié)構(gòu)工程師對整個結(jié)構(gòu)體系和基本積分系統(tǒng)深入的理解之間的關(guān)系的機(jī)制。針對目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常規(guī)的現(xiàn)象，從根本上避免了由于不同的設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)不科學(xué)問題出現(xiàn)，我們應(yīng)該提倡概念設(shè)計(jì)的理念，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的創(chuàng)造性，推動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

1 概念設(shè)計(jì)的概念

所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析或結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)規(guī)范中難以指定模糊點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與基本點(diǎn)、結(jié)構(gòu)力學(xué)之間的關(guān)系，建筑物的老化機(jī)理、損傷、試驗(yàn)和工程實(shí)踐數(shù)據(jù)是根據(jù)基本的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想得出的，從整體結(jié)構(gòu)的角度確定整體布局和抗震結(jié)構(gòu)的具體要求。結(jié)構(gòu)是建筑的基本應(yīng)力骨架，無論工業(yè)建筑、居住建筑、公共建筑或某些特殊建筑的結(jié)構(gòu)，都必須承受結(jié)構(gòu)自重、外部荷載(活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震效應(yīng)等)、變形(溫度變化引起的變形、地基沉降、結(jié)構(gòu)材料收縮徐變等) 和環(huán)境影響(日照、雷暴空氣污染效應(yīng)等)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1） 我國現(xiàn)行的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)體系在連續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐的發(fā)展中，已經(jīng)積累了很多有用的經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、標(biāo)準(zhǔn)圖集的更新和完善。建筑師給出了一個空間形式的解決方案，然后把它們拼湊起來，組合起來，看看是否需要把它們加起來。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想很簡單，只是根據(jù)目前的規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、標(biāo)準(zhǔn)圖集和建筑師給出的空間規(guī)劃，依靠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序就可以完成。這不僅不能有效地利用他們的知識進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，還會阻礙他們的創(chuàng)造性思維和建筑科技的進(jìn)步；2） 當(dāng)前設(shè)計(jì)行業(yè)市場競爭激烈。在某些設(shè)計(jì)研究所，尤其是設(shè)計(jì)研究所的規(guī)模相對較小，為了留住客戶，以滿足甲方的各種需求，甲方有時(shí)候成為一個設(shè)計(jì)師。近年來，重視計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育，建設(shè)高校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)。計(jì)算和繪圖主要采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。

3 概念設(shè)計(jì)及計(jì)算設(shè)計(jì)的關(guān)系

隨著計(jì)算機(jī)的誕生，大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件相繼涌現(xiàn)，分析了目前應(yīng)用軟件對有限元程序的分析。它避免了經(jīng)典彈性力學(xué)連續(xù)解決困難，使大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計(jì)算變得很容易。利用能量原理研究單位和離散聚合的平衡，結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)作為數(shù)值分析工具。結(jié)構(gòu)工程師只有與架構(gòu)師合作的整個設(shè)計(jì)過程(重點(diǎn)從設(shè)計(jì))，有自己的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能。然而，目前的設(shè)計(jì)助推器有限元在業(yè)界越來越多，無論花大量的精力為老少研究有限元，經(jīng)過學(xué)習(xí)，認(rèn)為自己已經(jīng)掌握了有限元的萬能性。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)需要注意的要點(diǎn)

4.1 合理選擇結(jié)構(gòu)方案

概念設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理、適用，實(shí)際上也是設(shè)計(jì)師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)理論和專業(yè)設(shè)計(jì)。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師使用多層，高層結(jié)構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)分析程序計(jì)算框架底部，也人為地安排一些地震的墻壁，地板，既能滿足合理的剛度比值也不能正確反映了底部框架地震應(yīng)力狀態(tài)。

4.2 選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖

計(jì)算原理圖結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，如果計(jì)算示意圖選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全事故的發(fā)生，因此，選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算原理圖是一個重要的條件，以確保結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計(jì)師應(yīng)選擇合理的計(jì)算原理圖從實(shí)用的角度來看，計(jì)算原理圖也應(yīng)有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施來保證。事實(shí)上。結(jié)構(gòu)是一個空間結(jié)構(gòu)，所有的組成部分以不同的方式協(xié)同工作，每個組成部分都不是單個組成部分的整體結(jié)構(gòu)，而是整個有機(jī)體的一個組成部分。

5 建筑設(shè)計(jì)中幾個重要的結(jié)構(gòu)概念

建筑概念簡單地說就是建筑結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律及其最基本的特征。這是非常重要的。結(jié)構(gòu)工程師只有與架構(gòu)師合作的整個設(shè)計(jì)過程(重點(diǎn)從設(shè)計(jì))，有自己的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，下面是一些結(jié)構(gòu)概念

5.1 基本受力狀態(tài)

基本結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)可分為拉，壓力、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)。在這五種應(yīng)力中，應(yīng)力軸的張力是最合理的，特別是對高強(qiáng)度鋼絲，抗拉強(qiáng)度高的材料是特殊合理的應(yīng)力狀態(tài)。因?yàn)楝F(xiàn)在建筑越來越復(fù)雜，但是結(jié)構(gòu)的概念不能是錯誤的，但也必須使用概念" 結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)分析判斷結(jié)構(gòu)的正確與否，這是最關(guān)鍵的。雖然軸向壓縮應(yīng)考慮采用大回轉(zhuǎn)半徑的型材，但它也處于良好的應(yīng)力狀態(tài)，因?yàn)樗梢猿浞掷眯筒模貏e是對于抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度差的材料，如石材、混凝土、砌體等。使用桁架，可以節(jié)省材料，因此可以有更大的跨度。

5.2 材料對結(jié)構(gòu)的影響

充分發(fā)揮材料的特性。建筑工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往只注重不超過最大補(bǔ)強(qiáng)比，其結(jié)果是胖梁、胖柱、深基礎(chǔ)的施工。以抗震設(shè)計(jì)為例，對一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)初步確定的尺寸、混凝土強(qiáng)度等級計(jì)算結(jié)構(gòu)的剛度。通過計(jì)算地震作用下結(jié)構(gòu)的剛度，進(jìn)而計(jì)算最大彎矩和配筋。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮各種材料的特點(diǎn)，在其使用中做到面面俱到。但是，剛度越大，地震作用越大;配筋時(shí)，剛度越大，地震力越強(qiáng)。

6 結(jié)語

概念設(shè)計(jì)的提出本質(zhì)上否定了計(jì)算設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性，從而改變了傳統(tǒng)的完全依賴計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)的單一設(shè)計(jì)方法，這是設(shè)計(jì)方法的質(zhì)的飛躍。而計(jì)算機(jī)程序的誕生發(fā)展了大量的結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)工程師什么位置都沒有改變。概念設(shè)計(jì)理念被越來越多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師所看輕，但是概念設(shè)計(jì)必將成為建筑行業(yè)的新思想，在今后的發(fā)展中，建筑師應(yīng)該多發(fā)展概念設(shè)計(jì)，共同學(xué)習(xí)。