探究建筑結構設計中概念設計的應用

湯志云

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 南昌分院）

探究建筑結構設計中概念設計的應用

湯志云

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 南昌分院）

建筑結構設計中的概念設計是設計師想象力和創造力的集中體現，具有計算機程序設計無法達到的高度和價值。本文介紹了概念設計在建筑結構設計中的重要作用，分析了建筑結構設計中概念設計的應用，以期為建筑設計人員提供參考。

建筑；結構設計；概念設計

概念設計是一種戰略性的宏觀設計，一般從整體設計的角度出發、并不經過精細化的計算，只是為設計確定出原則性方向和概略性的框架。概念設計常常是設計師創造性思維的具體體現，是設計師將模糊、感性的設計靈感落實到清晰、理性的設計方案的過程。對于建筑結構設計中的概念設計而言，它往往針對既有的程序化計算式設計手法無法解決的問題而存在。建筑設計師綜合考慮建筑整體與局部的相互依存關系、自然環境與地質現象對建筑可能造成的潛在性損害以及建筑實驗結果和以往的實際工作經驗等多種因素，為建筑確定出方向性的設計思路和基本結構，進而從總體上掌控建筑結構性設計走向及從原則上解決潛在風險問題。

1 概念設計在建筑結構設計中的重要作用

之所以強調概念設計對建筑結構設計的重要作用，原因在于隨著計算機技術的不斷提高，當前有眾多建筑設計人員越來越側重于通過計算機程序或軟件進行建筑結構設計，部分設計人員甚至變成放棄人腦的設計靈感轉而完全依賴電腦的程序化設計模式。本質而言，建筑結構設計應當是設計人員充分發揮思維功能和想象力并結合以往的設計經驗、依據嚴謹的建筑設計理論知識開展設計的創造性過程。而近年來越來越多設計師過度依賴計算機技術進行建筑結構設計的錯誤傾向，這不僅局限了人腦在設計活動中開拓性思維的能力，還讓設計水平停滯不前。

更嚴重的是，電腦的計算式設計原則與模式存在著潛在的設計風險和漏洞。比如在混凝土建筑的設計中，“內力”與“截面”的設計原則是全然不同的，前者依據的是彈性原則，而后者卻依據塑性原則，相反的設計原則卻被置于同一計算機設計程式中統一計算，這種設計程式上的路線性錯誤必然導致最終結果的錯誤，直接后果就是計算機設計得出的方案與現實中建筑構件的實際受力完全不符，若全然依賴計算機的設計方案進行具體施工，則建筑的安全性根本無法得到保證。

因此，在建筑結構設計中強化概念設計：①能夠確保設計總體方向的正確性。建筑設計師依據自身掌握的理論知識和工作經驗，結合建筑實際情況選擇正確的設計原則進行設計，從宏觀角度保證了設計方案定性的正確和準確。總體方向的正確保障了后期細節設計的正確和安全。②設計師的概念設計能夠在很大程度上確保最高的性價比。建筑設計師的經驗和創意能夠規避計算機設計的缺陷和錯誤，并靈活選擇最適宜的設計方案以達到用最少的費用實現最好建筑效果的目標。③優化方案、提高水平。建筑設計師能夠充分借鑒前人設計作品的經典和精華應用于自己的概念設計，通過總結和提練不斷優化設計方案，再利用自身的創意和想象實現進一步突破，這一再創造過程的不斷進行可以提升整個設計行業的整體水平。

2 建筑結構設計中概念設計的應用

2.1 選擇最合適的建筑地點

選址適宜與否直接關系到建筑后期施工和使用，合適的建筑地點既能確保建筑的安全性，避免“在沙灘上筑高樓”的潛在危險，又決定著建筑投入使用后的實用性、舒適性，還在很大程度上決定著建筑工程能否實現預期的經濟效益和社會效益。建筑設計師的概念設計中首要考慮的就是選擇最合適的地點，選址的首要原則是安全，盡量避免在缺乏穩定性的地質構造帶上進行建筑施工，如果必須在具有潛在危險的地質構造上開展建筑施工，則須預先設計好避免或解決危險的方案和措施。其次，設計中還須兼顧照明、采光、防火、降噪、高度、間距、退界、通視等因素。合適的建筑地點可以在很大程度上確保工程在預定的工期內順利進行、降低修改設計方案的機率、有效進行成本控制、減少不必要的費用支出、提高施工效率、保證工程質量。

2.2 選擇最合適的地基

確定建筑地點后，地基的正確選擇決定著建筑主體施工能否順利進行。地基的選擇須兼顧地質構造和建筑具體要求綜合選擇，對于近年來較為流行的高層建筑而言，箱形地基是應用最廣泛也是最合適的地基類型。由于箱形地基整體的強度適宜，可以將地面高層建筑的巨大載荷較平均地傳導到地下基礎構造中，避免地基沉降出現不均衡的問題，使高層建筑嵌固良好，保證了建筑整體的穩定性，使建筑的抗震、抗災能力得以提升。

但對于地質條件相對較差的地點而言，若地面建筑層數較少，結構也并不復雜，則可以選擇樁形地基，這類地基適宜于土質松軟的建筑地點，通過采取樁形地基加固原有的天然土層，可以確保地面建筑的安全性和穩定性。若是土質本身較差而地面建筑自重又大的建筑則需要選擇筏形地基，這種地基強度大，且呈整體分布構造，可以將地面建筑的巨大載荷較平均地傳導到地基上，同時也能解決沉降不均衡的問題。

2.3 選擇最合適的主體結構

多數建筑的主體結構在概念設計時均會遵循簡單和對稱的原則，少數特殊建筑即使難以實現完全對稱，至少也必須結構合理。選擇最合適的主體結構的主要目的也是確保建筑的安全和穩定，主體結構合理則可最大程度減少扭力和側力。合適的主體結構能夠幫助建筑中的非結構性部件在相對穩定的狀態中發揮作用，降低非結構部件受損的風險，使建筑耗材維持在合理的消耗范圍內，從而控制成本和費用。最易實現主體結構簡單和對稱原則的結構是簡體框架和剪力墻兩種結構類型。而主體結構的對稱也需根據建筑實際情況因地制宜開展設計，比如通過調整“三心”（剛心、質心、形心）至最接近值可以最大程度實現主體的對稱結構。

2.4 設計最適宜的減災抗震對策

現代化建筑對于減災抗震的要求越來越高，在現代建筑概念設計中，應設計多重最適宜建筑本體的減災抗震措施，以盡量避免或降低不同地質災害對建筑造成的損傷。比如預先在主體結構中設計若干冗余構件，當地震或其他地質災害出現時引起建筑物出現強烈震動，預設的冗余構件首先發生變形甚至折損，使震動能量得以消散，同時，冗余構件在震動出現時自行停滯，阻止了地質災害與建筑物發生共振效應帶來的二次損害。

2.5 選擇最適宜的建筑剛度

建筑剛度的選擇直接影響著建筑使用壽命、受地質災害影響程度、建筑施工成本與費用等關鍵環節，剛度不足使建筑物不能有效抵御地質災害的侵襲、縮短使用壽命，太過又會產生不必要的成本和費用，影響建筑工程的經濟效益和社會效益。因此，適宜的剛度選擇也是概念設計中極其重要的因素。適宜剛度的選擇應能延長主體結構的自振周期，最大程度降低或規避地震等災害的負面影響；其次應盡量降低主體結構在水平應力、傾覆矩力、地基載荷等方面的負擔。適宜的剛度能夠以最恰當數量的建材使用滿足建筑基本需求，減少不必要耗材和費用的消耗，同時節省空間避免浪費，提高建筑使用效率，實現以最少成本取得最大效益的目的。

2.6 選擇最合適的計算簡圖

概念設計階段的計算簡圖是后續所有計算的先導和基礎，簡圖的正確性直接關系著建筑主體的安全性與穩定性。不合適或錯誤的簡圖將給建筑埋下安全隱患甚至在施工階段就出現工程事故，建筑設計師在概念設計過程中必須重視計算簡圖的設計和選擇，同時，為確保簡圖的正確性，設計師還須附帶提供建筑構造措施。

3 結束語

計算機技術的深入應用使概念設計越來越淡出了建筑結構設計領域，大量建筑設計師過于依賴計算機開展結構設計的弊病潛藏著相當的隱患。重視概念設計在建筑結構設計中的應用不僅可以提高建筑的安全性與穩定性，而且能夠發揮設計師的想象力與創造力，進而提高建筑設計師隊伍的整體水平。

[1]吳愛菊.結構設計中的概念設計與應用[J].溫州：溫州職業技術學院學報，2007，7（2）：40～41.

[2]林志炎，S.D.斯多臺斯伯利.結構概念與體系[M].北京：中國建筑下業出版社，1999：14～35.

TU318

A

1673-0038（2015）35-0024-02

2015-8-10

湯志云（1987-），男，助理工程師，碩士，主要從事建筑結構設計工作。